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독일의 신재생발전량과 독일 발전 용량구성/ 우리 나라와 비교 본문

저전력, 전기요금/전기요금, 발전소

독일의 신재생발전량과 독일 발전 용량구성/ 우리 나라와 비교

간단히 만들어 본 것이다. 처음 본 그래프들이라 잘못 읽었을 수 있으니까 주의해서 봐주기 바란다. (몇 가지 고쳤다)


역대 정부는 원자력:석탄:가스 이렇게 발전 에너지를 3분하려 했다고 난 알고 있어. 

원전 건설이 석유파동과 관계있었던 만큼 에너지안보목적이 컸을 게다.

지금 정부는 노후 원전과 노후 석탄발전소를 닫으라는 정책을 냈고, 장기적으로는 석탄은 몰라도 원자력은 퇴출시키겠다고 했다. 그리고 당시와 달리 이제 가시권에 접어든 신재생 발전을 대폭 확대하겠다 했는데..

그럼 에너지 배분은 석탄:가스:태양광-풍력 이렇게 3분하는 게 최종 목적인가?



1        .

아래는 독일의 2016년도 월별 전력 생산 차트. 여름에는 40TWh, 겨울에는 50TWh 정도. 독일은 여름보다 겨울에 전기를 많이 쓴다. 그 중 태양광과 풍력은 달에 따라 8~14TWh 정도로 월 생산량기준 대충 20~25%정도를 차지하는 것 같다.

수력과 바이오매스가 합계 5TWh정도로 10%내외인데 바이오매스?

태양광과 풍력은 변덕이 심하기 때문에, 부족분은 가스발전(LNG겠지. 러시아산 "잠가라 가스"..)으로 보충하는 양상으로 저 그래프에는 나타나 있다. 가스발전량은 바이오매스와 비교되는 달이 있을 만큼 얼마 안 되며 보조적. 저 아래 일중 발전량을 보면 석탄 중에서도 hard coal은 가스와 같은 위치인 것 같다.

독일이 5년도 전에 탈원전을 선언했지만 아직 탈원전한 것은 아니고 발전 비중을 줄여 가고 있는데, 지금도 원자력은 15% 근처를 차지한다.


그리고 독일 발전량의 절반을 차지하는 주역은 석탄이다. brown coal(갈탄. lignite), hard coal(석탄. 역청탄 등)으로 나뉘어 그려져 있는데, 어쨌든 둘 다 석탄이다. 



독일 발전소스별 일간 생산량.

사람이라면 밤에 해가 안 뜨는 건 알 것이다. 중학교 과학과정에서 지구과학을 배웠다면 바람은 비교적 꾸준히 부는 게 있고 밤낮에 따라 바뀌는 게 있다는 것도 알 것이다. 그것을 잘 보여 주는 차트.

일 주일 동안의 발전량 추이 그래프. 


맨 위 노랑색이 태양광 발전(Solar)이고, 그 바로 아래 옥색이 풍력 발전(Wind)이다. 앞의 막대그래를 보면 연간 전력 생산량은 풍력발전량이 배로 많지만, 해가 중천에 떠있을 때의 순간 발전량은 태양광이 훨씬 많다. 독일에서 태양광이 바람보다 훨씬 불연속적인 에너지원이라 나머지 시간대에 시설이 놀기 때문에 그렇다.


태양광발전과 풍력발전량이 변덕이 매우 심하다는 걸 알 수 있다. 기저발전역할을 하는 것은 아래로부터 수력, 바이오매스, 원자력, 갈탄(brown coal)까지, 그리고 hard coal(이게 우리 나라의 석탄화력발전소에서 쓰는 그것일 것 같다)은 계절적인 생산량 변동이 있기는 한데 기저발전으로 넣어도 될 만큼 꾸준하다. 풍력과 태양광의 출력 변덕(과 기저발전의 정기보수 등)을 가스가 완충하는 모양새. 


