[특별기고] ‘자가열병합+ESS+집단E’ 에너지신산업 윈-윈 모델

에너지 프로슈머 가능, 전력피크도 낮춰 국가 전력그리드 안정 기여

에너지 이용효율·수요관리 효과 탁월…효용가치 준한 보급정책 필요

[이투뉴스] 지난해 9월 경주에서 5.8규모의 대지진과 여진이 이어지고, 향후 더 큰 규모의 지진 발생 가능성이 예고돼 대규모 정전 등 에너지공급 안정성 문제가 이슈로 떠올랐다. 국내 전력공급시스템은 자연재해 시 피해규모와 정전 범위가 넓은 원전, 화력발전 등에 크게 의존하는 중후장대형 에너지공급시스템으로 취약성이 그대로 드러났기 때문이다.

이에 따라 자연재해로 인한 피해범위가 적고 대응조치가 빠른 분산형 전원이 지진 이후 대규모 에너지공급시설의 운영 중단 사태에 대비한 현실적 대안으로 부상하고 있다. 특히 일본의 잦은 지진 및 후쿠시마 원전사태에서 생존을 위한 전원으로서 그 가치가 증명된 분산형 전원에 대해 국내에서도 합리적 보급정책을 적극적으로 검토해야 한다는 목소리가 크다.

현재 우리나라는 전력 공급체계가 대형 및 원거리 송전이 불가피한 중앙 집중 공급방식이다. 이런 공급방식에서 첨두부하의 증가는 큰 비효율성을 유발하는 한계가 있어 소비처 인근이나 자체설비 운영으로 피크 시간대에 신속하게 대응하면서 송전부하에도 영향을 미치지 않는 전원 공급이 필요하다. 이러한 전원을 분산형 전원이라고 정의한다.

정부는 제2차 에너지기본계획에 분산형 전원의 보급을 현재 5%에서 2035년 15%까지 확대하겠다는 목표를 제시했다. 하지만 현실은 그리 녹록치 않다. 분산형 전원의 대표격인 태양광, 풍력 등의 재생에너지는 생산 컨트롤이 불가능하고 가동률이 낮으며 투자비가 막대해 정책목표를 재생에너지로 채우기에는 한계가 있다. 이러한 한계를 극복하거나 보완할 수 있는 양질의 분산형 전원이 반드시 필요한데. 가장 적합한 시설로 자가열병합발전을 들 수 있다.

자가열병합발전은 단위건물 내에서 가스엔진이나 가스터빈 등의 원동기를 구동, 전기와 열을 동시에 생산·이용해 에너지효율을 극대화 시킨 고효율 종합에너지시스템이다. 산업체, 대형건물, 공동주택 등에 주로 설치돼 자가 사용을 목적으로 하며, 소규모 형태로 건물 단위에 최적화해 설치되는 진정한 의미의 분산형 전원인 것이다.

자가열병합발전은 에너지 밀도가 높은 단위건물에 도입돼 연간 안정적인 기저부하 운영을 하고 전력수요가 급증하는 동·하절기 전력피크 시간대에는 추가 가동을 통해 피크를 낮춰 국가 전력그리드 안정에 크게 기여한다.

이와 함께 하절기 국가 전력망 수요를 가스수요로 대체하는 효과도 있어 에너지원간 수급 불균형을 해소하며, 가스저장시설과 발전소 건설비용, 송전손실비용을 저감시킨다. 아울러 청정에너지인 천연가스 사용으로 온실가스 감축 및 대기환경개선에 기여하며, 기존 보일러와 한전수전 대비 약 23% 상당의 온실가스 저감효과를 가져온다.

또한 수요자가 전력을 직접 생산해 사용하는 자가소비자이면서, 외부에 남는 전력의 판매가 가능한 전력 공급자가 되는 에너지신산업 프로슈머 모델이 가능하다. 미래 전력효율 향상 네트워크인 마이크로 그리드 활성화에 크게 기여하는 시스템인 셈이다.

