게시물 검색

에너지/환경 호주의 혁신적인 탈탄소 정책 : 태양광발전, 리튬이온전지, 고압직류송전 등

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-04-07 14:56:00
  • hit961
  • 218.156.0.194

호주는 대륙 수준의 면적을 가진 국가로, 다양한 에너지 자원(화석연료, 우라늄, 자연에너지)이 풍부하다. 세계적으로도 최고 수준의 석탄과 액체 천연가스를 수출하는 국가로 알려져 있다. 자연에너지의 높은 잠재력이 분명함에도, 아직은 자연에너지의 발전대국으로서의 지위는 확립하지 못하고 있다. 저렴한 풍력발전과 태양광발전을 이용하게 되면, 대량의 전략을 생산할 수 있다. 최신 기술(축전지, 가상 발전소 네트워크, 해저 케이블에 의한 고압 직류 송전, 수전해 장치 등)을 조합하면, 호주의 에너지 수요를 충족할 뿐 아니라, 그린 전력이나 그린 수소를 수출함으로써 아시아를 중심으로 타국의 탈탄소를 위한 시책에 큰 도움을 줄 수 있다.

 

선진적인 생각을 가진 호주의 각 주ㆍ지역에서는 야심적인 구상에 근거하여 금세기 중반을 목표로 탄소 중립을 달성하려고 노력하고 있다. 한편, 연방 정부의 시책은 늦어지고 있다. 이제 탈탄소는 미래에 있어서 피할 수 없는 길임에도 불구하고, 이것이 화석연료 산업의 기존 권익과 함께 국가 전체의 탈탄소화의 장애물이 되고 있다.

 

▣ 태양광발전의 방대한 잠재력, 발전비용은 50원/kWh 이하

 

기후ㆍ에너지 문제에 대한 호주의 시책은 국가와 행정구(주ㆍ지역)에 따라 대조적이다. 연방 정부는 시책이 늦어, 불명예스러운 평가를 받고 있다. 한편 주와 지역은 일정한 리더십을 발휘하여, 주목할 만한 움직임을 보이고 있다.

 

호주는 파리 협정을 추진하는 국가이다. 그렇지만 2005년을 기준으로 하여 2030년까지 온실가스 배출량을 26~28% 절감하고, 자연에너지 전력은 2020년까지 비율을 23%로 증가시키겠다는 소극적인 목표에만 그치고 있다. 이미 현재 목표를 뛰어넘는 규모의 자연에너지에 의한 발전 프로젝트가 승인되었음에도 불구하고 말이다. 게다가 2020년 이후의 온실가스 배출량 절감 및 자연에너지 전력에 관한 목표는 설정하지 않았다.

 

호주의 동식물이 삼림 화재, 가뭄, 홍수와 같은 기후 위기로 인한 자연재해를 맞고 있는 상황을 생각하면, 놀라운 일이다. 이러한 재해는 호주 경제의 주요 섹터, 특히 관광업과 농업에 눈에 띄는 악영향을 미치고 있다. 연방 정부의 자세를 보면, 국내의 화석연료 업계의 열렬한 로비 활동에 영향을 받고 있음이 명백하다. 2019년 시점에 호주는, 화석 수출은 세계 1위, 액화 천연가스 수출은 카타르와 얼마 차이 나지 않는 2위를 차지했다. 이러한 산업 상황에 있다고 해도, 지속 가능한 미래가 위기에 빠져 있다는 점을 생각하면, 정부의 대처가 늦어지는 것에 한탄하지 않을 수 없다.

 

이와는 대조적으로 호주의 각 주ㆍ지역에서는 보수적인 의견이 소수파에 해당한다. 더욱 선진적인 생각을 가지고, 클린 성장이 경제ㆍ환경ㆍ사회에 가져올 편익을 이해하고 있다. 연방 정부가 효과적인 기후ㆍ자연에너지 정책을 간과하고 있는 상황을 메우고자, 각 행정구는 대책에 힘을 싣고 있다. 모든 행정구가 2045~2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 목표를 채택했다(표 참조). 더욱이 자연에너지 전력의 비율을 2020~2030년 사이에 50% 또는 100%로 만들겠다는 목표를 설정한 행정구도 많다. 모두 높은 수준의 자연에너지 전력 목표를 갖고서, 탄소 중립 목표를 설정하고 있다.