수입 밸런스를 클릭하면 그림이 조금 달라져서 기복도 줄어드는데, 신재생 발전량이 많은 시간대에는 수출하는 모양. 아래 차트로 볼 때 독일은 기본적으로 최악의 경우에도 자립할 수 있도록 용량을 지었고 수출은 버리느니 국제협력차원에서 한다 정도인 모양(독일이 전기를 연간 기준해서 수입하던 때가 있었지만 지금은 연간 기준해서 소량 수출하는데, 그 이유가 이것인 듯. 수입하지 않는 발전용량을 기준으로 계획을 짠 것이다). 그리고 가스발전과 석탄발전 일부가 완충역할을 하지만 아직은 신재생발전량이 최고일 때도 아주 끄진 않는 것을 볼 수 있다.



2        .

탈원전..이라지만 독일의 원전 폐쇄는 매년 한 건 아니다. 탈원전선언을 하던 때 언저리인 2011년에 크게 한 번 줄였고 그 뒤에 한 번 했다. 다음 다음 그림을 보면 2011년에 원전 발전 용량이 팍 줄어든 걸 볼 수 있는데, 독일의 원자력 발전 비중은 용량 기준으로 기저발전을 100이라 할 때 22 정도였다. 그리고 그 원전 줄인 만큼의발전량을 완충하기 위해 태양광과 풍력과 가스를 저만큼 지은 셈이다.


독일의 풍력발전소 건설은 90년대에도 이미 했고[각주:1], 태양광은 금융위기를 전후한 시기에 크게 늘었다가 지금은 다시 풍력위주로 건설 중.[각주:2] 윈드 오프쇼어는 해안에서 10~20km쯤까지 멀리 나가서 건설하는 해상풍력발전소.

https://www.energy-charts.de/power_inst.htm

오프쇼어 풍력 발전(=해상풍력발전)은 2010년대에 들어와서 지었다. 그 입지는 우리 나라에서는 사실상 서해안밖에 경제성이 없다. 남해안은 지형이 복잡하고 동해안과 제주는 독일처럼 육지에서 10~20km 떨어진 곳은 수심이 너무 깊어 건설비가 급증한다. 제주에선 해안선에서 1km 떨어진 곳에 딱 붙여 지으려 하다 민원에 막혀 있다. 토지보상비와 주거 민원이 없고 바람이 고르지만 바다라고 텅 빈 데가 아니고[각주:3] 건설비 문제도 있어서, 아래 설비 용량 그림을 보면 점증하는 추세지만 아직 그 비중이 낮다.



아래는 발전 용량. 2002년의 발전 용량은 120 GW에 못 미쳤는데 2017년의 발전 용량은 200 GW를 넘었다. 그러나, 2002년의 발전량은 499 TWh, 2016년에는 542 TWh를 약간 넘는다. 발전용량 증가분은 거의 모두 태양광과 풍력과 바이오매스에서 나왔다. 그리고 바람과 햇볕의 변덕을 보완하기 위해 가스발전소도 더 지었다.

석탄발전은 여전하다.

바이오매스 발전량이 크게 늘었다. 태양광발전량보다 더 많다!

원자력발전을 줄인 감소분 이상 태양광과 풍력과 바이매스 발전량을 늘렸다.

가스발전은 설비는 늘었지만 발전량은 기복이 심하다. 우리 나라처럼 비상용 성격인 듯.


독일 발전설비의 구성은

● 2002년에 원자력 22.4GW, 갈탄+석탄 48.6GW, 석유 5.3GW, 가스 20.3GW, 태양광+풍력 12.3GW, 수력+바이오매스 6.3GW로 총 용량은 110GW대

● 2016년에 원자력 10.8GW, 갈탄+석탄 49.2GW, 석유 4.2GW, 가스 30GW, 태양광+풍력 91GW, 수력+바이오매스 12.7GW로 총 용량은 201GW대.