◆해외는 다양한 정책 지원, 국내는 소외

자가열병합발전은 해외에서 기후변화 대응과 분산형 전원으로 주요한 입지를 차지하고 있다. 독일의 경우 열병합발전 정책을 에너지절감 및 기후변화대응에 가장 중요한 수단으로 인식해 ‘CHP 법’을 통해 다양한 지원을 펼치고 있다. 현재 약 16%인 열병합발전 생산전력을 2020년까지 총 발전량의 20% 수준으로 향상시킨다는 목표다. 이를 위해 설치 지원금과 운전 지원금(40~104원/kWh)을 보조해 5년 내 투자비 회수가 가능하도록 지원하고 있으며, 신축건물의 경우 25% 이상, 건물을 수리할 경우 12.5% 이상을 재생에너지열 또는 열병합발전 의무설치토록 법제화시켜놓고 있다.

일본도 법규에 기반한 에너지 효율화 및 전기수요 평준화를 위한 전력수급 균형에 중점을 두고 자가발전을 적극 활용하고, 지원책을 펼치고 있다. 천연가스 열병합발전에 대해서는 설계 및 시설비용의 2분의 1(공공), 3분의 1(민간) 투자비 지원을 통해 초기투자 부담을 줄여주고 있다. 후쿠시마 원전사고 이후에는 전력공급 능력 확대를 위해 자가발전설비 등 분산형 전원의 활용도를 높이고 있다.

반면 우리나라의 경우 현재 사업자의 상업적 목적으로 가동되는 집단에너지 열병합발전을 제외하고 순수한 자가열병합발전 보급용량은 15년말 기준 약 200MW로 국가 발전용량의 0.2% 수준에 불과하다. 이는 정책지원에서 소외돼 보급에 어려움을 겪고 있기 때문이다.

설치장려금의 경우 2% 수준(㎾당 5만원, 1억원 한도)의 지원에 그쳐 전력사용량이 많은 산업체 및 대형 업무시설에서는 고정비 회수가 장기화돼 도입을 기피하는 실정이다. 25평형대 이상 공동주택의 경우 자가발전으로 전기요금 누진제 회피를 통해 자립적 경제성 확보가 가능하나, 집단에너지 고시지역 내는 전력수요가 높은 중대형 평형 공동주택 다수가 밀집돼 도입의 니즈가 큼에도 불구하고 법률적으로 자가열병합발전의 진입이 제한되고 있다.

또한 운전 지원금 등 변동비에 대한 지원정책이 없어 에너지요금 변동에 따른 운영시간 감소, 운영중단 등의 문제가 발생한다. 2000년대 중후반 설치한 시설의 경우 2014년까지 지속적으로 가스요금이 인상돼 업무시설 및 소형평형 공동주택은 경제성이 떨어져 운영이 중단되는 사례가 적지 않다.

자가열병합발전은 집단에너지와 구역전기(CES) 등과 같은 분산형전원에 포함되어 있으며, 부하변동에 효율적으로 운영이 가능한 차별화된 장점이 있음에도 불구하고 전력산업기반기금을 통한 초기투자비 지원 혜택이 없다. 또한 최근 산업부에서 발표한 소규모 분산자원 중계시장 추진 방안에도 제외되어 있다.

다행스럽게 일부 지자체가 분산형전원의 가치를 높이 평가해 보급 정책을 입안하고 있다. 서울시에서는 일정규모 이상 건물의 신재생에너지 설치 의무화 제도에 자가열병합발전을 포함시켜 보급을 장려하고 있으며, 경기도는 분산형 에너지 보급정책에 자가열병합발전을 포함시키는 등 보급·활용을 위한 제도를 준비 중이다.

◆자가열병합발전 보급 활성화 과제

자가열병합발전이 에너지 이용효율과 수요관리 효과가 뛰어난 분산형전원 임에도 불구하고 중앙정부 차원의 구체적이고 실효성 있는 보급정책은 매우 미흡하다. 국내 에너지 산업이 놓인 환경을 고려한 자가열병합발전에 대한 재평가와 효용가치에 준하는 보급정책이 이뤄져야 한다는 지적이 나오는 배경이다. 이에 따라 정책당국의 심도 있는 검토가 필요한 사항을 건의해본다.

