김해창 교수의 에너지전환이야기 <66> 신재생에너지의 경제성 평가기준은?



화석연료를 이용한 발전이나 원자력 발전 대신 신재생에너지에 투자한다고 할 때 신재생에너지의 경제성은 어떤 기준으로 평가할 수 있을까?

일반적으로 전력 등의 에너지를 생산하기위한 터빈이나 발전기 등 설비를 제조·건설하고, 해체·폐기 등을 포함한 투입에너지의 ‘본전’을 뽑을 때까지 기간과 투입에너지에 대한 출력에너지의 비율로 성능을 평가하기 위해서는 다음과 같은 지표가 사용되고 있다.

부산지역에서 민간 기업이 나서 공장 지붕에 초대형 태양광 발전소(사진)를 건립해 관심을 끌고 있다. 건축 기술과 신재생에너지 설치 기술을 접목한 ‘지붕용’ 태양광 발전소의 획기적인 발전이 기대된다. 국제신문DB

첫째 에너지회수기간(Energy Payback Time : EPT)이다. 이는 출력에너지에 의해 투입된 것과 같은 양의 에너지 소비를 만회할 수 있는 시간을 말하는데 설비수명에 비해 짧을수록 성능이 좋은 것으로 평가된다.

둘째, 에너지수지비(Energy Payback Ratio : EPR)이다. 일반적으로 에너지수지비는 ‘발전 등에 의해 해결되는 투입에너지/투입에너지’로 정의된다. 에너지수지비는 클수록 성능이 좋은 것으로 평가된다.

EPT 및 EPR은 크게 자원의 분포 상황과 생산·유통·이용의 규모와 같은 요인에 영향을 받는다. 자원의 분포상황은 일조량이나 풍황 등이며, 연료작물의 생산성, 고온 열원의 위치와 종류, 설비의 기술 수준을 고려해야 한다. 생산·유통·이용의 규모는 일반적으로 보급 규모가 커질수록 성능이 향상된다. 또한 설비 등의 재활용 가능 여부도 중요한 변수이다.

셋째, 가동률이다. 현재 실용화되고 있는 신재생에너지의 경우 화석연료 이상의 성능을 가진 것도 많다. 특히 풍력발전은 성능이 높고, EPT는 1년 미만인 경우도 있다.

넷째, 출력의 안정성이다. 풍력발전과 태양광발전의 경우 출력이 무의식적으로 변동하기 때문에 대규모 전력수요를 충당하기에 변동을 억제하기 위한 평준화 수단이 필요하게 된다. 덴마크의 경우 2006년 시점에서 국가전력의 20%를 풍력발전으로 조달하고 있으며 앞으로 더 늘릴 예정이라고 한다. 스페인의 경우는 풍력발전에 의한 공급비율이 순간적인 수요의 40%, 며칠 동안의 평균 약 28%에 달했다고 한다. 무의식적으로 변화하는 전원을 효율적으로 이용하기 위해 제도적·기술적인 연구가 개발되고 있는데 다른 발전방식의 소규모 발전설비와 연계하는 ‘마이크로 그리드’를 구축하는 것도 한 방법이다. 제도적으로 발전량의 10% 정도까지 천연가스 화력발전 등의 조합을 인정하고, 공급의 안정성에 따라 전력의 매입가격을 우대하는 것이다. 또한 계통설비를 강화해 역조류(reversed power flow)에 대한 대응을 하고, 시설 측에서 어느 정도 축적·축전을 하는가 하면 수요 측면에서 수급 균형의 평준화를 도모하기 위해 전력 단가를 시간별로 조정할 필요가 있다.

다섯째, 설비의 신뢰성이다. 대규모 집중형 에너지 설비시스템이 복잡하므로 예기치 않은 중단이 발생할 확률이 높아지고, 또한 노화의 영향도 받기 쉽다는 것이다. 그러나 대규모 풍력 및 태양광 발전소에서는 거의 100% 가동율을 보이고 있다고 한다.

