태양광은 구름에 가리고 소수력은 성장 지속

태양광은 작년에 이어 올해도 그늘 속에서 관련 업체들의 한숨을 지었다. 지난해 태양광 업계의 가장 큰 고민거리였던 중국발 공급과잉이 좀처럼 해소되지 않은 상황에서 판가 하락까지 더해졌기 때문이다.

이 같은 침체의 원인은 기존 공급과잉을 비롯해 판가하락 등의 요인이 복잡하게 얽혀있다.

업계는 세계 태양전지와 모듈 시장의 50%를 생산하는 중국이 과잉공급 문제를 촉발하면서 판가가 하락하고, 판가 하락으로 손해를 보는 업체들이 현금 확보를 목적으로 덤핑 판매에 나서면서 또다시 판가가 하락하는 악순환이 반복됐다는 것이다

국내 대표적인 태양광 업체인 OCI는 9월 들어 가동률이 50%로 급감했다. 지난 7월과 8월에는 가동률이 90%대였으나 고객사들의 가동률이 50%대로 주저앉으면서 OCI 역시 가동률 조정에 나서지 않을 수 없었다. 넥솔론과 웅진에너지도 사정은 마찬가지다. 넥솔론은 3분기 웨이퍼 제품 가동률이 지난해보다 2%포인트 하락한 84%인 것으로 나타났다.

태양광 업계는 실적 악화의 고질적인 문제로 지적되는 공급과잉이 해소돼야 숨통이 트일 것으로 보고 있다. 현 상황에선 원가절감과 가동률 조정 외에는 뾰족한 수가 없다는 설명이다.

반면 다른 한편에서는 내년부터 시장 상황이 개선될 것이라는 전망도 조심스럽게 제기되고 있다. 미국에 이어 유럽도 중국산 태양광 패널 제품에 덤핑 판결을 부과할 가능성이 높은 만큼 반사이익이 기대된다는 이유에서다.

세계 소수력 누적 설비용량 137.8GW에 달할 것

한편 소수력 산업은 유속을 빠르게 하면서 달리고 있다. 글로벌데이터 조사한 결과 수력발전은 각국 정부의 지원에 힘입어 세계에서 주요 재생에너지원이 되고 있으며 특히 대규모 발전 시설에 비해 많은 이점이 있기 때문에 SHP 시설은 큰 성장률을 보이고 있다.

세계 수력발전 설비용량은 2006년 896.9GW에서 2011년 1072.1GW로 증가했으며 2020년에는 1,443GW에 달할 것으로 예상했다. 또한 기존의 에너지 자원은 매장량이 감소하면서 가격이 점차 상승하고 있으며 세계 각국 정부가 이산화탄소 배출량을 최소한으로 줄이기 위해 노력하고 있어 재생에너지의 인기가 한층 더 높아지고 있다고 밝혔다.

또한 소규모 수력발전의 누적 설비용량이 연평균 복합 성장률 2.9%로 증가해 2011년 106.7GW에서 2020년 137.8GW에 이를 것으로 전망했다.

글로벌데이터는 이러한 상황에서 소규모 수력발전은 신뢰성과 저비용 때문에 인기가 가장 높고, 유망한 해결책 중 하나로 부상하고 있다고 밝혔다. 소규모 수력발전 시설 건설은 지역 환경을 해치지 않고, 대규모 댐이나 저수지를 건설할 필요가 없기 때문에 삼림 파괴와 침수 등의 문제를 피할 수 있다.

글로벌데이터는 소규모 수력발전의 누적 설비용량이 연평균 복합 성장률(CAGR) 2.9%로 증가해 2011년 106.7GW에서 2020년 137.8GW에 이를 것으로 내다봤다.

히트펌트에서 수력발전까지 에너지기술의 총집합

1. 히트(열)펌프

열은 그 자신만으로는 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동할 수 없으며 열의 이동에는 반드시 일(Work)이 소요된다. 펌프가 물을 낮은 위치에서 높은 위치로 퍼올리는 기계라는 의미와 마찬가지로, 열펌프란 열을 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 이동시킬 수 있는 장치를 의미한다. 사이클의 구성과 작동방법은 냉동기와 같으며 단지 저온열의 사용을 목적으로 할 때에는 냉동기, 고온열의 사용을 목적으로 할 때에는 열펌프(Heat Pump)가 되는 것이다.

