신재생 에너지

[인철]

신재생 에너지

화석 에너지인 석유나 석탄이 환경 오염을 일으킨다고 하는데, 그렇다면 환경 오염을 최소화 할 수 있는 에너지는 없을까요? 대안으로 신재생 에너지가 많은 관심을 받고 있어요.

신재생 에너지는 크게 태양과 바람과 땅, 물에서 나오는 에너지로 구분할 수 있는데요. 종류로는 태양광, 태양열, 풍력, 연료전지, 수소, 바이오, 폐기물, 석탄가스화 액화, 지열, 수력, 해양이 있습니다. 이 중에서 몇가지 익숙한 대체 에너지를 알아보도록 해요.

1. 태양광 발전

[사진 : 솔라태양광발전소, 에너지관리공단 http://www.energy.or.kr]

태양광 발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술로, 태양광 발전시스템은 태양전지(solar cell)로 구성된 모듈(module)과 축전지 및 전력변환장치로 구성됩니다.

에너지원이 태양이라 맑고 깨끗한데다, 무제한적으로 쓸 수 있는 태양광 발전은 유지보수도 쉽고, 사람이 없어도 구동이 가능하다는 장점이 있죠. 특히 한번 설치하면 20년 이상 쓸 수 있다는 것도 좋은 점이구요. 하지만 지역에 따라 전력 생산량이 낮을 수 있고, 설치 장소가 한정적인데다 비용이 비싸 초기 투자비가 높다는 단점이 있어요.

태양전지는 1839년, E.Becquerel(프랑스)이 최초로 광전효과(Photovoltaic effect)를 발견한 이후 1954년 Bell Lab.에서 효율 4%의 실리콘 태양전지를 개발하고, 1958년 미국의 Vanguard 위성에 최초로 태양전지를 탑재한 이후 모든 위성에 태양전지를 사용하게 되었죠. 현재 태양전지는 효율 7∼20%, 수명 20년 이상, 모듈가격 $4/W 내외, 발전단가 $0.2∼0.5/kWh 정도랍니다.

2. 태양열 발전

태양광 발전과 달리 태양열 발전은 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수·저장·열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술입니다.

[사진 : 실버홈 노인요양원, 에너지관리공단 http://www.energy.or.kr]

태양열 시스템은 자연형(passive) 시스템과 설비형(active) 시스템으로 구분되는데요. 자연형은 온실, 트롬월과 같이 남측의 창문이나 벽면 등 주로 건물 구조물을 활용하여 태양열을 모으는 장치고, 설비형은 집열기를 별도 설치해서 펌프와 같은 구동장치를 통해 태양열을 집열하는 시스템이에요. 흔히 태양열 시스템이라 하면 설비형을 이야기하는 거죠. 집열 또는 활용온도에 따른 분류는 일반적으로 저온용, 중온용, 고온용으로 분류하기도 합니다.

[사진 : 태양열 시스템, 에너지관리공단 http://www.energy.or.kr]

3. 풍력 발전

[사진 : 영덕풍력발전단지, 에너지관리공단 http://www.energy.or.kr]

제주도나 강원도를 여행할 때 커다란 바람개비(?)를 볼 때가 있습니다. 풍력은 바람에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전 기술이라 바람이 어느 정도 강한 곳에 주로 설치를 하죠.

풍력 발전 시스템의 특징은 풍력이 가진 에너지를 흡수, 변환하는 운동량변환장치, 동력전달장치, 동력 변환장치, 제어장치 등으로 구성되어 있구요. 우리가 보는 부분은 주로 기계장치부에요. 바람으로부터 회전력을 생산하는 Blade(회전날개), Shaft(회전축)를 포함한 Rotor(회전자), 이를 적정 속도로 변환하는 증속기(Gearbox)와 기동·제동 및 운용 효율성 향상을 위한 Brake, Pitching & Yawing System등의 제어장치로 구성되어 있죠.

눈에 보이지 않는 전기장치부(발전기 및 기타 안정된 전력을 공급토록하는 전력안정화 장치로 구성)와 제어장치부(풍력발전기가 무인 운전이 가능토록 설정, 운전하는 Control System 및 Yawing & Pitching Controller와 원격지 제어 및 지상에서 시스템 상태 판별을 가능케하는 Monitoring System으로 구성)되어 있다고 해요.

태풍 등으로 갑자기 바람이 무척 세진다면? 한계풍속이 되면 힘이 회전날개에 작용하지 못하도록 날개의 공기역학적 형상에 의한 제어하는 장치가 있지요.