이 설비용량 그래프와 앞서 본 연간 생산량 그래프에서,


■ 2002년 태양광+풍력발전 설비는 12.3 GW, 생산량은 15.79 TWh 

(원전은 22.43 GW, 156 TWh, brown coal은 20.3GW, 140.54TWh, 바이오매스는 1.3GW, 4.1TWh)[각주:4],


■ 2016년 태양광+풍력발전 설비는 90.49 GW, 생산량은 115 TWh 

(원전은 10.8 GW, 80 TWh, brown coal은 20.9GW, 134.9TWh, 바이오매스는 7.1GW, 47TWh)[각주:5].


대략, 태양광+풍력: 1GW : ~1.3 TWh, (원자력 1GW : ~7~8 TWh, brown coal 1GW : ~6.5 TWh, 바이오매스 1GW: 3~7TWh) (단, 모든 연도를 본 것은 아니고 2002, 2016년분만으로 계산)

* 위의 비율 계산은, 태양광+풍력, 원전, brown coal이 용량을 최대한 활용해 가동한다고 가정하고 본 것.


친환경 정책을 생각하면 태양광과 풍력은 가용할 때 최대한 발전했을 것이다.
가스는 발전량 기복이 심한 것으로 보아 (우리나라처럼) 첨두부하를 감당하려고 간헐적으로 가동한 것 같다. hard coal (석탄)은 가스 다음으로 보조적으로 쓴 것 같다.

상시 가동하는 기저발전역할은 수력[각주:6], 바이오매스, 원자력, brown coal(석탄) 발전이다.

독일의 경우, 원전 약 12GW설비 분량의 연간 전력 생산량은 약 85TWh 다.


즉, 2016년 기준 독일 총 발전시설 용량의 약 1/2이 태양광과 풍력이지만, 발전량 실적으로는 전체 전력 생산량의 1/5 남짓이다. 게다가 발전량의 기복이 위에서 보듯 일중, 연중 격차가 아주 심하다.



3        .

아래는 전력통계시스템에서 꺼내본 우리 나라 발전용량

http://epsis.kpx.or.kr/epsisnew/selectEkpoBftChart.do?menuId=030200


2016년말 기준으로, 원자력 23GW, 석탄 32GW, 석유 4GW, LNG 32.6GW, 양수 4.7GW, 기타 9.3GW 로 총 106 GW. 총발전용량은 2002년 독일보다 조금 작고, 원자력 발전용량의 비중도 2002년 독일과 비슷하다. 단, 석탄은 우리가 훨씬 적고 가스는 더 많다. 태양광+풍력만 보면 2016년의 우리 나라 설비용량은 5GW정도로 2002년 독일의 반에 못 미친다.


만약 우리 나라가 근미래에 지금의 독일처럼 구조를 바꿔가겠다 한다면, 10년간 원전 절반을 폐로하자는 게 되고 그게 아마 "후쿠시마 원전때문에 일본에서 60 만 명이 죽었다"며 헛소리를 해대는 동국대 의대교수[각주:7](이명박때 서울대 지리과 교수의 문재인버전같더군)와 환경정치단체가 각본을 짜고 대통령이 읽었을 그것의 바탕일 것 같다. 만약 우리가 원전을 거의 절반, 그러니까 12 GW 용량을 폐로한다면, 위의 독일 원전 발전량을 가지고 계산하면 대충 약 85 TWh분량의 발전량이 필요한데, 우리가 독일 수준의 태양광, 풍력 발전설비를 설치하고 우리 나라가 독일과 기후조건이 같다고 가정할 때[각주:8] 원전의 감소분만 약 65 GW용량[각주:9]을 건설해야 한다.


아래는 같은 사이트에서 받을 수 있는 엑셀차트. 가장 최근인 2015년분.

화력은 LNG와 석탄이 따로 구별돼 있지 않다. (그냥 기력이라고 부른다는 듯)

총발전량 기준으로 원자력이 1/3이 못 되고, 화력이 2/3가 되고 그 화력이 석탄과 LNG로 구성된다.

