脫原電ㅡ가능한가?

  

자연속에존재하는 전기를 발견하고 실생활에 활용가능하게 되면서 인류 문명은 급속하게 변한다. 전기를 저장하는 기술, 전기를 이용한 동력과 전기를 이용한 빛의 활용기술이 발전하면서 2차산업혁명이 일어났다. 지금부터 약 150여년전의 일이다. 약 100년동안 진행된 1차 산업혁명이 인간과 동물의 노동력으로 부터 기계에서 동력을 얻는 혁명적 전환이라면, 2차 산업혁명은 전기로부터 동력을 얻고, 전기를 활용한 혁명이다.약 80년이 지난 1940년대 후반에 컴퓨터가 발명되면서정보와 인터넷문명이 리더하는 제3차산업혁명이 일어나 지금까지 지속되어오고 있다.지금은 사물인터넷, 인공지능 3D프린팅, 그동안 발전한 IT, 컴퓨터, 통신기술등으로 축적된 빅데이터활용, 양자컴퓨터등이 중심이 되는 제4차 산업혁명이 시작되었다 한다.

하늘과 땅이 존재의 기반이듯. 전기는 문명의 기반이 된지 오래다. 이제 전기 없이는 3차던, 4차던 산업혁명은 꿈도 꿀 수 없게 되었다. 전기의 생산과 전송, 활용 및 저장기술이 그 만큼 중요하다는 것이다.

전기를 생산하는 것을 발전이라 한다. 어떻게 싸고 지속적인 발전을 할 것인가?

※ 아래 소개되는 도표나 그림들은 개별소스를 밝히지 않은 것도 있는데, 모두, Naver나 Daum에서 소개하는 관련 자료에서 퍼온 그림이다.  

출처: 블룸버그 신 에너지 파이낸스(BNEF)의 '신 에너지 전망 2017년'

발전량 구성비율

(한국의 발전소 종류별 발전량비율)

2016년 한전 통계에 의하면 한국의 발전소 종류별 발전량은 아래표와 같다(2015년발전량인지, 2016년 발전량인지 불분명하다). 발전능력(kw)과 실제 발전량(kwh)의 차이가 큰 것 같다. 발전능력(용량)이 100KW이라도 1시간 정도밖에생산하지 못하면 발전량은 100KWH이되지만, 발전능력이 10KW이라도 10시간 가동된다면 발전량 역시 100KWH이 되기 때문이다.

이 도표에 의하면 전체 발전량(MWH기준)의 60%넘게 화력과 복합화력 발전이 담당하고 36%가 원자력에 의존하고, 신재생 발전량은 0.25%에 불과하다.  

출처 : 한전 2016년 통계

 

(전세계 발전소 종류별 발전량 비율)

전세계의 2014년 발전소 종류별 발전량은 아래표와 같다. 원자력 발전 비중11.1%, 10.6%등 약간의 차이가 있지만,조사기관에 따라 생길 수 있는 오차 범위의 차이라 할 수 있다. 대체적으로 원자력 발전 비중은 전세계적으로 10~11% 수준이다. 신재생은 6.3%에 해당된다. 한국과 비교하면 원자력, 화력, 신재생 발전량 에서 상당한 수준의 차이를 확인할 수 있다. 신재생 발전원재료가 빈약한 한국적 현실이 여실히 나타난다.   

 

 

 

원자력 발전 동향

'고리 1호기의 영구정지와 탈원전선언(한국)
'신고리원전 5,6호기 건설중단(한국)'

문재인 정부들어서서 6월 19일 고리 1호기의 영구정지 선포식에서 ‘탈원전’ 선언하고, 건설중인 신고리 원자력 발전소 건설을 일시 중단시켰다. 2030년까지 11기 원자로를 폐쇄한다는 것이 문정부 로드맵이라하니, 신고리원전 5,6호기 건설을 중단시킨 것은 폐쇄로 가는 과정의 요식행위에 불과하다는 생각이 든다.

'2022년까지 탈원전 실현(독일)'
'2025년까지 원자력발전비중을 현75%에서 50%로 낮추겠다. 2025년까지 원자로 17개를 폐쇄하겠다(프랑스)'

1986년 옛 소련의 체르노빌 원전 사고,2011년 일본 후쿠시마 원전 사고로. 유럽 전역으로 공포가 번졌고, 원전 폐쇄 목소리가 커져 왔다.

