태양광-풍력 발전이 대체하는 일일 전기 수요 비율(독일)/ 우리 나라 바이오매스 발전의 문제

스크린샷 출처는 앞서의 독일 사이트. 모 신문에서, 독일은 이미 태양광과 풍력으로 필요 에너지의 대부분을 수급한다는 기사를 써서 확인차 찾아본 것. 알다시피 독일은 거기까지는 가지 않았다. 다만, 태양광과 퐁력발전량이 아주 많을 것으로 예상되면 화석연료 발전량을 줄인다. 그래서 일 년 중 많지 않은 날에 그 기사에서 언급한 상황이 생긴다. 하지만 태양광과 풍력의 특성상, 그렇다고 해서 주력이 될 수 없다.^[각주:1] 여차하면 수요 전부를 충당할 수 있을 만큼의 화석연료발전과 원자력발전 시설이 대기하고 있어야 하고, 만약 태양광과 풍력발전량이 줄어든 원인이 독일 영토에 국한된 단기간의 기상변화때문이라면 전력망을 통한 수입도 방법이다. 독일이 그렇다.

그리고 독일에 비해 미국이 앞서가는 것처럼 보이는 게 하나 있는데, 기가팩토리같은 생산시설과 각종 ESS, 그리고 정책이다. 미국의 태양광발전 단가 계산은 이제 현재의 정부 보조 조건 아래에서 ESS를 포함해 계산하려 하고 있다. (미국이 독일보다 태양광 지을 땅도 넓고, 햇볕 자체가 훨씬 강하다. 캘리포니아 평균 일사량은 독일 평균의 두 배고 미국 평균은 독일 평균의 1.5배다.)

확실히 태양광발전과 풍력발전 등은 출력 변덕이 심하고, 개인과 소규모 사업자들이 주고 받는 식으로 전력공급이 양방향이 돼서, 공급량을 기상이란 변수 없이 예상된 수요에 따라 통제할 수 있었고 발전소->수요가로 일방향이던 수력, 석탄, 가스, 원자력발전체제때는 없었던 큰 외부비용을 지불해야 제대로 쓸 수 있다(독일 전기요금 상승분의 상당부분이 발전단가가 아니라 이 비용이다). 흐리고 바람없는 겨울에 제한송전하면 그게 보통 곤란한 일이겠는가. 대출받아 설치한 태양광, 풍력 발전기로 내가 생산한 전기를 한전이 사주지 못하고 몇 년 기다려야 판매할 수 있도록 망에 연결해 주겠다 하면 그게 보통 곤란한 일이겠는가.

그래서 태양광발전과 풍력발전을 대규모로 쓰려면, (좋은 쪽으로 말하면, 수요가도 생산하는 양방향이네 신재생발전을 고려하라네하는 부분이 없어도 어차피 스마트그리드 사업은 하고 있을 테니까 손대는 김에 돈 좀 더 써서) 기반시설을 대폭 개선하면서 ESS와 스마트그리드와 빅데이터, 수요예측이 중요하다. 우리 나라의 스마트그리드쪽 회사 하나와 일본 소프트뱅크가 조인트벤처로 투자해(소프트뱅크가 50.1%지분) 일본에서 사업을 한다는 뉴스도 있다.

※ 우리 정부는 위 독일의 그래프에서 그래프의 하단부터 수력^[각주:2]+바이오매스^[각주:3]+원자력+석탄(brown coal + hard coal)+가스를 합한 만큼을 몽땅 가스로 바꾸고 싶어하더라. 탈석탄, 탈원전^[각주:4]이라고 대통령과 장관이 큰소리치고 있으니 말이다. 일부 매체는 "당장 다 끊는 게 아닌데 걱정이다(현 대통령 임기 중에는 전기요금 안 올릴 수도 있다)"하고 말하지만, 그건 마치, "지금 출산율이 1.2명이라 해서 당장 몇 년 후에 한국인이 멸종하는 게 아니니 인구문제는 걱정할 게 없다(현 대통령 임기 중에는 어찌어찌 괜찮을 게다)"는 말과 같은 허튼 소리다. 그들이 바라는 대한민국의 미래 발전 체계는 독일을 모방하면서 태양광+풍력+LNG가스발전+수입연료를 쓰는 바이오매스 약간으로 구성된 유사 체계인 것 같은데, 그런 에너지 구성이 안전할까?

