탄소중립·에너지전환 구현

[가스신문 = 주병국 기자] 전 세계가 온실가스를 줄이기 위한 탄소중립 정책에 나서고 있다. 우리나라도 2050년 탄소중립을 선언한 14번째 국가로, 지난해 탄소중립 관련 법제화까지 단행했다. 이와 함께 탄소배출이 적은 수소를 새로운 신성장동력의 에너지원으로 활용하는 수소 사회로 전환을 꾀하려 한다. 이미 수소위원회도 구성되어 중장기적인 수소전환 로드맵까지 마련됐고, 특히 석탄과 석유, 천연가스 등 화석연료를 줄이고 수소를 에너지로 활용하려는 여러 가지 실증사업과 관련 산업의 기술개발이 진행되고 있다.

이런 움직임은 정부가 탄소중립을 달성하기 위해 R&D 4대 전략으로 △에너지수요 감축 △전기화 △수소화 △CCUS를 제시한 점에서도 확인할 수 있다.

정부는 그린뉴딜 정책 중 하나로 수소산업 육성 및 발전을 위해 올해도 수소차, 수소생산기지구축, 수소유통망구축(128억원), 액화수소검사기반구축(42억 신설), 연료전지 R&D(580억원), 신재새에너지보급지원 등 수소 관련분야에만 수천억원의 예산을 지원한다.

SK와 현대차, 포스코, 한화, 효성 등 5개 그룹과 중소·중견기업도 정부의 수소경제 조기 진입에 발맞춰 오는 2030년까지 수소생산, 유통·저장, 활용 등 수소 전주기 생태계 구축을 위해 지난해 43조4000억원을 투자키로 했다. 이처럼 정부와 에너지기업들은 수소산업 육성을 통한 수소 사회로의 전환차 발 빠르게 움직이고 있고, 이는 탄소를 줄이기 위해 반드시 화석연료 중심의 에너지에서 신재생에너지로 전환하고, 산업의 지속 성장을 꾀하기 위한 것으로 수소 사회로의 전환 역시 필수이다. 수소 산업의 중심에 수소차와 수소연료전지가 양축을 이룰 것으로 전문가들은 내다보고 있다.

연료전지발전, 태양광·풍력 대체제로 부각

신재생에너지로 분류된 수소연료전지 분야는 설비용량과 사용처에 따라 가정·건물용과 발전용으로 크게 구분하며, 발전 스택을 통해 열과 전기를 생산, 공급하는 분산형전원으로 분류된다. 현재 정부는 수소연료전지 발전에 활용될 원료로 그린수소, 블루수소, 그레이수소로 나누어, 중장기적으로는 그린수소를 활용한 연료전지발전 비중을 높여 탄소중립을 구현한다는 복안이다.

특히 수소연료전지발전은 전력생산 효율이 높아 차세대 분산형전원으로서 전력공급시스템의 역할로도 주목받고 있다. 이에 정부는 보급 확대를 위해 가정·건물용 수소연료전지의 경우 공공기관 등 일정 규모 이상의 건물(1000㎡)에서 설치 의무화와 함께 설치장려금도 지원하고 있다.

산업부 통계자료를 보면 가정·건물용 연료전지의 보급실적은 2018년 3,786kw(건물용: 1960kw, 가정용 1,826kw)에서 매년 증가해 2021년 7,340kw(건물용:5,325kw, 가정용: 2,015kw)로 4년 사이에 1.9배 늘었다. (표1 가정·건물용)

이와 함께 발전시장에서 앞으로 중요한 역할과 비중을 차지할 수소연료전지발전은 신재생에너지 의무할당제에 따라 현재 한수원을 비롯해 동서발전, 남부발전, 중부발전 등 발전사와 민간 발전사들이 태양광이나 풍력의 대체원으로 발전효율이 높은 수소연료전지발전설비를 확대하고 있다. 이는 재생에너지의 간헐성을 보완할 수 있다.

산업부 통계치에 따르면 발전용 연료전지의 설비용량은 2018년 323MW이며, 연간 발전량은 1742GWh로 국내 전체 발전 비중에서 0.29%를 차지했다. 2019년에는 설비용량이 392MW로 늘어 발전비중 역시 0.39%(2,257GWh) 증가했고, 2020년에는 설비용량 591MW, 발전비중 0.6%(3480GWh)였다. 그리고 2021년 10월 기준으로 발전용 연료전지의 설비용량은 713MW로 크게 늘었다. (표2, 발전용 연료전지) 불과 4년 사이에 설비용량은 2.2배 증가한 셈이다.

허가기준 설비용량은 2020년 말 이미 정부의 1차 목표치인 1.5GW를 넘어섰다.

한국보다 먼저 연료전지를 보급한 미국과 일본 등 다른 나라보다 앞서며, 세계 연료전지발전 시장의 43%를 한국이 차지할 만큼 이 시장은 급성장하고 있다.

정부는 2040년까지 발전용 연료전지 시장규모를 15GW(내수 8GW, 수출 7GW)를 확대해 친환경 에너지 공급과 탄소중립을 구현하고, 나아가 수출산업으로 육성한다는 복안이다.

제2차 수소경제위원회에서 산업부 성윤모 장관은 “수소법 시행으로 본격적인 수소경제로 나아가기 위한 토대가 완비됐으며, 친환경발전소인 수소연료전지가 향후 우리나라 탄소중립을 선도하게 될 것”이라고 강조했다.

