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2014년 6월 29일 일요일

사상 최대 전력 생산 기록을 세운 독일의 태양 에너지 - 미래는 ?


 전세계에서 태양광 에너지의 보급에 가장 적극적인 국가를 고르라면 독일이 가장 적절한 후보 가운데 하나일 것입니다. 독일 정부는 2020 년까지 전체 전력의 35% 를 재생에너지서 얻고 2050 년에는 80 - 100 % 를 재생에너지로 부터 얻는다는 산업 선진국 가운데서 가장 앞설 뿐 아니라 급진적인 에너지 개혁을 서두르고 있습니다. 


 이미 독일은 세계에서 태양전지 (Solar photovoltaics PV ) 설치를 가장 많이한 국가로 2013 년 말 설치 발전 용량이 무려 35.948 GW (즉 3594.8 만 KW) 에 도달했습니다. 그리고 2014 년 6월 9일에는 독일의 태양 에너지 전력 생산량이 마침내 역사적인 수치에 도달했습니다. 


 이날 한 때 독일의 태양에너지 전력 생산량은 23.1 GW 에 달했는데 이는 그 시점에서 독일의 전력 수요량의 50.6 % 였습니다. 즉 국가 전력 수요의 절반 이상을 태양 에너지로 충당했다는 이야기입니다. 독일의 전력 수요나 인구, 국토 수준을 생각하면 대체 에너지 개발사에서 한 획을 긋는 사건이 아닐 수 없습니다. 


 사실 독일은 2014 년 6 월에 태양에너지 전력 생산에서 두가지 기록을 더 수립했는데 2014 년 6월 6일 오후 1시에서 2 시사이 최대 전력 생산량이 24.24 GW 에 달해 최고 기록을 달성 (다만 전력 생산의 절반은 미달) 했고, 이 주에는 총 1.26 TWh 의 전력을 생산해 주당 전력 생산으로도 최고 기록을 달성했다고 합니다. 물론 지금 이 순간에도 독일에서 새로운 태양 전지가 설치되고 있기 때문에 이 기록은 매년 갱신될 가능성이 높습니다.
 


(독일의 대규모 태양광 에너지 발전소인 발트폴렌츠 태양광 발전소 A portion of the Waldpolenz Solar Park.  Solarkraftwerk Waldpolenz, the first Solar 40-MW CdTe PV Array installed by JUWI Group in Brandis, Germany.  Credit : JUWI Group - Photo courtesy of JUWI Group ) 


 사실 태양광에너지는 아직 단가면에서 원자력이나 화석 연료 (석탄, 가스, 석유) 발전에 비해서 더 유리하다곤 말할 수 없는 상태입니다. 그러나 독일 정부가 화끈하게 쏘는 보조금은 이와 같은 원가 개념을 뒤바꿔 독일에서 태양광 발전붐을 일으키는 원동력이 되었습니다. 2010 - 2012 년 사이 독일은 매년 7 GW 이상의 태양전지를 새롭게 설치했으며 이에 따라 독일에서 태양 에너지 전력 생산 능력도 급격히 증가했습니다. 1991 년에서 2012 년 사이 태양전지 설치량은 거의 1.5 년에 2 배씩 증가했고 2010 에서 2012 년사이에도 거의 2 배로 증가했습니다. 2013 년에는 보조금 축소의 여파로 다소 신규 설치량이 감소했지만 말이죠. 



(독일의 태양전지 설치량, 발전량, 전체 전력 소모에서 차지하는 비중   Wiki ) 



(독일에서 태양에너지 발전량은 1.5 년에 두배씩 증가할 만큼 가파른 증가세를 보임 This is a plot of the solar photovoltaics energy production in Germany between 1991 and 2012 as a percentage of the total electricity consumption, as provided by the article Solar power in Germany. The production has been increasing exponentially for this whole period, resulting in a roughly 4 orders of magnitude increase, with a doubling time of ca. 1.5 years. Amaurea - Using Gnuplot and the data from Solar power in Germany


 이처럼 태양광 에너지의 비중이 커지면서 독일의 전력 발전에서 가장 큰 비중을 차지하는 석탄 발전소들은 어려움에 직면했다고 블룸버그는 전했습니다. 풍력과 태양광 전력의 증가로 인해 독일의 석탄 발전소들은 10 년전 15% 정도 되는 순이익률 (profit margin) 이 작년에는 5.4% 까지 감소했으며 새 화력 발전소들은 처음 생각했던 것보다 더 적은 수익을 올리게 될 것이라고 보도 했습니다.


