장흥군이 200MW급 수소연료전지 발전소를 유치했다며 매일 언론에 자랑하고 있는 수소연료전지 발전소는 과연 무엇이며 실현 가능성이 있는지?
또 도대체 무엇을 만들고 무엇을 얻고자 하는지 본지가 심층 취재했다.
-도대체 수소연료전지 발전소는 무엇인가?
수소연료전지 발전소는 이론적으로 수소와 산소를 결합시켜 전기와 열을 생산하는 신재생에너지 부분에서 획기적인 방법이다.
수소와 산소를 결합시키는 설비는 스택이라는 설비가 사용되는데
여기에서 공기 중의 산소와 천연가스를 개질한 수소를 결합시켜 전기를 얻는 방식이다.
수소연료전지의 핵심은 수소이며 그 수소를 만들어내는 방법은 대단히 어려운 과정을 거쳐야 한다.
또 수소를 생산하는 과정에서 많은 량의 이산화탄소가 발생하여 대기 오염의 주범으로 꼽히고 있는 실정이다.
수소는 매우 가벼운 물질로 폭발성이 아주 강하며 저장과 운반에 기술력과 그에 따른 많은 경비가 소요된다.
자동차에 사용되는 수소 충전소를 만드는데 약 30억원이 들어가는 것을 보면 수소를 제조, 운반, 충전과정이 얼마나 위험한지를 짐작할 수 있다.
수소연료전지 발전소에 필요한 수소의 제조 방법은 3가지로 분류되지만 주로 천연가스인 LNG를 개질하는 과정에서 얻어지는 수소를 사용된다.
첫 번째는 석유제품을 정유할 때 자연적으로 발생하는 부생수소가 있는데 이는 여수나 울산의 정유공장에서 생산하고 있으며 이동, 저장 등에 어려움이 따르며 위험성도 함께 한다.
또한 생산량도 연료전지 발전소에 사용하기는 턱없이 부족한 량으로 수소연료전지 발전소에는 적합하지 않다.
두 번째는 천연가스인 LNG를 개질하여 수소를 얻는 방법인데 대량의 수소를 얻을 수 있지만 그만큼의 천연가스가 많이 필요하며 천연가스를 개질하는 과정에서 다량의 이산화탄소가 발생하여 대기를 오염의 주범으로 지적되고 있다.
세 번째 방법은 물을 전기분해하는 방법인데 이 방법은 이론상으로는 쉽게 생각되나 비싼 백금이 촉매로 쓰여서 경제성에서 맞지 않는다.
소규모로 발전하는 전기 자동차에는 이 방법을 쓰고 있지만 백금촉매의 가격이 자동차의 40%에 이른 점이 단점이며 니켈이나 구리를 이용하는 촉매를 지속적으로 개발하고 있다.
이와 같은 이유로 국내의 수소연료전지 발전소를 가동하기 위해 수소를 얻는 방법은 대부분이 천연가스 LNG를 개질하는 방식을 택하고 있다.
장흥군이 말하는 수소연료전지 발전소 앞에는 천연가스 또는 LNG라는 용어가 반드시 들어가야 맞다.
즉 LNG수소연료전지 발전소라고 해야 한다. 천연가스인 LNG를 개질해서 수소를 발생하여 그 수소와 대기중의 산소를 결합하여 전기를 얻는 방법인 것이다.
여기에서 열과 물이 같이 생성된다.
수소와 산소를 결합시키는 방법은 스택이라는 설비가 필요하며 이 설비는 우리나라 포스코에너지에서 개발하고 설치하여 관리하고 있으나 이 회사는 수소연료전지 사업을 시작한 10년전부터 지금까지 6천억~1조원에 달하는 엄청난 적자를 면하지 못하고 있는 실정이다.
결과적으로 세계 어디에서도 수소를 대량으로 저렴하게 만드는 방법은 확보되지 못하고 있다.
-LNG공급과 송전선로는 어찌 할 것인가?