 

<표1> 호주의 주ㆍ지역 기후ㆍ에너지 목표

 

이러한 야심적인 목표를 실현하고 호주를 자연에너지 발전대국으로 만들어가는 여정은 길다. 실제로 2019년 시점에는 화석연료(특히 석탄)가 호주의 전원 구성에서 대부분을 차지하고 있어, 석탄ㆍ석유ㆍ가스를 합친 비율이 80% 가까이 달하였다. 한편, 자연에너지의 비율은 20%를 간신히 넘는 수준이었다. 그럼에도 풍력발전과 태양광발전이 성장함에 따라, 자연에너지의 비율이 과거 10년 사이 12% 상승하였고, 특히 석탄의 비율이 낮아졌다. 이것은 좋은 소식이다.

 

<그림1> 호주의 전원 구성(2019년 발전 전력량 비교, 수치는 %)

자료 : 호주 정부, 산업과학에너지자원부

 

앞으로 자연에너지의 성장을 후원하고 국내의 전원 구성에 큰 변화를 가져오려면, 3가지 요인이 핵심이라 할 수 있다. ① 행정구 수준의 의욕적인 에너지 정책 전개, ② 육상 풍력발전과 태양광발전에 적합한 자연조건(방대한 잠재력과 높은 설비 이용률 : 육상 풍력발전에서 29~46%, 태양광에서 약 15~22%), ③ 육상 풍력발전과 태양광발전에 대한 기술의 발달.

 

태양광발전의 잠재력은 발전량에 관한 데이터가 공개되어 있는 동부와 남동부만 봐도 연간 7만 2000TWh(테라와트시 = 10억kWh) 정도로 추정된다. 이는 호주의 연간 총 발전량(2019년 : 265TWh)의 약 270배, 전 세계의 연간 총 발전량(2019년 : 2만 7000TWh)의 약 2.7배에 해당한다. 동부와 남동부 외에도 풍부한 태양광발전의 전원이 각 지역에 분포되어 있다. 다만, 일부 지역(특히 중앙부)은 보호구로 지정되어 있어, 송전선이 배치되어 있지 않다.

 

<그림2> 호주의 태양광발전의 잠재력

자료 : 세계은행/Solargis、Solar Resource Maps of Australia(2019년)

 

경제적인 면에서도 낙관적인 부분이 있다. 육상 풍력발전과 태양광발전은 신규 사업용 발전에서 가장 저렴한 선택지이다. 둘 다 균등화 발전 원가(LCOE) 기준으로 1MWh 당 약 45달러이다. 상각이 완료된 기존 발전설비에 의한 도매 전력 가격(2019년에 약 35~75달러/MWh)과 비교해도 유리한 가격 수준이라 할 수 있다.

 

<그림3> 호주의 신설 사업용 발전소의 균등화 발전 원가와 도매 전력 원가

자료 : BloombergNEF, Levelized Cost of Electricity 1h 2020(2020.04), Prices, Tariffs & Auctions(2020.03)

 

호주의 주요 시장 운영 기관인 Australian Energy Market Operator(AEMO)의 예측에 따르면, 앞으로 에너지 전환 시책이 감속되지 않는 한, 변동형 자연에너지(풍력과 태양광)는 2040년까지 신규 사업용 에너지로서 26~50GW에 달하며, 현시점에서 가동 및 건설되고 있는 16GW를 크게 넘어설 것이라고 한다. 그 결과, 석탄 화력발전의 63%에 해당하는 15GW를 대체할 수 있다. 더욱 대담한 가정을 한다면, 2040년까지 호주의 주요 도매 전력 시장인 National Electricity Market(호주 동부와 호주 남동부)에서 거래되는 전력의 95%를 자연에너지가 생산하게 될 가능성이 있다고 예측한다.

