“재생가능에너지 회의론자들은, 가변성때문에 풍력과 태양광이 믿을 수 있는 전력망 기반이 될 수 없다고 주장한다. 그러나 재생가능에너지가 확장되고 새로운 에너지 관리기술과 저장 방법이 등장해, 신뢰할 수 있고 깨끗한 전력망으로 가는 길을 열고 있다.” (이미지 : Gettyimages)
이 글은 YaleEnvironment360의 다음 칼럼을 번역해 정리한 것입니다. 가독성을 위해 의역을 많이 했습니다. 더 정확한 내용은 원문 기사를 참조해주세요.
“Three Myths About Renewable Energy and the Grid, Debunked” Amory B. Lovins & M. V. Ramana. 2021. 12. 9. YaleEnvironment360.
풍력과 태양광 전기 생산비가 크게 떨어지고 전기생산 부문에서 차지하는 비율이 높아지자, 회의론자들이 재생가능에너지와 전력망에 대한 거짓 신화들을 전파시키고 있습니다. 이들은 재생가능에너지원에 의존하는 것은 전력 공급을 신뢰할 수 없다고 주장합니다.
지난 여름, 일부 논평가들은 캘리포니아 블랙아웃이 재생가능에너지원들이 “간헐적으로 끊겨서” 발생했다고 주장했습니다. 실제로 이 사건의 주요 원인은 기후변화로 인한 폭염, 잘못된 계획과 융통성 없는 에너지 생산 방식, 불충분한 전기 저장 등이 복합적으로 작동되어 발생했을 것으로 분석되고 있습니다.
지난 겨울 텍사스에 일시적인 한파가 엄청난 강도로 닥쳤을 때, 그렉 애보트(Greg Abbott) 주지사는 텍사스 주의 대규모 풍력, 태양광 발전망이 실패했다는 틀린 비판을 했습니다. 텍사스 주의 풍력, 태양광 발전망은 캘리포니아 주보다 훨씬 더 규모가 큽니다.
사실은 블랙아웃 기간의 90% 동안 재생가능에너지 생산량은 전력 회사들이 예측한 양보다 더 많았으며, 나머지 10% 기간 동안에는 가스발전소에 비해 기껏해야 15분의 1 정도 부족했을 뿐입니다. 반면 발전소와 천연가스 장비들은 보온도 안 된 상태여서 한파에 얼어버렸고 텍사스 주 지역 전반에서 전기가 부족하게 되었습니다.
유럽에서는 독일이 주로 공격 목표가 되는데 부분적으로는에너지 전환(Energiewende) 정책 때문입니다. 독일은 화석연료와 핵에너지로부터 효율적인 사용과 재생가능에너지로 에너지 전환을 강력하게 추진하고 있습니다. 특히 새로 선출된 독일 정부는 효율적인 에너지 사용을 높이고 재생가능에너지로의 전환을 완수할 계획을 하고 있습니다. 그러나 몇몇 비평가들은 독일이 “재생가능에너지 한계에 맞닥뜨리게” 될 것이라고 경고합니다.
개선된 에너지 관리와 저장 방법 등과 결합하고 재생가능에너지원에 기반하는, 신뢰할 수 있는 전력 시스템을 유지하는 것은 실제로 완전히 가능합니다. 어떻게 신뢰할 수 있는 전력 공급이 가능한지 더 명확하게 이해시키는 것이 가장 중요합니다. 왜냐하면 기후 위협때문에 태양광 발전과 풍력 발전과 같은 재생가능에너지원으로 빠르게 전환해야하기 때문입니다.
이러한 전환은 재생가능에너지 생산 비용이 급격히 감소하면서 빨라지고 있습니다. 블룸버그 뉴 에너지 파이넌스(Bloomberg New Energy Finance)는 태양과 바람이 전세계 전기의 91%에 대해 가장 싼 에너지원이라고 예측했습니다. 그러나 잘못된 정보와 신화때문에 재생가능에너지로의 전환이 늦춰지고 있습니다.
