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세계 발전산업 패러다임 석탄서 신재생으로 빠르게 전환
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국내에서도 미세먼지 때문에 석탄화력의 발전량을 줄이려는 움직임이 활발하게 진행되고 있는 가운데 세계 발전시장에서도 석탄발전의 쇠락이 급속히 진행되고 있다. 선진국을 중심으로 기후변화에 대한 대응이 빨라지면서 석탄 등 전통 발전원을 대신해 신재생 발전이 빠르게 늘어나고 있다. 2017년 분야별 온실가스 배출량을 보면 발전분야 136억톤, 산업분야 62억톤, 운송 80억톤, 건물 30억톤으로 조사됐다. 발전산업 이산화탄소 배출량 중 74%가 석탄발전에서 배출됐으며, 2017년 발전원별 이산화탄소 배출량을 살펴보면 석탄발전 98억톤, 가스발전 29억톤, 석유발전 9억톤 순이었다.

석탄발전 2006년 정점으로 하락, 북미와 유럽 폐쇄 가속화
수출입은행이 지난 1월 18일 발표한 ‘세계 발전산업패러다임 변화 및 시사점’ 보고서에 따르면 2017년 기준 세계 석탄, 가스, 원자력 등 전통 발전원의 설비용량을 보면 석탄 1987GW, 가스 1534GW, 수력 1142GW, 원전 357GW로 총 발전량은 2만4656TWh로 추정되며, 이중 석탄이 9288TWh, 가스 5472TWh, 수력 4207TWh, 원자력 2753TWh 등 전통 발전원의 전력생산 비중은 90.3%를 차지했다.
하지만 전통 발전원의 비중은 꾸준히 줄고 있으며 석탄의 비중은 눈에 띄게 감소하는 추세다.
보고서에 따르면 전통발전의 전기공급 비중은 2012년 95%, 2013년 94.3%, 2014년 93.7%, 2015년 92.8%, 2016년 92% 등 매년 감소하고 있다. 이런 추세라면 조만간 전통 발전의 비중은 90% 이하로 떨어질 전망이다.
1, 2차 산업혁명 이후 전기에너지의 주요 공급원이었던 석탄발전은 온실가스 및 환경오염의 주범으로 부각되면서, 유럽과 북미지역을 중심으로 탈석탄화가 빠르게 진행 중이다. 2000년 이후 연평균 석탄발전 설치량은 57GW를 기록했다. 2006년 120GW를 정점으로 감소세로 돌아섰다.
아시아 지역은 2004년 이후 매년 67GW 규모의 신규 석탄발전소가 건설됐지만, 유럽 및 미주의 경우 2004년 이후 신규 건설된 석탄발전소보다 폐쇄된 석탄발전소가 많은 상황이다.
유럽의 경우 2010년 이후 신규 건설된 석탄발전소는 5GW인 데 반해 폐쇄된 석탄발전소 용량은 18GW, 미주지역 역시 신규 건설용량은 4GW에 불과하나 폐쇄된 용량은 46GW에 달한다. 2017년 기준 아시아 지역 석탄 발전용량은 1408GW로 전 세계 석탄발전용량의 71%가 아시아 지역에 집중됐으며, 신규 수요의 90%가량이 아시아 지역에서 발생했다.
반면 신재생의 성장은 가파르다. 2017년 기준 세계 신재생에너지 누적 설치량은 1070GW로 세계 발전용량의 16.2%를 차지했다. 세계 전기 공급의 9.6%를 담당한다.
2001년 7.7GW였던 세계 신재생에너지 설치량은 2010년 이후 폭발적으로 증가해 2014년 신규 설치량이 100GW를 돌파했다.
2016년 세계 신재생에너지 신규 설치량은 전통 발전 수요를 넘어섰으며, 2017년에는 사상 처음으로 신재생에너지 신규 설치 비중은 50%를 넘어섰다.

2040년까지 신규 발전설비 설치량 9000GW 중 6800GW 신재생
2018년부터 2040년까지 세계 발전산업 총 설치량은 약 9000GW로 예상되며, 이 중 신재생에너지설치량은 6800GW에 달할 전망이다. 신규 발전수요에서 신재생에너지 비중은 2016년에 처음 50%를 넘은 후 지속적인 증가세를 보여, 2022년 60%, 2025년 70%, 2030년 80%를 돌파할 전망이다.
신재생에너지 수요는 2020년 200GW를 넘어설 것으로 예상되며, 2030년 300GW, 2035년 400GW 선까지 도달할 전망이다. 2040년까지 신재생에너지 수요는 지속적인 성장세를 기록할 것으로 예상되며 석탄발전 수요의 대부분을 신재생에너지가 흡수할 전망이다. 세계 발전산업은 석탄에서 신재생에너지로 이동 중이며, 그 속도는 2020년 이후 더욱 빨라질 전망이다.
보고서에 따르면 2040년 전통화력 발전설비용량은 4000GW(석탄 1500GW, 가스 2300GW, 석유 200GW) , 수력 1400GW, 원전 380GW로 예상되며, 2017년 80%를 넘어섰던 화력발전 비중은 2040년 30%로 급감할 것으로 전망했다.
2022년 이후 전통화력 발전수요는 50~80GW 수준까지 떨어지며, 여기에 노후화된 석탄발전소 폐쇄물량을 합치면 화력발전 설비용량은 2025년을 정점으로 서서히 감소할 것으로 예상했다.
전통화력 발전비중이 감소하는 것에 비례해 신재생에너지 비중이 늘어날 것으로 예상되며, 2040년 신재생에너지 비중은 56%에 달할 전망이다.
화력발전은 4000GW 내외에서 정체되는 데 반해 신재생에너지 발전용량은 매년 설치량이 큰 폭으로 증가해 2030년 이후 신재생에너지 발전용량이 화력발전을 넘어설 것으로 예상했다.
2030년 이후 신재생에너지와 화력발전 용량 격차는 더욱 커질 것으로 예상되며, 2030년 후반에는 신재생에너지 발전용량이 전체 발전설비의 50%를 넘어설 것으로 전망했다.

