에너지정책소통센터

Document

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.

‘바다 위 유전’ 해상풍력, 기업들이 주목하는 이유는?

‘바다 위 유전’ 해상풍력, 기업들이 주목하는 이유는?

기업들이 100% 재생에너지만으로 기업 활동을 하는 ‘RE100’에 가입하는 것이 글로벌 스탠다드가 되면서 재생에너지에 대한 수요가 갈수록 증가하고 있습니다. 관건은 재생에너지가 기존의 화석 연료를 충분히 대체할 만큼 ‘대규모로 에너지를 생산할 수 있느냐’죠.

이런 이유로 주목을 받는 것이 해상풍력발전입니다. 해상풍력발전은 글자 그대로 바다에 풍력 터빈을 설치해서 바람으로 전기를 생산하는데, 땅이 제한적인 육상풍력에 비해 입지가 제한되지 않아 대규모로 지을 수 있다는 게 큰 장점입니다. 그래서 ‘바다 위의 유전’이라는 별칭으로 부르기도 합니다.

국내 해상풍력발전은 순항 중

KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터에서 발간한 <풍력 발전 현황 및 산업 동향>에 따르면 2020년 글로벌 누적 풍력 발전 용량은 778GW로 이중 육상풍력 비중이 95.5%(743GW), 해상풍력이 4.5%(35GW)를 차지했습니다. 하지만 해상풍력의 성장 속도는 눈부셔 2021~2025년 육상풍력 신규 발전용량 증가율은 15.7%임에 비해 해상풍력의 증가율은 113.4%에 달할 것으로 전망하고 있습니다.

그럼 국내는 어떨까요? 우리나라는 해상풍력이 아직 크게 활성화되지는 않았지만, 해상풍력 기술개발과 실증사업을 차근차근 준비해 나가고 있는 단계입니다.

부유식 해상풍력발전시스템 이미지 © 한국중부발전

2021년 기준 현재 국내에 건설된 풍력단지는 총 1,705MW 규모입니다. 이 가운데 상업운전 중인 해상풍력단지는 탐라(30MW), 서남권 실증단지(60MW), 영광 일부(34.5MW) 등을 포함해 총 6개(132.5MW)로 아직은 적은 편입니다.

하지만 우리나라는 울산 앞바다에 2030년까지 세계 최대 규모(9GW)의 ‘울산 부유식 해상풍력발전단지’를 조성하는 사업을 추진 중입니다. 부유식 해상풍력은 터빈을 해저 지반에 고정된 기초 위에 설치하는 고정식 해상풍력과 다르게 부유체에 터빈을 설치하는 방식입니다.50~60m 이상 깊은 바다에도 설치 가능해 대규모로 발전 단지를 조성할 수 있습니다.

현재 울산 부유식 해상풍력발전단지는 총 13개 구역에서 발전사업 허가 승인을 받았습니다. 2025년 준공을 목표로 하고 있으며 이후 계통연계 신청과 발전단지 설계, 개발행위 허가, 주민보상협의 같은 인·허가 과정을 거치면 최종 상업운전에 돌입할 수 있다고 합니다. GIG-TotalEnergies(귀신고래1·2·3호), 에퀴노르(반딧불), CIP(해울이1·2·3), 쉘-코헨스헥시콘(문무바람1·2·3), KWF 등의 5개 민간투자회사와 공기업인 한국석유공사, 동서발전이 사업을 진행합니다.

‘터빈 대형화’ 등 기술력 관건인 해상풍력

해상풍력은 무엇보다도 기술력이 중요합니다. 풍력발전에서 핵심인 ‘터빈 제조’는 지멘스(SIEMENS), 베스타스(vestas), 골드윈드(goldwind)를 비롯한 해외 기업 상위 5개사가 60% 이상의 시장점유율을 보이고 있습니다. 우리나라의 경우 2019년 기준 국내 풍력발전기 제작사는 두산에너빌리티(구.두산중공업), 효성, 유니슨 및 한진산업 등의 4곳이며, 이중 해상용 풍력발전기는 두산에너빌리티와 효성에서 제작합니다.