2017년 29번째 주간의 시간대별 독일 발전량. 7월 19일 낮 피크시간대에 78.91GW였고 그 중 태양광과 풍력 비율은 약 47%였다. 하지만 밤시간대에는 확 줄어드는 걸 볼 수 있고 어제오늘 출력 변덕이 심한 것을 한 눈에 알 수 있다.

태양광과 풍력은 연료비가 안 들기 때문에, 언제나 뽑아낼 수 있는 만큼 최대한 생산한다고 봐야겠지. 그리고 그 쪽에서 남는 만큼 가스와 석탄발전소를 정지한다. 물론 실시간으로 발전기를 돌렸다 세웠다 하거나 공회전시키는 것은 불가능하거나 비경제적이므로, 다년간의 기록 그러니까 빅데이터 분석과 일기예보를 결합해 그날 그날의 화석연료발전소 가동시간표와 예상 예비율을 정교하게 계산했을 것이다. 예비율계산은 우리 나라도 하고 있지만, 태양광과 풍력발전을 공급망에 추가하면 지금까지 한 것보다 훨씬 복합할 것이다. 전국 및 주요 발전단지별 예상 풍력과 광량을 다 예측하고, 비슷한 예보를 보인 과거의 실제 날씨 기록과 비교해봐야할 테니까. 

독일에서는 수력, 바이오매스, 원자력발전, brown coal 은 계절적인 변화는 있지만 중장기 예측에 따라 출력을 조절한다. 매일 매일의 태양광과 풍력발전 출력 변덕을 커버하는 역할은 일차적으로 hard coal(우리의 석탄발전소)과 가스발전이다.^[각주:5] 

※ 바이오매스 발전: 화석연료가 아닌 나무와 기타 신재생연료를 등을 때는 발전. 길게 잡아도 인간의 수명주기 안에서 재생가능한 연료를 사용하므로 일단은 신재생에너지에 포함시킨다.

내 생각에 독일 상황에서 주목해야 할 것은 이것같은데, 2천년대 들어 원자력 비율 감소분 중 많은 양을 바이오매스 증가분이 가져갔다(발전량만 치면 태양광보다 많다). 우리 나라는 정부지원받는 친환경 바이오매스랍시고 나무조각까지 수입하는 게 어처구니없는 문제지만. 독일에서 바이오매스는 기저발전 역할인데, 아래 기사를 보면 우리 나라는 바이오매스 연료도 수입하면서, 마치, 석탄때기 전에 나무때던^[각주:6] 조선시대로 돌아가는 느낌마저 준다. 이건 뭐가 잘못됐다. 독일이 원래 임산자원이 많은 나라라고 알려져 있기는 한데, 독일 바이오매스 발전 산업이 어떻게 성장해 왔는 지 알아볼 만 할 것 같다.

일본은 바이오매스 발전에 사용하는 수입산 연료와 국산 연료를 구별해 차등 지원한다고. 하려면 그게 맞지.

우리 나라에서는 생활 쓰레기처분을 겸하는 열병합발전소에서 생산하는 에너지의 일부를 신재생처럼 생각해야 하지 않을까 하는 생각이 들었다.^[각주:7] 

공무원만 앞서간 저탄소정책과, 각종 문제(규제, 민원, 기술, 경제성)로 입안자의 생각만큼 진도를 나가지 못하는 LNG, 풍력, 태양광 발전 산업의 현실이 꼬여서, 신재생에너지라는 명목으로 후원받아 폐기물까지 수입하며 태우고 발전보조금을 받아 전기를 파는 기형적인 틈새시장(바이오매스란 이름을 단 목재화력발전소)이 생겼다는 지적.

대형 바이오매스 발전소 '우후죽순'

[바이오발전 이대로 괜찮나 (上)] 건설예정 물량만 1400MW 안팎

연료수입액·RPS 정산금도 급증 '외화낭비' 논란

이투뉴스 2017.2

• 신재생에너지로 분류돼 보조금(REC) 대상. 발전공기업과 대기업들이 앞다퉈 진출.

• 2016년 발전용 수입 바이오매스는 목질계만 300만톤, 수년내 연간 수입액만 1조원을 넘어설 것이란 전망

• 2020년까지 짓겠다고 건설허가를 받아 놓은 바이오매스 발전소는 지금까지 건설된 총 용량을 웃돌아.

