[가스신문 = 주병국 기자] 정부가 수도권에 편중된 전력 등 에너지소비를 효율적으로 운영하고, 전력을 안정적으로 공급하기 위해 분산에너지 활성화 특별법을 제정하고, 내년 6월부터 시행에 들어간다고 밝혔다.
이런 변화는 기존 중앙 집중형 공급시스템에서 발생하는 송·배전 문제와 수도권 에너지자립률(서울 전력자립률 11%)을 높일 수 없다는 판단으로, 중앙 집중형 공급시스템의 한계를 해소코자 수요지 인근에서 전력을 생산, 소비할 수 있는 분산에너지시스템을 활성화하겠다는 것이다.
분산에너지 대표 격이 바로 열과 전기를 동시에 생산, 공급하는 집단에너지와 연료전지이며, 특히 미래 에너지원인 수소를 활용한 연료전지는 분산전원이면서도 태양광과 풍력과 같은 신재생에너지로 분류되어, 향후 정부가 육성 및 발전시켜 나가야 할 분야이다.
따라서 국내 연료전지 시장은 정부의 수소경제 육성 정책과 분산 에너지시스템 활성화라는 정책변화에 따라 대용량인 발전용 연료전지와 중소형 부문인 건물용 연료전지로 양분화되어, 성장할 것으로 예상된다.
이미 발전용 연료전지 분야는 대기업과 공기업 중심으로 관련 시장 참여가 높아지면서 지난해 보급설비용량이 859MW를 돌파했고, 올해 1GW를 넘어설 것으로 전망된다.
그만큼 발전용 연료전지가 태양광, 풍력, 지열 등 다른 신재생에너지보다 에너지 공급과 효율성 측면에서 높다 보니 자연스럽게 발전시장에서 그 영역은 확대되고 있다.
이에 반해 건물용 연료전지는 전력 소비가 많은 도심지에서 전력수요에 안정적으로 대응할 수 있는 분산전원으로 가장 적합한 에너지공급시스템 중 하나라고 전문가들은 강조한다. 또 대용량 발전소 건설에 따른 국가재정 문제와 송배전 문제까지 해결할 수 있고, 나아가 연료전지가 에너지절약 및 에너지소비 효율 증대는 물론 미래 수소경제로 전환하는데 그 역할과 기능이 크기 때문이다.
따라서 정부가 발전용 연료전지 육성에만 매진할 것이 아니라 도심지 내 건물용 연료전지가 활성화될 수 있도록 지원정책과 함께 환경조성에 나서 수도권의 에너지자립도를 높여야 할 것이다.
발전량 제어 가능한 연료전지, 분산 전원에 적합
국내 에너지 다소비 업무용 건물(수요)은 21,311개소에 이르며, 이중 공조용은 14,237개소에 이른다. 이 건물들은 모두 한전으로부터 전력을 수혈받고 있다.
이런 에너지 다소비 건물에서 열과 전기를 동시에 생산이 가능한 건물용 연료전지를 설치할 경우 그 효과는 매우 크다. 우선 분산전원 역할이 가능한 건물용 연료전지를 설치하여, 운전시 500MW급 이상의 대규모 발전설비를 대체할 수 있다. 이는 대규모 석탄발전(200MW) 2.5기를 대체할 수 있다.
여기에다 수도권까지 끌고 올 송·배전 건설비용까지 절약할 수 있어 건물용 연료전지가 보급 확대시 사회적 기회비용은 수조 원에 이를 것으로 전문가들은 전망한다. 또 수도권의 전력난 해소와 에너지자립까지 높일 수 있다.
정부도 이런 기대효과를 감안하여 지난 2023년 1월 전력수요 전망과 이에 따른 전력설비 확충을 위해 분산형 전원 확대 등을 포함한 제10차 전력수급기본계획을 확정한 바 있다. 따라서 발전량을 제어할 수 있는 연료전지가 분산형 발전원으로 적합한 셈이다.
건물용 연료전지 보급 녹록지 않아
현재 건물용 연료전지는 정부의 신재생에너지 공급 의무화제도에 따라 조금씩 증가추세이다. 하지만 어디까지나 태양광과 지열, 풍력 등의 신재생에너지 공급시스템의 대체재로 활용되고 있어, 그 보급 속도는 매우 느리고 제한적이다.
