ECO ECONOMY  2022.07.28

#11. 그린 리노베이션
오래된 화력 발전소에서 찾은
탄소중립의 새로운 방법?
노후 발전소에 친환경이라는 새로운 가치를 더해
현대화하는 ‘그린 리노베이션(Green Renovation)’!
그린 리노베이션은 과연 화력발전소를 환경오염 유발원에서
탄소중립의 시작점으로 변신시킬 수 있을까?
이시훈 교수
전북대학교 자원에너지공학과
오래된 화력 발전소에서 찾은 탄소중립의 새로운 방법?

지구 곳곳에서 일어나는 이상기후를 해결하고 지구를 지속가능하게 유지하기 위해 전세계가 ‘탄소중립’을 가장 중요한 과제로 인식하고 있다. 이에 따라 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료에 대한 과도한 의존도를 낮추고 탄소를 배출하지 않는 새로운 에너지 사회를 이루기 위해 세계 각국이 발 빠르게 변화하고 있다.

풍력, 태양광 등의 재생에너지는 이미 우리 사회의 한 축이 되었고 탄소중립이라는 전 지구적 과제의 유력한 해법으로 인식되고 있다. 그러나 에너지 생산의 불안정성과 여전히 높은 생산 및 분배 비용으로 화석연료 사용 의존도는 쉽게 줄어들지 않고 있다. 한편 노후된 화석연료 발전소를 지속가능한 미래형 발전소로 재창조하는 ‘그린 리노베이션’은 탄소중립 시대로 넘어가는 현재의 과도기적 시기에 대응하는 과정이라고 할 수 있다.

그린 리노베이션이 곧 국가의 경쟁력! 

석탄 발전소 효율 향상에 따른 이산화탄소 배출 저감(자료 출처: Toby Lockwood, International Center for Sustainable Carbon, 2020 토니 락우드, 지속가능탄소 국제센터, 2020)

그린 리노베이션은 효율이 낮고 탄소 배출이 많은 노후된 에너지 설비들을 미래의 탄소중립 사회에 적합한 스마트 에너지 설비로 전환하는 것을 말한다. 이를 위해 주요 설비 교체, 핵심 성능 개선, *디지털 트윈 등의 4차 산업 기술을 적용한다. 또한 기존의 부지, **송배전망 등의 인프라를 최대한 이용하면서 에너지 전환 효율을 최고로 향상시켜 에너지와 환경이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하도록 기여한다. 특히 탄소 배출이 높은 석탄을 탄소 배출이 낮은 천연가스 또는 재생에너지 자원인 바이오매스, 폐기물 등으로 대체해 생산 전력 대비 탄소 배출량을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 실제로 석탄 대신 천연가스를 이용해 전력을 생산하는 경우 탄소 배출량이 30~40% 정도 낮아지는 것으로 알려져 있다. 한편 화력 발전소의 효율을 향상시켜 연료 사용량을 줄여 탄소 배출량을 감소시키는 방법도 있다. 화력 발전소는 석탄·천연가스 등을 연소시켜 만든 증기가 터빈을 움직여 전기를 생산한다. 증기의 온도가 상승하면 발전소의 효율이 높아지고 그에 따라 석탄·천연가스 등의 소비량이 줄어들면서 탄소 배출량이 낮아진다. 예를 들어, 현재 전세계에서 가장 많이 이용되고 있는 ***아임계 석탄 발전소의 온실가스 배출량은 kWh당 1,140g을 초과하나 그린 리노베이션을 통해 ****초초임계 석탄 발전소로 개조하면 kWh당 700g으로 38% 이상의 탄소 배출 저감을 달성할 수 있다.

그린 리노베이션은 ESG 기조의 확산에 따라 *****좌초자산으로 인식되고 있는 전통적인 화석연료 기반의 에너지 생산 설비들을 새로운 가치를 생산하는 자산으로 변화하게끔 만든다. 더욱이 에너지의 안정적인 공급과 소비는 국가의 핵심 가치이자 경쟁력이기에 이를 더욱 효율적으로 만드는 그린 레노베이션은 국가의 에너지 안보에 큰 기여를 할 것이다. 즉 기업의 경영뿐만 아니라 국가 경제 차원에서도 그린 리노베이션은 매우 중요한 수단이라 할 수 있다.

*디지털 트윈(Digital Twin): 현실세계의 기계나 장비, 사물 등을 컴퓨터 속 가상 세계에 구현하는 기술
**송배전망: 발전소에서 생산된 전력을 가정까지 전달하는 전력선 연결 체계
***아임계 석탄 발전소: 전력 생산을 위해 이용되는 증기의 조건이 대략 560℃ 이하(250bar 기준)의 발전 플랜트
****초초임계 석탄 발전소: 전력 생산을 위해 이용되는 증기의 조건이 590℃ 이상 620℃ 이하(250bar 기준)의 발전 플랜트, 한편 초임계 석탄발전소는 전력 생산을 위해 이용되는 증기의 조건이 560℃ 이상에서 590℃ 이하(250bar 기준)의 발전 플랜트를 뜻한다.
*****좌초자산: 미래의 상황 변화로 인해서 자산가치가 하락해 가치가 없어지거나 부채로 전환되는 자산

줄지 않는 석탄화력 발전, 어떤 대안이 있을까?