• 기당 수천억원의 건설비가 소요되는 대형 바이오발전소는 대부분 RPS 이행의무가 있는 한전 산하 발전공기업과 일부 대기업이 사업 주체

• 발전사들이 바이오매스 발전에 열을 올리는 이유는 단기간에 대용량의 RPS 이행실적이나 매출을 올릴 수 있고, 다른 전원과 달리 진입규제가 없어 사업개발이 용이하기 때문

• 18개 RPS 공급의무사업자는 자체 사업이나 외부조달을 통해 연도별 할당 REC를 확보하고 있고, 정부는 이들이 의무이행을 위해 지출한 비용 일부를 전기요금에 얹어 보전. 이미 2015년에 이 보조금 지원이 1조원을 넘었음

• 지난해 국내 발전공기업들이 베트남, 말레이시아 등에서 들여온 우드펠릿은 140만~150만톤. 우드칩과 PKS 등의 기타 폐기물까지 포함하면 전체 수입량은 300만톤에 육박. 지금 허가난 만큼 건설되면 이 계통 발전연료 수입액은 1조를 넘을 것이고, 정부 보조금도 배증할 것.

'무개념 보조금' 바이오매스발전 패착

[너도나도 바이오매스 발전, 이대로 괜찮나 (下)]

일본은 산지 및 자원화 가치 따라 FIT 차등

산업부 "국산연료 최대한 활용 유도 계획"

이투뉴스 2017.3

"매년 RPS 목표는 늘어나는데 태양광·풍력으로 단기간에 실적을 확보하기는 어렵고, 이런 가운데 전력수요 증가율 감소로 신규 발전사업 진입이 까다로워져 사실상 별도 규제가 없는 전소 발전이 틈새 사업으로 인식되기 시작"

"문제는 이런 방식의 RPS이행이 해당 발전사 경영에는 도움이 될지 몰라도 신재생원간 적정 믹스 달성, 전기요금내 정산금의 효율적 운용, 연료수입 과정의 무역수지 관리 등의 측면에서 는 국가 경제에 하등 도움이 되지 않는다는데 있다."

"정부가 보조금(REC)을 준다니까 공기업이나 대기업이 앞장서 100~200MW짜리 전소발전소를 짓고 해외서 폐기물에 가까운 연료를 수입해 재생에너지로 치장하는 것은 심각한 시장왜곡이자 잘못된 정책 신호"

그 외 태양광과 풍력발전량이 많은 날들. 2017년과 2016년 기록에서.

태양광과 풍력의 비율은 그날 그날 다르고 계절적으로 바뀌는 주기가 있다. 이전 글에서 보았듯이, 독일은 겨울에 태양광발전을 제대로 못 하고 풍력 위주인데, 겨울에는 태양광+풍력 출력의 합계도 다른 계절보다 작다. 인용한 그림 중에 week 20~30 라고 씌어 있는 것은 하절기. week 50~08 사이는 겨울.

태양광이 좋다 풍력이 좋다는 말은 어느 하나로 몰빵하라 할 게 아니고, 둘의 특성이 저렇게 다르기 때문에, 독일도 그랬겠지만, 우리 나라에서도 우리 나라의 자연조건과 현실적으로 설치가능한 입지, 현재의 기술 수준, ESS와 전력망 계획 등 여러 가지 요소를 고려해 전력망 안에서 그 둘의 적절한 배합비율을 찾아내는 게 중요해보인다(그리고 혹시 알아? 태양광 발전단지에 풍력발전 타워를 세우는 방식도 말이야^[각주:8]). 개인이야 자기 편한 대로 할 일이지만, 보조금을 주는 나라는 말이다.

수요가 적은 날에는 이렇게, 석탄, 가스발전량도 줄인다. 기저발전역할을 하는 brown coal조차 이 날 만은 줄었다. 다만, 이런 그래프는 정기적인 유지보수로 인한 가동정지를 따로 표시하지 않고, 저런 날 전기를 팔았는 지 수입했는 지 수출입은 따로 조건을 주어 봐야 하는데 안 봤다. 글을 쓰며 이제 생각났네.

바람불어 좋은 날이다. ^^

주간 최소 발전 출력은 40GW남짓, 최대 발전 출력은 85GW정도로 거의 두 배 차이난다. 예비율이 얼마니 괜찮네, 설비가 얼마가 노네 하는 환경단체과 일부 매체들 기사들 중 상당수를 접어 읽어야 하는 이유. 앞서 독일의 발전설비 용량 그래프에서도 봤지만, 태양광과 풍력 발전 설비의 용량은 독일 전체 발전 설비의 절반에 육박하지만, 담당하는 전력 생산량은 1/4에 불과했다. 바이오매스, 수력 등 신재생으로 치는 기타 부분을 다 합해서 30%대 후반이다.

