재생에너지와 수소

 일본, 호주로부터 수소의 액상(암모니아) 방식 운송 프로젝트 진행

 호주는 태양광 발전의 전력을 활용하여 수전해 방식으로 수소를 생산함과 동시에 공기로부터 질소를 분리하여, 수소와 질소를 결합, Haber-Bosch 공정을 통해 암모니아를 합성하는 프로젝트를 추진 중이다. 호주의 암모니아 제조사 Yara가 태양광 발전 연계 암모니아 파일럿 플렌트를 2019년부터 운영하고 있다.

 일본은 호주가 생산한 대규모 액상 암모니아를 LPG 선박을 활용하여 저장 후 일본으로 운송하는 프로젝트를 함께 추진 중이다. 

 

 P2G를 넘어 P2X로 활용되는 수소

 유럽은 신재생에너지로 에너지시스템을 전환하면서 섹터 커플링(Sector Coupling)의 일환으로 수소를 활용하고 있다. 섹터 커플링은 인프라와 저장 가능한 에너지(전력, 열 등)를 통해 발전, 난방 및 수송 부문을 연결하는 통합 시스템을 말한다. 기후변화 대응과 온실가스 감축을 위해 직접 또는 간접적으로 에너지 공급의 여러 분야에서 재생에너지를 사용하여 에너지 시스템 최적화와 탈탄소화를 추구하는 것이다. 섹터 커플링은 재생 발전의 잉여 전략을 다른 부문에서 활용하기 때문에 P2G를 넘어 P2X(Power to X) 기술이 기반이 된다. X는 가스, 연료/화학물질, 열 등이 될 수 있다. 지금까지 논의한 수소 전환이 대표적인 P2G이다. 저장된 가스는 다시 전력으로 변환할 수 있다. 열이나 수송부문에서 활용할 수도 있다. 또는 잉여 전력을 열 형태로 저장했다가 냉난방, 온수 수요, 산업 공정 등으로 활용되는 방식이 P2H(Power to Heat)이다. 전력을 전기차와 연계하여 재생에너지 변동성 문제에 대응하는 방인 P2M(Power to Mobility)도 있다.

 

 재생에너지가 확대되면서 이러한 섹터커플링 개념이 더욱 중요해진다. 풍력과 태양광의 잉여전력을 버리거나 출력 제약(Curtailment) 없이 수소로 저장하여 필요할 때 전기로 사용하거나, 냉난방용으로 사용하는 것이다. 또한, 이는 재생에너지 변동성 대응 측면과 전력계통 유연성 확보 측면에서도 도움이 된다.

 수소와 재생에너지 잉여전력을 활용한 섹터 커플링 개념 도입으로 에너지 활용 효율성 대폭 높아질 전망

 이러한 섹터 커플링 개념을 도입하게 되면, 개별 에너지 시스템별 원가라는 것을 크게 의미가 없다. 앞서 설명한 Mackenzie의 예에서 보면, 풍력발전기가 온전히 수소 생산을 위해 사용되었을 때(Dedicated)를 감안한 경우지만, 남는 전력이라면 사실 원가가 "0"인 것이다. 신재생에너지의 한계 생산비용은 "0"이다.

 

 또한, 전기와 함께 열을 생산하는 연료전지의 높은 효율성 역시 고려사항이 된다. 부산그린에너지의 2018년 재무재표를 토대로 두산 퓨얼셀 연료전지의 원가를 추정해 보았다. 정확한 발전량 정보가 없기 때문에, 발전기 이용률 93%를 기준으로 계산한 원가이다. 이는 동 발전기 운영사인 부산그린에너지 홈페이지 스펙을 기준으로 계산하였다.

 2018년 동사의 총 원가는 511억 원이었다. 이중 연료비가 312 억원으로 61% 비중을 차지하였다. 2018년 25만 MWh의 전기를 생산하였다. 전기 생산 원가는 205원/KWh이다. 다만, 당사 계산에서는 동사가 생산한 열 24만 Gcal에 대한 계산이 들어있지 않다. 전기만을 가지고 발전단가를 구했기 때문이다. 열수익을 비용 차감 요인으로 반영할 경우 발전원가 166원/KWh로 크게 하락하게 된다(수열 단가 40,000원/Gcal 가정), 사실 열병합발전소(CHP)에서 전력을 생산할 때 열이 발생하고, 그것을 산업 및 가정에 공급하는 것도 광의의 섹터 커플링이고 우리는 이미 그것을 경험하고 있다. 게다가 가정용 연료전지를 통해서 전기를 생산하고 그것을 차량 충전에까지 쓸 수 있다면 전체 시스템 원가는 크게 하락한다고 볼 수 있을 것이다. 

 

 전체 원가의 60%를 차지하는 원재료비가 지속 낮아진다면 어떻게 될까? 현재는 LNG를 파이프라인으로 가져와서 개질을 통해 수소를 생산하여 발전을 하고 있다. 따라서, LNG 가격 하락이 중요하다. 하지만, 재생에너지 잉여전력을 활용한 수전해 전력을 이용한다면 원재료비를 더 낮아질 것이다. 재생에너지의 한계비용은 "0" 이기 때문이다. 장기적으로 수소 가격은 전해조 설비와 수송비 수준에 수렴할 가능성이 높으며, 이는 규모의 경제를 통해서 크게 하락할 수 있는 비용이다.