편집자주
우리나라는 에너지 부족 국가이면서도 탄소중립과 에너지안보라는 두 목표를 동시에 추구해야 한다. 그 과정에서 제기되는 다양한 이슈를 에너지 경제학의 관점에서 점검해본다.
지난해 12월 3일 이후 정국이 혼란해 불확실성이 커지고 있지만, 다행히 많은 이들의 노력과 희생으로 전기만큼은 안정적으로 잘 공급되고 있다. 사실 전기가 없는 삶은 상상조차 힘들다. 정전이 발생하면 공장의 가동이 멈추는 것은 둘째치고, 물의 정화 및 수송이 불가능해 당장 수돗물 공급마저 끊어진다.
이후 신호등, 가로등, 엘리베이터 가동이 중단되고, 비상시 최대 3시간 정도만 버틸 수 있는 비상 발전기가 멈추고 나면 병원 및 혈액원의 가동이 불가능하다. 통신, 인터넷, 방송 등도 다 끊어진다. 외국과 전력망이 연결된 북미 및 유럽과 달리 우리의 전력망은 다른 국가와 연결되어 있지 않기에 그 피해는 심각하다.
전기 공급이 수요보다 부족할 때 정전이 발생한다. 그런데 반대로 전기 공급이 수요보다 많아도 정전이 발생한다. 비가 많이 올 때 댐 상류에 물을 저장해 놓듯이 전기도 공급이 더 많을 때 저장해 놓으면 좋겠지만 그게 잘 안 된다. 따라서 실시간으로 수요를 정확하게 맞추면서 전기가 공급돼야 정전이 발생하지 않는다.
현재 태양광 발전기의 용량은 한전에 직접 전기를 판매하는 9.7GW, 산업체에 전기를 직접 공급하는 17.4GW, 자가소비용 5.7GW 등 총 32.8GW에 달한다. 이것은 화석연료(석탄 또는 천연가스) 발전소 66개에 해당하는 용량이다. 이렇게 태양광 발전이 대폭 늘어나면서 2가지 측면에서 심각한 어려움이 발생하고 있다.
첫째, 태양광 발전은 날씨에 따라 발전량이 들쑥날쑥이라 수요를 맞추기 어렵다. 날이 흐리거나 미세먼지 농도가 짙어지면 20GW 가까운 용량의 태양광 발전이 확 빠져버리기도 한다. 이때 공급 부족으로 인한 정전을 막기 위해서는 화석연료 발전소 40개가 최소한의 가동을 하면서 대기하고 있어야 한다.
하지만 온실가스 저감을 위해 앞으로 석탄 발전소를 줄일 수밖에 없기에 이를 대체할 수 있는 설비가 필요하다. 원전은 가동에 3일이 걸리므로 적합하지 않다. 즉 태양광 발전량이 급감할 시 석탄 발전소 및 원전 대신에 전기를 안정적으로 공급할 수 있는 에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)이 구축되어야 한다.
둘째, 날이 다시 맑아지면 20GW 용량의 태양광 발전이 갑자기 전기를 생산하기 때문에, 정전을 막기 위해 급히 화석연료 발전소 40개를 꺼야 한다. 특히 태양광 발전량이 연중 최대인 봄과 가을이 골치다. 이때의 전력수요는 연중 최소라 화석연료 발전기뿐만 아니라 태양광 발전기도 꺼야 정전을 막을 수 있다.
따라서 과잉 생산된 태양광 전기를 전기로, 혹은 수소나 열 등으로 전환하여 저장할 수 있는 ESS의 확충은 선택이 아니라 필수다. ESS는 태양광 발전량이 너무 적을 때 전기를 공급할 수 있다. 또는 필요시 수소나 열을 공급할 수도 있다. ESS에는 대표적으로 배터리, 양수발전, 섹터 커플링(sector coupling) 등이 있다.
섹터 커플링은 태양광 전기를 다른 형태의 에너지(X)로 장기간 저장했다가 사용하는 것으로 Power-to-X(P2X)로 표현되기도 한다. 예를 들어, Power-to-Gas(P2G), Power-to-Heat(P2H), Power-to-Mobility(P2M)는 과잉 생산된 태양광 전기를 각각 탱크에 수소나 메탄 등의 기체로, 축열조에 열로, 전기자동차 배터리에 저장함을 의미한다.
하지만 ESS의 가격은 높은 편이다. 전기를 여러 형태의 에너지로 저장했다가 공급하는 비용이 전기를 바로 공급하는 비용보다 더 많이 들기 때문이다. 결국 태양광 발전을 늘리겠다면 ESS를 늘려야만 하며 이로부터 발생하는 비용은 우리가 부담해야 한다. 정부는 ESS 확충 및 관련 비용 부담의 필요성을 국민들에게 잘 알리고 설득해야 할 것이다.
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