수소연료전지가 재생에너지 밀어낸다
수소연료전지가 재생에너지 밀어낸다
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  • 이상복 기자
  • 승인 2019.03.04 07:10
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전력수요 부하추종 운전 사실상 불가…경직성 전원으로 역기능
▲가동중인 발전용 연료전지 시스템 (기사와 직접 관련 없음)
▲가동중인 발전용 연료전지 시스템 (기사와 직접 관련 없음)

[이투뉴스] 발전용 대용량 수소연료전지가 에너지전환의 핵심수단인 태양광·풍력 등의 재생에너지 확산을 되레 가로막게 될 것이란 지적이 나오고 있다. 경제성이나 기술적 문제로 발전량 조절이 어려운 연료전지가 대량 설치돼 운영되면, 원자력처럼 전력계통내 경직성 전원(電源) 비중이 상승해 그만큼 재생에너지 유입이 어렵게 될 것이란 분석이다.

정부는 올 초 ‘세계 최고수준 수소경제 선도국 도약’을 천명하면서 3년내 1GW, 2040년까지 8GW의 발전용 연료전지를 국내에 설치키로 했다.(가정·건물용 2.1GW, 수출기대량 7GW 제외) 하지만 두 발전원간 배타적 기술특성 탓에 결국 고가의 연료전지를 돌리고 재생에너지를 구축(驅逐)하는 결과가 초래될 수 있다는 게 전문가들의 우려다.

24일 산업통상자원부와 연료전지 업계에 따르면, 작년 말까지 전국에 설치된 발전용 연료전지 340MW는 특별한 설비고장이 발생하지 않는 한 원전처럼 24시간 365일 발전연료인 천연가스(LNG)를 소비하며 용량대로 전력을 생산한다. 또 이 기준에 따라 설비공급사와 발전사업자는 스택 등 핵심부품에 대한 장기유지보수계약(LTSA)을 체결하고 있다.

발전사 관계자는 “보통 10년 단위로 LTSA를 체결하는데, 상시가동을 전제로 한다”며 “출력조절은 스택에 부담을 주는데다 설비용량이 기당 수백kW에 불과한 설비를 가스발전기처럼 동시 기동-정지하는 것도 어렵다. 앞으로 기술적인 부분이 해결된다 해도 상시가동이 아니면 경제성이 크게 하락하는 문제가 있어 부하추종 운전은 어렵다”고 설명했다.

이 때문에 발전사들은 부품교체 등 정비가 필요한 연료전지만 1,2기씩 멈춰 세워 순환정비를 벌이고 있는 것으로 전해졌다. 두산이 제작·공급하는 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 완전정지 상태서 재가동까지 예열, 온도체크, 기동 등에 보통 2시간이 소요되며, 설비에 무리가 가지 않도록 서서히 출력을 높이는 것으로 알려졌다.

여기에 최근 보급이 크게 확대되고 있는 SOFC 방식(블룸에너지)은 부하추종 운전 시 셀의 열관리와 수명에 치명적 문제가 발생, PAFC보다 출력조절이 한층 어렵다는 게 연료전지 전문가들의 전언이다. 이래저래 연료전지와 원전은 부하조절이 어렵고 연중 이용률이 경쟁력을 좌우한다는 점에서 유사한 점이 많은 셈이다.  

전력당국 한 관계자는 “이런 면에서 연료전지는 원전처럼 경직성 전원으로 분류하는 게 맞다”면서 "연료전지 생산전력은 원전처럼 유연성 없이 기저부하 바닥에 깔려 재생에너지가 기술적으로 유입될 여지를 줄이게 될 것"이라고 말했다. 문제는 이런 특성을 가진 발전용 연료전지가 GW단위로 확대돼 연중 가동되는 미래 상황. 

앞서 전영환 홍익대 전기공학부 교수가 8차 전력수급계획 전원비를 토대로 2030년 겨울철 주말 순부하(Net Load) 상황을 시뮬레이션 한 연구결과에 의하면, 낮시간대 양수발전기 3Gw를 예비력으로 활용하고 2.5Gw를 펌핑해서 전력을 저장해도 재생에너지 변동성 대비 예비력을 발전기로 확보하는 경우에는 원전은 20.4GW 가운데 13GW만 가동해야 하며 태양광·풍력 등 재생에너지도 25GW로 제약을 걸어야 한다.

▲두산의 PAFC 방식 연료전지. 일부 출력조절이 가능한 것으로 전해진다.
▲두산의 PAFC 방식 연료전지. 일부 출력조절이 가능한 것으로 전해진다.

난방을 위해 정지가 어려운 열병합은 10GW만 가동한다는 전제다. 이 상태에서 추가로 생산되는 재생에너지 전력은 아예 설비가동을 멈추거나 별도 ESS(에너지저장장치)를 구축해 저장할 수밖에 없다. 이 시나리오에서 따로 고려하지 않은 연료전지 상시가동분까지 추가하게 되면, 그만큼 변동성 전원인 재생에너지 출력을 더 제약해야 한다는 얘기다. 

연료비 ‘0원’짜리 전원을 멈추는 대신 LNG기반의 연료전지 수GW를 써야하는 상황에 맞닥뜨리는 셈이다. 물론 PAFC처럼 일부 연료전지는 수소이용률이나 연료공급량 등을 조정하는 방식으로 현재 기당 200~440kW까지 전력생산량 증감이 가능하다는 주장도 있다. 하지만 출력증감 속도나 그에 따른 부품내구성 및 경제성 하락정도는 베일속이다.

산업계는 정부가 충분한 검토없이 발전용 연료전지 보급을 밀어붙이고 있다고 꼬집고 있다.

한 공학전문가는 "선택과 집중을 통해 국가재원이 사용돼야 하는데, 과연 연료전지는 그런 방향성에 부합하는가 의문이다. 8GW로 단순계산해도 연간 보조금만 12조원 이상을 국민이 전기료로 지불해야 한다"면서 "이런 문제를 정부와 정책당국자들이 조금도 고민하지 않았다는 건 국가적으로 큰 문제"라고 직격했다.

이 관계자는 "연료전지 산업화는 투입비용과 향후이익에 대해 계산해야 그 수혜 분배도 설계할 수 있다. 과거처럼 정부가 벌리기만 하면 국민 모두가 혜택을 누리는 시대가 아니"라면서 "정부가 기술과 시장에 대한 지식과 이해없이 옛 방식으로 몰아붙이는 건 매우 위험하다. 연료전지 보급을 위시한 수소경제의 전면 재검토가 시급하다"고 덧붙였다.

전력계통의 안정성을 고려할 경우 연료전지 보급보다는 수소를 연료로 터빈을 돌려 전력을 생산하는 수소발전기 개발에 연구개발 역량을 집중시켜야 한다는 견해도 나온다.

전영환 교수는 "일본은 연료전지 뿐 아니라 수소발전기를 개발해 현재 고베지역에 1MW급 발전기를 운용중이며, 대형 발전기의 경우 LNG와 혼소하는 방식으로 수소비중을 30%까지 높이는 기술을 개발했다"면서 "계통 안정성 측면에선 수소발전기 형태로 도입하는 것이 바람직하기에 이에 대한 연구개발이 시급하다"고 조언했다. 

이상복 기자 lsb@e2news.com



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신재생 2019-03-19 09:33:24
이 양반은 연료전지만 계속 까는 거 보니 태양광이나 풍력업체한테 뭘 얻어드셨나 ㅎㅎ

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