November 19,2019

풍력+태양에너지, 美전력수요 80% 공급가능

대규모 송전설비 및 저장장치 건설해야

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미국의 신재생에너지 발전 속도가 예상을 넘어 확대되고 있다. 학자들은 풍력과 태양에너지 발전으로 전력수요의 대부분을 만족시킬 수 있다는 연구결과를 발표했다. 정부 통계 역시 신재생 에너지 확산 속도가 예상보다 높게 나왔다.

미국 캘리포니아대학 어바인 및 캘리포니아 공대 카네기과학연구소 등은 ‘미국은 태양에너지 발전 및 풍력 발전으로 전기수요의 80%를 충족시킬 수 있다’는 연구결과를 저널에 발표했다. 그러나 이를 만족시키려면, 대규모 시설 투자가 필요하다. 전기 저장장치와 송전 설비를 추가로 건설해야 하는데 이에 들어가는 비용이 엄청나게 많다.

이런 가운데 미국 에너지관리청은 지난해 신재생 에너지 발전비중이 예상치를 웃돌게 높아졌다고 발표했다. 이는 도널드 트럼프 대통령이 신재생 에너지 억제정책을 펼친 가운데 나온 것이어서 더욱 주목을 끈다.

캘리포니아 대학 어바인 캠퍼스(UCI)의 스티븐 데이비스(Steven Davis) 부교수 연구팀은 이같은 연구결과를 에너지및환경과학(Energy & Environmental Science)저널에 발표했다.

그러나 이 비율을 높이려면 대규모 전기 저장장치 및 송전설비가 추가로 필요하다. 왜냐하면 “태양은 지고, 바람도 매일 불지 않기 때문이다.” 이번 연구의 공저자인 데이비스 교수는 “만약 우리가 태양 및 풍력 기반의 전력시스템을 믿을 만한 수준으로 올리려면, 일일변화와 계절변화에 대비해야 한다”고 말했다.

UCI 학생 센터 주자창 지붕 ⓒ pixabay

UCI 학생 센터 주자창 지붕 ⓒ Steve Zylius / UCI

기상데이터 36년 분석

연구팀은 태양 및 풍력 에너지만 가지고 전기를 공급하는데 장애가 되는 것이 무엇인지 하는 가장 기본적인 지구물리학적 장애를 이해하기 위해 1980년부터 2015년까지 무려 36년 동안의 미국의 시간대별 기상데이터를 분석했다.

데이비스 교수는 “우리들은 시간과 공간에 걸쳐 태양 에너지 및 풍력에너지의 신뢰도를 조사했으며 이것을 미국 전기수요와 비교했다”고 말했다. 이 같은 조사를 바탕으로 연구팀은 미국에서 필요한 전기의 약 80%를 풍력 및 태양에너지 전기에서 신뢰성 있게 얻을 수 있음을 발견했다. 물론 이를 위해서는 대륙간 송전망을 추가로 갖추거나 혹은 12시간의 전기수요를 저장할 수 있는 전기저장시설을 갖춰야 한다고 말했다.

이 같은 전송 및 저장 시설의 확대는 상당한 투자를 의미한다. 연구팀은 새로운 전송망을 설치하는 비용에 약 수천 억 달러(수 백 조원)의 투자가 들어갈 것으로 전망했다. 전기저장 장치 구축에는 현재 나와 있는 배터리 중 가장 저렴한 것을 사용한다고 해도 1조 달러(약1,200조원) 이상의 비용이 들어간다.

에너지를 저장하는 다른 방법 중 하나는 물을 높은 곳으로 올려 놓은 뒤 흘러내려서 수력발전기를 돌리는 저장방법이 매력적이지만, 그러나 이런 방식을 사용할 수 잇는 곳은 제한적이다. 미국 동부에는 많은 물이 있지만, 고도가 높지 않고, 미국 서부 쪽은 그 반대이다.

현재 화석연로 기반의 전기생산은 미국 이산화탄소 배출의 38%를 차지하고 있다. 그런데 이산화탄소는 지구 기후변화의 중요한 원인으로 작용하다.

