※ 이 글은 Energy Xchange 사이트에 2015년 9월 게시된 팟캐스트의 요약된 내용을 번역하였습니다. Energy Xchange는 21세기 에너지 현실을 바꾸고 경제, 국가 보안, 지속 가능성에 대한 기회와 도전 과제를 이해하기 위한 교육 계획 사이트입니다. (본문의 각주는 번역자가 삽입하였습니다. 원문 및 팟캐스트 링크: https://energyx.org/will-renewables-replace-fossil-fuels/
재생 가능 에너지에 대한 개발이 미국에서 활발해지기 시작한 지 벌써 10년이 지났습니다. 태양, 풍력 및 그 밖의 재생 가능 기술이 지속적으로 빠르게 성장하고 있지만 재생 가능 에너지가 주요 에너지원으로서 석유, 석탄 천연 가스 등을 대체하기에는 갈 길이 멀어 보입니다. 그 목표점에 도달하기 위해 무엇을 할 수 있으며 지속 가능한 에너지 경제로 전환하는 데 장애물과 제한 사항은 무엇일까요?
재생 가능 에너지에 대한 전망과 이것이 미국의 미래에 어떤 의미가 있는지에 대해 주요 쟁점을 살펴보겠습니다.
초대 손님:
Mark Jacobson –스탠포드 대학교 토목 환경공학 교수, senior fellow, Precourt Institute for Energy(프리코트 에너지 연구소) 선임 연구원, co-author, A Plan to Power 100 Percent of the Planet with Renewables(재생 가능 에너지로 100% 전력을 공급하기 위한 계획) 공동 저자
David Blittersdorf –AllEarth Renewables(AllEarth 재생 가능 에너지) 대표 및 CEO, NRG Systems(NRG 시스템) 설립자
Tom Murphy –샌디에이고 캘리포니아 대학 물리학 교수, Do the Math(숫자로 따져라) - 에너지 옵션 평가 블로그 창시자
▶ 주요 쟁점
1. 비용 : 각각의 재생 가능 기술에 대한 총 비용을 높이는 주요 요인은 무엇입니까? 예를 들어, 장비입니까? 혹은 부대 비용입니까? 어느 범위까지 비용을 지속적으로 절감할 수 있습니까? 광범위하게 사용될 수 있을 만큼 비용이 적절해질 수 있습니까?
2. 밀도/범위 : 재생 가능 에너지는 일반적으로 분산되는 에너지원입니다. 이러한 특징이 주요 에너지원이 되는 데 어떤 장단점을 가집니까?
3. 에너지 품질/지속가능성 : 재생 가능 에너지는 전기를 생산하는 데 주로 사용됩니다. 비 전기 즉, 난방 및 교통에 사용되는 경우 이것이 지속가능성에 어떻게 영향을 줍니까?
4. 저장 : 재생 가능 에너지의 저장이 얼마나 중요합니까? 저장과 관련해 자주 언급되는 문제들이 과장되어 있는 것입니까?
▶ 주요 정보
Mark Jacobson 스탠포드 대학교 교수와 Mark Delucchi 캘리포니아 대학교 교수의 연구에 따르면 미국의 에너지 시스템의 대부분 혹은 전부를 풍력, 수력 및 태양 에너지로 전환하는 것은 기술적으로나 경제적으로 (소요 비용에 따라) 실행 가능합니다. 근본적인 저해 요인은 사회적, 정치적 그리고 인지적 문제였습니다. 대부분의 대중은 자신들의 에너지가 어디서 오는지 어떤 전환이 이루어진 것인지 인식하지 못합니다.
난방, 냉방, 산업 및 교통 등 모든 분야의 전력화가 재생 가능한 경제를 가능하게 할 것입니다. 전력 자체의 효율성으로 인해 약 30%까지 미국의 총 에너지 사용량을 감소시킬 수 있습니다. 전기 최종용도 효율의 일반적인 개선으로 에너지 사용이 5-25%까지 더 줄 것으로 보입니다.
예를 들어 뉴욕 주의 경우 풍력 에너지로 50% (대부분 해안가), 태양 에너지로 43% (대부분 대형 태양광 발전소)를 충당하고 나머지를 수력 및 조력 에너지로 대체할 예정입니다. 이 계획을 위해 뉴욕 총 면적의 1% 미만이 필요하며 대부분 태양광 발전소에 쓰입니다.
단위 에너지 당 소요 비용은 킬로와트시[1]당 13 센트(한화 약 140원) 수준으로 지금의 화석 연료와 비슷하지만 에너지 사용량이 낮아 소비자의 총 지출은 줄어들게 됩니다. 재생 가능 에너지는 비용이 가장 적은 전기입니다. 아이오와 주와 사우스타코타 주에서 풍력 전기는 킬로와트시 당 3.7 센트(한화 약 40원)입니다.
