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재생에너지

재생에너지는 태양과 바람 물, 등 자연의 힘을 전기에너지로 만들어 사용하는 발전 방식이다. 탄소 배출을 하지 않으며 미세먼지 등 대기오염 물질을 발생하지 않는다. 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 본격화되면서 재생에너지가 주목받고 있다. 발전단가가 점차 낮아지고 관련 투자가 증가하면서 글로벌 전력시장의 전체 발전량 중 재생에너지 비중은 점점 늘어나는 추세이다.

재생에너지 (2021년 기준) (출처 : 한국전력)

발전비중 : 7.5%
발전량 : 43.085GWh

재생에너지는 다양한 발전방식이 있다. 가장 쉽게 접할 수 있는 태양에너지는 열을 이용하는 태양열 에너지와 빛을 이용하는 태양광 발전이 있다. 태양열 발전은 거울을 이용해 한 점으로 태양빛을 모아서 집중된 열로 물을 끓인 후, 여기에서 발생하는 증기로 터빈을 돌려서 발전한다. 여러 개의 거울을 IT 기술로 제어해 태양빛을 모으기 때문에 넓은 부지와 햇빛이 강한 사막 지역에 많이 건설된다.

태양광발전은 빛의 입자가 특정한 물질에 닿으면 전자가 튀어나오는 ‘광전효과’를 기본원리로 한다. 전자가 튀어나오면서 N형 반도체와 P형 반도체를 결합시켜 만든 태양광 셀이 각각 다른 전하를 지니게 되는데 이 차이를 활용해 전류가 흐르게 하는 것이 태양광 발전이다. 태양광발전의 기본 단위인 태양광 셀은 크기가 작아 이를 타일처럼 배열해서 커다란 판으로 만든 것이 태양광패널, 또는 태양광모듈이다. 여러 장의 태양광패널을 직렬로 연결해서 사용하며 생산된 전기를 필요한 전압이나 주파수로 변환하는 인버터, 전체 전력시스템을 조율하는 컨트롤러로 구성된다. 태양광발전의 장점은 별도의 연료비가 필요 없고, 태양광 이외의 연료를 사용하지 않아 환경에 해로운 오염물질이 나오지 않는다는 점이다. 반면 날씨나 기후의 영향을 크게 받는다는 것은 태양광발전이 해결해야 할 과제다.

풍력발전은 바람으로 돌아가는 회전날개가 직접 터빈의 역할을 한다 간단한 구조로 자연의 힘을 이용할 수 있기에 재생에너지 중 가장 먼저 산업적 규모로 운영되기 시작했다 풍력발전기는 회전날개, 축, 발전기, 전선 외에도 발전기가 일정한 회전수로 돌아가도록 도와주는 기어 박스로 구성된다. 또 바람이 너무 강하게 불면 제동장치가 작동해 과열을 막아준다 풍력은 다른 에너지원에 비해 오염물질이나 온실가스 배출량이 현저히 적고 유지보수가 간편하나 소 음과 부피가 크다는 과제가 있다. 해상풍력발전은 이러한 단점을 해결할 수 있는 방법 중 하 나이다. 영국 등 세계적으로 해상풍력발전 시장이 증가하고 있는 추세이다.

해양에너지는 다양한 종류가 개발되고 있는데 바닷물 이용방식에 따라 조력에너지, 조류에너지, 파력에너지, 해수온도차 에너지로 분류할 수 있다. 조력에너지는 밀물과 썰물의 차가 큰 연안에 바닷물을 막는 댐과 수문을 설치해 수위 차이로 터빈을 회전시키는 방식이다. 연료가 불필요하고 발전량을 정확하게 예측 가능하나 바닷물의 염분에 발전설비가 노출되어 유지관리비가 많이 든다. 조류발전은 밀물과 썰물로 인한 바닷물의 흐름을 직접 이용하며 풍력과 유사한 방식으로 전기를 만든다. 비교적 안정적이나 대량의 조류가 충분한 빠르기로 흐르는 곳이 많지 않다. 파력발전은 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 설치 장소나 발전기의 유형 제약이 덜해서 소규모 발전도 가능하나 출력 변동이 심한 편이며 배의 운항이나 어업에 방해가 되므로 대규모 조성이 어렵다는 한계가 있다. 해수온도차 발전은 해수 표면의 온도와 심층의 온도 차이를 이용해 냉매를 증기로 만들어 터빈을 돌린다. 터빈을 돌리고 난 증기는 찬 바닷물로 다시 냉각, 액화하여 순환 사용이 가능하다.