2017년 1~5월 발전량 기준으로 원자력이 3할, 석탄이 4할, 가스가 2할, 수력과 신재생[각주:10]이 6%였다. (언급했듯이 가스발전은 기저발전이 아니라서 월별 변동폭이 심하다)


그리고 우리 나라는 독일보다는 석탄발전소가 적지만, 석탄발전용량을 더 늘리지 않는 것을 기조로 잡는다면 그만큼, 그러니까 우리와 독일의 석탄발전용량 차이인 20GW쯤은 가스발전을 늘려야 하는데 이것도 마찬가지로 대통령이 읽은 각본이 된다. 그런데, 우리 나라의 LNG발전용량은 이미 상당히 키운 상태일 것이기 때문에(특히 민자발전소), LNG발전에 신재생발전의 변덕을 완충하는 역할까지 주어 설비용량을 더 키우면, 노후 석탄발전소의 부담을 LNG가 지게 되는 것까지 더해 결국 미래에 전체 발전량의 절반 이상이 가스발전이 되어 에너지 소스의 밸런스가 무너질 우려가 생긴다. 



4        .

그리고 독일 자료에서 볼 수 있었듯이, 태양광과 풍력 발전은 그 특성상 가능할 때 최우선적으로 최대한 가동할 텐데도, 기저발전과 비교해 발전설비용량대비 실제 발전량이 몇 분의 1에 불과하다는 것을 생각하고, 원자력/화력발전을 풍력과 태양광으로 대신하고자 할 때 용량을 계산해야 한다. 


간단한 산수를 해보자.


예를 들어, "2030년 우리 나라의 연간 전력 소비량을 600TWh"라고 가정하고 이걸 전부 태양광과 풍력으로 대체하겠다는 대담한 계획을 만든다고 치자. 그렇게 하면


독일의 예를 생각해 가장 좋은 비율로 1GW: 1.3TWh 를 산입해 필요한 발전시설 용량은 일단 460GW가 된다. 이 에너지원의 변덕을 완충하기 위해 발전소와 마찬가지로 전국 각지에 대규모로 ESS 시설을 만들고, ESS를 통한 충방전 효율을 잘 잡아 80%로 치면 발전 시설은 ~580GW가 필요하다. 


그리고 장마와 태풍, 혹서, 기상이변 등으로 날씨가 평균범위를 벗어날 때, 태양광, 풍력 시스템에 문제가 생기거나 기술적인 문제로 여의치 않을 경우를 생각해, 예비 발전시설을 두어야 한다.

(한반도에 기상이변이 생기면 대한민국 뿐 아니라 주변국 모두가 영향을 받고 있을 것이다. 이 나라들이 모두 같은 소스, 즉 태양광과 풍력에 크게 의지하는 상황에서는, 전력망 국제 연동이 잘 돼 있다고 해도 우리가 모자랄 때 그 나라들이 남는다는 보장이 없다. ESS는 일간 편차를 완충하는 용도 이상을 보기에는 너무 부담이 크다. 따라서, 아무리 평시 태양광위주로 한다 해도 비상용 화석연료발전소는 반드시 필요하다.

장마, 태풍, 혹서 모두 수력, 풍력, 태양광 발전 중 하나 이상에 기술적 과제를 던져주면서 독일과 다른 한국의 문제다. 기온이 30도를 훌쩍 넘어가면 두 가지 문제가 발생한다. 첫째, 태양광발전에서 인버터 등의 효율이 떨어진다고 한다(생산한 전기를 이걸 냉각하기 위해 쓸 수도 있을 지 모르겠다. 패널에서의 반응에 주는 영향은 모르겠다). 둘째, 태양광과 풍력발전을 보완하기 위해 쓸 LNG발전소 역시 원자력과 석탄화력에 비해 기온이 높으면 출력이 떨어진다(가스터빈엔진의 특성). 문제는 기온이 저 범위로 오를 때, 냉방소요때문에 여름철 최대 전력 부하가 걸린다는 점.)