설치보조금(1600만원/kW)이 지원되는 건물용 연료전지 보급실적을 보면 2020년 664개소에 설치용량 10.9MW에 그쳤다. 2021년은 967개소에 설비용량 18.7MW, 2022년에는 1253개소에 설비용량 29.1MW로 2020년보다 2.5배 증가했다. 가동률 또한 2020년 33.9%에서 2021년 43%, 2022년 55.1%로 조금씩 개선되는 상황이다.
하지만 3년간 설치된 건물용 연료전지는 발전용 연료전지 1개소(40MW급) 수준에 그치는 등 여전히 보급 확대가 쉽지 않은 실정이다.
이처럼 건물용 연료전지가 활성화되지 못하는 데는 여러 원인이 있지만 그중 가장 큰 이유로는 고가의 제품 가격과 전력계통과의 연계성 부재, 비싼 연료비와 높은 전력생산 단가 등이 지목된다.
이런 현안 문제들을 정부와 업계가 함께 해소해야만 건물용 연료전지가 도심지 내 대규모 발전소를 대체할 수 있는 분산전원으로서 그 역할과 기능을 할 수 있다고 업계는 꼬집는다.
또 신재생 의무화로 연료전지를 선택할 때 수요처에서는 초기 설계부터 열과 전기를 효율적으로 사용하는 운전계획을 수립하여 열 활용도를 높여야 한다고 강조한다.
하지만 무엇보다 전기요금이 싼 국내 에너지 시장에서 건물용 연료전지가 자생력을 갖고, 활성화되려면 정부의 강력한 보급 정책 의지와 함께 실효성 있는 맞춤형 지원정책이 수반되어야 한다고 지적한다.
건물용에도 전력대체기여금 지원해야
에너지전문가들은 실효성 있는 지원정책 중 하나로 건물용 연료전지가 도심지 내 대규모 발전설비를 대체하는 기회비용을 고려한 전력피크 대체기여금을 지원하는 방안을 우선적으로 검토해야 한다고 꼬집는다.
전력피크 대체기여금은 한국가스공사에서 전 국민을 대상으로 하절기 전력피크 억제를 위한 가스냉방 장려 목적으로 운영하는 제도로, 정부는 분산전원을 담당하는 가스냉난방시스템에 대해 2021년부터 전력대체기여금(GHP:292원/Nm3, 흡수식:186원/Nm3)을 지원하고 있다.
이는 동·하절기 급증하는 전력 소비를 가스냉난방을 통해 완화하고, 나아가 대규모 발전소의 추가 건설을 막아 국가 재원의 효율성을 높이는데 지원 목적을 두고 있다.
따라서 가스냉난방시스템보다 분산전원 역할이 더 큰 건물용 연료전지에 대해서도 정부가 전력대체기여금을 지원하는 것이 합당하다.
더불어 자가 발전을 하는 건물용 연료전지가 한전보다 비싼 전기생산 비용 때문에 발전을 할수록 손실을 보는 구조적 문제도 살펴봐야 하며, 그 대안으로 건물용 연료전지 업계에서는 건물용 연료전지에 대해 정부가 현행 RPS제도 수준의 전기가격으로 산정해 자가 발전의 경제성을 확보하도록 지원정책도 검토해야 한다고 강조한다. <표1>
이처럼 정부가 건물용 연료전지에 대해 전력대체기여금과 분산전원의 적절한 보상제도를 마련해 지원에 나선다면 경제성 확보는 물론이고 설치 후 가동을 멈추는 문제까지 해결할 수 있을 것으로 기대된다.
정책요금제와 의무 가동제 도입
건물용 연료전지가 보급 활성화되기 위해서는 연료비 측면에서도 경쟁력을 갖추도록 현행 도시가스 도매요금도 추가 인하가 필요하다고 업계에서는 지적한다.
9월 건물용 연료전지의 도매요금은 17.077원/MJ이다. 이는 일반용과 산업용 등 타 용도별 요금에 비해 낮지만, 자가 발전을 하는데 있어 경제성 확보는 쉽지 않아 정책요금제가 절실한 실정이다.