메르켈 독일 총리는 원자로 17기 가운데 8기의 가동을 중단하고 나머지는 2022년까지 완전히 탈원전 하겠다는 계획발표했고, 전체 전력의 75%정도를 원전에 의존하는 프랑스는후쿠시마 원전 사고 이듬해인 2012년 대선에서 당시 좌파 사회당 후보였던 프랑수아 올랑드는 2025년까지 전체 전력 생산에서 원자력의 비중을 50%까지 낮추겠다고 공약했다.

2017년 현재 전세계 원자력발전소는 31개국에 약 446기가 가동중이다. 대부분 선진국들은 이미 가동중인 원전을 줄이거나 원자력발전비율을 낮추는 데, 안간힘을 쓰고 있지만,영국은 원전을 계속 늘리겠다는 방침을 세웠고,중국, 인도,파키스탄등은 지속적으로 원전을 늘리는 전략을 고수하고 있다. 아래 그래프는 전세계 에너지 생산량중 원자력발전이 차지하는 비중이다. 2014년에 11.1%를 차지한다.



한국은 지금까지 원자력발전 확대에 치중하다, 문정부들어서자마자 원자력발전 증대 정책에 급격한 브레이크가 걸리는 모양이다. 국민안전을고려하고 환경을 중요시하는 미래지향적인 이미지를 보이기에 이만한 이슈도 없다. 그러나 임기 5년의 대통령이 책임지기에는 국가 장래가 걸린 중요한 문제라 후폭풍 역시만만찮을 것 같다

원자력 발전소 건설 중단을 계기로 안전하고, 친환경적인 지구미래를 위한 향구적인 에너지 생산수단을 생각 해보고자 한다.

발전 수단과 장단점

전력을 만들어 내는 수단에는 원자력, 수력, 석탄이나 석유, 천연가스를 태워 발전하는 화력발전, 지열을 이용하는 지열발전, 풍력발전,  태양광발전, 연료전지, 바이오 발전, 조력발전등이 사용되고 있거나 실용화되고 있다.

(지열발전)

지열 발전은 지하에 있는 고온층으로부터 증기 또는 열수의 형태로 열을 받아들여 전기를 일으키는 방식을 말한다. 땅 속의 높은 열로써 별도의 고온 증기를 만들어서 증기 터빈을 운전하여 전기를 일으킨다. 지구 중심부에서는 천연 방사성 동위체의 붕괴에 의해 열이 난다. 이 열을 지열이라고 한다.

미국이나 일본, 이탈리아 등지에는 지열에 의해 지하수가 끓어 지표 위로 증기가 솟아오르는 경우가 있다. 이 증기를 이용하여 발전기를 움직여 전기를 생산하는 것도 지열 발전이라고 한다. 깨끗하고 경제적인 발전 방식이지만 아무 곳에서나 할 수 없는 발전 방식이다. 석유나 석탄과 같은 에너지 자원이 없어지면, 지열 발전은 앞으로 유용하게 쓰일 에너지 자원이다. 뉴질랜드 · 아이슬란드 · 이탈리아 등지에 지열 발전소가 많다고 한다.

(화력발전)

석탄이나 석유에 의한 화력으로 증기를 발생시켜 증기 터빈을 돌리고 그것에 의하여 발전하는 발전소이다. 석탄이나 석유 채굴시나 발전소에서 나오는 유해물질, 이를테면 유해가스나 미세먼지가 문제가 되고 있다. 석탄이나 석유 생산지 편중, 무엇보다도 석탄이나 석유 자원의 제한 때문에 자원보호나 자원고갈 차원에서 영구적인 발전 대안이 되기에는 무리이다.

(바이오 발전)

음식쓰레기등에서 발생하는 메탄가스, 옥수수 또는 콩이나 사탕수수등을 발효시켜 추출한 에탄올등 이른바 바이오가스를  태워 얻은 열로,  화력발전 처럼 전기를 얻는 방식인데, 아직까지는 재료확보와 발전 장소, 발전비용등의 문제가 있어 대체에너지로 역활하는 데 제한이 있다.

