2050년 에너지 믹스가 가져올 변화는?

일본 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 원전에 대한 관심이 어느 때보다 뜨겁다. 세계 각국에서 원전 반대 시위가 이어지고 있고, 그 와중에 중국 정부는 원전 고수 방침을 공식적으로 재천명했다. 한국에서도 고리원전의 주변기기 고장으로 원전가동 자체를 일시 중단하기도 했다. 하지만 우리가 느끼지 못하는 사이에 진정 화두가 되고 있는 것은 향후 백 년을 내다보는 세계 각국의 발전에너지 정책이다. 즉, 미래에 증가하는 에너지 수요를 충족시키는 동시에 지속가능한 성장을 가능케 할 미래 발전에너지 정책의 큰 패러다임이 변하고 있는 것이다.
 

왜 2050년을 바로 지금 준비해야 하나

20년 후면 세계 인구는 20억 명이 추가로 늘어날 전망이다. 세계 에너지 수요는 매년 1.5%씩 증가하고 있다. 이런 상황에서 EU는 CO₂ 배출량을 2050년까지 1990년 대비 80% 감축하겠다는 목표를 제시했다. 한국의 녹색성장위원회 역시 향후 10년간 국가 온실가스 배출을 전망치 대비 30% 감축하겠다는 야심 찬 계획을 발표한 바 있다. 그러나 온실가스 배출을 줄이는 것은 대규모 투자를 필요로 한다. 유럽에서 CO₂ 1t을 줄이기 위한 비용은 약 30유로로 전망되는데, EU 27개국의 1990년도 CO₂ 배출량을 약 40억t으로 본다면 이는 유럽에서만도 150조 원 수준의 투자가 필요하다는 뜻이다. 중요한 것은 이 같은 비용에도 불구하고 지금 당장 올바른 에너지 믹스를 설계하지 않으면 먼 미래에 더 큰 비용을 치러야 할지 모른다는 점이다.

CO₂ 배출을 가장 효과적으로 줄일 수 있는 곳은 발전부문이다. 2007년 전세계 CO₂ 배출량 중 발전부문이 차지하는 비율은 41%로 교통수단부문의 26%와 기타 산업부문의 33%를 압도한다. 게다가 교통수단이 점차 전기자동차로 대체되고 기타 부문의 난방 역시 전기에너지로 전환될 것을 생각하면 선진국들이 2050년까지 CO₂ 배출량을 80% 감축하겠다고 약속하는 것은 자국 발전부문의 90%를 탈탄소화(decarbonizing)하겠다는 뜻으로 볼 수 있다.

발전부문의 90%를 탈탄소화하겠다는 것은 크나큰 도전으로 향후 40년간의 발전부문 탈탄소화를 설계할 적기는 바로 지금이다. 발전소의 통상적 수명이 40∼50년임을 생각하면 향후 40년간 전세계 대부분의 발전소가 새로 지어져야 하기 때문이다. 예컨대 미국의 경우, 기존 발전소 중 2050년까지 수명이 남아있으리라 생각되는 발전소는 전체 발전 수요의 5%밖에 충족시키지 못한다. 유럽의 경우에도 현재 발전시설의 90%는 시설 재투자를 해야 한다.

미래의 저탄소 발전을 위해 각국은 지금부터 최적의 발전 에너지 믹스를 고민해야 한다. 대부분의 국가는 에너지 정책을 고려할 때 전기 생산 비용, CO₂ 배출량, 안정적인 에너지 공급 확보 가능성, 새로운 기술에 대한 국민들의 수용도를 놓고 이들 간의 균형을 따진다. 이러한 요소들은 국가별로 다르므로 모든 국가에 일관되게 적용할 수 있는 최적의 정책 믹스란 존재하지 않는다. 따라서 각국 정부와 지자체는 그 나라와 지역에 상대적으로 중요한 요소를 찾아 최적의 조합을 결정해야 한다. 이것이 바로 일본 대지진 이후 원전에 대한 안전성 논란이 증폭되고 있는 지금, 미래의 지속가능 성장을 본격적으로 고민해야 하는 이유다.

2050년 저탄소 발전으로 가기 위한 4가지 전략

각국 정부와 기업이 택할 수 있는 저탄소 발전 전략에는 무엇이 있을까? 베인&컴퍼니의 연구에 따르면 저탄소 경제 실현을 위해서는 4가지의 기본적인 저탄소 발전 전략을 조합해야 한다. 이를 현명하게 조합해 미래 에너지 수급에 대한 분명한 비전을 제시하면 발전회사들의 단기적인 투자 선택에 도움을 줄 수 있을 뿐만 아니라 저탄소시대의 국가 경쟁력도 높일 수 있다.