가스발전 신재생 간헐성 대안으로 수요 지속 증가
가스발전의 경우 석탄발전 대비 오염물질 및 낮은 온실가스 배출, 빠른 가동 시간 등으로 인해 신재생에너지의 간헐성(불규칙한 발전)을 보완하는 전원으로 활용돼 수요가 늘어날 전망이다. 2017년 기준 1500GW였던 가스발전용량은 2040년 2250GW로 늘어날 것으로 예상되며 빠른 기동성 및 친환경 에너지원으로 주목받고 있어 꾸준히 수요가 늘 것으로 전망했다.
특히 북미 및 유럽 등 선진국을 중심으로 신재생에너지 확대에 따른 전력 공급 안정성에 대한 보안책으로 가스발전 용량 및 가동률을 꾸준히 늘릴 것으로 예상했다. 원자력발전은 중국의 영향을 많이 받을 전망이다. 보고서는 2018년 기준 원전 발전용량은 약 370GW이며, 중국 수요 증가로 2030년까지 증가할 것으로 예상이 되지만 그 이후 선진국을 중심으로 원전 폐쇄가 이뤄지면서 현 수준이 유지될 것으로 전망했다.

배터리 가격하락, ESS, VPP 신재생수급 불안 해결
신재생발전이 빠르게 화석연료를 대체할 수 있었던 것은 가격과 기술의 절묘한 조화 때문으로 분석했다. 보고서는 발전산업 패러다임 전환을 이끌고 있는 신재생에너지의 최대 강점으로 가격 경쟁력을 꼽았다.
태양광 설치비용은 2010년 330만달러/MW였으나, 2018년 90만달러/MW으로 80% 가까이 하락했으며, 풍력의 경우 2010년 166만달러/MW에서 2018년 84만달러/MW로 절반 수준으로 하락했다. 석탄 및 가스발전 등 화석발전의 경우 자원 사용량이 많아질수록 연료비 상승으로 인해 발전단가가 올라가는 데 반해 신재생에너지의 경우 생산량이 많아질수록 생산단가가 떨어지는 특징을 가지고 있어 가격 하락이 가능했다.
보고서는 2010년 이후 대량생산 체제가 구축되면서 시장 수요 증가에 비례해 설비비용도 하락 중인 것으로 분석했다. 유럽 및 북미지역에선 이미 신재생에너지 발전단가가 가장 저렴한 수준에 도달했으며, 2025년쯤 중국에서도 태양광 발전단가가 석탄 발전단가보다 저렴해질 것으로 전망했다. 에너지기술의 발전도 신재생에너지 보급 확대를 가속화했다. 신재생 발전의 가장 큰 문제로 지적됐던 공급 불일치 문제를 에너지 저장 장치로 해결한 것이다. 2017년 전 세계 발전 포트폴리오 중 신재생에너지 전기 공급비중이 9%를 넘어섬에 따라 전력망에 가해지는 부담이 점차 증가했다. 특히 신재생에너지 발전은 바람 및 햇빛 등 기후변화에 따라 전기생산량이 급변해 전기 수급 및 전력망의 안정적인 운영이 힘들 수밖에 없다.
하지만 에너지저장기술이 발달하고 배터리의 가격이 떨어지면서 신재생 수요확대의 최대 걸림돌이 점차 해소됐다. 2010년 1160달러/kWh에 달했던 리튬배터리 가격은 매년 두 자릿수 하락해 2018년 176달러/kWh 수준까지 떨어졌다. 여기에 클라우드 기반의 소프트웨어를 이용해 소규모 신재생에너지 발전설비와 에너지저장장치(ESS) 등 분산형 에너지자원을 하나의 발전소처럼 운영할 수 있는 가상발전소(Virtual Power Plant) 기술 등장도 신재생의 단점을 보완하게 됐다.
작성 : 2019년 01월 31일(목) 08:25
게시 : 2019년 02월 01일(금) 11:34


유희덕 기자 yuhd@electimes.com        유희덕 기자의 다른 기사 보기

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