장흥군이 추진하고 있는 200MW급 LNG수소연료전지 발전소는 엄청난 량의 LNG가 필요하며 생산된 전기를 수요처에 공급하기 위해서는 고압송전선로인 송전탑은 만들어야 하며 발전에 필요한 다량의 LNG공급을 위해서는 LNG전진기지가 필요하다.
LNG전진기지는 우리나라에서 몇 개 안되는 국가 시설이며 수심이 깊은 바닷가에 국가사업으로 추진되며 사업예산은 수조원에 이른다.
이는 20만톤 규모의 LNG벌크선이 접안해야 하며 육지에 여러 개의 저장탱크가 있어야 한다.
장흥군이 추진하는 200MA급 LNG수소연료전지 발전소를 가동하기 위해서는 먼저 접근성이 용이하고 수심이 깊은 바닷가에 국가사업으로 LNG전진기지 건설이 우선이다.
또 200MW의 전기를 공급하기 위해서는 장흥에서 수도권까지 송전선로가 별도로 설치되어야 한다.
전기 송전선로는 기존 장흥군에 공급되고 있는 전기를 차단하고 수소연료전지 발전소에서 생산한 전기를 연결하면 된다는 생각을 가지고 있는 일부 군민이 있긴 하지만 전기 송전 설비의 전력계통망은 그렇게 간단하지 않다.
장흥에서 신규로 생산되는 전기는 수요가 많은 수도권에 공급하는 것이지 전기가 충분한 장흥군에서 자급하는 것은 절대 아니기 때문이다.
밀양송전탑 사건 이후로 우리나라의 송전선로를 신규로 개설하는 문제는 지역주민과 환경단체의 반대로 쉽지 않으며 예산 또한
쉽게 볼 일은 아니다.
-제9차 전력수급기본계획은 어찌 할 것인가?
제9차 전력수급기본계획은 2019년부터 2033년까지 15년간 우리나라 전력 생산과 소비에 대한 계획을 세우는 일이며 현재 전문가 19명의 위원이 선임되어 이미 1차 회의를 마치고 자료수집 작업에 돌입했다. 여기에서 모든 자료를 수집하여 오는 연말에 기본계획을 수립한다는 방침이다.
제9차 전력수급기본계획은 최근 공개된 제3차 에너지기본계획(안)에 의거 미세먼지, 온실가스 문제 해결을 위해 석탄발전소 조기폐지, LNG발전소 대체건설 등을 중점 논의하여 계획을 세우는 것이 유력시 되고 있다.
위의 기본계획에서 장흥에 건설예정인 200MW급 LNG수소연료전지 발전소에 대한 타당성 조사도 함께 할 것으로 예상되며 여기에서 LNG공급의 타당성과 송전선로 건설의 타당성, 발전소 가동에 따른 환경변화, 발전소 가동이 지역에 미치는 영향, 발전소 가동 시 손익, 등을 판단하여 제9차 전력수급기본계획에 포함여부를 결정하게 된다.
여기에서 미세먼지 저감대책, 온실가스 발생문제에 대해서는 정부 방침에 따라 긍정적인 판단을 하게 될지라도 LNG공급, 송전선로 등에서는 부정적인 판단을 할 것이 예상되어 해당산단에 세워질 예정인 200MW급 LNG수소연료전지 발전시설은 부적합 판정을 받을 수 있다.
-수소연료발전소의 국내외 사례
우리나라는 크고 작은 수소연료전지 발전소가 41곳 가동하고 있으며 전체 발전용량은 308MW에 이르고 있다.
이를 평균으로 내보면 1개 수소연료전지 발전소에 10MW가 조금 넘는 수준의 발전소가 가동되고 있다고 보면 된다.
통계에서 보듯이 LNG수소연료전지 발전소는 규모가 10~20MW수준의 소규모 발전소 행태로 운영되고 있는 점을 우리는 직시해야 한다.
경기도의 경우 화성시에 세계에서 가장 규모가 큰 58MW용량의 경기그린에너지를 운영하고 있다.