 

이밖에도 분산형 태양광발전도 중요한 역할을 한다. 실제로 현재 호주의 태양광발전의 70% 정도는 소규모 태양광발전에 의한 것이다. 분산형 태양광발전이 성공한 이유는, 소켓 패리티(발전비용이 전기요금과 같거나 낮은 것), 각종 보조 제도(주의 고정 가격 매매 제도, 교부금, 무이자 대출 등), 설치에 관한 행정 수속의 간소화, 전원주택의 비율 향상 때문이라 할 수 있다. 소켓 패리티에 관해 구체적인 값을 제시하자면, 옥상 설치형 태양광발전의 LCOE는 지역에 따라 다르지만, 약 65~100달러/MWh이다(7kW 규모의 표준적인 주택용 시스템의 경우). 이러한 LCOE와 비교하면, 주택용 소매 전기요금은 170~295달러/MWh로 가격이 비싸다. 옥상 설치형 태양광발전의 원가는 소매 전기요금의 4분의 1에서 2분의 1 수준으로 낮아졌다.

 

행정구 수준의 야심적인 기후ㆍ에너지 정책과 자연에너지의 비용 경쟁력이 있으면, 호주에서 자연에너지가 급속도로 성장하게 될 것은 명백하다. 변동형 풍력발전과 태양광발전의 전력을 송배전 네트워크에 통합하는 과제에 대해서도, 해결을 위한 시도가 이루어지고 있다.

 

▣ 세계 최대 100MW의 리튬이온 축전지 시스템 가동

 

호주에서는 자연에너지에 의한 전력의 대규모 전개를 위해, (1) 자연에너지 특구(REZ) 개발, (2) 축전지 보급, (3) 그린 수소 시장 확립이라는 세 가지 주요 대책을 진행하고 있다.

 

REZ는 변동형 자연에너지를 중심으로 하는 대규모 신규 전원 개발을 가능하게 하는 지정 구역이다. 개발 사업자에 대해, 신규 개발에 적합한 좋은 조건을 갖춘 지역을 대상으로, 발전한 전력을 판매하기 위한 충분한 송전 용량을 보증한다(출력 제어와 계통 혼잡의 리스크를 제한한다). 더욱이 다양한 프로젝트에서 전력 네트워크를 공유함으로써, 송전 설비의 갱신 비용을 최소화한다. REZ의 장점은 많이 있다. 가장 중요한 점은 전력 가격 인하, 배출량 절감 효과, 전력의 신뢰성 향상이다. 유망한 자연에너지 자원을 갖춘 지역을 대상으로 네트워크 비용을 낮추기 위한 예비 용량과 시스템 강도를 갖춘 강력한 송전망을 이용할 수 있도록 하는 것이 이상적인 형태이다. 접근하기 쉬운 구역의 개발이 종료된 후에는 새로운 REZ의 확대를 위해, 송전 인프라를 증강해야 할지도 모른다. 이러한 REZ 수법은 미국의 텍사스주에서 실시하고 있는 자연에너지 특구에 가깝다. 2020년 7월에는 AEMO가 자원의 평가와 기술적ㆍ경제적 지표를 바탕으로 동부와 남동부의 35군데를 REZ 후보지로 지정했다.

 

<그림4> 호주 동부ㆍ남동부의 REZ 후보지

자료 : Australian Energy Market Operator、Integrated System Plan 2020(2020.07)

 

보도에 따르면, AEMO의 지정에 앞서 2020년 6월에 뉴사우스웨일스주의 Central-West Orana에 있는 REZ를 대상으로 입찰을 실시했다. 그 결과, 3GW의 모집 틀의 9배에 달하는 27GW 규모의 발전 프로젝트(주로 풍력과 태양광)와 전력 저장 프로젝트가 모집되었다. 해당 주는 호주에서 석탄 화력 발전에 대한 의존도가 가장 높다(2019년의 주(州) 전력량의 4분의 3 이상을 차지한다). 특별히 주목할 만한 입찰 결과가 나온 것은, 규모의 경제와 효율적인 송전 시스템에 의한 이익을 얻을 수 있는 대규모 자연에너지 프로젝트 건설에 대해 투자가가 강한 관심을 가지고 있다는 것을 보여준다. 혁신적인 수법이 매우 순조롭게 시작되어, 호주 최초의 REZ에서의 발전설비 건설이 2022년에 시작될 예정이다.

