인류의 산업활동으로 지구는 10년 당 0.2°C의 온도 상승 추세를 보이고 있다. 현재 추세가 지속된다면 지구 온난화로 촉발된 이상기후 현상으로 인해 기후변화의 시대를 넘어 인류의 생존과 직결된 기후위기의 시대로 진입하게 될 것이다. 하지만 이런 우려는 현실이 되고 있다. 기후변화로 인해 시베리아에 유래가 없는 포근한 날씨가 나타나고 있다. 온대 지방에는 생각지도 못했던 북극 한파가 기습적으로 휘몰아치기도 한다. 이러한 기후변화 및 기후위기에 대응하기 위해 국제사회는 ‘배출거래제’ ‘탄소중립(Net-Zero)’ 등 다양한 탄소감축 노력을 강화하고 있다. 탄소중립은 2016년 발효된 파리협정 이후 121개 국가가 ‘2050 탄소중립 목표 기후동맹’에 가입하는 등 전 세계의 화두가 됐다. 여기에 2020년 코로나19 사태로 기후변화의 심각성에 대한 인식이 확대되고 ‘2050 정기저탄소발전전략’의 유엔(UN) 제출 시한이 2020년 말로 정해짐에 따라 주요국의 탄소중립 선언이 가속화됐다. 실제로 2019년 12월 유럽연합(EU)을 시작으로 중국(2020.9.22), 일본(2020.10.26), 한국(2020.10.28) 등 탄소중립 선언이 이어졌다.
우리나라 정부는 2015년부터 탄소 배출권 거래를 시행해 운영하고, 파리협정의 이행을 위해 2050 탄소중립 선언과 2050 장기 탄소 발전 전략 및 2030 국가 온실가스 감축목표를 수립하는 등 탄소중립 사회로 나가기 위한 대책을 강도 높게 시행하고 있다. 탄소중립에서 에너지의 역할은 매우 중요하다. 국가 온실가스 총배출량의 약 36%를 차지하는 에너지 부문은 2030 국가 온실가스 감축 목표 달성과 2050 탄소중립 달성을 위해 가장 핵심적인 부문이다.
우리나라는 에너지 집약적인 제조업 중심(2020년 기준 총 GDP 중 제조업 비중 34.3%)의 경제구조와 에너지 수입 의존 비율 94%의 특성이 맞물려 세계 8위의 에너지 다소비 국가이다. 또한 국가 전체에 공급되는 공공재의 특성상 전력 등 에너지 공급 부족의 온실가스 감축은 탄소중립 사회로의 전환에 가장 핵심적으로 작용하고 있다.
석탄발전 비중 여전히 높아
신재생발전 비중 오히려 감소
문재인 정부는 출범 때부터 석탄발전소의 축소 정책으로 신규 석탄발전소 건설금지, 30년 경과 노후 석탄발전소 폐지 등을 추진했다. 종합해 보면 정부가 2050년까지 석탄발전 비중을 0%로 만들어 탄소중립을 하겠다는 목표를 세웠지만 여전히 국내 전력생산의 석탄발전 의존도는 가장 높다. 전력 계통에 따르면 우리나라 전체 발전 비중은 1위가 석탄(36.8%) 2위 원자력(28.5%), 3위 가스(25.5%) 순이다. 신재생발전의 경우 정부의 확대 정책에도 지난해 2만 8,123GWh를 생산했다. 이는 2020년 보다 2.5% 줄어든 수치다. 전체 전력 생산량 중 6.8%(2020년 6.5%)를 차지해 큰 차이가 없다.
석탄발전소는 2023년까지 추가로 전력시장 진입을 앞두고 있어 당분간 석탄발전 의존도는 쉽게 낮아지기 어려울 것으로 보인다. 전력거래소에 따르면 신서천 화력(1GW), 고성하이 화력(2GW), 강릉 안인 화력(2GW), 삼천 화력(2GW) 등에서 총 7GW 규모를 생산한다.