열펌프는 열을 흡수하고 방열하는 원리의 구분에 따라 압축식, 화학식, 흡수식, 흡착식 등으로 분류되며 그중 가정용으로 많이 적용되는 형식은 압축식 열펌프이다. 이 압축식 열펌프는 에어컨이라 불리는 냉방장치의 역사이클로 생각하면 된다.

즉, 냉방전용의 에어컨은 실내에 설치된 실내기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실외에 설치된 실외기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리이며 열펌프는 반대로 실외기의 열교환기에서 열을 흡수하여 실내에 설치된 실내기의 열교환기를 이용하여 열을 방열시키는 원리다.

압축식 열펌프 사이클의 기본적인 구성요소는 저온부 열교환기인 증발기, 압축기, 고온부 열교환기인 응축기, 팽창변의 4개 요소로 구분되며 작동유체인 냉매는 증발, 압축, 응축, 팽창의 변화를 계속하면서 순환한다. 저온저압의 습증기상태의 냉매는 증발기에서 증발되면서 주변에서 증발잠열을 흡수하며 증발된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매로 배출된다. 증발기에서 배출된 저온저압의 건조포화증기상태의 냉매는 압축기에서 단열압축하여 고온고압의 과열증기상태의 냉매로 되어 응축기로 유입된다.

응축기로 유입된 고온고압의 과열증기상태의 냉매는 응축잠열을 방출시키며 고온고압의 포화액체상태의 냉매로 되어 팽창변으로 유입된다. 고온고압의 포화액체상태의 냉매는 팽창변에서 엔탈피 팽창을 하고 저온저압의 습증기상태의 냉매로 증발기로 유입된다. 일반적으로 저온부 열교환기인 증발기는 실외에 설치되며 고온부 열교환기인 응축기는 실내에 설치된다. 저온부 증발기는 실외에 설치되어 주변에서 열을 흡수하게 되며(열원이라 하며 가정용으로는 공기가 일반적으로 많이 적용된다), 고온부 응축기는 실내에 설치되어 주변으로 열을 방출(히트싱크라 하며 공기가 일반적으로 많이 적용된다)하여 난방에 사용하게 된다.

2. 집단에너지 시스템

주거, 상업지역 또는 공업지역과 같이 다수의 열수용가에 개별적인 난방용 열원시설을 갖추지 않고 1개소 또는 수 개소의 집중된 열원설비로부터 에너지를 일괄 공급하는 시스템을 말한다.

열생산은 열병합 발전방식이나 소각로, 상업폐열, 히트펌프(Heat Pump) 등을 이용하는데 주 방식은 열병합 발전방식으로 우리나라의 목동이나 서울화력발전소도 이에 해당한다. 집단에너지 공급사업은 크게 나누어 공단지역의 열병합 발전사업과 주거지역에 대한 지역난방사업, 소집단 지역난방 및 자가용 열 병합발전 등을 들 수 있다.

3. 소집단 지역난방

통상 엔진 발전기 및 가스터빈 발전기는 액체 또는 기체연료를 사용하는 것으로써 발전효율이 30∼40%이므로 고온의 배기가스열(엔진인 경우에는 냉각열 포함)의 손실이 필연적으로 수반된다. 이와 같은 손실에너지는 폐열회수장치를 부착하여 증기 또는 온수형태로 회수해 사업주가 다른 인근 건물이나 산업체에 공급하는 공동소유 설비를 일본 및 구미 일부 국가에서는 소집단 지역난방(C.E.S.: Community Energy System)이라고 부른다.

4. 열병합 발전

일반 발전소는 발전효율은 35~40%에 불과하다. 즉 100이라는 에너지(연료: 석탄, 석유, 가스 등)가 투입되어 실제 전기로 생산되는 에너지는 35~40 정도의 효율밖에 얻지 못하고 나머지는 보일러의 배기가스로 방출(10 이내)되고 대부분(50~55)은 강물이나 바닷물과 같은 냉수를 이용하여 강제로 열을 빼앗아 버려야만 발전사이클이 돌아가 전기를 생산할 수 있게 되는 시스템이다.