여기에는 LNG수소연료전지 발전소의 특성상 여러 개의 회사가 합작형태로 운영되고 있는데 연료전지부분의 핵심기술이며 수소와 산소의 반응 설비인 스택 2.8MW짜리 21개를 설치 공급하고 유지, 관리하는 포스코에너지가 5년도 못되어 절반이상의 스택이 수명을 다하여 가동률이 40%에도 미치지 못하고 있는 실정이다.
거기에서 포스코에너지는 경기그린에너지에 설비공급, 유지관리에 3천억원 이상의 적자를 기록하고 있다.
포스코 에너지는 스택의 신규설치, 유지관리에 회의적인 입장을 보이고 있어서 향후 외국기업의 한국진출이 우려되고 있기도 하다.
이외에도 포항, 대전 등 여러 지자체에서 크고 작은 수소연료전지 발전소를 운영하고 있거나 새로 지을 계획을 가지고 장흥군처럼 양해각서 등을 체결하고 사업을 진행하고 있으나 그 앞날은 그리 밝지 않다.
-왜 서로 하려고 할까?
수소연료전지 발전시스템은 이미 170년 전부터 유럽에서 개발되어 에너지 혁명을 꿈꾸었으나 지금까지 저비용으로 수소를 얻는 방법이 확립되지 않아 크게 발전되지 못하고 있는 기술이지만 과학자들의 지속적이 연구로 어느 정도 기술 개발이 이루어 졌다고 하더라도 아직까지 확립된 기술로 저비용 수소를 얻지 못하여 대규모 발전시설을 만들지 못하고 있다.
수소연료전지 발전소는 천연가스를 개질하지 않고 그 이름만 가지고는 지금까지 나온 발전방식에서 질산화물, 황산화물, 분진 등이 발생하지 않아 가장 친환경적이라는 결과를 토대로 하고 있다.
거기에 힘입어 정부의 수소정책 발표로 수소연료전지 발전소가 마치 황금을 캐는 사업인 것처럼 말하고 있으나 이는 대부분의 발전소가 정부 보조금에 의지하고 있는 형태이며 그런 결과로 소규모 발전소를 운영하고 있는 것이며 대규모 발전소는 연료전지 전용 발전용 LNG 요금할인제에 기대를 걸고 있는 모습이다.
이외에도 수소연료전지 발전소는 24시간 가동하여 98%의 가동률과 설치면적의 효율성을 이점으로 들 수 있다.
그러나 발전소가 정부나 지자체의 지원을 받는 대신에 발전소 인근 주민에게 투자해야 하는 부분도 있다,
발전사업자는 법률에 따라 총투자 금액의 1,5%를 지역 공익사업에 사용해야 하며 발전소주변 지원에 관한 법률에 따라 매월 일정액을 지역 공익사업에 사용해야하기 때문에 정부지원금에 의지해서 사업을 시작했다가는 문제가 될 수도 있다.
또, LNG개질 수소연료전지 발전소는 일반적으로 화력발전에 해당하는 LNG발전소에 비해 발전단가가 1,5% 높게 나타난 것으로 확인되어 효율이 낮다는 평가이다.
실제, 산업자원부 자료를 국회에서 분석 한 결과 LNG 수연료전지 발전소는 LNG를 이용한 화력발전소에 비해 경제성, 환경성이 떨어진 것으로 나타나고 있다.
즉, 전기 1KW를 생산하는데 LNG수소연료전지 발전소는 LNG를 0.15kg 사용하고 이산화탄소 0.40kg이 생성되며, LNG화력발전은 같은 전기를 생산하는데 LNG 0,13kg이 사용되고 이산화탄소는 0,35kg이 생성되는 것으로 조사되었다.
이를 토대로 장흥군의 해당산단에 들어설 예정인 200MW급 LNG수소연료전지발전소의 하루 LNG소모량은 70만kg이 넘으며 이산화탄소 발생량은 200만kg에 육박할 것으로 추정된다.
