“청정수소 생태계 조성, 선택 아닌 필수···범정부 차원 조직 구성해야”

▲출처=현대경제연구원

정부가 추진 중인 무탄소 전원 확대를 위해서는 국내에 청정수소 생태계를 조성하고 이를 지원하기 위한 범정부 차원 조직을 구성해야 한다는 제언이 나왔다.

6일 현대경제연구원이 발간한 '무탄소 에너지 전환을 위한 청정수소의 역할' 보고서에 따르면 우리 정부는 '제11차 전력수급기본계획'과 '2050 탄소중립 시나리오'를 통해 2038년 및 2050년 전원구성 전망을 제시하며 무탄소 전원 확대를 핵심 전략으로 삼고 있다.

최근 기후에너지환경부 출범을 통해 향후 재생에너지를 에너지 시스템의 중심축으로 삼는 대전환을 추진하고 2030년까지 보급량을 대폭 확대하겠다는 의지도 표명한 상태다.

보고서는 이같은 재생에너지, 원자력발전소(원전) 등 무탄소 전원 확대는 탄소중립 달성에 필수적이라고 봤다. 다만 재생에너지의 간헐성과 원전의 경직성은 전력 계통의 실시간 균형 및 안정성 확보와 관련된 과제를 수반하고 있다고 짚었다.

한국의 전력계통은 타 국가와 연결되지 않은 고립형 구조다. 수요·공급의 지역적 불균형, 대규모 전력공급의 첨단산업 집약 등 특수성을 지니고 있다. 이러한 환경에서 재생에너지 비중 확대와 전원구성 변화는 과전압 등 과거 보기 어려웠던 새로운 유형의 정전 사태를 유발할 수 있다. 계통 유연성 확보를 위한 선제적 관리의 필요성이 한층 더 부각된다.

이런 가운데 재생에너지는 일조량·풍속 등 자연환경에 직접적으로 의존해 발전량이 시간대 및 기상 변화에 따라 급격히 변동한다는 측면에서 전력 수급 예측과 안정적 전력공급 측면의 불확실성을 보유하고 있다.

이를 보완할 에너지저장장치(ESS)의 경우 부지확보, 경제성, 안전성 등 선결해야 할 과제가 여전히 많다. 대표적인 예로 대용량 ESS 전력망 연계 시 발전소나 변전소에 준하는 계통 연계 기준이 요구돼 일반 주거 및 상업지역에는 설치할 수 없다는 입지 제약이 존재한다.

원전은 무탄소 에너지 전환에 중요한 역할을 할 수 있다고 평가되지만 동시에 경직성과 낮은 출력 조정성 등 기술·운영적 과제를 안고 있다.

보고서는 이런 상황에 수소발전이 전원구성 변화에 따른 전력망 불안정성 완화에 도움을 줄 수 있다고 분석했다.

수소를 이용한 에너지 저장 및 발전은 재생에너지의 변동성과 원전의 경직성을 보완하는 역할을 통해 전력망 안정화에 기여한다는 장점이 있다. 수소는 잉여전력을 활용해 생산 및 저장해뒀다가 필요한 시점에 투입할 수 있다는 점에서 효율적이다.

자연 방전이 없어 계절 단위 장주기 저장이 가능하다는 특징도 있다. ESS 단독으로 해결하기 어려운 대규모 에너지 저장 문제를 보완하는 효과적 대안이 될 수 있는 셈이다.

보고서는 정부가 발표한 전력수요 전망을 토대로 재생에너지·원전으로 이뤄진 무탄소 전원구성에 유연성 제공원(ESS, 수소발전)을 조합해 총 시스템 비용을 최소화하는 지점을 추정했다.

그 결과 국가 전력수요 충족을 위한 무탄소 전원 구성에서 수소발전의 적정 비중은 2040년 19.6%, 2050년 16.9%로 도출됐다. 또 적정 수소발전 지점의 총 시스템 비용은 재생에너지의 변동성으로 인한 연간 전력수급 편차를 ESS 단독으로 대응할 때보다 5.8~6.8% 감소하는 것으로 나타났다.

중국의 경우 수소를 탄소중립 목표 달성을 위한 산업 탈탄소 핵심 수단이자 에너지 안보 및 경제 성장 핵심 동력으로 인식하고 있다. 이를 통해 관련 산업 확장 적극 지원하는 모습이다.

현재 전체 탄소 배출량 약 27.4%를 차지하는 산업 부문(철강, 화학 등) 감축 필요성 증대로 수소환원제철, 그린암모니아 등 수소에너지의 역할을 부각시키고 있다. 중국 '수소에너지 산업 발전 중장기 계획'을 통해 2035년 수송, 저장, 공업 등 다분야의 수소에너지 산업 시스템을 구축하겠다는 게 중국 정부의 목표다.

보고서는 국내 청정수소 생태계 조성을 위해서는 청정수소발전이 계통 안정성 확보를 지원할 수 있는 유연성 전원으로 인식되는 것이 필요하다고 진단했다. 또 수소발전 확대를 뒷받침할 안정적 청정수소 공급을 위해 국내 청정수소 생산 기반 마련이 필수적이라고 짚었다.

이밖에 국내외에서 생산·도입될 청정수소를 수용할 수 있는 액화·압축 저장시설, 전국을 잇는 배관망, 수소 인수 터미널 등 핵심 기반 시설의 선제적 구축이 필요하다고 제안했다.

국내 청정수소발전 활성화를 위해 사업자 참여를 유도하는 실질적 시장 설계가 이뤄져야 한다는 점도 환기했다. 구체적 방안으로 청정수소발전의무화제도(CHPS)의 제도적 뒷받침이 필요하다고 진단했다.

보고서는 △수소경제의 본격적 확산을 위해서는 발전, 산업, 수송 부문을 아우르는 범부처 차원의 거버넌스 구축을 기반으로 유기적 정책연계에 힘써야 한다고 강조했다.

여헌우 기자 yes@ekn.kr