이때 만약 발전소를 열 수요가 있는 즉, 열이 필요한 도시 근처나 공장이 밀집한 곳에 지어서 바닷물이나 강물을 이용하여 버려지는 열을 회수하여 사용토록 하면 전기로 나오는 에너지가 35~40%가 될 것이며 열로써 이용되는 에너지는 50% 정도가 되어 효율은 최대 85~90%까지 올라갈 수가 있다. 이와 같이 열과 전기를 같이 사용하여 에너지를 효율적으로 쓰는 발전소를 열병합 발전소라 일컫는다.

우리나라에도 20여 곳의 산업체에서 개별로 또는 산업공단에서 단체로 열병합 발전소를 운영하여 전기와 함께 공장에서 필요한 증기를 동시에 생산하여 사용하고 있으며 남서울과 3~4곳의 신도시에서 열병합 발전에 의해 전기를 생산함과 동시에 고온수를 생산하여 난방과 급탕 등의 열로 활용되고 있다. 이렇게 열병합 발전을 할 때 증기나 열을 상당히 저렴한 값으로 생산할 수 있으므로 경제적이며 국가적인 차원에서도 상당한 에너지를 절약할 수 있는 좋은 방안이다.

5. 자가 열병합 발전

산업체의 자가사용 및 빌딩, 호텔, 종합병원, 센터 등 대형 건물에 설치되는 동일건물용 열병합 발전 설비를 말한다. 최근 정유공장 등 산업체 열병합 발전사업 생산공정에서 부수적으로 발생하는 에너지(부생가스를 이용한 가스터빈을 설치하여 자가 발전함으로써 공정에 소요되는 전기를 충당하고 가스터빈 발전기에서 배출되는 고온의 폐가스(연소 배기가스))를 열 분해로에 공급하거나 혹은 폐열 보일러를 이용하여 증기형태로 회수, 공정에 활용하는 방식이 많이 도입되고 있다.

6. LNG 냉열(冷熱)발전

LNG는 산지에 따라 그 조성이 조금씩 다르지만 주성분인 메탄의 비점이 영하 162℃로 kg당 약 200kcal의 냉열을 가지고 있어 액화산소 및 액화질소의 제조, 폐타이어 등의 분쇄, 식품의 냉동보존, 식품의 분쇄 및 드라이아이스 또는 액화 탄산가스와 제조 등에 이용된다. LNG를 가스화시키는 기화기 속에서 해수와 화력발전소의 열교환을 시키는데 이때 방출되는 에너지를 이용하여 발전하는 것이 냉열발전으로 화력발전소의 보일러와 중기 응축기 역할을 열매체의 기화기와 LNG기화기가 각각 하는 셈이다. 일본은 1974년 11월 출력 400kW의 시험발전소를 건설하여 세계 최초의 냉열발전에 성공한 데 이어 오사카 가스는 발전능력 1,450kW의 실용발전소를 건설하였다.

7. 열교환기

열교환기는 산업용 요로(窯爐)에서 배출되는 통로에 설치하여 버려지는 폐열(廢熱)을 회수하는 장비로, 일반적으로 열교환기의 전열관 외부로 폐열이 지나가고 전열관 내부로는 공기 또는 물이 통과되어 폐열로부터 열을 빼앗아 이들의 온도를 상승시킨다.

이렇게 가열된 공기 또는 물은 다시 버너로 투입되어 연소(燃燒)용 공기로 사용되거나 온수난방장치 혹은 뜨거운 물을 사용하는 현장 등에 활용하여 그만큼의 에너지 사용량을 줄이는데 기여한다.