잘못된 신화 1 : 재생가능에너지 의존도가 높은 전력망은 신뢰할 수 없다.
“우리는 신의 말씀은 그냥 믿는다. 그러나 신 외의 다른 이들은 주장에 대한 근거 데이타를 가져와야 한다”는 말도 있듯이, 재생가능에너지의 비중이 높은 나라들의 전력망 신뢰성 통계를 들여다봅시다. 전력망 신뢰도를 나타내기 위해 주로 사용되는 지표는 매년 소비자가 경험하는 ‘평균 전기공급 중단 시간’입니다. 이 양은 “계통 평균 정전 지속시간”(System Average Interruption Duration Index; SAIDI)으로 나타냅니다.
독일은 유럽과 세계를 통틀어 전력망 신뢰도 지수가 가장 높은 나라들 중 하나인데, 전체 전기 공급량의 절반을 재생가능에너지로 공급하고 있습니다. 2020년 독일의 “계통 평균 정전 지속시간”은 0.25시간밖에 안 됩니다. 유럽에서는 리히텐슈타인(0.08시간), 핀란드와 스위스(0.2시간)만이 독일보다 신뢰도가 높습니다. 유럽은 2020년 전기의 38%를 재생가능에너지로 만들었고, 이는 세계 평균 29%보다 더 높습니다. 프랑스(0.35시간)와 스웨덴(0.61시간)같은 나라들은 둘 다 원자력 전기 의존도가 훨씬 더 높은데, 여러가지 이유로 신뢰도는 더 낮습니다.(그림 1)
미국은 재생가능에너지와 핵발전 둘 다 각각 전체 전기의 약 20%를 공급하고 있는데, 2020년 정전율은 1.28시간으로 독일의 5배였습니다. 2006년 이후 독일 전기에서 재생가능에너지 비율은 거의 4배 증가했습니다. 반면 정전율은 거의 반으로 감소했습니다. 텍사스 전력망도 비슷하게, 2007년과 2020년 사이에 풍력 발전량이 6배로 증가했고 더 안정화되었습니다. 현재 텍사스는 풍력으로 전기를 더 많이 생산하고 있습니다. 이는 텍사스 전체 전기의 약 5분의 1에 해당하며 미국 어느 주보다 많습니다.
잘못된 신화 2. 독일같은 나라들은 변동이 심한 풍력 발전과 태양광 발전을 보조하고 전력망을 안정화하기 위해 화석연료에 계속 의존해야만 한다.
다시 말하지만, 공식적인 데이타는 이런 잘못된 신화와 다른 얘기를 해줍니다. 일본에서 후쿠시마 핵발전소 사고가 일어나기 전해인 2010년과 2020년 사이에, 독일에서 화석연료로 생산하는 전기는 130.9 테라와트시 감소했고, 핵발전으로 생산되는 전기는 76.3 테라와트시(TWh) 감소했습니다. 줄어든 부문은 재생가능에너지(149.5 TWh)를 더 많이 생산하고 에너지 사용량을 줄여(2019년 38 TWh 감소) 감소된 생산량을 상쇄시키고도 남았습니다. 팬데믹으로 경제 활동이 줄어들기도 전에 말입니다.
2020년 독일의 온실가스 배출량은 1990년 수준에서 42.3%가 감소했고, 이것은 2007년에 세운 목표 40%를 넘겨 초과 달성한 것입니다. 전기 생산 부분에서만 이산화탄소 배출량이 2010년 3억 1,500만 톤에서 2020년 1억 8,500만 톤으로 감소했습니다. 독일에서 재생가능에너지로 생산되는 전기는 계속 증가하고 있으며, 전력망 신뢰도도 더 높아지고 있습니다. 독일의 석탄 연소와 온실가스 배출량은 크게 감소했습니다.
일본은 후쿠시마 원전에서 여러 개의 원자로가 용융되는 사고를 겪은 후, 화석연료 발전량을 늘리지 않고 즉 온실가스 배출량 증가없이 40개가 넘는 원자로를 영구히 혹은 사실상 폐쇄시켰습니다. 전기 사용량을 줄이고 재생가능에너지를 늘린 것입니다. 재생가능에너지를 억누르는 정책에도 불구하고, 전기 절약과 재생가능에너지로 전체 전기생산량 감소분을 사실상 상쇄시켰습니다.
