프랑스 하원이 장기 보류 중인 에너지 정책의 일부로서 2025년까지 원자력 비중을 50%로 감축하는 것에 대한 투표를 실시했다.

프랑수아 홀란데 프랑스 대통령의 2012년 선거 공약은 2025년까지 프랑스 원자력 비중을 50%로 제한하는 것과 2016년 말까지 프랑스에서 가장 노후화된 원전인 페센하임 원전을 폐쇄하는 것이었다. 지난 6월, 프랑스의 에너지 논쟁에 따라서 홀란데 정부는 프랑스의 원자력 용량을 실제로 현재 수준인 63.2 GWe로 유지할 예정이라고 발표했다. 또한 원자력 용량은 2025년까지 프랑스 전체 생산량의 50%로 제한될 것이다. 현재 프랑스의 원자력은 전체 전기 생산량의 거의 75%를 담당한다. 그러므로 프랑스 정부의 에너지 정책을 추진하기 위해서 노후화된 원자로의 폐쇄는 불가피한 현실이다.

프랑스의 녹색성장 법안을 위한 에너지 전환에 대한 논쟁은 10월 1일 프랑스 하원에서 시작되었다. 10월 10일, 프랑스 하원 부의장은 이 법안의 전체적인 목적에 동의했다. 이 법안은 2030년까지 온실가스 배출을 1990년 대비 40% 감축하고, 2050년까지 75% 감축하는 것을 포함한다. 2050년의 에너지 소비량은 2012년의 약 절반이 될 것이다. 최종 에너지 소비량 중 32%를 재생에너지가 분담할 것이며, 2025년까지 원자력은 전체 전기 소비량의 50%를 담당할 것이다.

프랑스 국회의원들은 현재 그 법안을 검토하기 위해서 2주의 기간을 가질 것이다. 이 법안은 내년에 승인될 예정이다.

페센하임 원전의 폐쇄 비용

프랑스 위원회의 예비 보고서가 9월 30일 하원에서 발표되었다. 이 보고서는 페센하임 원전의 폐쇄를 지연하라고 요구했다. 현재 그 원전의 폐쇄에 대한 기술적 사유가 없으며, 페센하임 원전의 조기 폐쇄가 경제적/사회적 영향을 받을 것이라고 그 보고서는 기술했다.

그 보고서에 따르면, 현재 플라망빌에 건설되고 있는 EPR 원자로가 상업운전되는 시기인 2016년에 페센하임 원전을 폐쇄하면 약 63억 달러의 국가비용이 발생될 것이다. 이 비용에는 EDF의 보상금 51억 달러가 포함되어 있다.

페센하임 원전은 현재 연간 2억5400만 달러의 평균 이익을 창출한다고 그 보고서는 언급한다. 2016년부터 2040년까지 그 원전의 계속운전을 허용하면 이득은 60억 달러가 될 것이라고 그 보고서는 추정한다. “문제는 정부에 의해서 제안된 에너지 정책이 공공의 재정으로 그 원전의 폐쇄 비용을 지원하는 것에 대한 정당화 여부”라고 그 보고서는 말한다.

그 보고서는 다음과 같이 결론지었다. “장기 에너지 정책을 따르는 한, 그 정책은 현재 운전되는 2세대 원전의 폐쇄가 아닌 ‘나머지 원자력 용량’의 이득을 유지하는 것으로 경제적 관점에서 이해할 것이다.”          

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

서비스 전체 개요. 발전예측에 따라 원격으로 수전을 제어한다.

- 전기요금 절약이 가능 -

일본 E회사는 2015년부터 “전지 매니지먼트 서비스”를 개시할 예정이다. 250억 엔을 투자하여 공공기관 및 대규모 점포, 사무실 빌딩 등 전력을 소비하는 수요가측에 합계 1만 대의 축전지를 설치한다. 축전지 전체로 수요응답(demand response) 요청에 대응함으로써 전력수급 균형이 가능하게 된다. 수요가는 월액 수천 엔의 비용을 지불하는 것만으로 전기요금 3~5% 삭감할 수 있는 장점이 있다.

태양광발전 등 재생가능 에너지의 도입량이 비약적으로 증가하고 있다. 그러나 일반 전기사업자는 그 이상 태양광 등 재생가능 에너지에서 유래하는 전력을 받을 수 있는 여유가 적다고 주장한다. 홋카이도 전력 및 도호쿠전력, 시코쿠전력, 큐슈전력, 오키나와전력은 계속해서 재생가능 에너지 발전설비에 대한 계약 신청을 보류한다고 발표했다.