세계 2위의 석유회사인 영국의 BP(British Petroleum)사가 2021년 발표한 보고서 ‘에너지 전망(Energy Outlook)’을 보면 선진국을 중심으로 빠르게 재생에너지가 보급되고는 있지만 전세계의 석탄 수요는 2040년까지 현재의 기조를 유지될 것으로 예상하고 있다. 더불어 최근 일어난 우크라이나 전쟁으로 인해 천연가스 공급이 불안정해지면서 천연가스 공급 부족을 겪게 된 유럽 전력 시장에서 석탄화력 발전소 이용이 다시 확대되고 있다. 또한 인도, 터키 등의 개발도상국가들은 자국 내 에너지 소비가 증가함에 따라 상대적으로 저렴한 화석연료에 의존하며 석탄화력 발전소의 규모를 유지하고 있다.

하지만 석탄화력 발전에 대한 의존을 줄이기 위한 세계적인 흐름 역시 거세다. 지난 2021년 미국 정부의 에너지부는 미국 내에 존재하는 252GW 규모의 석탄화력 발전소를 탄소중립에 기여하는 미래형 발전소로 전환하기 위한 정책인 ‘콜 퍼스트(COAL FIRST)’를 발표하고 석탄 발전소의 개선에 대한 적극적인 지원을 약속했다. ‘FIRST’라는 단어로 축약되는 핵심적인 내용은 운전의 유연성 향상(Flexible), 40% 이상의 고효율 및 탄소포집과 활용(Innovative), 신재생에너지의 단점 보완을 통한 전력망 안정화(Resilient), 50-350MW 규모의 중소형(Small), 모듈형 표준화 발전(Transformative)으로 그린 리노베이션과 그 흐름을 같이하고 있다. 현재 미국 정부는 이와 관련된 4개의 실증 프로젝트들을 위해 8천만 불을 지원하고 있다.

콜 퍼스트 정책으로 개발되는 미래의 석탄 화력 발전 플랜트의 주요 특징(자료 출처: NETL, National Energy Technology Laboratory, 국립에너지기술연구소)

또한 주로 1950~60년대 지어진 낙후된 발전 설비를 가동하고 있는 우즈베키스탄은 자국 내 에너지 공급의 안정성을 높이면서 이와 동시에 환경 오염물 배출을 줄이기 위한 방법 중 하나로 무바렉(Mubarek) 가스화력발전소의 그린 리노베이션을 국내 환경사업자 1위인 SK에코플랜트를 통해 진행하고 있다. 1985년 건설한 무바렉 가스화력발전소의 노후된 시설을 현대화하면서 최신의 환경유해물질 저감 시스템을 적용해 인접 지역의 환경 유해 물질 확산을 제어하고, 에너지 공급의 안정성까지 한층 끌어올릴 예정이다.

그린 리노베이션, 에너지 위기를 탄소중립의 기회로!

우크라이나 전쟁이 발발하면서 러시아의 주요 수출 품목인 천연가스와 석유의 공급이 급격히 감소했다. 이 같은 현상은 석유를 포함한 화석연료 가격의 급등을 야기하고 세계 각국의 에너지 안보에 심각한 영향을 끼치고 있다. 그리고 이러한 에너지 공급 불안정성과 비용 증가는 세계 각국이 자국 내의 에너지 정책을 돌아보는 계기를 만들고 있다. 특히 노후화되어 활용 가치가 떨어진 저효율의 에너지 생산 시스템이 새로운 사회 문제로 떠오르고 있다. 따라서 탄소중립이라는 인류의 공통적인 목표 달성에 기여하면서도 국가의 핵심 의제로 떠오른 에너지 안보와 *에너지 믹스(Energy Mix)를 동시에 달성할 수 있는 새로운 기술이 요구되고 있는데, 이에 대한 해결책 중 하나가 바로 그린 리노베이션인 것이다. 더욱이 기존의 각종 기반 시설들을 최대한 이용한다는 측면에서, 그린 리노베이션은 최소 비용으로 최대의 효과를 얻을 수 있는 가장 경제적인 해법이기도 하다.

노후화된 발전소들이 지속적으로 늘어나는 현재의 추세에 비추어 볼 때 효율 증대 및 스마트화를 이루는 그린 리노베이션 시장은 지속적으로 확산될 것으로 보여진다. 이상기후와 환경오염의 주범으로 낙인 찍힌 발전소들이 그린 리노베이션을 통해 탄소중립을로 향하는 초석이 되어주길 기대해 본다.

*에너지 믹스(Energy Mix): 에너지 공급의 효율성을 높이기 위해 다양한 종류의 에너지 공급원을 적절히 혼합 사용하여 사용하는 방법.

이시훈 전북대학교 자원에너지공학과 교수는 한양대학교 화학공학과를 졸업했다. 이후 한국과학기술원 화학공학과 석사 및 생명화학공학과 박사 학위를 받았으며 한국에너지기술연구원 선임연구원을 역임했다.