해외에서는 ‘터빈 대형화’ 같은 기술 발전으로 설비 이용률을 향상시키고 있습니다. 영국과 독일 같은 선진국들이 해상풍력 시장에 적극적으로 진출하고 있는 이유는 그간 꾸준한 기술 개발로 인해 비용이 하락하고 사업성이 개선되고 있기 때문인데요, 국제재생에너지기구(IRENA)는 2016년 세계 해상풍력 균등화발전비용(LCOE)이 kWh당 0.14달러로 2010년 대비 약 20% 감소, 2022년에는 최대 60%까지 감소할 것이라 예측합니다. 영국에서는 신규 원전보다 저렴한 해상풍력이 등장하였고, 독일과 네덜란드에서는 ‘보조금 제로’ 프로젝트들이 수행되고 있습니다.

해상풍력 터빈 크기 변화 추이 © 포스코

투자와 기술개발로 해상풍력발전 터빈의 대형화가 빠르게 진행되고 있습니다. 유럽에서 신규로 설치된 해상풍력 터빈의 평균 용량은 2010년 3MW에서 현재 8MW까지 증가했죠. 향후 12MW급 초대형 터빈들이 곧 상용화될 수 있을 것으로 보입니다. 제너럴 일렉트릭(GE)에서는 터빈 날개의 회전 반경이 220m에 달하고 수면에서의 높이가 260인 12MW급 초대형 터빈을 개발하고 있습니다.

국내 주요 풍력 기업들도 해상풍력의 잠재력을 인지하고 관련 기술개발을 꾸준히 지속하고 있습니다. 두산에너빌리티는 국내 유일의 상업용 해상풍력 실적 보유 기업으로서 8MW급 해상풍력 터빈 시스템 개발뿐만 아니라 풍황 분석, 사업타당성 검토까지 전분야 솔루션을 제공합니다.

포스코는 파도를 견뎌내면서도 구조물 꼭대기에 설치된 날개와 터빈의 움직임에도 문제 없는 고강도의 철강재를 개발해내 영국의 최대 해상풍력 프로젝트에 강재를 납품하는 성과를 올렸습니다. CS윈드는 풍력 타워를 주로 생산하는 기업으로서 글로벌 3대(GE, 베스타스, 지멘스) 터빈 기업이 고객이며 풍력타워 세계 1위를 점유하고 있습니다.

그럼에도 아직은 국내 풍력발전의 가격경쟁력을 주요국과 비교해 보면, 터빈은 EU에 비해 상당한 격차를 보이고 있는 것이 사실입니다. 이를 극복하기 위해 전문가들은 우리가 경쟁력을 갖고 있는 조선·해양플랜트(부유식 해상풍력에서 높은 경쟁력), ICT 등 연관 산업과의 협업을 통해 기술 격차를 빠르게 줄여나가야 한다고 제안합니다.

정부도 2010년 11월 해상풍력 추진 로드맵을 발표하고 단지 조성에 66조 원, 조성 후 단지를 20년 동안 운영하는 데 46조 원을 각각 투입해 관련 산업을 본격 육성할 예정입니다. 특히 세계 최고의 경쟁력을 가진 조선·해양부문과 시너지를 일으켜 부유식 시스템 개발에 주력할 계획인데요, 울산 부유식 해상풍력단지도 그 일환이죠. 해상풍력 시장을 선도하는 게임체인저로 부상할 우리 기술의 잠재력이 기대됩니다.

* 연관콘텐츠

[세계소식] EU 4개국 해상풍력, 설비용량 10배 확대에 협력

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222739804004

[에너지 지식백과] 풍력편 ① 블레이드

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222600089738

[에너지 지식백과] 풍력편 ② 기어박스

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222600090967

[에너지 지식백과] 풍력편 ③ 해상풍력

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222600091931

관련 링크 : https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222832668909

출처 한국에너지정보문화재단

Document

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