이러한 움직임에 축전지를 이용한 서비스로 대응하는 기업이 바로 일본 E사이다. 배터리 매니지먼트 서비스를 위해 250억 엔을 투자하여 공공기관과 대규모 점포, 오피스빌딩 등 전력을 소비하는 수요가 측에 합계 1만 대의 축전지를 설치함으로써 전력수요와 공급의 균형을 취한다.

2015년 초기부터 시스템의 설치를 개시하고, 2015년 내를 목표로 1만 대를 설치하고자 한다. 축전지를 설치하는 거점수는 수요가에 의해 다르나 수천 거점이 대상이 될 것이다. E사가 수요가에서 전지를 제어하는 권한을 얻는 형태의 계약이므로 일반 전기사업자로부터 수요응답 요청을 받은 경우 E사가 축전지를 일괄하여 제어하고, 충방전에 따라 대응한다. 이것이 수요와 공급의 균형으로 이어진다. 이 회사는 신전력(특정규모 전기사업자)으로서 2014년 6월 말 시점에 200만kW의 전력을 관리한다(전력대리구입 서비스). 이 때문에 전력의 수요예측 노하우를 축적하고 있다. 기상통보관에 의한 발전예측도 추진하고 있다. 그리고 빌딩에너지관리시스템(BEMS)을 중심으로 에너지 매니지먼트 시스템을 약 1만 건 판매한다.

배터리 매니지먼트 서비스에서는 이미 실시하고 있는 이러한 서비스를 축전지 관리와 결합한다. 배터리 매니지먼트 서비스를 단독으로 제공하는 것은 아니고 전력 대리구입 서비스와 조합하여 제공한다.

이번에 서비스 대상이 되는 것은 전력 대리구입 서비스의 사용자이다. 이 서비스와 조합함으로써 전력 대리구입 단독의 서비스보다도 전기요금의 할인이 크다. 수요가의 장점은 이번 서비스를 통한 전기요금 삭감 등 세 가지이다. 우선 전력의 피크 컷제어를 이용하여 게약전력을 삭감할 수 있다. 다른 하나는 저가의 야간전력을 축전하여 낮에 방전할 수 있다. 이것도 전기요금 삭감으로 이어진다. 마지막으로 정전시의 백업 전원을 얻을 수 있다. 축전지를 설치하기 위한 초기 비용은 제로이다. 축전시스템 1대당 수천 엔의 월정요금이 있다. 축전지를 설치한 거점당 3~5%의 전기요금을 절감할 수 있을 것으로 예상하며, 수요가의 장점은 클 것이다.

일반사업자(전력회사)의 장점은 재생가능 에너지의 출력변동에 의한 수요와 공급(발전)의 차를 흡수할 수 있다는 것이다. 수급 균형이 안정되고, 비효율 발전소가 가동하는 시간을 줄일 수 있다. 이 회사의 장점은 전력 대리구입 서비스의 계약건수를 늘리고, 동 서비스의 이익률이 높아지며, 새로운 에너지 인프라를 구축함으로써 계통안정화서비스를 사업화할 수 있다는 것이다. 이 시스템을 위해 도시바 IT컨트롤시스템에서 합계 1만 대의 축전지시스템을 구입한다. 축전지시스템의 용량은 1대당 9.9kWh이며, 출력은 10kW이다. 축전지 시스템은 도시바가 개발한 SCiB(Super-Charge Ion Battery) 리튬이온 축전지셀(10Ah)을 내장하고 있으며 약 1만회 충방전이 가능하다. 도시바에 따르면, SCiB의 특징은 수명이 길고 안전하며 저온동작에 강하다 망간계 정극과 티탄산 리튬계 부극을 조합한 축전지이다. 외부와는 단상삼선으로 접속한다. 크기는 950mm×550mm×1600mm이고, 중량은 약 511kg로 실외에 설치한다.

전력회사와 수요가를 중개하는 서비스               

KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』

최근 실시된 한 연구에 따르면 캐나다 앨버타 주에 거주하는 주민들은 지역 재생가능 에너지(Renewable Energy)의 성장이 충분히 이루어지지 않았다고 생각하기 때문에 지금보다 더 많은 풍력에너지를 도입하기 바라고 있는 것으로 나타났다. 캐나다풍력에너지협회(Canadian Wind Energy Association, CANWEA)와 나노리서치(Nanos Research)가 수행한 이번 연구는 재생가능 에너지와 관련한 재미있는 결과를 보여주고 있다.

