2015. 02. 24. 화요일

에너지전환

8) 태양광 발전

재생가능에너지에 대해 이야기 하면 가장 많이 듣게 되는 말이 바로 이거야.

“좋긴 한데… 비싸고 경제성이 없지 않아요?”

밑도 끝도 없이 걍 비싸고 경제성이 없대. 무엇보다 비싼지, 왜 경제성이 없는지는 중요치 않아. 그냥 우리한테는 어울리지 않는 에너지라는 속내를 내비쳐.

미국의 투자 자문 및 자산 관리 회사 중에 라자드(Lazard)라고 있어. 프랑스계 미국인 라자드네 형제가 1848년에 설립해서 지금은 26개국 41개 도시에 사무실을 두고 있는데, 2013년 운용자산이 1869억 달러에 이르고 회사 당기순익을 2억6900만 달러나 올린 회사야. 그니까 돈 냄새는 기가 막히게 맡는 녀석들이래.

얘네들이 지난해 9월 <균등화 발전 비용 분석(Lazard’s Levelized Cost of Energy Analysis)>이라는 보고서의 여덟 번째 판을 내놨어. 화석연료와 원자력이라는 기존 발전원과 대체 에너지 발전원의 전력 생산 비용을 비교 분석한 글이야. 에너지 분야에서는 화석연료 산업 다음으로 규모가 큰 곳이 전력산업이거든. 그래서 투자자들에게 보여주려고 만든 거야.

일단 표를 함 보자.

이 표는 미국의 원별 발전 비용을 보조금 빼고 계산한 거야. 재생가능에너지뿐만 아니라 원자력은 물론 화석연료까지 이런 저런 명분으로 정부의 보조금을 받는데, 이걸 빼고 한 거지.

가장 싼 건 풍력발전이야. 메가와트시(MWh)당 37~81달러. 그 다음이 석탄화력발전 66~151달러, 세 번째가 가스복합화력발전 61~87달러야. 네 번째는 놀라지 마시라! 바로 대규모 태양광발전 72~86달러! 원자력발전은 92~132달러로 지열발전이나 태양열발전과 비슷한 수준이야. 주택의 지붕형 태양광발전은 180~265달러로 아직 높은 수준이지만 디젤발전 297~332달러보다는 낮아.

오잉~? 생각했던 것과 다르지? 이거 국정원에서 망원 통해 입수한 자료 아냐? 워~ 워~ 나 그렇게 막 그냥 확 그냥 조작저거하구 그러는 사람 아니야.

그럼 독일 프라운호퍼 연구소의 2014년 11월 자료를 함 보자.

(편집자 주: PV가 태양광)

독일은 자국에서 생산하는 갈탄화력발전이 제일 싸. 그 다음이 무연탄화력, 가스복합화력 순인데, 육상풍력은 석탄화력발전과 경쟁력을 갖췄어. 이곳에서도 대규모 태양광발전의 하한선은 가스복합화력 수준으로 내려왔어. 역시 규모가 작은 지붕형 태양광발전은 아직 기존 발전원들보다 비싸지만, 일사량이 좀더 많은 남부지방의 경우 가스복합화력의 상한선에 근접했대.

워뗘? 이제 의심을 거두실랑가?

세계가 대체에너지 개발에 본격 나서기 시작한 게 1970년대 중반, 현대적 풍력발전이 처음 상용 배치된 게 1970년대 후반이니까 그로부터 약 40년이 흘렀어. 그러니까 위 표에서 본 현실은 지난 40년의 성과인 거야.

