세계 정치·에너지 흐름이 석탄화력·원자력발전에서 재생에너지로 옮겨 가는가 싶었지만 회귀해 원자력발전을 유지하는 쪽으로 가닥을 잡고 있다. 하지만 탄소중립의 목표는 그대로다. 고심을 거듭한 끝에 정부가 찾은 대안 중 하나가 수소 발전이다.
왜 수소발전 인가?
재생에너지 붐이 글로벌 및 국내도 강타하며 앞다퉈 정책화 했다. 빠르게 발전하고 있는 AI 산업의 필수 조건은 전력계통의 안정성에 저장성이 반드시 필요하다.
태양광 및 풍력과 같은 변동성 재생에너지(VRE)의 확대는 전력계통의 주파수 안정성, 출력 변동성, 관성력 감소가 큰 단점으로 꼽힌다. 이를 한번에 해결할 수 있는 것이 유연성 자원(Flexibility Resource)이다.
IEA와 국내 자료에 따르면 재생에너지 확대는 전력계통의 운영상 문제를 야기한다고 말하고 있다.
재생에너지 발전은 기상조건에 따라 발전량이 결정되기 때문에 출력 변동성이 커진다. 변동성 재생에너지의 비중이 클수록 전력 시스템은 많은 유연성을 필요로 하게 된다.
재생에너지 발전 비중이 증가하면 특정 시간대에 전력 생산이 수요를 초과하는 현상이 생긴다. 이를 출력 제한이라 불리며 선진국인 유럽 및 미국도 상당한 수준의 출력 제한으로 고민하고 있다.
국제재생에너지기구(IRENA)는 수소를 재생에너지 전략을 저장할 수 있는 장기 저장 기술이라고 설명하며 필요시 다시 전력을 생산하는 발전 연료로 활용이 가능하다고 덧붙였다.
전력 계통의 약점 관성력 보완은?
전력계통에서 관성력은 주파수 안정성을 유지하는 물리적 요소다. 전통적인 화력발전 및 원자력 발전은 회전형 터빈을 사용해 관성력엔 문제가 없다. 반면에 태양광과 풍력 발전은 전력전자 기반 설비로 관성력은 존재하지 않는다.
이유로 태양광·풍력은 인버터 기반 전원 사용으로 전력계통 관성 감소가 주요 운영 문제로 대두된다.
대안은 있다
수소를 연료로 사용하는 가스터빈 발전은 기존 LNG 발전과 동일하게 동기 발전기를 사용한다. 따라서 전력계통에 관성력을 제공할 수 있으며 출력 조정도 가능하다. 이러한 특징은 재생에너지 확대 환경에서 전력계통 안정성을 유지하는 중요한 요소다.
IEA는 보고서에서 수소를 에너지 전환의 핵심 기술로 정의하며 ‘수소는 NET ZERO로 목표 달성의 핵심이다’라고 역설했다. 특히 발전 부분에서 수소가 화석연료 기반 발전을 대체할 수 있는 무탄소 연료로 평가하고 있다.
정부는 수소경제 활성화 정책과 전력수급기본계획을 통해 수소발전을 주요 전원으로 도입하고 있다. 특히 청정수소발전 의무화 제도(CHPS)로 발전사업자가 일정 비율 이상의 수소발전을 확보토록 하고 있다.
이러한 정책의 목표는 재생에너지 확대에 따른 전력계통 안정성 확보와 탄소중립 달성을 동시에 달성키 위한 전략적 수단으로 여겨진다.
당진시가 추진하고 있는 수소전소 발전사업도 전력계통 안정성을 확보키 위한 대응책이다.
한편 당진시는 재생에너지 확대가 전력계통의 구조적 변화도 함께 가져오는 만큼 유연성 자원인 수소발전으로 장기적 에너지 저장, 계통 관성력 확보, 탄소중립 발전을 동시에 수행하는 수소특화단지 지정을 최우선 과제로 삼고 있다.