앨버타 주의 조사 응답자 중 약 86%는 풍력에너지가 온실가스 배출(Greenhouse Gas Emission) 문제를 해결하는데 좋은 방안이 될 것이라고 동의 또는 부분 동의하였다. 또한 80%는 지역 내 풍력에너지를 확대하기 위한 어떠한 조치가 이루어져야 한다고 답변하였다. 현재 앨버타 주는 캐나다 풍력발전 생산규모 면에서 온타리오 및 퀘벡에 이어 3번째로 높은 생산능력을 보유하고 있다. 미 금융컨설팅 업체인 Lazard가 수행한 연구에 따르면 풍력발전은 미국의 일부 지역에서 가장 값싼 전기 생산 옵션인 것으로 나타났으며, 이는 전세계 많은 다른 지역에서도 적용되는 부분이다.

앨버타 주민들은 기존 석유 자원에서 벗어나 더 청정한 에너지를 사용하는 방안을 찾고 있었다. 조사 응답자 중 90% 이상이 재생가능 에너지는 미래 에너지 믹스(Energy Mix)의 중요한 부분이 될 것이라는 점에 동의 또는 부분 동의를 하였다. 그리고 83.8%의 응답자는 풍력이나 태양발전과 같은 재생가능에너지에 더 많은 지역 정부 투자가 이루어지는 것에 긍정 또는 부분적으로 긍정이라고 답변하였다. 그리고 환경적 측면에서 응답자의 34%는 재생가능 에너지 공급을 확대해야 한다고 말한다. 그리고 24%는 에너지 보존 및 효율에 집중해야 한다고 제안하였다. 깨끗한 물을 공급할 수 있도록 자원을 보호해야 한다는 사람들은 18% 였으며, 6%는 야생보호, 5%는 새로운 석유 및 가스 개발을 줄이고 기후 변화에 맞서야 한다고 대답하였다.

이번 조사와 관련한 인구학적 결과를 분석해보면 여성과 30세 미만의 젊은층은 재생가능 에너지에 대해 보다 적극적인 지지를 보여주었다. 이들 젊은층의 86%는 재생가능에너지가 앨버타 주의 미래에 중요한 역할을 할 것이라 대답하였다. 그리고 남성보다 여성이 미래에 재생가능 에너지를 활용하는 것이 중요하다고 응답하였다.

만약 이러한 인구 조사가 적절하다면 앨버타 주에 관심을 두고 지켜보는 것이 좋을 것이다. 가까운 미래에 이들 젊은층으로 이루어진 가족이 보다 일반적인 층을 이루게 된다면 미래 진보적인 정치 및 환경찬화적 정책으로 전환하게 될 것으로 기대되기 때문이다. 이번 조사에서 나타난 결과는 재생가능 에너지의 잠재력을 확인하고, 화석연료에서 벗어나고 싶은 앨버타 주에 힘을 실어주고 있다.

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

상용 리튬-공기 배터리(Li-O2 battery) 실현과 초고 에너지 밀도(ultra-high energy density) 전망이 직면한 주요 도전 과제 중 하나는 높은 충전 과전압(charge overpotential)이다. 높은 전압 차이는 전지의 낮은 왕복 효율(round-trip efficiency)로 이어지고, 다른 전지 구성 물질이 전기화학적 분해를 겪는 원인이 된다.

독일 JLU(Justus-Liebig-Universitat Gießen) 소속의 연구팀이 수행한 이 연구는 미국 화학학회(ACS; American Chemical Society) 저널에 보고됐다. 연구팀은 이동식 산화환원 반응의 중재자(mobile redox mediator)로 전해질에 균일하게 용해되어 있는 산화 촉매인 TEMPO(2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl)의 추가가 500mV에 이르는 충전 전압의 뚜렷한 감소를 제공한다고 제안했다. 게다가 TEMPO의 추가는 주기 수명의 배가로 이어지는 주기 안전성(cycling stability)을 27회에서 55회로 상당히 강화시켜준다.

리튬-공기 배터리는 전류 흐름을 유발하기 위하여 공기 전극에서 산소의 환원과 리튬 금속 전극에서 리튬의 산화를 기반으로 한다. 방전이 이루어지는 동안, 리튬 과산화물(lithium peroxide, Li2O2)은 약 2.7 V에서 산소의 환원으로 형성된다. 그러나 충전 공정이 이루어지는 동안 리튬 과산화물의 전기 화학적 분해는 4.5V 가까운 전압을 필요로 하고, 이러한 상황으로 낮은 왕복 효율로 이어진다.