전통적인 발전 방식으로 물과 지열을 이용하는 에너지가 있다. 수력발전은 물의 위치에너지와 운동에너지의 전환 현상을 이용한다. 높은 곳에 있는 물을 아래로 떨어뜨려 터빈을 돌리는 발전 방식으로 안정적으로 사용할 수 있어서 전력망을 구축하는 국가가 가장 먼저 고려하는 발전 방식이다. 또한 전력을 생산하는 시간이 5분 이내로 짧아서 전력 수요량 변화에 가장 민첩하게 대응할 수 있다. 우리나라의 경우 대부분의 수력발전소가 하루 4~5시간 정도 수요량이 높을 때만 운전하는 ‘첨두운전’을 하고 있다. 지열발전은 주로 화산활동으로 발생하는 지열을 이용하는 발전 방식으로 난방과 온수 급탕용으로 주로 사용한다.

이밖에도 옥수수, 사탕수수와 같은 전분작물에서 추출한 바이오 에탄올과 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 만든 바이오디젤을 직접 태우거나 가스로 만들어 발전하는 바이오매스 발전이 있다.

친환경 첨단 항구로 변신하는 무역 관문, 인천신항

친환경 첨단 항구로 변신하는 무역 관문, 인천신항

4차 산업혁명 기술이 다양한 산업에서 긍정적인 시너지 효과를 내고 있습니다. 흔히 말하는 ‘전통적인 산업 분야’에서도 마찬가지인데요, 거대한 크레인이 움직이고 차량이 바삐 오가서 쇠와 기름 냄새가 가득할 것만 같은 항구도 변화하고 있지요.

인천신항이 대표적인 사례입니다. 인천항만공사는 해양수산부와 함께 스마트 해상물류를 위한 기반을 마련해서 2030년부터는 본격적으로 스마트 항만을 운영한다고 합니다. 미래의 물류환경 변화에 발맞춰 인공지능, 사물인터넷, 로봇과 같은 4차 산업혁명 기술을 항만에 적용한다는 계획이지요. 여기에 핵심적인 역할을 하는 체계가 바로 인천항만공사가 중소기업과 협력하여 개발한 ‘항만형 신재생에너지 전력망’인 ‘POSMEG(Port-Oceanic Smart Micro Energy Grid)’입니다.

인천신항에 설치된 태양광 발전 시설 © 인천항만공사

‘항만형 신재생에너지 전력망’은 간단히 말하면 항구에서 사용할 에너지를 직접 생산해 공급하는 에너지 체계입니다. 항구에 설치된 친환경 발전설비로 전기를 생산해서 공급하고, 여분의 전력은 간편하게 이동할 수 있는 에너지저장장치(ESS)에 보관했다가 필요한 곳에 제공하는 한편, 복잡한 항구 곳곳에서 수집된 데이터를 바탕으로 인공지능이 실시간으로 전력 수급을 관리합니다. 간단히 말하면 ‘바다 위에 해상 태양광 발전을 설치하여 선박에 친환경 전력을 공급하는 자립형 전력망’이라고 할 수 있습니다.

인천항만공사는 인천항의 빈 땅에 2.86MW급 태양광 발전소를 총 5개 건설하여 운영하고 있습니다. 여기에 지금 신축 중인 776.25kW급 태양광 발전소가 완성되면 인천항만공사의 태양광 발전량은 3.6MW로 증가합니다. 이는 4인 가구 기준 약 1천 세대의 연간 사용량에 해당되는 양으로, 인천항의 여러 시설에 사용됩니다. 태양광발전으로 자체 생산된 전기는 POSMEG을 통해 한국전력공사에서 공급받은 전력과 유기적으로 통합하여 사용되고, 남은 전력은 에너지저장장치(ESS)에 저장합니다. 저장된 전력은 선박 육상 전원(AMP, Alternative Maritime Power) 체계를 통해 항구에 정박한 선박에도 공급됩니다. AMP는 선박의 시스템을 유지하고 운영하는 데 필요한 전기를 생산하느라 엔진을 켤 필요가 없게 함으로써 선박에서 배출되는 탄소와 미세먼지를 줄이는 데 크게 기여합니다.