4. 해양 발전

[사진 : 울돌목 조류발전소, 에너지관리공단 http://www.energy.or.kr]

서해처럼 밀물과 썰물의 차이가 큰 곳이나, 육지와 섬 사이의 폭이 좁아 바닷물이 세차게 흐르는 곳에서는 해양에너지기술도 많이 쓰입니다. 해양에너지는 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식은 조력·파력·조류·온도차 발전 등이 있는데요.

조력발전 : 조석간만의 차를 동력원으로 해수면의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술

평균조차가 3m이상되어야 하고, 폐쇄된 만의 형태에 유리합니다.

아무래도 해저의 지반이 강고해야 하고요, 생산된 에너지가 필요한 수요처와 거리가 가까운 곳에 건설되요.

파력발전 : 연안 또는 심해의 파랑에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술

자원량이 풍부한 연안으로 육지에서 거리 30㎞미만이며 수심 300m미만의 해상에 건설됩니다.

특히 가까운 거리에 위치하는만큼 항해, 항만 기능에 방해되지 않는 것이 조건이죠.

조류발전 : 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술

조류의 흐름이 2m/s 이상이며, 조류흐름의 특징이 분명한 곳에 건설됩니다.

온도차발전 : 해양 표면층의 온수(예 : 25∼30℃)와 심해 500∼1000m정도의 냉수(예 : 5∼7℃)와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술

연중 표·심층수와 온도차가 17℃ 이상인 기간이 많아야겠죠? 또 어업 및 선박 항행에 방해되지 않아야 해요.

이외에도

연료전지 : 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술

수소에너지기술 : 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리, 생산해서 이용하는 기술

수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조할 수 있으나 입력에너지(전기에너지)에 비해 수소에너지의 경제성이 너무 낮으므로 대체전원 또는 촉매를 이용한 제조기술 연구

바이오에너지 이용기술 : 바이오매스(Biomass, 유기성 생물체를 총칭)를 직접 또는 생·화학적, 물리적

변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기·열에너지 형태로 이용하는 화학, 생물, 연소공학 등의 기술

폐기물에너지 : 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 기술

사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의한 오일화, 성형

고체 연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의한 열회수 기술 등의 가공ㆍ처리 방법을 통해 고체 연료, 액체 연료, 가스 연료, 폐열 등을 생산하고, 이를 산업 생산활동에 필요한 에너지로 이용될 수 있도록 재생에너지를 생산하는 기술

성형고체연료(RDF : Refuse Derived Fuel) - 종이, 나무, 플라스틱 등의 가연성 폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조된 고체연료

폐유 정제유 - 자동차 폐윤활유 등의 폐유를 이온정제법, 열분해 정제법, 감압증류법 등의 공정으로 정제하여 생산된 재생유

플라스틱 열분해 연료유 - 플라스틱, 합성수지, 고무, 타이어 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 생산되는 청정 연료유

폐기물 소각열 - 가연성 폐기물 소각열 회수에 의한 스팀생산 및 발전, 시멘트킬른 및 철광석소성로 등의 열원으로의 이용 등

석탄(중질잔사유)가스화 : 가스화 복합발전기술(IGCC:Integrated Gasification Combined Cycle)은 석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온·고압의 가스화기에서 수증기와 함께 한정된 산소로 불완전연소 및 가스화시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스를 만들어 정제공정을 거친 후 가스터빈 및 증기터빈등을 구동하여 발전하는 신기술

석탄액화 : 고체 연료인 석탄을 휘발유 및 디젤유 등의 액체연료로 전환시키는 기술로 고온 고압의 상태에서 용매를 사용하여 전환시키는 직접액화 방식과, 석탄가스화 후 촉매상에서 액체연료로 전환시키는 간접액화 기술이 있음

지열에너지 : 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술

태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라

다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃정도 유지해 열펌프를 이용하는 냉난방시스템에 이용

우리나라 일부지역의 심부(지중 1 ~ 2 km) 지중온도는 80 ℃ 정도로서 직접 냉난방에 이용 가능

수력발전 : 물의 유동 및 위치에너지를 이용하여 발전

05년 이전에는 시설용량 10㎿이하를 소수력으로 규정하였으나, 신규 법(신에너지 및 재생에너지 개발이용보급촉진법) 에서는 소수력을 포함한 수력 전체를 신재생에너지로 정의합니다.

신재생 에너지 , 무엇이 달라질까요?

확대를 위해 나섰습니다. 기존에 운영하던 신재생에너지공급의무화제도(RPS)의 미비점을 하는 것은 물론 지열, 태양열 등 신재생열에너지 확대를 위한 제도 도입도 추진할 계획이라고 합니다. 신재생에너지 내수시장을 확대하고 원간 균형발전을 통해 신재생에너지 비중을 확대할 계획을 가지고 재도약을 준비하고 있습니다.