여섯째, 공급비용이다. 각종 발전소의 설비용량당 건설단가를 보면 일반적으로 신재생에너지의 발전비용은 기존의 고갈에너지보다 비싼 경우가 많다. 그러나 적절한 보급촉진정책에 의해 허용되는 비용으로 상당량을 도입할 수 있게 된다. 풍력·바이오매스·태양광발전 등의 기술이 급속도로 발전하고, 지역에 따라 에너지원의 조건이 좋은 곳에서는 이미 고갈에너지에 비해 충분히 경쟁력을 갖고 있는 것으로 전망되고 있다.

일곱째, 지원과 경제효과이다. 재생에너지의 보급에는 기존 에너지에 비해 비용이나 기술면에서 불리함을 극복하기 위해 국제적으로 어떤 형태의 지원 필요성이 제기돼왔다. 유럽 각국을 대상으로 한 분석에서는 이 지원비용은 신재생에너지의 운용·보수시의 발전·발열량당 고용수가 기존의 에너지원에 비해 크기 때문에 전반적으로 고용을 증진시킬 것으로 전망되고 있다. 재생에너지 중에는 특히 바이오매스가 고용창출 효과가 큰 것으로 알려지고 있다. 독일의 경우 2009년 현재 재생에너지법(EEG)에 의거해 연 53억 유로의 비용을 지불했는데 204억 유로의 투자설비 설치에 171억 유로의 부가가치 설비의 운전으로 375억 유로의 부가가치를 유발하고 있으며, 관련 산업에 의한 고용 창출이 30만 명을 넘었다는 보고도 있다.

전국 대도시 신재생에너지 발전량 그래픽. 국제신문DB

재생에너지의 경제성에 관한 논의는 아직 시작에 불과하다. 지금까지 재생에너지는 미성숙한 기술이며, 기존의 에너지 기술에 비해 값이 비싸다고 인식돼 왔다. 그러나 재생에너지를 둘러싼 환경은 급속히 변화하고 있다. 더욱이 지역분산형 에너지시스템에 관한 논의의 경우에는 재생에너지자원마다 발전비용이나 열생산비용만이 아니라 에너지시스템 그 자체를 변혁해가기 위한 비용을 전체로서 어떻게 다룰 것인지 하는 논점도 있다.

기무라 게이지(木村啓二)는 ‘재생가능에너지비용론(再生可能エネルギのコスト論·2016)’에서 재생에너지의 비용에 관해서 착안해야 하는 것으로 다음 세 가지를 들고 있다.

첫째, 비용의 변화에 착안한다. 그것은 재생에너지나 다른 전원이라 하더라도 다양한 요인에 의해 비용이 변화하기 때문이다. 가령 화석연료의 경우 그 발전을 위한 연료가격은 끝없이 수급상황의 변화나 정치적인 리스크도 포함해 변화하고 있다. 재생에너지는 기술발전과 시장확대에 따라 급속한 비용의 변화가 일어나고 있는데 불과 수 년 전의 논의조차 시대에 뒤떨어지는 상황이 되고 있다. 따라서 재생에너지의 비용에 관해 논할 때는 끝없이 최신 비용을 참조해야 하고, 또한 10년후, 20년후의 장래성도 감안해야 한다.

둘째, 원자력발전이나 화력발전 등의 기존전원에 대해 비용면에서 경쟁력을 가지는지 여부이다. 결국 전원간 경쟁력의 평가에 관한 문제이다. 이 비교평가 때에는 기후변화에 의한 피해나 원자력발전의 사고위험성이라고 하는 사회적 비용을 가미하지 않으면 안 된다. 또 전기의 소비측에 발전설비를 설치하는 분산형 전원의 경우, 소비자의 관점에서 보면 그 경제성은 전원 간의 발전단가가 아닌 전기요금과 비교하는데 의미가 있다.