특히 정부의 2050년 탄소중립 시나리오 B안(전환부문)에서 제시된 발전용 수소연료전지의 에너지소비량과 소비량 비중이 원전과 LNG발전보다 높은 121.4TWh, 10.1%로 수립됐다. 이는 향후 재생에너지, 무탄소 가스터빈에 이어 3번째로 높은 비중으로 향후 발전부문에서 중요한 역할을 차지할 전망이다. (표3, 탄소중립 시나리오)

경제성 문제와 님비현상으로 사업추진 난항

이렇다보니 도시가스업계에서도 정부의 에너지전환 정책과 탄소중립 그리고 수소 사회로의 전환에 동참하고자 발전용 연료전지 보급사업에 적극 나서고 있다.

하지만 발전용 연료전지는 신재생에너지임에도 불구하고 전기를 생산하는 설비시설를 갖춘 수소발전소라는 이미지와 위험성이 높은 수소를 연료로 사용한다는 이유로 혐오시설로 낙인찍혀 지역주민들로부터 배척당하는 게 다반사다.

그 대표적 사례로 인천연료전지발전(39.6MW)이 손꼽힌다. 이곳은 2년 6개월간 사업자와 주민 간의 갈등으로 연료전지발전소가 제때 건설되지 못하다 극적으로 협의가 돼 현재 발전소로서 역할을 하고 있다. 이를 계기로 지역사회와 함께 하는 바람직한 연료전지발전소의 건설 방향을 논의하기 시작했고, 좋은 사례로 농촌상생형 연료전지발전이 추진됐다. 이는 부지 활용이 가능한 낙후지역에 연료전지발전소를 건설하고, 이를 기반으로 인근 에너지 소외지역에 도시가스를 공급하여 지역발전과 에너지 복지구현 그리고 나아가 정부의 에너지전환 정책까지 단계적으로 실현할 수 있는 좋은 사업 모델이다.

동서발전은 지난해 호남권에 15MW급의 연료전지발전소를 준공하고, 그해 4월부터 상업 운전에 돌입했다. 이곳에서 생산된 전기는 여수시 약 5만2천 세대가 사용할 수 있다. 또 지자체와 지역주민, 사업자 간의 긴밀한 협업을 통해 발전소 인근지역의 에너지빈곤층에 도시가스 공급도 추진한다.

또 화성 남양 연료전지(1단계) 사업 역시 서부발전과 휴세스, 삼천리가 협업하여 20MW급의 연료전지를 건설했고, 연료전지발전소에 도시가스 공급을 위한 배관망을 확충함으로써 향후 인근 도시가스 미공급지역에 가스공급을 추진한다는 계획이다.

이보다 먼저 2020년 9월 준공식 후 상업 운전에 들어간 파주에코에너지의 경우는 국내 1호 농촌상생형 연료전지발전소로 평가받는다. 이곳은 동서발전과 서울도시가스, SK건설이 SFC 설립을 통한 협업으로 8.1MW의 발전용 연료전지를 파주시 도내리 마을에 건설, 현재 6만3천 세대가 사용할 전기를 안정적으로 공급하고 있다.

특히 눈여겨 볼점은 종합준공에 맞춰 서울도시가스가 인근 마을 74세대에 도시가스를 배관망을 통해 공급했다는 점이다. 에너지 소외지역의 복지까지 구현한 것이다. 3자가 민원해소를 위해 철저한 사전협의를 거쳐 이뤄낸 지역상생형 연료전지발전소인 셈이다.

지역상생에 걸맞는 현실적 지원 필요

이처럼 지역 상생형 연료전지발전은 여러 측면에서 장점이 많다. 이렇다 보니 신재생에너지 발전 의무를 이행할 발전사와 에너지 기업들은 상호 협력을 통해 유사한 형태의 연료전지발전소 건설에 나서고 있다. 경기도 이천을 비롯해 대구 수성구 경기도 광주, 파주시 낙하리 지역 그리고 문경과 울산 등에서도 지역상생 연료전지발전소 건설계획이 추진되고 있다. 하지만 현실은 막대한 투자비와 경제성 문제로 사업추진이 쉽지 않다고 관련 업계는 어려움을 호소한다.

소외지역에 도시가스까지 공급하려니 경제성 문제가 가장 큰 걸림돌일 수밖에 없다. 분명한 것은 지역상생 연료전지발전소는 지역발전과 함께 소외지역 주민들의 에너지 복지를 구현할 수 있고, 나아가 국가의 중요한 에너지전환 정책을 성공적으로 추진하는데 순기능을 한다는 것이다.

따라서 지역주민들과 공생하고 지역발전에 기여하는 연료전지발전소에 대해 정부가 사회적 편익을 고려한 합리적인 인센티브제를 도입하는 방안을 검토할 필요가 있다고 전문가들은 꼬집는다. 지원방안 중 하나로 지역상생 연료전지발전소를 건설하려는 사업자에게는 기존 REC(1.9%, 열 활용시 0.2% 추가)에 추가로 ‘지역상생 기여도’ 편익만큼의 가산점을 주는 방안도 제기되고 있다.

이는 앞으로 더 많은 발전사가 관련사업에 참여를 확대하게 하는 감초 역할을 할 것이다. 또한 지역상생 연료전지발전소 건설사업은 경제성이 낮은 지역까지 도시가스 배관망까지 수반되어야 하는 만큼 도시가스 공급자에게도 지자체가 부여하는 기존의 가산투자보수율(지자체별로 0~3.0%)에 알파플러스를 적용하는 방법도 경제성 문제를 조금이나마 해결할 수 있을 것으로 보인다.

지역사회와 지역주민들로부터 외면당하는 발전용 연료전지는 결코 보급 확대가 쉽지 않다. 따라서 1석 3조의 효과를 기대할 수 있는 지역상생 연료전지발전이 활성화되기 위해서는 정부와 지자체가 님비현상으로 외면당하는 연료전지발전소에 대해 더 늦기 전에 합리적인 지원방안을 모색할 필요성이 절실하다.