겨울이다. 바람이 아주 잘 부는 날이 있는가 하면,

햇볕이든 바람이든 설비용량 거의 전부가 놀아서, 석탄과 가스발전소를 팍팍 돌리는 날도 있다.

이런 날이 있기 때문에, 15년 전과 비교해 독일의 발전 설비 용량은 거의 두 배를 향해 늘어나고 있지만, 증가분의 대부분이 태양광과 풍력이라 실제 발전량은 용량이 는 것에 비하면 별로 늘지 않았다. 태양광과 풍력이 열심히 일하면 화석연료발전소가 쉬거나 출력을 줄이지만, 그걸 논다고 시설을 없앴다가는 이런 날 전력부족사태가 생기게 되니까(그렇다고 사회기간시설에 들어갈 전기를 먼저 끊진 않을 것이니 제한송전이 어디에 먼저 될 지는 뻔하다) 돈이 들어도 놀리며 예비할 수밖에 없다. (독일에서는 그 비용이 전기요금 중 망비용 항목에 합산된다)

1. ESS를 설치한다 해도 태양광과 풍력이 기저발전이 될 수는 없다. 몇 주, 몇 달 분 쓸 전기를 충전할 시설을 건설할 수는 없지 않은가. [본문으로]
2. 우리 나라의 수력발전비율은 점점 내려가고 있다. 댐은 물저장고로서의 역할이 더 중요하게 여겨지고 있다. 환경이 바뀌고 물이 줄어서 양수발전은 미미하다. [본문으로]
3. 우리 나라 발전사업자들이 바이오매스를 많이 짓기는 하지만, 이것은 본질적으로 석탄보다 효율이 낮은 목재화력발전에 불과하다. 석탄대신 나무를 수입해 태워 화력발전하고는 신재생이랍시고 보조금을 받고 전기요금을 올리는 것이다. 목재 자체는 재생가능 에너지원이 맞지만, 태운다? 같은 수입 목재로 만드는 종이의 폐지 재활용율이 90%에 가깝다는 우리 나라다. 국내서 남아 도는 자원을 유익하게 쓰는 게 아니라 수입해 태우는 방식은 당연히 옳지 않고 그 한계도 뚜렷하다. [본문으로]
4. 이걸 탈원전이라고 말하지 않고 탈핵이라고 말한 걸로 봐서는, 대통령 머릿속에 든 생각과 이 정책을 입안한 국정위 사람들이 어디 출신인 지 짐작할 만 하다. 지금 대통령과 그 브레인들은 국가의 에너지 정책을 그 자체로서 보고 있지 않고, 그들이 바라는 젠가를 쌓기 위한 나무토막 정도로 여기고 있다. [본문으로]
5. 문재인 대통령은 트럼프 대통령에게 미국산 셰일가스를 수입하겠다고 공언했다. 그래서인 지, 정부는 요즘 국내에서 가스 수요를 일으키려고 무척 애쓴다는 인상을 준다. 가스화력발전소 추가 건설 발표, 소형가스자동차 추가 허용 동향 등. 가스도 결국 화석에너지인데. [본문으로]
6. 요즘도 나무땐다. 화목 보일러. 고유가시대에 많이 퍼졌는데, 법률 자체는 엄격한 우리 나라에서 벌채 허가, 간벌 등으로 공급되는 땔감을 구하기가 어려워지면서 곤란해하는 데가 있다는 기사가 검색된다. 그러니 수입을 하겠지만 그렇다고 해서 아래 인용한 기사같은 상황이 벌어지는 건 비정상이 아닐까. [본문으로]
7. dung을 주고 하드를 받는 어느 애니메이션 세계는 아니지만. [본문으로]
8. 이게 안 되는 큰 이유는, 풍력발전단지는 입지제한이 훨씬 크기 때문이 아닐까. 태양광발전은 볕만 잘 들면 되지만 풍력발전단지는 바람이 좋은 입지가 최우선 고려사항이다. 그리고 태양광발전단지는 소음도 없고 느리게 뱅글뱅글돌아가는 거대한 바람개비도 없다. [본문으로]