데이비스 교수는 “풍력과 태양만 가지고 필요한 전기의 80%를 얻을 수 있다는 사실은 매우 고무적인 것이다. 5년전 만 해도 많은 사람들은 풍력과 태양에너지가 20~30% 이상을 감당할 수 있을지 의문을 가졌다”고 말했다.

그러나 80% 이상을 찍으려면 계절 및 기후변화의 변수를 극복하는데 필요한 에너지 저장장치 및 전송망 건설 비용은 급격히 늘어난다. 수주일동안의 전기수요에 대비해야 하기 때문이다. 이 때문에 공저자인 카네기 과학연구소의 켄 칼데라(Ken Caldeira)는 “원자력 에너지와 수력발전을 보완적인 에너지 정책에 포함시킬 것”을 제시했다.

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연간 신재생 에너지 발전비율 13.2% 늘어

이런 가운데 미국 에너지관리청(EIA)는 ‘월간 전력’(Electric Power Monthly) 3월호에서 지난해 신재생에너지로 발전한 전기가 2016년 보다 13.2% 늘었다고 발표했다.

이는 예상치를 훨씬 뛰어넘는 것으로, 트럼프 행정부의 신재생에너지 억제정책에도 불구하고 나타는 결과이다.

월간전력에 따르면 다양한 재생에너지(바이오매스, 지열, 수력, 태양력, 풍력)는 모든 분야별로 각각 늘었다. 대규모 및 소규모의 태양 에너지 발전은 무려 40.5%나 늘었으며, 수력은 12.0%, 풍력 12.0%, 바이오매스 2.1%, 지열은 0.9% 늘었다.

이들 모두를 합치면, 신재생에너지는 2017년 미국 전체 발전의 17.6%를 차지했다. 이는 2016년의 15.3%보다 늘어난 것이다. 풍력 발전이 6.3%로 가장 큰 비중을 차지했으며, 이는 2016년의 5.5%보다 늘어난 것이다. 태양 에너지 발전이 전체 발전에서 차지하는 비율은 1.3%에서 1.9%로 늘었다.

트럼프 대통령이 화석연료에 대한 보조금을 지급하는 등 지원정책을 폈지만,  석탄이나 천연가스 및 원자력 발전 비율은 각각 줄었다. 석유 발전은 3.3% 감소했으며 천연가스 발전은 7.5%, 석탄 발전 2.5%, 원자력은 각각 0.1% 줄었다.

이보다 더 주목을 끄는 것은 신재생에너지 전력생산이 예측을 뛰어넘어 늘어난다는 점이다. 에너지관리청이 지난해 3월 발표한 단기에너지전망(Short-Term Energy Outlook STEO)은 2017년 신재생에너지 증가비율을  8.1%로 전망했다. 그러나 실제로 신재생에너지의 연간 증가비율은 13.2%이나 됐다. 풍력 및 수력발전은 각각 6.6%, 5.8% 늘어날 것으로 전망했지만, 실제로는 12% 이상 늘었다. 대규모 태양 에너지 발전시설의 증가율을 36.0%로 전망했지만, 실제로는 46.9%에 이르렀다.

이와는 반대로, 화석연료에 대한 단기 전망 역시 예측이 빗나갔다. 미국 에너지관리청은 지난해 3월 석탄발전은 1년동안 1.6% 증가할 것으로 전망했지만, 반대로 2.5%나 줄었다. 석유발전의 경우 3.1% 증가를 예상했으나, 반대로 3.3% 줄었다. 천연가스 발전 감소 비율은 6.7%로 전망했지만, 실제로는 7.5%였다. 원자력 발전만 전망과 실제가 맞았다.

이같은 결과는 최근 도널드 트럼프 미국 대통령이 재생에너지 예산을 삭감하고, 청정에너지 억제정책을 편 것과는 반대되는 결과가 나타난 것이다. 트럼프 대통령은 태양에너지 패널에 대한 수입 관세를 인상하는 정책을 발표해서 국내외에서 큰 관심을 끌었다.

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