따라서 정부가 냉난방공조요금제를 건물용 연료전지에 적용시 도시가스 도매요금은 지금보다 MJ당 3원(120원/㎥) 떨어지며, 경제성이 높아지고, 이는 곧 수요처의 원료비 경감으로 이어져 가동률까지 높일 수 있다. <표2>
이같은 맞춤형 정책요금제 도입은 건물용 연료전지 활성화에 순기능을 할 뿐만 아니라 동·하절기 전력피크 부하를 줄이고, 천연가스 수급안정화에도 기여할 것으로 기대된다.
이와 함께 건물용 연료전지의 활성화 차원에서 반드시 검토되어야 할 또 하나의 과제는 바로 의무 가동제 도입이다. 보조금을 지원받아 설치 후 운전비 등을 이유로 가동을 하지 않는 곳이 많다 보니 재원 낭비라는 지적도 적지 않다.
이런 문제를 해소하고 건물용 연료전지의 정상적인 운전을 위해서라도 의무 가동제 도입은 필수라고 전문가들은 지적한다.
결국 건물용 연료전지의 보급 활성화를 위해서는 정부가 맞춤형 지원정책을 제시하고, 건물용 연료전지가 분산전원의 역할과 기능을 하도록 환경조성에 나서야 한다.
이에 발맞춰 제조사 역시 우수 제품을 개발하고, 스택에 대한 A/S 보장제도를 강화하여 정부와 소비자로부터 신뢰를 쌓아 나가는 것도 건물용 연료전지의 활성화에 빼놓을 수 없는 중요한 과제일 것이다.
발전효율 51%에 온수 활동 높이면 종합효율 98%
자가 발전용으로 활용되는 건물용 연료전지를 가장 효과적으로 운영하기 위해서는 온수 활용도를 높이는 것이 핵심 키이다.
현재 에너지 다소비 건물에 설치된 건물용 연료전지의 가동률은 50%를 넘지 못하고 있다. 비싼 천연가스 원료비와 높은 전력생산단가 때문이다. 따라서 정부의 맞춤형 지원정책이 없다면 한전의 값싼 전기요금 탓에 건물용 연료전지의 경제성을 확보하기는 쉽지 않은 상황이다.
이런 상황에서도 건물용 연료전지를 잘 활용하는 에너지 다소비 건물도 적지 않다. 이들의 공통점은 운영 측면에서 최대한 경제성 확보할 수 있도록 도입부터 온수 활용방안을 초기 설계 단계에 반영해 설치 후 자가 발전 외 온수 활동을 높였다는 점이다.
상계동에 소재한 A기업의 자사 건물은 지난해 12월 8kW급 건물용 연료전지(SOFC)를 설치해 현재까지 종합효율 98%를 넘는 우수 운영사례로 손꼽힌다.
9개월간 운전 현황을 보면 발전효율 51.4%, 누적 발전량만 34,906kWH, 열 생산량 33,225,153 kcal 그리고 CO₂ 저감량도 17.01톤에 이른다.
이처럼 종합효율이 높은 것은 불필요하게 발전설비용량을 높이지 않고 건물의 활용도에 맞게 최적의 연료전지 설비용량과 함께 온수 활용도를 높였기 때문이다. 이곳은 건물용 연료전지를 가동한 후 연료비와 운전비를 배제하고도 137만원의 이익이 창출됐고, 온수를 조리와 탕비 및 샤워실에서 적극 활용하고 있다고 설명했다.
또 다른 우수 사례로는 수도권에 소재한 SK라이프스타일스테이션(6kW), 조선팰리스호텔(18kW),D초등학교로 2019년 MCFC를 설치해, 현재까지 95%의 가동률을 보이고 있다. 이곳들 역시 연료전지 설치 초기단계에서 온수활용을 위해 온수 탱크를 설치하는 등 열계통 활용도를 높였다.
특히 이곳은 건물용 연료전지와 함께 가스냉난방기(GHP)도 설치해 듀얼 방식의 에너지공급시스템을 갖췄다. 연료전지발전을 통해 생산한 전기를 GHP시스템에 공급하여 분산전원으로써 역할을 충실히 이행하고 있어, 앞으로 건물용 연료전지가 나가야 할 방향을 제시했다.