열교환기의 종류는 분류방식에 따라 여러 종류가 있으나 재료적인 측면에서 금속재료를 사용하는 금속재열교환기와 세라믹재료를 사용하는 세라믹열교환기, 금속재와 세라믹재를 혼합하여 사용하는 혼합열교환기가 있으며 금속재는 부식(腐蝕), Creep 현상과 내열성(耐熱性) 등에 의하여 섭씨 800℃ 이하에서 사용할 수 있다. 세라믹재료는 부식에 강하고 내열성, 고온 강도 등이 우수하여 800℃ 이상 1,400℃까지의 고온폐열회수에 사용된다. 열교환기 설치에 따른 에너지절약 효과는 산업용 요로에서 나오는 폐열에 의하여 열교환기를 통과한 공기 온도가 상온보다 100℃ 높아질 때 약 5% 정도의 에너지절약 효과가 있다.

전국 방방곡곡 ‘신재생에너지’발전소 건설 중

풍력·태양광·폐기물·바이오에너지·연료전지·수력발전 등 건설

신재생에너지 부문 건설현황은 크게 풍력발전, 태양광발전, 폐기물 소각발전, 바이오에너지 발전, 연료전지 발전, 수력발전으로 진행되고 있다.

풍력발전은 총 10개 사업으로 331.6MW급 시설용량이 추진되고 있고, 태양광 발전은 5개 사업에서 총 43MW급이 건설되고 있다. 폐기물소각 발전은 1개 사업에 총 20MW, 바이오에너지는 1개 사업 총 30MW, 연료전지 발전은 2개 사업 총 16.2MW급이 수력 발전은1개 사업 총 60MW급 시설이 설치되고 있다.

풍력발전, 전국 해안지역 중심 건설 완공 가동 중 

먼저 풍력발전 건설현황을 살펴보면, 태백풍력, 양산풍력, 김천풍력, 대기리풍력, 밀양풍력, 평창풍력, 삼무풍력, 무주풍력, 진안장수풍력 등이다. 남한의 해안을 따라 강원도에서 경상도 전라남도 지역을 주로 포진돼 있다. 

태백풍력 발전은 남부발전이 발전회사로 지정됐고, 강원도 태백시 하사미동에 건설된다. 발전용량은 18MW이며 지난 2010년 사업허가를 승인받았다. 총 공사비가 508억원이 들어가는 이번 공사는 올해 5월 준공예정이다.

양산풍력발전은 경남 양산시 원동면 대리에 위치하며 총 발전용량은 12MW이다. 생산량은 연간 13,010MWh로 2MW급 6기가 돌아간다. 총 90억원이 들어간 양산풍력발전은 08년 준공돼 가동 중이다. 발전사업자는 동국S&C다.

김천풍력은 올 3월 가동에 들어갔으며 경북 김천시 봉산면과 어무면에 세워졌다. 총 발전용량은 85MW이다. 총 공사비가 2,186억원이 들어간 이곳 발전사업자는 (주)김천풍력이다.

대기리 풍력발전은 강원도 강릉시 왕산면에 지난 2011년 12월에 건립됐다. 총 24MW급 발전소로 2MW급 12기가 돌아간다. 발전사업자는 강릉윈드파워(주)이다.

밀양풍력 발전은 경남 밀양시에 위치하며 총 공사비 993억원을 투자해 50MW급 발전을 하고 있다. 한신DNP가 발전사업자로 있으며연간 전력생산량은 140,933MWh이다.

평창풍력 발전은 강원도 평창군 회동리에 위치하고 있으며 남부발전이 서비스하고 있는데, 총 발전 용량은 26MW이다. 지난해 부지측량을 맞히고 설치에 들어갔으며 올해 12월 준공예정이다.

삼무(제주) 해상풍력 발전은 제주도 제주시 한경면 금동리에 위치하며 총 950억원을 투자해 3MW 10기가 돌아가며 발전하며 연간생산량은 7,380MMh이다. 발전 운영사업자는 (주)엔씨이다.

무주풍력 발전은 전북 무주군 무풍면에 위치하며 발전사업자는 남부발전이다. 총 1천억원이 투자됐으며 40MW 발전을 2013년 12월준공될 예정이다.

창죽풍력 발전은 강원도 태백시 매봉산 일대에 세워질 예정인데, 총 16MW 발전을 기대하며 남부발전이 서비스할 예정이다. 공사비는 422억원 이다.