태양광과 풍력 발전 출력이 1/3 이하로 줄어든 비상시를 가정하자. 기간시설을 위해 총 수요 600TWh의 70%인 420TWh 정도를 감당할 수 있도록 하려면, LNG와 석탄발전소 시설을 위 표에서 얻은 좋은 비율인 1GW: 6.5TWh로 가정해 65GW정도 예비해 언제든지 가동할 수 있도록 준비해야 한다.[각주:11] 이렇게 할 수 있을까. 그리고 이것이 지금같은 에너지 수급 안정성을 보장할까?


태양광 발전과 풍력 발전은, 비오는 것이 하늘에 달린 천수답을 경작하는 것과 비슷하다.

그리고 ESS는 저수지를 짓는 것과 비슷하다.




새 정부는 "2030년까지 신재생에너지 발전의 비중을 20%로 늘리겠다"고 했다는데, 한편 우리 나라의 발전수요가 더 늘지 않을 것이라고 장담했으므로[각주:12], 2030년 연간 발전량 550TWh 를 가정하면 그 20%는 110TWh다. 문정부는 이 양을 원전과 석탄을 팍팍 줄이고 태양광과 풍력으로 대체하면서 LNG발전으로 백업하겠단 얘기겠지.

이렇게 볼 때, 앞서처럼 우리 나라의 기후와 여타 조건이 독일과 비슷하다고 가정하고(1GW: 1.27 or 1.3TWh) 계산하면 건설해야 하는 태양광과 풍력 발전 설비 용량은 약 85GW. 다시 말해, '2030년까지'란 목표를 달성하려면 지금 우리 나라에서 가동 중인 전체 태양광, 풍력 발전소 전체보다 훨씬 많은 물량을 2030년까지 매년 지어야 한다.


그 외, 독일의 경우는 태양광과 풍력발전의 변덕을, 시설을 더 지어 남는 시간대는 전력수출하고 모자란 시간대는 가스발전을 늘려 완충하는데, 우리는 수출은 어렵다. 지리적 정치외교적 제약이 없어도 불가능하다고 보아도 되는데 그 이유는 두 가지다.

  1. 수출.. 사정이 다른 여러 나라 사이에 송전망이 정교하게 연결돼 있을 때 그것이 가능하지, 단순히 우리가 남는다고 그 날의 날씨따라 예측불가능한 양만큼 간헐적으로 줬다 말았다 하는 것은 받는 나라로서도 곤란하기 때문이다. 
  2. 전력망 연계[각주:13]가 잘 돼 있는 경우, 참여하는 나라가 많을수록, 그 나라들이 조금씩 다른 전력수급정책을 펴고 다양한 발전방식을 가질수록, 리스크가 분산된다. 만약 참여자가 적고 주요 참여자들이 모두 태양광과 풍력에 크게 의지한다면? 모자랄 땐 같이 모자랄 수 있다.[각주:14] 

결국 여러 가지 ESS(에너지 저장 장치)를 써서 완충해야 하며 ESS의 효율을 고려해 발전 시설을 그만큼 더 지어야 한다. 그리고 앞서 계산해보았듯이, 그리고 독일도 그렇게 하듯이, 현재 단계에서 신재생에너지[각주:15] 특히 태양광과 풍력은 확대할 수 있지만 한계가 있다.


