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[김해창 교수의 에너지전환이야기] <48>대체에너지? 신·재생에너지? 개념과 특징을 바로 알자

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  •  |  입력 : 2018-06-18 10:30:20
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석탄, 석유와 같은 화석연료는 대기오염문제, 지구온난화문제와 더불어 자원고갈문제가 있다. 이에 비해 태양광, 태양열, 수력, 풍력, 바이오매스, 지열 등의 에너지는 한번 이용해도 비교적 단기간에 재생이 가능하며, 자원이 고갈하지 않는 에너지이다. 이러한 에너지를 화석연료에 대한 대체에너지라고도 하고 신재생에너지 또는 재생에너지라고도 한다. 오늘은 이러한 에너지의 개념과 특징을 좀 더 명확히 해볼까 한다.

대체에너지(alternative energy)란 1970년대 화석연료를 대체한다는 의미에서 사용됐으나 1980년 이후 천연가스, 원자력 등의 사용이 증가되고 환경오염의 문제가 심각해짐에 따라 최근에는 청정에너지(clean energy)로서의 재생에너지, 신에너지, 미래에너지 등을 의미한다. 대체에너지는 석유에 주로 의존해온 에너지원을 대신해 활용하는 에너지로 이 범주에는 석탄, 원자력, 태양열, 태양광, 풍력 등 석유 외의 에너지 전반이 포함되고 반면 신재생에너지는 석유, 석탄, 원자력, 천연가스 등 이른바 화석에너지가 아닌 11개의 에너지 분야를 가리킨다.

   
대체에너지는 우선 1차 에너지자원 중 태양에너지, 해양에너지, 풍력, 지열, 소수력, 바이오매스에너지 등과 같은 자연에너지가 있으며, 이들 자연에너지는 비고갈성 에너지로서 기존의 수력에너지 등을 포함해 재생에너지(renewable energy)라고도 한다. 그리고 신에너지에는 취급이 곤란한 고체연료(석탄)를 유체화하거나 가스화 또는 액화해 활용범위를 넓힌 석탄의 새로운 이용기술 분야 등이 포함된다.

한편, 연료전지, 고효율 전동기, 열에너지 저장, 전력 저장 등과 같은 에너지 이용의 합리화기술과 새로운 연료로서 화석연료의 대체에너지로 기대되고 있는 수소에너지 그리고 가스화 등과 같은 2차 에너지 이용기술도 넓은 의미에서 신에너지기술에 포함된다. 따라서 넓은 의미의 환경에너지 또는 그린에너지는 대체에너지를 말하며, 좁은 의미의 환경에너지는 자연에너지만 말한다. 재생가능에너지(renewable energy)는 광의로는 태양·지구물리학적·생물학적 근원에서 유래한 자연에 의해 이용하는 것 이상의 속도로 보충되는 에너지 전반을 가리키며, 협의로는 다양한 이용 형태 중 일부를 가리킨다. IPCC의 재생에너지와 기후변화에 관한 특별보고서(SRREN)는 ‘태양·지구물리학적·생물학적 근원에서 유래한 자연에 의해 이용할 이상의 속도로 보충되는 에너지 일반’으로 정의된다.

국제에너지기구(IEA)는 ‘끊임없이 보충되는 자연의 과정에서 유래한 다양한 형태 중 태양으로부터 직접 공급되는 빛과 지구 내부에서 발생하는 열, 태양과 바람과 바다와 수력 및 바이오매스와 지열자원에서 발생한 열이나 전력, 그리고 재생가능자원에서 유래하는 바이오연료와 수소’라고 정의하고 있다.

다음으로 유사한 개념을 살펴보면 자연에너지(natural energy)가 있지만 여기에 천연가스(natural gas)와 천연자원(natural resource)을 생각하면 화석자원도 포함되기에 자연에너지라는 말은 학술적으로는 거의 사용되지 않는다. 미국 환경보호국은 대규모 수력 이외의 재생가능에너지에 의해 발전된 전력을 ‘그린파워(green power)‘라고 정의하고 있다.