그러므로 수소연료전지 발전단가는 1kw/h 당 250원 이상이 소요되어 태양,풍력 등 신재생에너지보다 2배가 넘게 비싸게 생산되는 것을 알 수 있다.
이는 우리나라 LNG수소연료전지 발전 계획에 큰 차질을 줄 것으로 생각되는 부분이다.
국가 전략사업을 국가에서 주는 보조금이 욕심나서 한다는 것은 문제가 아닐 수 없다.
-장흥군은 어쩔 계획인가
장흥군은 1조 4천억원의 수소연료전지 발전소를 유치했다며 각 읍,면 사회단체 등을 통해 각 거리마다 현수막으로 도배하다시피 하고 있으며 군민들로 하여금 마치 수소연료발전소 유치가 확정되어 2021년에는 첫 삽을 뜰 것 같이 홍보하고 있다.
거기에 화석연료인 LNG를 기조로 한다는 말은 어디에도 찾아볼 수 없이 단순한 수소연료전지만을 이용하여 발전소를 지어 가동하는 것처럼 홍보하고 있다.
위에서 열거한 여러 가지 문제와 풀어야 할 것들에 대해서 장흥군 담당자에게 물어본 결과는 현수막의 홍보내용과는 많이 다르며 많이 축소된 사업으로 대답했다.
즉, 장흥군에서 추진하는 LNG수소연료전지 발전소는 처음 20MW로 출발하여 차츰 확장한다는 계획이라고 대답했다.
그렇다. 20MW급 LNG수소연료전지 발전소는 환경영향평가도 필요하지 않으며 제9차 전력수급기본계획에도 적용되지 않으며 산업자원부 산하 전기위원회에서 허가만 받으면 된다. 주 연료인 천연가스 LNG전진기지도 필요 없으며 송전선로인 송전탑도 필요하지 않다.
장흥군의 대답은 현재 발전소의 주 연료인 LNG는 장흥군 일반가정에서 사용하고 있는 LNG선로를 사용하며 송전선로는 장흥읍 운치마을에 있는 장흥군 변전소로 전기를 공급하며 해당산단에서 변전소까지의 선로는 지하로 매설한다는 계획이라고 답했다.
- 당초 말했던 200MW는 언제 실현될까?
장흥군과 사업자는 복잡한 신규 발전소 건립계획을 대폭 축소하여 처음 20MW짜리 만들어서 가동한다는 계획이고 보면 장흥군에서 추진하는 2013년까지 200MW는 꿈으로 남을 확률이 높다.
처음 100MW이상을 2010년에 착공하여 시행한다면 당초 계획과 말이 맞지만 그러지 않고서는 이미 물 건너 간 사업이라는 결론이다.
이에 대해 환경전문가들은 “장흥군이 제시한 2013년까지는 잘해야 40MW급 정도를 건설하면 아주 성공한 사례가 될 것이다.”라고 말하고 있다.
장흥군이 아직 확정되지도 않은 사업을 가지고 떠들썩하게 한 이유에 대해서는 조금 더 시간이 필요할 것이다.
수소연료전지 전문가들은 하나 같이 100MW급 이상의 대규모 수소연료전지 발전소는 주원료인 수소를 대량으로 만드는 기술이 세계적으로 확립되어 있지 않아 무조건 적자가 예상되고 소규모 연료전지 발전소는 정부보조금 등을 포함하기 때문에 우리나라에서는 그런대로 운용할만하다고 평가하고 있어서 장흥군이 추진하는 대규모 발전시설은 중간에 소규모 발전소로 전락할 확률이 높다고밖에 볼 수 없다.
선진국들도 하지 못하는 기술을 OECD국가인 우리나라에서 세계최대 규모의 58MW급 LNG수소연료전지 발전소가 있는 이유를 다시 생각해볼 필요가 있는 대목이다.
세계적으로 수소연료전지 발전소가 신재생에너지의 대안으로 확정되었다면 선진국이서는 이미 200MW가 아니라 수천 수만MW의 수소연료 발전소를 가동하고 있지 않을까?
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