 

자연에너지의 통합을 추진함에 있어 중요한 두 번째 대책은 바로 축전지다. 대규모 사업용과 소규모 분산형, 더욱이 양수발전도 대상으로 한다. 남오스트레일리아주에서 2건, 태즈메이니아주에서 1건, 합쳐서 3건의 주목할 만한 프로젝트가 실시되고 있다. 남오스트레일리아주는 풍력발전과 태양광발전의 통합을, 호주에서 가장 많이 진행하고 있는 행정구이며, 2019년 시점에 주 내의 전력 중 절반이 풍력과 태양광에 의해 보급되기 시작하였다. 남오스트레일리아주에는 테슬라가 설치한 세계 최대의 리튬이온 축전지가 있다. 정격 전력 용량은 100MW, 에너지 용량은 129MW에 달한다. 해당 주의 송전망 중에서 가장 강력한 지역인 ‘Hornsdale Power Reserve’에 설치돼 있다(사진). 근처에는 대규모 풍력발전소가 있다.

 

<그림5> Hornsdale Power Reserve에 설치된 세계 최대의 리튬이온 축전지

자료 : Tesla, World’s Largest Battery Installed at Hornsdale, South Australia

 

남오스트레일리아주에서는 가정용 축전지에도 거액의 자금을 투자해 왔다. 해당 주에서는 현시점에서 호주 최대의 가상 발전소가 가동하고 있다. 1000대의 축전지를 통합한 가상 발전소로서, 5MW의 전력을 공급할 수 있다. 전력 소매업자가 소프트웨어를 사용하여 대량의 태양광발전 시스템과 축전지 시스템을 제어한다. 태양광 패널의 발전과 축전지의 충전 및 방전을 연계하여, 시스템 전체를 하나의 발전소로서 운용할 수 있다. 그밖에도 수력발전이 성행하는 태스메이니아주(현재 세 군데에서 타당성 조사를 하고 있음)에서는 ‘국가의 축전지’로서의 역할을 담당하기 위해 노력하고 있다. 더욱이 1.5GW의 고압 직류(HVDC)에 의한 해저 케이블 Marinus Link를 통해 새로운 지역 간 연계가 가능하게 되어, 인접한 빅토리아주에 전력을 수출할 계획이다. 해저 케이블에 의한 송전은 2030년까지 상용 서비스를 시작할 수 있을 전망이다.

 

세 번째 주요 대책은 저렴한 자연에너지와 비용 경쟁력이 높아진 일렉트로라이저(수전해 장치)를 이용하는 그린 수소의 생산이다. 이 분야에서 앞서 나가고 있는 것은 남오스트레일리아주, 퀸즈랜드주, 서오스트레일리아주이다. 남오스트레일리아주에서는 자연에너지를 이용한 그린 수소가 가져오는 기회를 잡기 위해, 독자적인 ‘수소 행동 계획’을 추진하고 있다. 자연에너지의 잉여 전력으로부터 수소를 만들고, 운송 차량용 연료나 전력 계통의 수급를 조정하는 데 이용하는 것이 목적이다. 그린 수소를 생산하고 수출 인프라를 구축하기에 가장 알맞은 장소를 찾아내는 것도 계획 중에 포함돼 있다.

 

퀸즈랜드주는 2030년까지 호주의 그린 수소 생산의 리더가 될 계획을 갖고 있으며, 특히 아시아에 대한 수출 기회를 중시하고 있다. 중국, 일본, 한국 등 아시아의 주요국가는 2050~2060년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 노력하겠다고 발표했다. 그린 수소는 탈탄소의 효과적인 수단이다. 퀸즈랜드주는 그린 수소를 대상으로 하는 1100만 달러 규모의 ‘퀸즈랜드 수소 산업 개발 기금’도 설립했다.