일본의 법령에 정의된 ‘신에너지’는 재생가능에너지의 일부로 구체적으로는 태양광, 태양열, 수력, 풍력, 지열, 파력, 온도차, 바이오매스 등을 들고 있다. 다만 상세한 정의는 법규나 통계에 따라 약간의 차이는 있다. 수력발전의 경우 대형댐과 환경파괴가 적은 소수력발전을 구분해 통계상 소수력발전을 재생가능에너지에 포함시키는 사례가 있다. 이 경우 보통 출력 10MW를 기준으로 구별하고 있다. 또한 양수발전은 발전이 아니라 발전조정을 위한 축전·방전의 개념으로 보고 있다.

일본의 ‘신에너지 이용 등의 촉진에 관한 특별조치법’은 ‘신에너지’를 ‘비 화석에너지를 생산 또는 이용하거나 전기변환해 얻어지는 전력을 이용할 수 있는 것 가운데 경제성 측면에서 제약으로 인해 보급이 충분하지 않은 것으로서 그 촉진을 도모하는 것이 비화석에너지의 도입을 도모하기 위해 특히 필요할 것’으로 정의돼 있고 시행령에는 10종류의 ‘신에너지’가 열거돼 있다. 그것은 바이오매스, 태양열, 눈 또는 얼음, 지열, 풍력, 소수력, 태양전지의 이용 등이다. 대체에너지라고 할 때 세계적으로는 주로 재생가능에너지를 가리키는데 일본에서는 주로 ‘석유대체에너지’를 의미하며, 석탄가스화·천연가스·원자력 등의 고갈에너지를 포함하고 있다. 반대어로 고갈에너지는 화석 연료(석탄, 석유, 천연가스, 오일샌드, 셰일가스, 메탄하이드레이트 등)와 우라늄 등 지하자원을 이용하는 것(원자력)과 같은 유한한 자원을 가리킨다.

   
하상안·구현서는『에너지환경개론』(2012)에서 신재생에너지를 ‘신에너지’와 ‘재생에너지’로 분리해 설명하고 이들을 합한 것을 가리킨다.

신에너지란 1997년에 시행된 ‘신에너지 이용 등의 촉진에 관한 특별조치법’에 있어서 ‘신에너지 이용 등’으로 규정되고 있다. 신에너지에는 태양에너지를 기원으로 갖는 자원에 제약이 없는 ‘재생가능에너지’와 폐기물, 폐열을 이용하는 ‘재활용에너지’ 외에 종래의 에너지 이용의 고효율화나 환경과의 조화를 도모하는 ‘종래형 에너지의 새 이용형태’도 포함된다. 신에너지법에 의거하여 신에너지란 ①재생가능에너지, ②재활용에너지, ③종래 에너지의 새 이용형태로 분류되며, 실용화단계의 수력발전, 지열발전 및 개발단계의 기술은 포함하지 않는다.

신에너지는 수소, 연료전지, 석탄액화가스 등 3종을 지칭하고 있으며, 과거와 다른 새로운 개척분야를 의미한다. 재생에너지는 ‘재생가능에너지’를 줄인 말로 태양열, 태양광, 바이오에너지, 풍력, 수력, 지열, 해양, 폐기물 등 8종을 의미하고, 에너지원의 원천은 거의 무한정 사용할 수 있는 자연적인 태양, 바람, 물, 지열, 순환하는 것으로 바이오, 폐기물 등에서 발생한다.

‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법 시행규칙’(일부개정 2006.10.4. 산업자원부령 제369 제2조(신·재생에너지 설비)와 ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법’ 제2조 제2호에서 ‘산업자원부령이 정하는 것’이라 함은 다음 각호의 설비 및 그 부대설비를 말하는 데 이를 종합적으로 ‘신재생에너지‘라고 할 수 있다.