현재 석탄발전 비중과 향후 가동될 신규 석탄발전의 규모를 고려하면 석탄 → 원전 → LNG → 재생에너지 순서로 이어지는 국내 전력믹스의 변화는 당분간 기대하기 어려운 것이 현실이다. 화력발전의 장점은 건설하는데 다른 발전소에 비해 시간이 짧다(약 6~7년). 또 입지에 특별한 제약이 없다. 주변에 바다와 같이 냉각수용으로 물이 많으면 좋다. 단점은 많은 양의 연기로 인해 대기오염을 야기한다는 것이다. 이러한 점을 감안해도 현재로서는 석탄발전의 사용을 급격히 축소할 수 없다.
화력발전의 청정화 기술개발 필요
다른 국가보다 월등히 높은 발전 기술
지난해 석탄을 사용한 전 세계 화력발전의 53% 이상을 중국이 차지했다. 에너지 및 기후 연구단체 엠버(Ember)보고서에 따르면 중국은 주요 20개국(G20)중 유일하게 석탄화력 발전량이 크게 증가하고 있다. 물론 중국은 지난해 재생에너지 생산도 많이 늘었지만 석탄화력 역시 크게 증가했다. 엠버의 데이터에 따르면 중국은 2020년 풍력발전으로 71.7GW, 태양광발전으로48.2GW의 전력을 생산했다.
중국은 지난해 2030년 이전에 석탄에 대한 의존도를 낮추기 시작해 지구 온난화를 일으키는 온실가스 배출을 약속했다. 중국은 2060년까지 탄소중립 달성을 목표로 내세웠다. 하지만 급속한 전력수요 증가를 위해 새로 건설한 석탄발전소 설비는 38.4GW로 중국을 제외한 전 세계 건설 합계보다도 3배 이상에 달한다.
중국의 전체 에너지 소비에서 석탄 화력발전이 차지하는 비중은 10년전 약 70%에서 2021년 56.8%로 줄었다. 그러나 석탄화력 발전량은 2016년부터 2020년 사이 19% 증가했다.
전기를 만드는 에너지는 자연적으로 존재하지 않는다. 다른 에너지원으로부터 2차적인 에너지변환 방법으로 이를 생산한다. 지구촌에서 요구하는 전기에너지는 대부분 화석연료에 기반을 둔 화석발전과 원자력발전에 의존해 생산하고 있다.
특히 화석연료를 연소시켜 전기에너지를 생산하는 과정에서 부수적인 오염물질이 필연적으로 발생된다. 최근 환경적으로 문제가 되는 미세먼지와 이산화탄소의 발생인 것이다. 환경문제의 주범인 미세먼지와 이산화탄소의 발생을 줄이는 확실한 방법은 화력발전을 없애는 것이지만 산업발전에 따라 전기에너지를 경제적으로 맞추기 위한 대체 생산방법이 마땅히 없는 것이 현실이다.
결국 현재 화력발전소 중심의 전력생산은 오랜 시간 동안 산업요구에 맞춰 개발되고 최적화된 것이다. 화력발전의 비율을 줄이고 신재생에너지를 늘리는 방안, 화력발전의 연료를 석탄에서 LNG로 바꾸는 방안 등 여러 가지 방안을 생각할 수 있겠지만 경제적, 기술적으로 그리고 연료의 확보 문제에서 결코 쉬운 일이 아니며 상당한 시간이 요구된다.
물론 전 세계적 추세가 미세먼지와 이산화탄소 발생을 줄이는 탄소중립이 명제임에는 틀림없다. 그래서 경제적으로 가장 현실적인 추진 방안은 기존의 화력발전소에서 배출되는 연소가스 내 오염물질을 친환경 설비를 이용해 최대한 제거하는 화력발전의 청정화다. 현재 국내 발전소는 의무적으로 친환경 설비를 갖추고 있다. 주로 탈질설비와 탈황설비, 전기 집진기로 구성되며 배출되는 연소가스 내 질소화합물과 황산화물 그리고 미세먼지를 통해 청정화 하는 것이다.