 

마찬가지로 서오스트레일리아는 700만 달러 규모의 ‘재생 가능 수소 기금’을 개설하였다. 2019년에 전력의 60% 이상을 가스 화력발전에 의해 공급하던 주이므로, 가스를 통해 생산하는 수소도 상정하고 있다. 그 경우에는, 그린 수소라 볼 수 없다. 서오스트레일리아주에서는 거대한 그린 수소 프로젝트 ‘아시아 재생에너지 허브’를 제안하고 있다. 15~26GW 규모의 풍력발전과 태양광발전을 개발하여 그린 수소를 만들고, 국내 소비와 수출을 지향한다(특히 일본과 한국으로의 수출을 명기하고 있다). 2020년 10월에는 최초의 15GW 규모의 프로젝트가 주 정부로부터 환경 평가 승인을 얻었다. 그린 수소의 수출은 2027년부터 2028년에 걸쳐 시작할 수 있을 것으로 보인다.

 

▣ 호주 북부에서 싱가포르까지, 고압 직류 송전으로 연결

 

탄소 중립에 있어서, 세계 최대의 가능성을 품고 있는 호주는, 그 능력에 눈뜨기 시작하였다. 자연에너지를 기반으로 하는 그린 성장으로 인해, 국내의 에너지 수요를 충당하고, 수출을 통해 새로운 수익원도 얻을 수 있다.

 

이러한 패러다임의 변화를 보여주는 좋은 사례로, 뉴사우스웨일스주를 거점으로 하는 Sun Cable의 ‘Australia-ASEAN Power Link’이다. 이는 호주의 북부 지역에 위치한 다윈시를 경유하여, 멀리 싱가포르까지 자연에너지 전력을 공급하는 대규모 에너지 인프라를 구축하려는 계획이다. 이 프로젝트에서는 세 종류의 기술을 통합한다. (1) 10GW의 태양광발전소, (2) 에너지 용량이 3만MWh인 거대한 축전지(Hornsdale Power Reserve 축전지의 230배 이상), (3) 태양광발전소와 전력 저장 시설에서부터 다윈시와 싱가포르를 잇는 4500km가 넘는 고압 직류 송전 시스템. 이러한 장거리 송전 시스템은 태양광발전소/전력 저장 시설에서 다윈시까지 800km의 3GW 가공선과 다윈시부터 싱가포르까지 3711km에 달하는 2.2GW 해저 케이블로 구성된다(지도3). 프로젝트는 2027년에 시작될 예정이다.

 

<그림6> Australia-ASEAN Power Link 송전 시스템

자료 : Sun Cable, Project Overview(2020.10.30.)

 

이러한 미래를 빠르게 실현하려면, 국가적으로 야심적인 기후ㆍ에너지 정책을 책정하여 변혁을 추진해야 한다. 현재의 국가 정책은 풍부한 자연에너지의 잠재력을 최대한으로 활용하기에는 커다란 장애물이 되고 있다. 한편 행정구는 각각의 속도로 에너지 전환을 주도해 왔다. 연방 정부는 행정구의 시책을 감속시킬 것이 아니라, 후원해야 한다. 특히 2038년까지 석탄 화력발전을 단계적으로 폐지하겠다는 독일의 정책이나 에너지 전환으로 인해 가장 큰 영향을 받는 지역의 노동자와 시민에 대한 공정한 변화를 후원하는 유럽연합(EU)의 정책을, 호주 정부가 참고할 수 있다. 지금까지 호주의 경제적인 부에 도움을 주었던 화석연료 생산은 어떤 형태로든 보호받아야 마땅하다 할 수 있다. 생각해볼 수 있는 대책으로는, 발전소의 계획적인 폐쇄에 대한 보상 등을 들 수 있다. 앞이 보이지 않는 상태에서 발전소의 운전을 지속시키는 과잉 보조금 지급이나 자연에너지를 확대하는 데 불필요하게 제한을 거는 대책은 실시해서는 안 된다. 화석연료 산업을 축소하는 공정한 로드맵을 만든다면, 탄소 중립을 위한 발전 속도가 틀림없이 빨라질 것이다.

 

호주 국내의 금융기관도 위의 방향성과 부합하는 메시지를 발하고 있다. 주요 은행이 일제히 발전에 사용하는 연료탄에 대한 견해를 명백히 밝혔다. 대형 은행 네 곳은 연료탄에 대한 직접 투자를 종료하는 기한을 설정하였다(오스트레일리아 뉴질랜드 은행, 오스트레일리아 커먼웰스 은행, 웨스트파크 은행은 2030년, 내셔널 오스트레일리아 은행은 2035년).