진안장수 풍력 발전은 전북 진안군, 장수군에 위치하며 총 750억원을 들여 2014년 6월 준공 목표하고 있다. 총 발전용량은 30MW이다.

전남지역 중심 발전소 건설 완중 가동 중 

다음은 태양광발전 건설 현황은 보성태양광, 보령태양광, 쏠루체보성태양광, 삼미태양광, 디쏠라에너지태양광 발전 등이 건설되고있다.

보성태양광 발전은 (주)YPP에너지가 서비스한다. 위치는 전남 보성권 겸백면에 자리했다. 총 공사비 760억원이 들어가 지난 2008년8월 준공했다. 시설용량은 10MW이다.

보령태양광은 충남 보령군 청소면에 위치하며 총 518억원을 투여해 2008년 11월 준공했다. 시설용량은 7MW이고 서비스 사업자는(주)엘지솔라에너지이다.

쏠루체보성태양광은 전남 보성군 노통면에 위치하며, 7MW 발전을 하고 있다. 준공은 2008년 10월 됐다.

삼미태양광 발전은 (주)삼미가 발전사업자로 제주도 서귀포 남원읍 위미리에 세워졌다. 총 발전 용량은 6MW이다. 

디쏠라에너지 태양광 발전은 전남 영광군 백수읍 하사리에 위치하며 총 1천억원의 공사비가 들어갔으며, 총 발전용량은 13MW이다.

폐기물소각발전, 광주전남 혁신도시 발전, 20MW급 올 6월 준공

광주전남 혁신도시 발전은 전남 나주시 금천, 삼포면 일원에 건립되고 총 1,986억원을 투자해 2012년 6월 준공될 예정이다. 사용연료는 RDF 및 우드칩으로 시설용량은 20MW이다. 열병합 설비와 첨부부하 보일러 등이 설치됐다.

바이오에너지, 동해 목질계 바이오매스, 30MW급 13년 준공

동해 목질계 바이오매스는 강원도 동해시 구호동에 설립된다. 2013년 3월 준공 예정인 이 발전소는 총 공사비 1,415억원이 들어갔으며 시설용량은 30MW이다. 순환유동층 연소보일러가 설치됐고, 목질계 바이오매스가 연료로 사용되며 연간 약 18만2천톤이 소요될것으로 예상된다. 발전회사는 동서발전이다. 

연료전지, 송파거여 지구, 양주옥정 화천지구 9MW급, 7.2MW급

(주)SK E&S, 한난이 발전회사로 운영예정인 송파거여 지구 연료전지 단지는 LNG 연료를 사용하여 9MW의 시설용량을 갖추게 된다.

총 518억원이 투자된 이번 사업은 PAFC 3MW 3기가 설치되어 연간 5만6,673MWh를 생산할 것으로 예상된다.

종합효율이 74.7%로 전기 40.1%, 열 34.6이 발생될 것으로 보인다.

양주옥정 회천지구 연료전지 단지는 경기도 양주시 옥정동 외에 설치되며 LNG연료를 통하여 7.2MW급의 시설용량을 갖추고 연간5만2,920MWh를 생산하게 된다. 총 공사비 345억원 투자된 이번 단지는 (주)한진중공업, 한진도시가스, 한국남부발전, (주)포스코건설이 발전사업자로 참여했다. 준공시기는 2020년 10월이다.

수력발전 청평수력 4호기 60MW급 가동중

청평수력 #4은 경기도 가평군 설악면 희곡리에 만들어졌다. 한수원(주)이 발전회사이며, 총 781억원이 투자되어 지난해 12월에 최종준공됐다. 시설용량은 60MW이다. 형식은 댐 수로식과 입축 카프란 수차를 이용한다. 연간 전력생산량은 4만7,700MWh이며 지난해12월15일부터 상업운전을 시작했다.