실리콘 태양전지가 처음 실용화된 1954년의 생산가격은 와트당 286달러였어. 우주개발에 힘입어 꾸준히 기술을 향상시킨 태양전지의 생산가격은 1970년대 초 100달러로 낮아졌고, 석유파동 이후 대체에너지에 대한 관심이 높아져 실생활 영역으로 보급이 확대되면서 1970년대 말 20달러, 1985년에는 7달러까지 내려갔지. 그리고 풍력에 이어 재생가능에너지의 차세대 주자로 입지를 굳힌 2008년 결정질 실리콘 태양전지 가격이 3.37달러, 2009년에는 1.46달러까지 떨어지고 경쟁이 최고조에 달했던 2012년에는 0.343달러로 바닥을 쳤어.

다시 라자드의 표를 하나 더 보자. 2009년부터 2014년까지 풍력과 태양광 발전 비용 추이야.

5년 사이에 풍력발전비용은 58%, 태양광발전비용은 78%가 낮아졌어.

이렇게 재생가능에너지원의 발전 비용이 낮아지는 덴 두 가지 측면이 있어. 학습효과와 규모의 경제.

학습효과란 신기술 발전 과정에서 초기에는 기술 개발이 더디지만 정보가 축적되면서 개발이 촉진되는 걸 말해. 요즘 선진국은 물론 신흥개도국까지 가세해 재생가능에너지 분야의 특허 출원이 봇물을 이루고 있어. 20세기에는 선진 산업국의 독무대였지만 21세기로 들어서면서 신흥개도국도 참여하고, 2010년에는 중국이 미국을 넘어 이 분야 투자 1위국으로 올라섰어. 이렇게 경쟁이 붙으면서 기술 발전 속도는 더욱 가속화됐지.

한편 보급이 확대되면서 생산이 늘어나는 것은 규모의 경제를 불러와 가격을 낮추게 돼. 대량생산과 공정 개선 등 생산량이 많아지면서 나타나는 가격 하락 효과지. 아래 표들은 최근 10여년간 풍력발전과 태양광발전 누적 설치 용량의 변화야.

출처: Renewables 2014 Global Status Report

출처: Renewables 2014 Global Status Report

풍력발전 누적 설치용량은 10년간 10배, 태양광 발전용량은 37배가 늘었어. 2013년 말 기준으로 재생가능에너지가 전세계 전력생산 중에서 차지하는 비중은 22.1%를 차지해. 아직은 여전히 수력 비중이 높지만 풍력과 태양광의 비중이 빠르게 증가하는 추세야. 이런 보급 확대가 생산 비용의 하락을 촉진하고 있는 거고.

한편 재생가능에너지에 의한 전력을 기존 전력망으로 편입하는 데 따른 가격 효과에 대한 연구는 구매순위효과(merit order effect)가 있음을 발견했어. 보조금을 지원 받는 재생가능에너지에 의한 전기가 전력요금 가격 인하 효과도 있다는 거야.

구매 순위(merit order)는 한계비용에 따라 전력거래 시장에서 사들이는 전기의 순서를 말해. 실제 전력 시장에서 구매가 이루어지는 건 한계비용뿐만 아니라 전력량, 기동 시간 등을 고려하여 결정되는데, 말하자면 하루 전에 전력거래시장에 입찰하는 전기 중에서 싼 거부터 사들인다고 생각하면 돼. 우리나라의 경우 원자력으로 기저부하를 채우고, 석탄화력과 중유로 중간 부하를, 가스발전이 첨두부하를 담당하는 순으로 구매가 이루어져. 뒤로 갈수록 비싼 전기고.

기준가격의무구매제(FIT)를 시행하는 유럽의 나라들은 원자력(있는 경우)과 재생가능에너지를 가장 우선적으로 구매하고, 이어서 열병합발전, 석탄복합화력, 가스화력 순으로 구매를 해. 여기도 가스화력발전의 비용이 제일 비싸. 그렇게 해서 전력요금이 결정되는 게 아래 그래프야.