 

마지막으로 중요한 점을 이야기하고 싶다. 호주에서는 1998년부터 원자력발전을 연방법에 의해 금지하고 있다. 따라서 원자력발전이 탈탄소에 공헌하지는 않는다.

 

▣ 호주의 전력 공급 체제

 

연방 정부가 국가의 에너지 정책을 담당하는 한편, 행정구의 정부도 독자적인 에너지 전략을 추진할 권한을 갖고 있다. 이러한 상황은 미국과 비슷하다.

 

호주 국내에는 도매 시장을 가진 주요 전력 계통이 두 군데가 있다. 하나는 동부ㆍ남동부(오스트레일리아 수도 특별 지역, 뉴사우스웨일즈주, 퀸즈랜드주, 남오스트레일리아주, 태스메이니아주, 빅토리아주)의 전력 거래 시장 National Electricity Market(NEM)에서 국가의 발전ㆍ소비 전력량의 80% 이상을 취급한다. 국가 기관인 Australian Energy Regulator의 규제하에 있다. 다른 하나는 서부ㆍ남서부(서오스트레일리아주)의 Wholesale Electricity Market(WEM)이며, 주(州) 기관인 Economic Regulation Authority의 규제하에 있다. 독립 기관인 Australian Energy Market Operator(AEMO)가 두 군데의 전력 계통 시스템을 운영하고 있다. 이밖에도 북부 지역에 광업용 소규모 독립 전력 계통이 있지만, 도매 시장은 아니다. 이러한 세 가지 전력 계통은 상호 간에 연결되어 있지 않다.

 

<그림7> 호주의 전력망

자료 : 호주 지구과학기구, Electricity Transmission Lines

 

NEM과 WEM 모두 발전ㆍ소매 사업에서는 주영 기업(CS Energy, Synergy 등)과 민영 기업(AGL Energy, Origin Energy, ENGIE 등) 사이에서 경쟁이 이루어지고 있다.

 

전력망에 관해서는, NEM에서는 행정구가 송전 회사(퀸즈랜드주의 Powerlink, 뉴사우스웨일스주의 TransGrid, 빅토리아주의 AusNet Services등)와 여러 개의 배전 회사(Energy Queensland 등)를 소유하고 있다. WEM에서는 주영(州営) Western Power가 유일한 송전ㆍ배전 회사이다.

 

 

[2021 국내 · 외 그린뉴딜 전략과 신재생에너지 발전산업 유망기술 및 시장전망] 보고서 상세 보기

https://www.irsglobal.com/shop_goods/goods_view.htm?category=04000000&goods_idx=84704&goods_bu_id=

게시글 공유 URL복사
게시물 검색
List of articles
번호 분류 제목 작성자 작성일 조회수
594 ICT/정보통신 식문화의 혁명으로 다가오는 ‘3D 푸드 프린터’ photo 관리자 2021-07-15 hit80
593 바이오/의료 의료 AI 개발의 ‘3가지 장애물’, 왜 니즈는 있는데 개발은 되지 않을까? photo 관리자 2021-07-13 hit75
592 에너지/환경 생물다양성 연구개발 동향 photo 관리자 2021-07-12 hit91
591 에너지/환경 기후변화 예측 관련 기술 개발 및 토픽 photo 관리자 2021-07-12 hit104
590 ICT/정보통신 마이크로 러닝(Micro Learning) photo 관리자 2021-06-28 hit228
589 ICT/정보통신 에듀테크(EduTech) 스타트업 TOP 5 photo 관리자 2021-06-28 hit265
588 에너지/환경 태양광발전 / 우주 태양광의 주요국별 연구개발 동향 photo 관리자 2021-06-21 hit262
587 자동차/로봇 탈석유를 위한 자동차의 에너지 대응 - 바이오/수소연료로의 전환 photo 관리자 2021-06-19 hit291
586 자동차/로봇 플라잉카의 활용 방법과 사회적 임팩트 photo 관리자 2021-06-19 hit279