잘못된 신화 3. 태양광과 풍력 에너지는 해가 나고 바람이 불 때만 생산될 수 있기 때문에 1년 365일 내내 전기를 공급하는 기저 전력망이 될 수 없다.
생산량이 가변적인 것은 해결해야할 과제이기는 하지만, 새로운 문제도 아니고 해결하기 어렵지도 않습니다. 어떤 발전소도 1년 365일 운전되지는 않기 때문에 전력망을 운영하기 위해서는 항상 수요의 가변성 관리도 포함해야 합니다. 태양광이나 풍력 발전은 시기별 계절별 변동에 맞춰 운영함으로써 부족 상황이 발생하지 않게 조절합니다. 그러나 재생가능에너지가 아니더라도 모든 전기 공급은 변동성이 있습니다.
물 이용도 계절별로 달라지고, 특히 가뭄이 들면 수력 발전량이 떨어집니다. 핵발전소는 원료를 재주입하거나 유지관리를 위해 멈춰야만 합니다. 또한 대규모 화석연료 발전소와 핵발전소는 일반적으로 전체 시간의 7~12% 혹은 그 이상 동안 운전을 중단시킵니다.
석탄화력발전소의 연료 공급은 열차 탈선이나 다리 붕괴 등의 사고로 중단될 수 있습니다. 핵발전소나 핵함대는 안전을 위해 예상치 못하게 운전을 중단시켜야하는 일이 생길 수 있습니다. 2007~2009년 일본의 가장 큰 핵발전소의 경우가 그러했습니다.
프랑스의 모든 핵발전소는 2019년에 평균 96.2일 동안 운전을 중지했습니다. 여기에는 “계획된” 중단과 “운전할 수 없는 상황”도 포함됩니다. 프랑스 핵발전소 중단 일수는 2020년에는 115.5일로 증가했습니다. 이때 프랑스 핵발전소에서 생산된 전기는 이론적으로 생산해야할 전기의 65%에도 못 미쳤습니다. 예측된 생산량과 실제 생산량을 비교해보면, 2020년 동안 프랑스에서 운전 중단이 가장 잦은 전기 생산원은 핵발전이라고 말할 수 있을 것입니다.
기후와 날씨때문에 핵발전소가 중단된 일은 수도 없이 많은데, 지난 10년 동안 7배 늘었습니다. 일상적으로 꾸준히 발전해내는 핵발전소조차도 갑자기 혹은 지속적으로 운전이 중단될 수 있습니다. 후쿠시마 사고 이후 일본이나 2003년 미국 북동부 지역에서 대규모 블랙아웃 사례가 그렇습니다. 2003년 미국 북동부지역에서 블랙아웃이 갑자기 일어났고, 9개 원자로가 몇 일 동안 전기를 전혀 만들어내지 못했으며, 원상 복귀되는 데 거의 2주가 걸렸습니다.
모든 발전 설비가 언제라도 운전이 불가능한 상태가 될 수 있습니다. 전력망 관리는 변동하는 수요와 마찬가지로 현실적으로 다루어야 합니다. 재생가능에너지가 더 많이 생산되어 유입된다고 해서 이러한 현실이 달라지는 것은 아닙니다. 우리가 가변성과 불확실성을 다루는 방식이 달라진다고 하더라도 말입니다. 현대의 전력망 운영은 명목상 안정적이고 융통성이 적은 “기저”(baseload) 생산원보다는 다양성과 융통성이 중요합니다. 다양화된 재생가능에너지원들은 대규모로, 지속적으로, 혹은 대규모 화력발전소처럼 예측불가능하게 운전이 중단되지는 않습니다.