첫째, 운영수요처의 투자를 유도하고 활성화하기 위한 초기투자비 지원금의 확대가 필요하다. 현재 투자비의 약 2% 규모인 한국가스공사의 ㎾당 5만원의 설치지원금으로는 산업체 및 대형업무시설의 설치를 권고하고 유도하기에는 어려움이 많다. 자가열병합발전 설치로 인한 발전설비 건설회피비용, 송전선로 손실저감 비용 등 국가 편익비용을 반영해 설치지원금을 전력산업기반기금에서 지원하는 것이 합리적이라는 판단이다. 인천대 산학협력단의 ‘소형열병합발전 보급확대방안 연구용역’ 보고서에 따르면 국가 편익비용이 kW당 약 45만원 정도로 초기투자지원 상향을 통한 보급 확대의 필요성을 뒷받침하고 있다.

둘째, 가스요금과 전기요금 변동에 대한 운영 리스크를 최소화하기 위해 발전단가 차액 보전제도(FIT) 도입이 필요하다. 유가 연동에 의한 가스요금이 급격히 상승할 경우 자가열병합발전의 운영 경제성이 저하돼 가동시간을 줄이거나 가동을 중지해야 하는 상황이 발생할 수 있다. 따라서 독일의 발전지원금제도처럼 운영수요처가 일정 사업기간 이내 투자비를 회수할 수 있도록 에너지 요금 변동에 대한 발전차액을 한시적으로 지원해 투자비를 보전해주는 제도가 마련돼야 한다.

셋째, 고효율 분산형전원인 자가열병합발전의 진입규제 완화가 필요하다. 현재 집단에너지사업법에 자가열병합발전은 열 생산시설로 분류돼 집단에너지 고시지역 내 설치 시 허가를 받아야 한다. 자가열병합발전은 전력부하에 대응해 운전되며 발생 폐열은 공동주택 기준으로 총 사용열량의 20% 미만으로 집단에너지 열공급 규모에 미치는 영향이 제한적이다.

따라서 열에너지의 효율적 이용측면에서 집단에너지사업자와 자가열병합발전 설비 설치자와 상호 윈-윈의 여지가 있다는 점에서 법으로 규제하는 것이 아니라 협력을 통한 편익증대의 여건이 마련돼야 한다.

자가열병발전협의회는 지난해 5월 집단에너지 공급지역 내 자가열병합발전의 합리적 도입방안 마련을 위해 집단에너지사업자와 자가열병합발전 운영소비자 모두의 수익 증대에 중점을 두고 인천대 산학협력단에 연구를 의뢰했다. 연구결과에 따르면 자가열병합발전과 집단에너지 연계 운전 시 집단에너지사업자 수익이 집단에너지 단독운전보다 최대 34% 증가되며, 에너지 및 온실가스 저감도 연계운전 시 최대 7% 저감되는 것으로 나타났다.

또한 분산전원인 집단에너지사업과 자가열병합발전 모두를 활성화시킬 수 있는 열병합발전의 윈-윈 모델이며, 잉여 열 거래와 소규모 전력거래가 가능한 모델로 현재 정부가 추진하고 있는 에너지 프로슈머 확산 등 에너지신산업을 활성화 시킬 수 있음을 제언하고 있다.

정부의 에너지신산업 육성 정책과 연계한 ‘ESS(에너지저장장치)+자가열병합+신재생에너지+열·전기)’의 융·복합 모델로 ESS와 자가열병합을 비상용 예비전원으로 활용해 환경개선과 시스템 이용률을 높이고, 자가열병합 생산 전력과 신재생에너지 생산 전력으로 ESS를 충전해 최대부하 시간대 차액 거래를 통해 수익을 낸다는 것이다. 또 발전배열은 집단에너지사업자와 열 거래를 통해 에너지 손실을 최소화하는 고효율 에너지신산업 모델이다.

결과적으로 ‘열 연계 및 ESS+자가열병합’ 융·복합모델을 적용할 경우 열 거래를 통한 집단에너지사업자의 수익 발생과 ESS 융·복합 분산형전원 보급 확대가 가능하므로 진입규제 없이 보급될 수 있도록 에너지사용 계획단계부터 에너지신산업 융·복합모델로 적용을 권고해야 한다.

자가열병합발전협의회는 분산형전원의 역할과 효용성에 부합한 지원정책을 통해 국가적으로 유용한 에너지 공급시스템으로 활용될 수 있도록 에너지신산업 정책과 연계한 자가열병합 융·복합 비즈니스 모델 개발에 더욱 적극적으로 나설 계획이다.