① 태양에너지 설비

ⓐ 태양열설비: 태양의 열에너지를 변환시켜 에너지원으로 이용하는 설비

ⓑ 태양광설비: 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하거나 채광에 이용하는 설비

② 바이오에너지 설비: 생물유기체(유기성 폐기물을 포함한다)를 변환시켜 바이오디젤·바이오에탄올·바이오가스·바이오액화유·합성가스·땔감·우드칩·펠렛·목탄 및 바이오매스 등의 에너지원을 생산하는 설비

③ 풍력설비: 바람의 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 설비

④ 수력설비: 물의 유동에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 설비
⑤ 연료전지설비: 수소와 산소의 전기화학반응을 통하여 전기 또는 열을 생산하는 설비

⑥ 석탄을 액화·가스화한 에너지 및 중질잔사유를 가스화한 에너지 설비: 석탄·중질잔사유의 저급 연료를 액화 또는 가스화시켜 전기 또는 열을 생산하는 설비

⑦ 해양에너지 설비: 해양의 조수·파도·해류·온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 시설

⑧ 폐기물에너지 설비: 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 설비

⑨ 지열에너지 설비: 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 변환시켜 에너지를 생산하는 설비

⑩ 수소에너지 설비: 물이나 그 밖에 연료를 변환시켜 수소를 생산하거나 이용하는 설비

강형식 외는 『신·재생에너지공학』(2012)에서 우리나라 신재생에너지법령을 바탕으로 신재생에너지를 <표 1>과 같이 분류하고 있다.

   
그럼, 신재생에너지의 공통적인 특징은 어떨까? 신재생에너지의 장점으로는 에너지를 인위적으로 보충할 필요 없이 반영구적으로 사용이 가능하다는 것이다. 또한 가동 중에 이산화탄소 등 온실가스 배출량이 적은 것이 많다. 특히 화석연료에너지와 비교했을 때는 매우 적다. 에너지를 필요한 수요지 근처에서 조달할 수 있다. 즉 에너지의 자급률을 높일 수 있고, 연료 등의 조달비용을 줄일 수 있으며, 송전 및 수송에 드는 에너지 소비량을 줄일 수 있어 ‘지역분권형 에너지’로 적합하다. 그리고 소각재 및 방사성폐기물 등 유해물질의 배출을 억제할 수 있다는 점도 큰 장점이다. 신재생에너지는 원자력발전에서와 같이 방사성폐기물을 발생하지 않는다. 또한 신재생에너지의 경우 소규모 시설이어서 이전·전매·수리·폐기·재활용하기가 쉽다. 소규모시설인 만큼 공사기간이 단축되고 수요예측의 차이에 의한 위험을 줄일 수 있다. 설비가 비교적 간단한 구조이기 때문에 수리비용 등도 상대적으로 저렴하고 용이하며 가동률이 높다.

이와 함께 신재생에너지는 단점과 과제도 있다. 그것은 에너지자원이 편중돼 있고, 적지도 편재해 있기 때문에 충분한 사전조사가 필요하다는 점이다. 또한 이미 이용되고 있는 용도와 충돌될 경우 가격상승이나 분쟁이 발생할 소지도 있다. 바이오에탄올 전환으로 인해 곡물과 과일값이 오르거나 지열, 온천열을 이용해 관광산업과 경쟁을 벌이거나 조력발전·파력발전·해류 발전과 어업권이 충돌하는 사례도 있다. 생산규모가 작다보니 환경부하가 늘어나고 가격경쟁력이 약한 점도 있다. 또한 제조공장이 작기 때문에 오히려 배출되는 이산화탄소 등의 처리가 불완전해 양산효과를 내지 못하고 석유에 비해 비싼 경우가 많다. 그리고 신재생에너지의 경우 정부정책의 의지나 방향에 따라 정부나 지자체의 보조금지원 조건이 바뀌어 판매에 영향을 많이 받기도 한다. 풍력발전이나 태양광발전과 같이 시간과 계절, 날씨에 따른 출력변화와 자원분포지역의 편재에 의한 에너지수급에 간극이 있을 수 있다. 풍력발전소의 경우 저주파문제나 조류충돌(버드 스트라이크)과 같은 문제도 있다.

모든 에너지는 각각 장단점이 있다. 이러한 장단점을 잘 파악하고, 지역의 특성에 맞게 잘 활용하는 지혜가 요구된다고 하겠다. 김해창 경성대 환경공학과 교수

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