전력망 관리에는 달라지는 수요에 맞춰 전기를 전송하고 배전하는 일만 있는 게 아니라, 잘 작동하는 발전소를 이용해 운전이 중단된 발전소를 지원하는 일도 포함됩니다. 즉 전통적인 화석연료 발전소와 핵발전소에서 일어나는 운전 중단 상황을 관리하는 것입니다. 마찬가지로 그러나 더 쉽고 더 적은 비용으로 풍력발전과 태양광발전을 이용해 전력망을 빠르게 지원할 수 있습니다. 태양광과 풍력은 다른 종류의 혹은 다른 지역에 있는 재생가능에너지와 비교해 예측하는 것이 가능하기 때문입니다.
오늘날에는 날씨와 풍속을 훨씬 더 정확하게 예측할 수 있기 때문에 이 일이 더 쉬워졌습니다. 따라서 가변적인 재생가능에너지 발전량을 더 잘 예측할 수 있게 되었습니다. 지역의 재생가능에너지 혹은 수요가 발생하는 현지에서 만들어서 쓰는 재생가능에너지는 훨씬 더 탄력성이 좋습니다. 전력망은 전체적으로 일시에 정전이 일어날 수 있지만, 지역의 재생가능에너지 망은 대체로 혹은 완전히 전력망에서 벗어나있기 때문입니다. 또한 현대의 전기 공학은 수십억 와트나 되는 남부 오스트레일리아 전력망을 석탄, 수력, 핵발전을 쓰지 않고 태양광과 풍력만으로 여러 날 동안 안정적으로 운영해왔습니다. 전력망 제어를 위해 천연가스를 약 4.4% 쓸 뿐입니다.
재생가능에너지에 대한 대부분의 논의는 변동성을 완화시키기 위해 배터리와 전기 저장 기술에 집중되고 있습니다. 이는 배터리 가격이 빠른 속도로 내려가고 있고 광범위하게 배치되고 있기 때문에 기술 개발이 더욱 확대되고 있는 것입니다. 동시에 다양한 새로운 저장 기술이 계속 등장하고 있습니다. 미국 에너지부(Department of Energy)의 ‘세계 에너지저장 데이타베이스'(Global Energy Storage Database) 목록에 따르면 30가지 종류가 이미 배치되었거나 건설 중입니다. 한편 거대한 배터리뿐만 아니라, 덜 비싸고 탄소를 배출하지 않는 수많은 저장 방법들이 가변적인 재생가능에너지를 저장하기 위해 이미 존재합니다.
재생가능에너지 저장에서 첫 번째로 그리고 가장 중요한 것은 에너지 효율입니다. 에너지 효율은 수요를 낮춰주는데 특히 피크 이용 기간에 그렇습니다. 에너지 효율이 더 높은 건축물은 냉난방이 덜 필요하며 실내 온도도 더 천천히 바뀝니다. 온도가 천천히 오르고 천천히 내려가기 때문에, 더 적은 에너지로 쾌적하게 유지될 수 있습니다.
두 번째 옵션은 수요유연성(demand flexibility) 혹은 수요반응(demand response)이 중요합니다. 이것은 공급자의 요청이 있을 때 사용자가 전기를 덜 쓰고 이를 회사가 보상해주는 것을 말합니다. 이로써 공급-수요 균형을 맞추는 데 도움을 줄 수 있습니다. 최근 한 연구에 따르면, 만약 미국에서 효과적인 수요 반응이 실제로 이루어진다면 2030년까지 현실화될 수 있는 부하 유연성(load flexibility) 잠재력은 200 기가와트의 효과를 가지게 된다고 합니다.
최근 캘리포니아 전력 부족 사태에서 얻은 가장 큰 교훈은 수요반응의 필요성을 더 크게 평가해야 한다는 것입니다. 캘리포니아 공공설비위원회는 지난 두 번의 여름 동안 얻은 과제들을 돌이켜보고는, 수요반응 정책을 더 일찍 만들기 위해 ‘긴급 부하 감소 프로그램’을 (Emergency Load Reduction Program)을 도입했습니다.