출처: Wind Energy and Electricity Prices - Exploring the 'merit order effect'

수요곡선이 입찰 들어온 공급 곡선과 만나는 점에서 그날의 주간, 야간, 첨두시간대의 전력요금이 결정되는 거지. 그런데 공급곡선 중 점선은 풍력발전량이 적을 때이고, 바람 불어 좋은 날은 시장에 들어오는 풍력발전량이 많아지니까 공급곡선이 실선으로 밀려나는 거야. 피크 시간의 가격 A와 B를 비교해보면 바람 불어 좋은 날 전력가격이 더 싸다는 걸 알 수 있어.

이렇게 해서 실제 거래가 이루어진 2005년 12월 덴마크 전력시장의 가격을 보면 이래.

위에 선은 바람이 없거나 아주 적은 날(0~150MW)의 전력 가격 곡선이고 제일 아래 선은 시간당 1500MW 이상 풍력발전이 돌아가준 날의 전력 가격이야. 이걸 구매순위효과하고 해. 이 효과가 전력가격 하락에 끼친 영향은 연구에 따라 3~23유로/MWh가 될 거래.

구매순위효과는 재생가능에너지에 보조하는 지원금이 전력가격에 전가되어도 전체적으로는 경제성이 있으며, 화석연료 발전소에 부과되는 탄소배출금, 연료비용의 증가를 고려하면 경제성은 더 높아진다는 걸 보여주는 사례야.

또 하나 자주 듣는 얘기는 ‘우리나라는 재생가능에너지가 충분치 않다’는 건데, 이건 정말 어떻게 나온 이야긴지 모르겠어. 우리나라에 없는 건 화석연료지 재생가능에너지가 아니야. 그리고 그 양도 현재의 기술 수준으로 활용할 수 있는 거만 해도 우리가 지금 쓰는 에너지 양의 몇 배에 이르는 양이거든.

출처: <신·재생에너지백서 2014>

한국에너지기술연구원의 자료에 의하면 우리나라 재생가능에너지의 이론적 잠재량은 354억4241만 석유환산톤(toe)으로 산지와 도로, 철도 등을 제외하고 입지 조건을 고려한 지리적 잠재량은 97억3249만toe, 이 중에 현재의 기술 수준으로 활용할 수 있는 자원의 기술적 잠재량은 13억7167만toe래.

2013년에 우리나라가 소비한 1차에너지원은 모두 2억8040만toe. 기술적 잠재량만 해도 현재 우리나라 총 에너지 소비량의 약 5배야.

지난해 6월9일 독일에서는 역사적인 사건이 있었어. 이날 한 때 태양광 발전으로 생산한 전력이 23.1GW에 이르렀는데, 그 시점의 독일의 전체 전력 수요의 50.6%에 해당하는 양이었던 거야. 그런데 한때이기는 하지만 전력 수요의 절반을 태양광 발전으로 공급하는 기록을 세운 나라 독일은 우리나라보다 북쪽에 있는 나라야. 우리나라는 북위 33~43도에 걸쳐 있고 독일은 41도에서 50도를 넘는 나라야. 솔라기스의 자료에 의하면 독일의 수평면 직달 일사량은 연평균 900~1200kWh/㎡인 데 비해 한국은 1400~1600kWh/㎡래.

그니까 “우리나라는 재생가능에너지 조건이 다른 나라보다 나쁘지 않아요?”라고 에둘러 말하지 말고 걍 솔직하게 “난 값이 올라도 그냥 화석연료 사다 쓸래요.” 아님 “난 핵에너지가 좋아요. 발전소는 우리집 앞에 지으세요.”라고 말하는 게 좋을 거 같아.

화석연료와 원자력, 그리고 재생가능에너지 중 어떤 에너지에 중점을 두느냐 하는 건 경제성과 자원량의 문제가 아니라 우리가 안정적으로, 지속가능하게 에너지를 쓰기 위해서 어떻게 해야 할까의 문제야. 선택은 각자의 몫이지. 우리나라의 정책이 어떻게 되느냐는 우리 모두의 몫이고.

에너지전환

편집 : 딴지일보 cocoa