대한민국 발전은 석탄·유류·LNG 등 기력에너지가 이끌어

기력 이어 복합발전 - 원자력발전 - 수력발전 - 집단에너지

- 신재생 순 차지

전력을 만들어내는 발전 분야에 어떤 에너지원이 가장 많이 사용되고 있을까. 최근 몇 년 사이 녹색에너지, 신재생에너지 등등 바람은 불었지만 정작 현실에서 가장 많이 사용하고 있는 에너지원은 석탁, 석유(유류), LNG 등 화석연료 에너지로 나타났다. 신재생에너지는 기대와 달리 아직은 2%대에 머물고 있다.

발전회사도 민간으로 많이 넘어오고 있지만 여전히 공기업 주도로 형성되고 있다. 한전에서 분리된 6개 발전소가 전체 발전의 80%이상을 차지하고 있다.

가장 많이 쓰는 발전에너지원은 화석 에너지

지난해 말 기준으로 우리나라 발전설비 용량을 에너지 원별로 살펴보면 기력 발전에너지가 37.3%로 가장 많았고, 다음으로 복합 발전에너지가 25%를 차지해 뒤를 이었으며 원자력 발전에너지가 23.6%를 차지했다. 수력이 7.9%, 집단에너지 3.3%, 신재생에너지(일반수력 제외) 2.5%, 내연에너지가 0.4%를 점유했다.

가장 큰 비중을 차지한 기력 에너지를 살펴보면 석탄을 연료로 삼천포, 보령, 호남, 태안, 하동, 당진, 영응, 여수 등 45대가 운영 중이고 총 23,409MW를 생산하고 있다. 국내탄으로 영동, 서천, 동해에서 5대가 돌아가며 1,125MW를 만들어낸다. 유류로는 평택, 여수,울산, 영남, 제주, 남제주 등 17대가 4,150MW를 생산하며, LNG로 인천, 서울의 4대가 885MW를 발전하고 있다.

다음으로 전체 발전의 25%를 차지한 복합발전은 LNG(울산, 서인천, 신인천, 분당, 평택, 일산, 보령, 부산, 인천, 광양, 부곡, 군산, 영월등) 109대가 15,502MW를 생산하고 있다.

원자력 발전은 고리, 신고리, 월성, 영광, 울진 등 21대가 돌아가며 18,715MW를 만들어내면서 전체 23.6%를 차지했다.

최근 대체 에너지원으로 떠오르고 있는 신재생에너지 발전은 소수력 태양광 풍력 등 총 3,022대가 돌아가 있으나 발전 용량은1,984MW로 2.5%에 머물렀다.

발전용량별로 종합해 보면 석탄 50대로 24,009MW, LNG가 164대로 21,740MW, 원자력 21대로 18,716MW, 유류 205대로 5,481MW,양수 16대로 4,700MW, 신재생(수력포함) 3,065대로 3,577MW, 국내탄 6대로 1,125MW를 생산하고 있다. 총 생산량은 3,535대79,342MW이다.

한국전력 계열 발전사가 전체 발전의 84.5% 차지

발전회사별로 보면 수력원자력(주)이 30.3%, 서부발전 10.6%, 남부발전 11.6%, 남동발전 10.6%, 동서발전 11.1%, 중부발전 10.0% 등한전계열 발전회사들이 전체 84.5%를 차지했으며, 기타 수자원공사, 포스코에너지, GS파워, GSEPS 엠피씨, K파워, 난방공사 등이15.8%를 점유했다. 회사별 발전소 보유 대수 및 생산용량을 보면, 수력원자력이 72대로 24,021MW, 남부발전이 76대로 9,239MW,동서발전 43대로 8,815MW, 남동발전이 49대로 8,396MW, 중부발전이 49대로 7,949MW, 서부발전 40대로 6,404MW, 민간발전회사로는 포스코파워(에너지)가 29대로 3,220MW, 지역난방공사가 13대로 1,338MW, GSEPS가 7대로 1,036MW, 메이야가 11대로1,002MW, 케이파워가 6대로 989MW, GS파워가 10대로 905MW, 한진 172대로 181MW를 기타 2,875대가 2,797MW를 생산하고 있다. 발전회사로 총 3,353대의 발전소에서 79,942MW의 전력을 생산해 낸 것이다.