또한 이러한 시스템을 통해 인천항 곳곳에 분산된 발전설비에 IoT 센서를 부착하여 설비 정보를 수집하는 한편, 이를 기상청 날씨 정보와 연계해서 발전소의 발전량을 예측하여 발전효율을 높이고 운영비용은 절감해 에너지 관리 면에서 큰 도움이 될 것으로 보입니다.

항만 특화 해양에너지 모델인 ‘항만형 신재생에너지 전력망(POSMEG)’의 개요. 청정 발전

시스템과 선박을 에너지저장장치로 연계한 구조입니다. © 인천항만공사

한편 에너지를 효율적으로 사용하려면 주변 환경에 맞춰서 에너지를 생산, 저장해야 합니다. 태양광 발전시설을 여러 곳에 설치하는 것처럼 분산전원을 확대하면 운영하는 데 필요한 에너지 시스템의 종류와 복잡도가 커집니다. 따라서 이처럼 복잡해진 에너지 수급을 효율적으로 운영하고 관리할 수 있는 사물인터넷(IoT) 기반 네트워크가 꼭 필요합니다.

인천항만공사는 각종 센서와 고화질 CCTV를 IoT로 연결하여 에너지 저장장치, 태양광 패널, 전력 장치 전반의 안전 상태를 실시간으로 확인할 수 있게 했습니다. 이를 기반으로 이상 징후가 발생하면 담당자에게 모바일 알람을 발송하는 24시간 스마트 안전감시 체계를 구축했습니다. 축적한 데이터에는 증강현실(AR)과 빅데이터 기술을 접목해 유지보수가 필요한 시점을 자동으로 알려주고 효율을 극대화하는 운영방안도 수립할 수 있습니다.

전 세계 물동량의 약 90%를 담당하는 해상 수송은 연간 10억 톤에 달하는 이산화탄소를 배출합니다. 이는 전 세계 탄소배출량의 약 3%에 달하는 수준으로, 세계 5대 탄소배출국을 제외한 모든 국가에서 발생하는 탄소배출량을 합친 것보다 많은 양입니다. 때문에 탄소중립 달성을 위해서는 해운업의 ‘탈 탄소화’가 시급한 상황인데요 해운은 전통적으로 탄소 감축이 어려운 분야로 손꼽힙니다. 전기만으로는 거대한 선박을 움직이기 어려울뿐 아니라 항만의 방대한 시설을 가동하려면 많은 양의 에너지가 필요하기 때문입니다. 그러나 최근에는 앞서 살펴본 POSMEG처럼 항만과 해운 분야에서도 재생에너지와 ICT를 결합하여 탄소 배출을 줄이려는 새로운 시도가 이어지고 있습니다. 이러한 노력을 바탕으로 우리 사회가 탄소중립에 한 발짝 더 다가서기를 기대해봅니다.

* 연관 콘텐츠

[기획원고] 외신 기자들이 찾아가 본 수소 시범도시, 울산

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222800981101

[카드뉴스] 바다에서도 탄소중립을!

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222465811556

관련 링크 : https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222807599605

출처 한국에너지정보문화재단

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정책

재생에너지3020 이행계획

국내 에너지정책은 2008년부터 ‘재생에너지 중심의 청정에너지 체제로 전환’을 추진해왔으며, 이에 대한 구체적인 시행 방안과 달성 시점을 확정하고자 2017년 10월 ‘에너지전환 로드맵’을 발표했습니다. 2030년까지 재생에너지 비중을 20%로 높이겠다는 큰 윤곽을 제시한 후 2017년 12월, ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표해 계획을 구체화했습니다.