  1. 우리 정부가 정책을 만들어 집행한 게 YS때부터라니 그 때도 참조했을 것이다. 2000년대 중반까지 핵심부품은 유럽산이었다. [본문으로]
  2. 참고로, 금융위기 이후 저렇게 많이 지으면서 독일에서는 태양광 보조금 논란이 있었고, 전세계적인 이 업종 불황이 몇 년 계속된 뒤에 독일의 세계적인 태양광 기업 큐셀은 몇 년 전에 우리 나라 한화에 인수됐다. [본문으로]
  3. 소위 "육지 촌놈"들이 "가끔 배가 오갈 뿐 바다는 텅 비었다"오해하는 것. 양식장과 어장과 항로가 다 있다. 그리고 한반도의 서남해는 해상교통이 세계적으로 복잡한 바다다. 요즘은 고해상도 위성사진이 널려 있고 웹사이트에서 실시간으로 각 해역을 다니는 대형상선 위치정보를 볼 수 있으니까 일단 보면 조금은 납득할 수 있을 것이다. 이것은 우리만의 문제는 아니지만, 반드시 고려해야 할 문제다. 그리고 멀리 공해상에 짓는 데 아직 기술적 외교적 어려움이 있어 영해선 안쪽에 지을 것이라면, 어업권문제와 환경보호 문제는 반드시 걸리게 되어 있다. [본문으로]
  4. 가스발전은 각각 20.3 GW, 40 TWh, hard coal은 28.3 GW, 111.4 TWh [본문으로]
  5. 가스발전은 각각 29.9 GW, 26.8 TWh, hard coal은 28.3 GW, 99.3 TWh [본문으로]
  6. 독일은 우리나라같은 집중장마가 없고 우리에 비해 비가 연중 고르게 오는 편이다. [본문으로]
  7. 온갖 원인으로 죽은 사망자를 다 연관시킨 이 교수의 논리를 그대로 사용하면, "동국대학교 의료원에 내원했다가 죽는 사망자가 매년 600명이 넘을 것"이라 말할 수도 있을 것이다. 물론, 동국대의대가 유난히 실력이 없다거나 사이코패스 의사가 살진 않는다. [본문으로]
  8. 태양광발전 기준으로 독일은 위도가 우리보다 15도 정도 높고 비가 자주 온다는 점에서 우리보다 불리하겠지만, 사철의 기온이 너무 춥지도 덥지도 않은 점은 우리보다 유리할 것 같다. [본문으로]
  9. 2030년까지란 목표를 달성하려면 지금 우리 나라에서 가동 중인 전체 태양광, 풍력 발전소보다 훨씬 많은 물량을 매년 지어야 한다. [본문으로]
  10. 여기에는 태양광과 풍력말고도 몇 가지 더 들어간다. 예를 들어, 톱밥, 장작 등 임업부산물과 폐기물 재활용쪽으로 인정되는 것 등. 석탄발전소 등에서 부연료로 사 쓰기도 하고, 아예 수입 나무조각을 태우며 신재생에너지 지원을 받는 발전소도 있다. 정부 정책의 헛점. 애초에 이런 정책에서 말하는 "신재생 에너지"란, 인간의 시간개념에서 한 사이클이 돌아 재생되는 에너지원을 말하며 그 출처는 결국 태양이다. [본문으로]
  11. 그런데, 평시에 태양광과 풍력으로 다 할 것을 계획하면서 LNG에 비상대기역할만 부여하면, 첨두부하위주로만 쓴다며 불평인 지금보다도 더 채산성이 안 맞으니 지금 민자발전소는 이걸 못 한다. 국가가 하더라도 당연히 유지비가 들 테고 풍력과 태양광발전 원가에 가산해야 할 것이다. [본문으로]
  12. 비록 고효율이라 해도 전기를 많이 쓰는 업종에 정책적으로 페널티를 주겠다는 말로 해석될 수도 있다 [본문으로]
  13. 동북아시아 각국은 특히 외교문제와 경제문제가 분리돼 있지 않기 때문에 유럽연합수준의 연동은 요원한 일이다. [본문으로]
  14. 우리만 풍력과 태양광비중을 크게 높이고 다른 나라들은 원전과 석탄발전을 유지한다면 사정이 급할 때 고개숙이며 프리미엄을 주면 얻을 수는 있겠지만. [본문으로]
  15. 정의상( https://home.kepco.co.kr/kepco/SM/C/htmlView/SMCCHP001.do?menuCd=FN290303 ) 화석연료를 사용하지 않는 것이라 범위가 넓지만. [본문으로]
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