 여기까지 이야기를 하면 이제 독일 (및 태양광 보급에 적극적인 몇몇 유럽국가들) 에서는 화석 연료 및 원자력의 시대가 저물과 재생에너지의 시대로 들어간 것 같지만 사실 여기에는 쉽게 생각해 볼 수 있는 중대한 문제가 있습니다. 태양광에너지는 태양이 있을 때만 발전이 가능하다는 것이죠. 이것이 전력 생산에 어떤 문제를 주는 지 아래의 그래프를 참조할 수 있을 것입니다. 



(2012 년 5월 25 일에서 26일 사이 에너지별 전력 생산량  Germany electricity generation on May 25 and May 26, 2012 - 22 GW of solar each day.  http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_power_in_Germany#mediaviewer/File:Germany_Electricity_Generation_5-25-26-2012.png )  


 전기는 비가 오나 눈이오나 그리고 밤이 되도 필요한 현대 문명 사회의 필수재입니다. 그런데 태양광 에너지는 하루 동안 에너지 생산량이 매우 심하게 변동하며 발전량이 0 이 되는 순간이 필연적으로 생기는 만큼 부득이 대체 발전 수단이 필요할 수 밖에 없습니다. 풍력 역시 발전량의 변동이 생길 수 밖에 없어서 대체 수단이 반드시 있어야 합니다. 이말은 독일 정부의 야심찬 계획과는 달리 사실은 재래식 화력 발전에서 쉽게 빠져나오기 힘들다는 의미이기도 합니다. 


 위의 그래프를 보면 사실 태양광 발전이 한참 이뤄지는 낮시간대에도 화력 발전이나 원자력 발전량이 생각보다 감소하지 않은 것을 알 수 있는데 이는 화력 발전의 원리상 물을 끓이는 데 드는 시간 등을 고려할 때 발전기를 가동하기 까지 시간이 오래 걸리기 때문입니다. 즉 태양광 발전으로 많은 전력이 쏟아질때는 잠시 발전소를 꺼두었다가 다시 태양광 발전량이 감소하면 그 순간 바로 발전소를 재가동 시키기 힘들다는 것이죠. 물론 발전소를 가동 수준을 조절을 할 수는 있지만 완전히 가동을 중단한 후 다시 가동하려면 적지 않은 시간과 비용이 듭니다. 


 한가지 대안적인 방법은 대체 화력 발전소 대신 태양이나 풍력에서 얻은 전력을 저장할 수단을 구하는 것인데 막대한 전력을 보관할 경제적이고 안전한 방법이 현재까지 뚜렷히 존재하지 않으며 이 역시 비용 증가로 이어진다는 점 때문에 현재는 널리 사용되지 않고 있습니다. 결국 전기 에너지는 대규모로 저장은 곤란하다는 점이 발목을 잡는 셈이죠. 


 두번째 문제는 비용입니다. 초기에 태양광 설치 비중이 적을 때는 보조금이 크게 부담이 되지 않았지만 설치량이 급격히 증가하면서 발전차액지원(Feed-in Tariffs, FiT) 제도가 경제적으로 꽤 부담이 되기 시작한 것입니다. 2012 년 FiT 비용은 140 억 유로 (약 190 억 달러) 까지 치솟았는데 이는 모두 독일 국민의 호주머니에서 나오는 것으로 친환경의 댓가가 적지 않다는 사실을 보여주는 사례입니다. 따라서 독일 정부는 이미 한차례 보조금을 줄인 이후 2014 년 8월 1일부터 다시 보조금을 축소할 계획입니다.


 미래를 예측하기는 힘들지만 향후 기술 발전에 따라 태양전지의 가격은 저렴해지고 효율은 좋아질 것입니다. 하지만 앞서 언급한 근본적인 문제 때문에 태양 전지 단독으로 미래 에너지원이 되기는 어려울 가능성이 높습니다. 물론 태양광이 풍력 발전이나 에너지 저장 기술, 태양열 발전, 그리고 친환경적인 형태의 화석 연료 발전소, 핵융합 (가능하다면) 등 여러가지 다른 방법과 스마트 하게 결합한다면 분명 지속 가능한 미래를 위한 발전 방식이 될 것으로 기대됩니다. 


 참고 






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