미국, 일본, 독일 등 선진국도 석탄이 다른 에너지원에 비해 저렴하고 수급이 용이한 원료라는 측면에서 기존 석탄화력발전 시스템에 친환경 설비를 구축해 전력을 생산하는 방향으로 전력 수급 정책을 펴고 있다. 강조하고픈 말은 에너지의 대부분을 수입에 의존하는 국내 현실을 고려하면 선진국의 사례와 같이 적정 비중 이상의 석탄 화력발전을 유지하는 것이 에너지안보면에서도 중요하며 석탄화력 발전의 급격한 축소는 산업용 전기요금 상승으로 국가 경쟁력 하락의 요인이 될 수 있다. 따라서 많이 청정화된 화력발전에 기술개발을 더해 친환경화 발전소로 구축함으로써 탄소배출을 최소화하고 동시에 양질의 저렴한 전기를 공급해 인류 삶의 질 향상과 경제발전이라는 두 마리 토끼를 잡는 계기가 될 것으로 본다.
탄소중립에서 LNG의 역할
2020년 대비 2030년 국내 LNG 수요 14.6% 증가
최근 포스코 경영연구원이 발표한 ‘탄소중립 시대, 에너지 전환 과정에서 LNG 역할’이란 보고서에 따르면 미국은 2030년까지 발전 부문 가스 비중을 7% 정도 올리겠다고 발표했다. 중국은 석탄발전 축소의 일정량을 가스발전으로 대체하고 일본은 2030년까지 천연가스를 20% 수준으로 유지한다는 계획을 추진 중이다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 천연가스 의존도를 1990년 대비 55%까지 확대할 계획이다.
우리나라는 온실가스 감축 40% 계획을 담은 2030년 ‘국가별 온실가스 저감 계획(NDC)’을 발표함에 따라 에너지 전환 부문(△44.4%), 산업부문(△14.5%) 등 분야별 감축 목표를 이행해야 할 상황에 직면하고 있다. 또 발전 부문의 경우 석탄발전소를 LNG 발전설비로 대체하면서 2034년까지 석탄을 LNG 12.7GW로 전환함으로써 신규 수요는 4.1GW 전망되고 있다.
산업부문은 산업계에서 사용하는 고탄소가 함유된 연료와 원료를 LNG로 대체하면서 신규 수요 증가 요인이 발생할 것으로 보고 있다. 에너지 부문은 LNG 개질을 통한 수소(H2)생산 시 신규 수요 발생이 생긴다. 향후 LNG 수요는 2030년까지 2020년 대비 14.6% 증가할 것으로 전망되고 있다. 인도, 태국, 싱가폴 등 동남아 지역 내 국가들이 석탄발전 비중을 줄이고 LNG로 대체하면서 발전용 수요증가가 예상된다. 동북아 및 유럽에서 기존 발전용 LNG의 수요는 소폭 감소세가 예상되나 화학, 수소 등 산업용 수요는 증가할 것으로 보인다.
공급 이슈로는 ESG의 화석연료 투자 조정에 따른 생산 차질, 코로나19 팬데믹으로 인한 개발 프로젝트 지연 등 공급 차질과 우크라이나 사태가 빚은 가격 고공행진 등의 지정학적 이슈가 혼재돼 시장 변동성이 높은 상황이다. 지난해 산업부는 국내 LNG수요를 2030년까지 2020년 대비 15%~21.9% 증가할 것으로 전망했다. 특히 발전용 수요는 석탄 대체 및 신규 LNG 발전 수요 발생에 따른 증가, 산업용 수요는 친환경 연료 · 원료 대체에 따른 증가, 이외에 수요 생산을 위한 추가 LNG 수요도 발생할 것으로 전망하고 있다. 공급 부문 이슈는 현 정부의 재생에너지 확대에 따른 에너지 정책 지속 여부, 국내 LNG 시장 내 다수 사업자 참여와 중복 투자로 인한 경쟁 심화, 현물가격 급등락 노출 등이 고려해야 할 상황으로 대두되고 있다.
저탄소 에너지 전환은 필연적
탄소포집(CCUS) 기술 속도내야
이런 상황에서 새 정부의 탄소중립 시대, 화력과 LNG 발전 공급을 어떻게 해 나가야 하는지에 대해 몇 가지 방향을 제시해 보고자 한다. 첫째, 저탄소 에너지 전환에 따른 법과 제도적 장치를 과학적 근거를 기반으로 다시 점검해야 한다. 국가 에너지안보, 변동성 영향 등 국내 전력 특성과 지리적, 정치적 특성 등을 과학적, 수치적 근거를 토대로 만들어 실행에 옮겨야 한다. 문재인 정부가 만든 제3차 에너지 기본계획에서 2040년 발전 비중 30~40% 제시도 재검토가 필요하다.