1. 신재생 발전소, 주민이 직접 건설하면 지원이 확대!

에너지시설 건설부지 확보를 둘러싼 갈등을 해소하기 위해 주민이 신재생 발전소를 직접 건설할 경우 지원이 확대될 방침입니다. 특히, 송전선로 주변지역에 주민이 참여하는 경우 지분비율에 따라 REC 가중치를 우대하여 해당 주민들의 수익창출 도모는 물론, 국민 수용성도 높여나갈 계획입니다. 예를 들어 주민지분비율이 30~50%일 경우 가중치는 0.7에서 1.0으로 높이고, 50~100%일 경우 1.2로 조정하기로 했습니다.

2. 태양광 산업의 걸림돌을 없애다!

경제성이 취약한 태양광시장을 보호하기 위해 별도로 공급의무량을 부과하였으나, 태양광산업 발전을 가로막는 요인으로 작용하고 있어 이를 개선하기로 하였습니다.

이를 위해 태양광 의무공급량을 2014~2015년 2년간에 걸쳐 300MW 추가하여 태양광 보급목표를 당초 1.2GW에서 1.5GW로 늘림으로써 내수시장을 확대하고 원활한 RPS의무 이행기반을 마련하기 위한 노력을 기울이고 있습니다. 2016년 이후 태양과 의무공급량은 연말에 수립되는 제2차 에너지기본계획과 연계하여 추가 검토할 계획입니다.

[태양광 의무공급량 확대(안), 단위 :MW]

3. 태양광 대여사업자 도입

각 가정에서 보조금을 받아 태양광을 설치할 경우 500만원 내외의 초기 자금이 소요되고 유지관리에도 어려움을 겪게 되는데요, 이를 방지하기 위해 앞으로는, 전담사업자가 태양광설비 설치에서 유지보수까지 모두 책임질 예정입니다. 가정에서는 대여료만 지불하면 저렴한 가격에 정수기처럼 서비스를 받을 수 있는 태양광 대여사업자가 도입됩니다.

4. 소규모 발전사업자 지원 및 변동형 REC 가중치제도 도입

REC 판매처 확보에 어려움을 겪고 있는 소규모 발전사업자 지원을 강화하기 위해 12년간 발전사와 고정가격으로 장기계약 체결이 가능한 판매사업자 선정시장 규모를 연 100MW에서 150MW로 늘립니다. 또한, 판매물량의 30%를 소규모 사업자에 배정하기로 했습니다. 특히 막대한 자금이 들어가는 해상풍력과 조력의 경우, 초기 투자부담을 줄일 수 있도록 사업 시행초기에 가중치를 높여 주는 변동형 REC 가중치제도가 처음으로 도입됩니다.

5. 열에너지 산업 지원

그간 전력공급이 가능한 태양광에 정부지원이 집중되면서 태양열이나 지열 같은 열에너지 산업의 성장에 걸림돌로 작용해 왔습니다. 앞으로 1만㎡ 이상 신축 건축물은 열에너지의 일정 사용량(예시: 10%)을 신재생으로 공급하도록 하는 신재생열에너지 공급의무화제도(RHO) 도입을 추진해 신재생 열에너지 보급 촉진은 물론, 열 생산을 위한 전력낭비도 줄일 수 있게 됩니다.

6. 신재생설비 설치 권고와 다양한 인센티브 제공

‘원가 대비 낮은 전기요금 혜택’을 받고 있는 대규모 사업장은 자체 신재생 설비를 설치하여 전력수요를 감축할 의미가 낮아집니다. 따라서 계약전력 5천kW 이상 전력 다소비 사업장을 대상으로 일정용량(예시 : 계약전력의 3～15%)의 신재생설비 설치를 권고하고, 이를 이행할 경우 다양한 인센티브를 제공하여 신재생에너지 보급 확대와 함께 전력사용량 감축도 유도할 계획입니다.

한편 지난 ’10년 등록제에서 신고제로 바뀌면서 전문기업이 9,000여 개로 크게 증가하였습니다. 시공능력과 A/S 역량이 부족한 기업들이 보급시장에 참여하면서 소비자들의 불만이 제기되었는데요, 이를 위해 부실시공업체 퇴출을 위해서 전문기업에 대해 3년마다 재신고하도록 신고요건을 강화하고, 제조업체의 보험․공제가입을 의무화할 방침입니다.

한눈에 보는 신재생 산업을 위한 신규제도 및 개선방안

[신재생에너지 공급의무화제도(RPS)]