게다가, 탄소 음극(carbon cathode)은 높은 전압에서 음극의 산화적 분해를 포함한 충전 동안 기생 반응(parasitic reaction)의 중심으로 규명됐다. 분해 생성물에 의한 표면의 차단은 리튬-공기 배터리의 열악한 주기 수명에 대한 주요 원인으로 보인다. 따라서 충전에 대한 과전압(overvoltage)을 줄이는 것이 보다 더 높은 효율뿐 아니라 보다 더 우수한 주기 안정성을 구비한 리튬-공기 배터리의 추가적인 개발에 중요한 단계라고 할 수 있다.

금속 나노입자, 금속 질화물 및 다양한 군의 금속 산화물 등과 같은 이종 촉매의 사용을 포함한 다양한 접근이 추구됐다. 미국 오하이오 주립대학(Ohio State University) 소속의 연구진은 리튬-공기 전지의 광-지원 충전(photo-assisted charging)을 가능하게 하는 산소 전극과 함께 리튬-산소 배터리에 염료 감응형 광전극(dye-sensitized photoelectrode)을 통합하는 새로운 전략을 개발했다고 보고했다.

오하이오 주립대학 연구진이 제안한 통합된 태양 배터리의 기본 개념은 효율적 및 전기화학적으로 분해되는 리튬 과산화물에서 발생하는 문제로 야기되는 충전 중 과전압을 상당히 줄이기 위하여 광전압의 기여를 사용하는 것이다.

대체 접근 방법은 전극 표면과 리튬 과산화물 사이의 이동식 전하 전달자로 행동하는 용해된 산화환원 반응의 중재자(RM; redox mediator)로 구성된다. 전하 전달은 가역적인 산화환원 반응의 쌍(RM ? RM+ + e?)을 기반으로 한다. 이종 촉매(heterogeneous catalyst)가 소모되는 리튬 과산화물에 대하여 제한되고 단단한 접촉 표면에서만 산소 발생 반응(OER; oxygen evolution reaction)에 영향을 끼치는 반면, 용해된 산화환원 반응 중재자는 리튬 과산화물과 액체 전해질 사이의 훨씬 더 크고 역학적인 간기(interphase)에서 산화적 공격을 제공한다.

지금까지 두 개의 가능한 산화환원 중재자는 리튬-공기 전지에서 집중적으로 조사된 반면, 부가적인 커플이 특허 응용에서 제안됐다. 이 연구에서 연구진은 리튬-공기 전지에서 OER에 대한 매우 우호적인 특성을 가지는 용해된 산화환원 중재자로 니트록시드(nitroxide)의 화학물질 군을 제안했다. 연구진은 모범적 사례로 TEMPO를 조사했으며, 효율성은 다른 니트록시드 화합물을 사용함으로써 추가로 개선될 여지가 있다고 밝혔다.

연구팀은 TEMPO가 있는 경우와 없는 경우에 대하여 리튬-공기 전지의 충전 메커니즘뿐 아니라, 전기화학적 안정성, 산화환원 전압, 확산 계수 및 TEMPO 추가에 따른 산소 용해도에 대한 영향 등을 조사했다.

TEMPO는 높은 전기화학적 안정성, 빠른 확산 역학 및 적절한 산화환원 전압 등을 나타냈으며, 충분한 산소 용해를 가능하게 했다. 리튬-공기 전지에서 TEMPO의 사용은 상당히 감소된 충전 전압으로 이어졌고, 따라서 뚜렷하게 더 높은 왕복 효율을 달성할 수 있었다. 관찰된 충전 상태는 적절한 음극 디자인에 의해 극복될 수 있는 양극에 대한 기생 왕복의 미미한 기여를 암시하는 평행 기체 발생(parallel gas evolution)과 관련이 있었다. 그러나 기생 왕복은 경쟁적인 확산 경로의 비율을 변화시킴으로써 규명됐다.

그 외에도, TEMPO는 주로 감소된 충전 전압을 기반으로 하는 상당히 강화된 주기 수명을 제공한다. TEMPO의 촉매 활성은 음극 재료를 기반으로 하는 다양한 탄소와 폭넓은 범위의 전류 밀도와를 가능하게 해준다. TEMPO가 니트록시드의 화학물질 군에 대한 한 가지 전형적인 대표 물질이며, 화학물질 치환기의 변형은 추가적으로 충전 전압을 감소시키고, 효율성을 강하시킬 수 있을 것이다.

KISTI 미리안 『녹색기술정보포털』