첫 번째 전략은 소비자의 전력 사용 행태를 바꾸는 방법으로 스마트 그리드를 활용한 수요 관리가 여기에 해당된다. 수요 관리란 전기 에너지의 사용량을 줄이고 에너지가 소비되는 시간대를 보다 저탄소 발전이 가능한 시간대로 이동시키는 전략이다. 일반 사용자의 전력 소비 행동을 변화시키는 이 전략은 기술적으로 크게 어려울 것이 없다. 게다가 스마트 그리드에 대한 수요는 이미 새로운 시장을 창출해 가고 있다. 국내 기업들 역시 스마트 그리드가 가져다 줄 광범위한 사업 기회를 노리기 시작했다. 전력기기 제조업체와 통신업체 및 가전업체들이 앞다투어 스마트 그리드를 신사업화하는 데 뛰어들고 있다.
 

그러나 국가적인 차원에서 볼 때 근본적으로 전력의 소비량 자체를 줄이는 데는 한계가 존재하며, 수요 관리 하나만으로 충분한 저탄소 발전 효과를 기대하긴 어렵다. 따라서 국가 차원에서의 수요 관리는 아래의 나머지 전략들과 혼합돼 보다 정교한 탈탄소화를 구현하는 수단으로 생각돼야 바람직할 것이다.

두 번째 전략은 CO₂ 배출량이 많은 발전소를 더 짧게 가동하고 CO₂ 배출량이 적은 발전소를 더 오래 가동하는 것이다. 전력 수요는 하루 동안에도 급변하며 요일과 계절에 따라 크게 변화한다. 전력회사는 전력이 적게 소비되는 시간대에는 발전비용이 적게 소요되는 발전소만을 가동하고 전력이 더 많이 소비되는 시간대에는 발전비용이 높은 발전소를 가동한다. 발전비용이 적게 소요돼 하루종일 전기를 생산하는 발전소를 기저부하(base load) 발전이라고 하는데 대부분의 나라에서는 석탄과 원자력을 이러한 기저부하에 사용하고 있다. 반면 발전 비용은 더 클 수 있지만 신속하게 발전기를 돌릴 수 있는 발전소를 첨두부하(peak load) 발전이라 한다.
 통상적으로 가스와 수력 등이 사용된다. 문제는 석탄처럼 가격은 저렴하지만 온실가스의 배출량이 많은 에너지원을 기저부하에 사용해 하루 종일 가동하면 더 많은 온실가스를 배출하게 된다는 점이다. 베인&컴퍼니의 분석에 따르면 유럽의 경우 이러한 고탄소 배출 기저부하를 첨두부하로 전환해 일정 시간만 가동하는 방법으로 향후 40년간 누적 이산화탄소 배출량을 최대 15%까지 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 미국의 경우 낙후된 석탄발전 설비를 LNG 기반의 고효율 발전 설비로 대체해 나감으로써 발전비용을 오히려 줄일 수 있다는 분석 결과도 나왔다. 다만 한국의 경우에는 이미 유연탄 기반의 발전 비중이 상당히 낮아서 유럽이나 미국 등지보다는 이러한 전략의 효과가 상대적으로 적을 수 있다. 하지만 한국의 기업들에는 전통적 화석연료를 사용하면서도 고효율을 노릴 수 있는 새로운 발전소 투자수요가 기회로 작용할 것이다. 고효율 발전설비의 제조업체나 복합화력 발전소 플랜트의 기자재 공급업체에는 전세계 시장을 노릴 수 있는 절호의 여건이 마련될 수 있다.
 

세 번째 전략은 풍력과 태양 에너지를 최대한 활용해 CO₂를 배출하는 발전소들의 가동 시간을 최소화하는 것이다. 미국과 유럽에서 풍력과 태양열은 이산화탄소 배출량이 많은 발전소의 가동률을 낮추는 데 중추적인 역할을 한다. 풍력에 의한 발전단가는 미국 일부 지역의 경우 이미 상업적 경쟁력을 확보했다. 세제 혜택과 탄소배출 비용을 고려하면 십여 년 후에는 석탄과 가스에 의한 발전보다 오히려 우수한 비용 효율성을 달성할 수 있을 것으로 예상된다. 유럽은 풍력과 태양 에너지 활용에 좀 더 적극적이다. 예컨대 덴마크는 국가 차원의 지원을 통해 세계에서 가장 높은 풍력 발전 비중을 달성하는 동시에 세계 최대 풍력시스템 공급업체를 키워내는 일석이조의 효과를 누렸다.