목표

재생에너지 발전량 비중을 20%까지, 누적 설비용량을 64GW까지 보급
신규 설비용량의 95% 이상을 태양광ㆍ풍력 등 청정에너지로 공급

주요국가 재생에너지 발전 비중

(단위 : %. 2015년 기준)

덴마크
31.1
스페인
14.6
독일
13.8
프랑스
9.2
미국
7.0>
일본
5.7
한국
2.4

자료 : 국제에너지기구 (IEA)

주요 이행 계획

1 국민참여 확대
- 도시형 태양광 보급 사업을 확대하고, 생산한 전력 중 소비하고 남은 잉여 전력은 현금 정산을 하는 등 상계거래제도를 개선
- 제로 에너지 건축물 인증 의무화 등을 통해 재생에너지 기반 건축물 확산
- 협동조합이 참여한 사업, 시민참여 펀드가 투자된 사업 등에 REC 가중치 추가 부여 등 인센티브를 제공
- 농업진행구역 내 염해 간척지, 농업진흥지역 이외 농지, 농업용 저수지 등에 태양광 설치를 활성화하여
  30년까지 10GW 규모의 태양광을 보급하는 등 농촌 태양광 확대
2 지자체 주도의 계획입지 도입
- 수용성, 환경성을 사전에 확보하고 부지를 계획적으로 조성하기 위해 계획입지 제도 도입을 추진
- 광역지자체 주도로 발굴한 부지는 관계 부처 협의를 통해 입지 적정성 검토 후 재생에너지 발전기구로 지정하는 등 사업자의 원활한 추진 지원
3 대규모 프로젝트 추진
- 수용성 및 환경성을 고려하여 단계적 추진
  - 1단계2018~2022년
    
    민간과 공공기관이 제안한 프로젝트 가운데
    5GW 규모의 프로젝트를 집중 추진
  - 2단계2023~2030년
    
    대형발전사의 재생에너지공급의무화(RPS) 비율을 단계적으로 상향 조정하여 대규모 프로젝트 추진 유도
4 재생에너지 확대를 위한 보급여건 개선
- 농업진흥구역 내 규제 완화, 공유재산 제도 개선 등 입지규제 및 사업 수익성을 저해하는 각종 제도 개선 추진
- 지역별 보급계획 수립, 전담조직 보강 등 지자체 역량 강화 지원
- 중앙정부와 지자체 간 재생에너지 정책협의회 상시 운영
5 환경을 고려한 재생에너지 확대
- 폐기물·우드펠릿 등에 대한 REC 가중치를 축소하고 국제기준 및 국내여건을 감안하여 비재생 폐기물을 재생에너지에서 제외 추진
- 태양광 폐모듈 재활용센터 건립 및 관리체계 구축, 풍력 대형블레이드 등에 대한 폐기지침 개발 등 재생에너지 폐기물 처리기반을 구축

주요국가 재생에너지 정책 동향 및 시사점

중국
- 재생에너지 목표 상향 조정 전망, FIT 기준가격 인하와 RPS 비중 확대를 통해 경제성 확보와 보급목표 달성 추진
  - - 재생에너지 13·5 계획(’16년)에서 ’20년 15%, ’30년 20%의 달성 목표 비중을 발표했으나,
    ’18년계획 수정안 초안에서 ’30년의 달성 목표를 35%로 상향한 것으로 확인되어 공식 목표가 조만간 조정될 전망
일본
- 보급 단가를 낮춰 경제성을 확보하고, 해상풍력 도입을 적극적으로 추진
- FIT 기준가격 인하 및 경매를 통해 태양광 시장의 가격 경쟁력 강화를 도모하고, 매년 FIT 기준가격을 고시하여 점차 FIT 기준가격을 인하하는 추세
- ’18년 3월 『해양재생에너지발전설비 정비 관련 해역 이용 촉진 법률안』을 각의 결정하며, 해상풍력 보급 촉진 정책 도입
미국
- 주정부를 중심으로 재생에너지 확대정책을 활발하게 추진하고 있으며, 각 지방정부에서는 재생에너지 목표 발전 비율을 상향
  - - 코네티컷 주 : ’30년 48%
  - - 뉴저지 주 : ’30년 50%
  - - 캘리포니아 주 : ’45년 100%
  - - 워싱턴 D.C. : ’40년 100%
EU
- ’30년까지 최종에너지 소비 중에서 재생에너지가 차지하는 비중을 27%에서 32%로 확대하는 재생에너지지침의 목표를 ’18년 6월에 상향 확정
- 재생에너지 보급 확대를 위해 허가 절차를 간소화하여 정기 프로젝트의 경우에는 최대 2년, 기존설비 현대화(Repowering)는 1년,
  10.8kW 이하의 소규모 프로젝트는 간단한 통지절차로 가능하도록 하여 보급 확대 전망