둘째, CCUS(탄소포집) 기술개발 및 상용화에 정부의 각별한 지원이 필요하다. 석탄 ·천연가스 발전은 예비 전력 확보, 주파수 조정 등 안정적 전력망 운영을 위해 필요하다. 또한 비용적 측면에서도 기존 발전원의 CCUS 도입은 ESS(에너지저장창치) 등으로 대표되는 재생에너지 기반 전력망 구축에 비해 비용이 효과적일 수 있다. CCUS는 이산화탄소 포집뿐만 아니라 저장활용 기술도 병행해야 적용 가능한 기술이 된다.
셋째, AI · 빅데이터(4차 기술) 등을 기반으로 한 에너지 효율 혁신이 필요하다. 온실가스 감축을 위한 에너지 효율 개선은 기본적으로 중요하다. 국내 발전소가 디지털 역량을 바탕으로 디지털 전환 전력체계를 구축해 지능형 디지털 발전소, 스마트 재생에너지 시장 등을 선도해야 한다. AI, 빅데이터, IOT 등을 활용해 공정의 효율성을 확보하고 온실가스 배출 공정의 실시간 감시와 분석을 통해 능동적 감축 활동을 해 나가야 한다.
넷째, 미래 신기술을 적용한 화석연료 사용 저감에 나서야 한다. 친환경에너지 전환은 정기적 관점에서 진행돼야 한다. 이 전환기에 많은 부분의 석탄 발전량을 의도적으로 축소한다면 전력공급에 큰 차질을 빚을 수 있다. 따라서 온실가스 감축이라는 큰 경제 속에서 미래 신기술과 화석연료의 대체를 통해 점진적으로 화석연료의 사용량을 축소할 수 있는 다양한 방법을 개발해 나가야 한다.
탄소중립, 시기의 문제
2046년 석탄화력 폐쇄키로
현재 국내 발전사들은 혁신적 발전소 운영에 나서고 있어 매우 희망적이다. 국내 발전사 중 가장 규모가 큰 한국남동발전의 ‘2050 탄소중립 로드맵’ 핵심 내용을 보면 알 수 있다. 해당 로드맵은 오는 2046년까지 가동 중인 모든 석탄화력발전소를 폐쇄하고 천연가스와 수소 발전소 또는 태양력과 풍력 같은 신재생에너지 발전으로 전면 전환하겠다는 것이다. 다만 전제 조건은 국가목표와 마찬가지로 2050년까지 탄소 배출량을 ‘0’으로 내리되 현재 수준의 전력공급 수준은 유지한다는 것이다.
남동발전은 삼천포와 영흥 등 전국에 12개 화력발전소를 운영해 8GW의 전력을 생산할 수 있는 용량을 갖추고 있다. 남동발전의 구체적인 이행 계획은 지난해 4,070만 톤의 CO2 배출량을 2030년 3,198만 톤으로 줄이고 2050년 0톤으로 맞추겠다는 것이다.
탄소중립 문제는 언제까지 탄소중립을 달성할 것이냐 하는 시기의 문제이지, 해도 되고 안 해도 되는 사안은 아니다. 문제는 에너지 정책을 이념적인 문제로 다루다 보니 정책이 꼬일 수밖에 없는 것이다. 국민들도 에너지 전환의 필요성에는 공감하지만 정치적이나 이념적으로 묶이게 되면 올바른 방향으로 갈 수가 없다. 탄소중립을 에너지안보 측면에서 접근해 지금부터 시작해도 10년의 긴 세월이 필요한 만큼 새 정부는 보다 실효성 있고 미래 지향적이며, 지속 가능한 발전공급망 정책을 수립해야 할 것이다.
강천구 인하대학교 에너지자원공학과 초빙교수 keaj@kea.kr