잠재력이 더 큰 사례도 있습니다. 텍사스 전력망의 매시간 시뮬레이션을 2050년에 대해서 실행해보니, 8가지의 수요반응을 통해 이른 저녁 전력 수요가 급상승하는 상황을 제거할 수 있는 것으로 나타났습니다. 이 시간대에는 태양광 발전량이 약해지고 가정에서의 부하가 치솟는 시간입니다.(그림 4)
예를 들어 현재 사용가능한 빙축열방식 기술(ice-storage technology)은 주로 밤에 싼 전기와 낮은 기온을 이용해 물을 얼렸다가 더운 낮 동안 건물 냉방에 그 얼음을 이용하는 기술입니다. 이는 냉방 전기 수요를 떨어뜨리고 비용을 아낄 수 있는데, 전기를 저장하는 것보다 냉난방을 위해 축열하는 것이 훨씬 더 싸기 때문입니다. 이와 비슷하게, 운전 패턴을 바꾸지 않고 전기차를 많이 쓰는 것만으로, 전기가 많이 생산되고 사용 가능하고 재생가능한 전기가 있을 때 충전할 수 있습니다.
재생가능에너지 발전량이 증가하면서 전력망을 안정화시킬 수 있는 세 번째 옵션은 다양성, 즉 지리적인 다양성과 기술적인 다양성입니다. 육상 및 해상 풍력발전, 태양광 패널, 태양열 발전, 지열, 수력, 폐기물을 이용한 열병합발전 등 다양한 기술이 있습니다. 아이디어는 단순합니다. 어떤 지역에서 이들 중 하나가 특정한 시간에 전기를 생산해내지 못하면 다른 설비가 전기를 만들어내는 방식입니다.
마지막으로, 전기 자동차 배터리같은 저장 형태는 오늘날 이미 경제성이 있습니다. 빙축열을 이용한 건물 냉방과 전기차(전체 시간의 96%는 주차 상태)-전력망 상호 충전 스마트 시스템으로, 대규모 배터리 없이 텍사스에서 2050년에 재생가능에너지 100%가 실현 가능합니다.
유럽의 경우는 더 힘듭니다. 유럽의 겨울은 “어둡고 바람이 없어서” 모든 재생가능에너지 전력망에 쓸 전기 수 개월치를 배터리에 저장(IRENA)해야 합니다. 그러나 최고의 독일, 벨기에 전력망을 운영하는 사람들은 재생가능에너지로 만든 백업 연료가 1~2주 치 정도면 될 것이라고 계산합니다. 이것은 겨울 발전량의 6%에 불과하며, 대단히 어려운 일이 아닙니다.
핵심은 단순합니다. 전력망은 재생가능에너지 부문이 훨씬 더 커져도 별로 높지 않은 비용으로 운영할 수 있으며, 이러한 사실은 이미 오래 전부터 다 알고 있는 사실입니다. 수력발전소가 거의 혹은 전혀 없는 몇몇 유럽 국가들은 전기의 절반~4분의 3을 재생가능에너지로 생산하면서도 미국보다 더 안정적으로 전력망을 운영하고 있습니다. 이제 잘못된 신화는 벗어날 때가 됐습니다.
* 에머리 B. 로빈스는 로키마운틴 연구소의 공동설립자이자 명예의장이며, 스탠포드 대학의 도시환경공학과 겸임교수이다.
* M. V. 라마나는 “군비축소, 세계와 인간 안보”의 시몬스 의장이며, 캐나다 뱅쿠버 브리티스 콜롬비아 대학의 공공정책과 세계정세대학(the School of Public Policy and Global Affairs)의 리우 세계이슈연구소(Liu Institute for Global Issues)의 소장이다.
이 글은 YaleEnvironment360의 다음 칼럼을 번역해 정리한 것입니다. 가독성을 위해 의역을 많이 했습니다. 더 정확한 내용은 원문 기사를 참조해주세요.
“Three Myths About Renewable Energy and the Grid, Debunked” Amory B. Lovins & M. V. Ramana. 2021. 12. 9. YaleEnvironment360.
번역, 정리 : 황승미 (녹색아카데미)