(원자력 발전)

우랴늄, 플루토늄등의 원자핵을 분열시키 이때 나오는 열을 이용하여 증기를 발생시키고 그 증기의 힘으로 터빈을 돌리고 그 힘으로 발전기에서 연결하여 전기를 생산하는 것이다.

(태양광 발전)

태양빛이 반도체로 만들어진 태양전지에 투입되면 전자의 이동이 일어나고 전기가 발생하는 원리를 이용하는 것이 태양광발전이다.  태양전지 하나의 크기에 대략 10 평방센티에 0.6볼트, 1.5와트의 전기가 발생한다고 한다.

(연료전지 발전)

연료전지는 수소를 공기 중 산소와 화학반응 시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이다. 물을 전기분해하면 수소와 산소로 분해된다. 반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만드는데 이때 발생하는 에너지를 전기 형태로 바꿀 수 있다. 연료전지는 이 원리를 이용한 것이다. 전지라 표현하지만 실제로는 발전(기)원리이다.

 

탈원전_가능한가?

에너지시장 분석업체인 '블룸버그 신 에너지 파이낸스'(BNEF)의 '신 에너지 전망 2017년' 보고서는 2040년엔 [재생에너지가 세계 전력생산에서 차지하는 비중이 51%로 확실한 대세가 될 것]으로 전망했다. 다음으로, 원전은 9%에 머물고, 대략 2016년 37%였던 석탄은 22%로 줄어들고 천연가스 비중도 16%로 낮아질 것으로 예상했다.

이 보고서는 2040년까지 향후 23년동안 신규 발전 설비에 투자될 1조2000억 달러 중 재생 에너지 분야 투자가 72%를 차지할 것으로 내다봤다.

2040년이면 향후 23년 그 때 갑자기 신재생 전력생산이 51%로 되는 것이 아니라 지금부터 그 필요성이 인식되고 아울러 지속적이고 강력한 정책적리더가 있을 것이라는 뜻이다.

향후 23년 동안, 그 후라도 세계경제가 지속 성장을 하려면 49%의 기존 발전방식도 중요한 부분을 차지 할 것이지만, 신재생에너지 역시 더욱 비중을 높혀갈 것이다.

문 대통령의 탈원전 선언이 시대적 요구와 추세에 부합하는 일이라 할 수 있지만, 발전단가의 문제가 걸림돌이다. 그렇지만, 탈전원전은 시기문제일 뿐, 언젠가는 가야할 방향이다. 탈원전으로 생기는 제반 문제점을 어떻게 흡수하고 어떤 로드맵으로 어떤 발전수단을 폐기하고 어떤 발전수단을 육성할 것인지, 지금 정부나 앞으로의 정부들도 기존 전력소요를 잘 파악하고 전력 부족사태가 오지않도록 잘 관리하면서 신재생 발전에 강력한 리드를 유지하는 것이 중요하다. 깊은 정책적  고려와 지속적인 기술개발, 발전설비투자의 리드가 있어야 할 것이다.

앞서소개한 자료에서 보듯이 실제발전량기준으로 2016년 세계 11%, 한국 36%가  원자력 발전인데, 이를 줄여가기 위한 대안으로 화력발전은 일시적 대안이 될 수 있겠지만, 4차산업혁명, 5차산업혁명으로 이어질 문명사적 대안으로는 부적절하다. 미세먼지등 환경오염과 특히 자원고갈문제 때문이다.

그렇다면, 항구적인 대안은 무었이겠는가?  한국의 입장에서 유력한 대안은 3가지이다. [바이오발전], [태양광발전], [연료전지발전]이 그것이다. 모두 아직은 발전비용이 원자력발전은 물론이고  화력발전보다 비싸다.

[태양광발전]은  2017년 한전판매가 기준으로 약 200원/kwh이 된다.  아직은 원자력과 유연탄에 비하면 상당히 비싼 편이다. 그렇지만 중유발전에 비해서는 경쟁력이 있다.

 

[연료전지발전]은 가정용, 수송용, 산업용, 발전용등으로 규모를 자유롭게 가져갈 수 있어 자동차용으로는 일찌기 연구개발이 시작되어 실용화 전단계까지 와 있다. 발전소용으로도 상용화되고 있는 데, 다른 발전소는 대규모로 발전소를 지어 송전탑을 통해, 먼거리로 전기를 송전 해야하지만, 연료전지 발전소는 소규모로 분산전원이 가능하여 송전손실이 없고 장소에 구속받지 않는 잇점이 있다.