셋째, 재생에너지의 보급이 어느 정도 진척되면 기존의 전력시장이나 전력시스템 그 자체의 구조를 크게 바꿀 가능성이 있다. 이러한 구조변화에 따른 비용의 변화에 관해서도 볼 필요가 있다. 가령 재생에너지는 입지지점은 분산되고 또한 자원에 의해 입지지점이 한정된다. 특히 지열자원이나 풍력자원은 에너지의 수요지로부터 떨어진 장소에 풍부하게 존재하는 경향이 있다. 그 경우 그 지역에 발전설비가 대규모로 건설되게 되면 발전설비만이 아니라 송배전설비를 증강할 필요가 생기게 된다. 또 태양광이나 풍력발전과 같이 기상조건에 따라 발전출력이 변동하는 전원의 경우 조정전원으로 사용되는 화력발전의 설비이용률을 저하해 효율이 떨어지기 때문에 추가적인 운전비용이 든다는 논의도 있다. 동시에 재생에너지가 보급되고 시장에서 일정한 규모를 얻은 경우에 일어나는 전력시장에 미치는 영향에 대해서도 고려해야 한다는 것이다.

이들 세 가지 점을 바탕으로 재생에너지의 비용에 관한 논의 결과를 살펴보는 것이 중요하다. 우선 태양광발전의 비용변화에 초점을 두고, 둘째로 국제적인 비교를 하며, 셋째 재생에너지가 어느 정도 도입된 경우의 재생에너지 비용부담의 상황 및 그것이 전기요금에 미치는 영향에 대해 살펴볼 필요가 있다.

발전비용은 발전소가 건설에서 폐지까지 드는 총비용을 말한다. 그 비용항목은 OECD/IEA-NEA(2010)을 참고하면 <표 1>과 같이 분류할 수 있다.



<표 1> 발전비용의 비용항목

비용항목 내용

자본비 건설전 사업개발비, 건설공사비, 돌발사태 예비비, 건설기간중 이자

운전관리비 운전관리에 필요한 인원의 인건비, 소모품비, 수선비, 운전중에 발생하는 폐기물 처분비(사용후핵연료의 처리비를 제외) 등

연료비 발전에 사용되는 연료의 비용. 원자력에 대해서는 재처리비용, 사용후핵연료처분비를 포함한다.

CO2가격 화석연료의 연료에 의해 발생하는 이산화탄소 배출감축에 따른 탄소가격.

폐지비용 운전이 종료한 발전소를 폐지하는 비용

※출처: OECD/IEA-NEA(2010). 大島堅一·高橋洋, 日本評論社, 2016, pp.93. 재인용.

원전특위. 국제신문DB

발전에 드는 총비용을 계산하기 위해선 우선 매년 지출되는 비용을 각각 계상한다. 그때 장래 발생하는 비용은 현재 차원에서 가치가 감소하는 것으로 보아 일정 비율(이를 할인율이라고 부른다)로 할인해 현재가치로 환산한다. 다음에 할인된 비용을 합산해 최종 그것을 발전량으로 나눈다. 그렇게 해서 산출된 값은 발전소의 가동기간 전체의 기간에 걸쳐 1Kwh당 평균화된 비용이다. 이렇게 산출된 값을 평준화발전단가(LCOE)라고 부른다.

이 발전단가를 비교함으로써 그 전원의 경제성을 평가할 수가 있다. 발전단가가 상대적으로 싸면 그 전원은 경제적으로 우위성이 있다고 평가된다. 여기서 주목할 것은 이 발전단가의 시산은 모델플랜트라고 하는 가상적인 발전소의 건설을 상정하고 있다는 점이다. 실제로 건설되는 발전소의 건설비는 입지 지점이나 채택하는 원자로형, 건설공사 기간 등 상황에 따라 변한다. 화력발전에 있어서는 연료비도 변화한다. 그 결과 발전단가도 변한다. 또 원자력의 경우도 사용후핵연료의 처분비용이나 폐지비용은 불확정 요인을 포함해 견적비용보다 높을 가능성이 있다. 더욱이 중대 사고가 발생하거나 추가적인 안전대책투자가 요구될 가능성이 있다. 그 결과 원자력의 발전단가도 또한 크게 변화할 수 있다. 이처럼 발전단가의 변화 가능성에 대해서도 충분히 고려할 필요가 있다. 김해창 경성대 환경공학과 교수