연료전지는 이온을 이동시키는 전해질의 특성에 따라 고체고분자형(PEMFC), 인산형(PA), 용융탄산염(MC), 고체산화형(SO) 연료전지로 분류한다.

구 분	PEMFC	PAFC	MCFC	SOFC
전해질	고분자	액체 인산염	혼합 용융 탄산염	고체산화물
작동온도	80℃	200℃	650℃	1000℃
촉매	Platinum	Platinum	Nickel	Nickel
개질기	외부  Reforming	외부 Reforming	외부  Reforming	외부 Reforming
특징	출력변경용이	현재 사용중, 효율 : 抵	PAFC 대비 효율 :高	내구성, 효율: 高
사용연료	수소, 탄화수소연료	천연GAS, Methanol	천연GAS등	천연GAS등
적용범위	자동차용, 휴대용등 소형발전	건물전력 (병원, 호텔등), 대형Bus	발전소, 건물전력	열병합 발전소

발전소용으로 MCFC. SOFC가 사용되는 데, 고열이라서 스텍등 문제가 많이 발생한다. POSCO에서 연료전지에 의한 발전소를 운영하다 잦은 고장으로 인해 중단 한 사례가 있다.

[연료전지발전]은 또, 가격정보가 없다. 아직 가격경쟁력이 있도록 기술개발이 이루어지지 못한 것 같다. 상용화 단가를 설정하기 어렵다는 뜻이다. 그만큼 초보적인 단계라는 의미이다. [바이오 발전] 역시 마찬가지이다.

하지만, [바이오 발전], [태양광발전], [연료전지발전]은 원료를 방사성물질이나 환경오염물질을 배출하지 않는 재생가능한 생물자원, 영구적인 태양광, 공기중의 산소와 수소를 원재료로 이용한다는 점에서 기존의 화력발전이나 원자력발전의 대안으로도 충분하다 할 것이다..  

다만, 탈원전은 갑작스런 선언과 졸속추진으로 될 일이 아니다. 충분한 시간을 두고 신규원전개발을 서서히 줄여 나가면서, 그 자금으로 수소연료전지 등 개발에 전력을 쏟아 부어야 한다, 그래서, SOFC나 또다른 연료전지가 충분한 발전이 이루어진 후, 기술적으로 완벽하고, 가격적으로 경쟁력이 있을 만한 수준에 도달했을 때, 그리고, 그러는 과정동안, 원전관련 업체들이나 부품업체들의 미래에 대한 보장이 확립되는 과정을 거치면서, 기존의 원전의 사후관리, 헤외 원전사업의 수주를 위한 명분과 기술보전 방안을 찾으면서 추진해야 한다.

100년이 걸린 1차산업혁명 각각 70~80년이 걸린 2차, 3차 산업혁명의 완성보다 훨씬 짧은 기간, 아마도 10년~20년안에 [바이오 발전], [태양광 발전], [연료전지 발전]은 그 발전 전략을 안목있게 지혜롭게 구축한다면. 4차산업혁명의 기반 전원이 될 것으로 믿는다. 어쩌면 블룸버그 신 에너지 파이낸스(BNEF)의 에너지 전망보다 빨리 움직이는 것이 4차산업혁명의 소용돌이를 헤쳐 나가는 데 큰 역활을 할 것이다

문정부의 '탈원전'선언이 신재생 에너지, 구체적으로 [태양광발전], [연료전지발전]과 [바이오 발전]을 촉발시키고 정착시키는 계기가 된다면, 역사적인 선언이 될 것이다.

하지만 그동안 아마추어적인 이 정부의 횡보로 볼 때, 급하게 서두를 뿐, 제대로 된 장기 전략이 없는 것 같다. 이 정부의 태생적 특성성 그럴 수 밖에 없을 것이다. 이 정권을 믿기에는 무언가 부족함이 크다. 그러기에 걱정이 크다. 우왕좌왕하다가는 다시없는 재앙으로 돌아올지도 모른다는 불안감이 앞선다.  

 

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