미국의 경우 이러한 전환을 이루려면 약 15조 달러(한화 약 1경7천조 원)의 자본 투자 (발전에 12조 달러, 저장에 3조 달러)가 필요하며 전세계 적으로 100조 달러가 필요합니다. 현재 에너지 분야의 투자는 1조5천억에서 2조 달러 정도입니다. 하지만 투자는 시간이 지날수록 비용을 상쇄하거나 충당시킬 것입니다. – 높은 자본 비용이 들지만 연료 비가 없기 때문입니다.
재생 가능 에너지로 전환하면 공기 오염, 기후 변화와 관련된 외부 비용 또한 없습니다. 지금까지 화석 에너지로 인해 한 사람당 5천 달러(한화 570만 원)의 외부 비용이 들었습니다.
태양과 풍력 에너지의 개발이 느리게 진행되고 있으나 중국의 대량 생산으로 2008년 이후 큰 관심을 받고 있습니다. 하지만 2050년까지 100% 재생 가능 에너지로 전화하기 위해서는 배치율이 10배 이상 빨라져야 합니다.
주요 도전과제는 집중 및 저장 시스템을 필요로 하는 대부분의 재생 가능 에너지가 분산적이며 밀도가 낮다는 점입니다. 하지만 대부분 배터리 등과 같은 전기 저장에 의존하지 않습니다. 최대 수송량은 기본적으로 과도한 에너지를 사용해 물을 데우고 얼음을 만드는 현열 축열[2]을 사용할 수 있는 난방 및 냉방과 관련이 있습니다. 토양의 계절에 따른 열 저장과 양수된 물 저장을 위한 기존의 수력 발전 시설 이용 또한 중요합니다. 이러한 저장은 대부분 비용이 적게 됩니다.
전환을 오래 기다릴수록 더 어렵고 비용이 많이 듭니다. 돈과 에너지가 모두 필요합니다. 자연이 에너지에 대한 자금을 제공하고 있으며 우리는 선행 투자된 에너지가 필요할 것입니다.
▶ 그 밖의 주요 포인트
배터리와 수소를 사용한 전기 저장은 교통을 위해 중요합니다. 배터리가 더 효율적이지만 수소 저장이 비용과 규모 면에서 이점이 있어 역할을 확장할 수 있습니다.
버몬트 주는 2050년까지 교통을 포함한 모든 분야에서 재생 가능 에너지를 90%까지 대체한다는 목표를 세우고 있으며 이를 위해 3-5십억 달러(한화 약 3-5조 원)의 자본 투자가 필요합니다. 정치적으로 비교적 강력한 지원을 하고 있는 버몬트 주가 가능성을 보여주는 시험 사례가 될 것입니다.
재생 가능 에너지의 사용을 확장시키는 데 필요한 주요 과제는 다음과 같습니다.
비용을 증가시키는 불필요한 지연을 줄입니다. “시간은 돈입니다” 예를 들어, 태양광에 사용되는 비용의 50%는 "부대” 비용 – 설치, 허가 등입니다. 설치하는 데 하루가 걸리는 것을 허가 받기 위해 6개월이 걸려서는 안됩니다. 버몬트 주의 경우 주거 지역 태양광에 대해 신청 절차를 허가하는 대신 온라인 등록을 실시하는 유일한 주입니다.
배전망 위에 “두 종류의 길”을 준비해 분산된 에너지를 수용해야 합니다.
수요 통제 – 최대 수송량의 불필요한 부분을 없앨 수 있다면 저장은 덜 중요한 문제가 됩니다.
재생 가능 에너지가 작동하면 화석 연료를 예비 에너지로 사용해야 합니다.
전기 배전업체와 대중들 사이에 사고의 전환이 필요합니다. 여전히 화석 연료를 기준으로 많은 결정이 내려지고 있습니다.
교통은 고전력 수요 (에너지 자체뿐 아니라 단위 시간당 에너지)와 액화 화석 연료에 대한 의존도 때문에 특히 주요 도전과제가 될 것입니다. 해결책은 적용 화물, 승객, 도심, 장거리 운항 등에 따라 달라질 수 있습니다.
전기 자동차는 에너지 효율, 안전성, 유지보수, 대기 오염 등 여러 면에서 장점이 있으며 이론적으로 철, 리튬, 희토류 금속 등 가능한 소재가 매우 많습니다. 하지만 “소비 행보”가 주춤해지면서 총체적인 시도가 더 어려워지고 있습니다. 내재 비용과 도로 시스템 유지가 경제적으로 지속 가능하지 않을 수 있습니다. 에너지와 사람 및 화물 이동의 경제 비용을 줄이려는 혁신이 필요합니다.
미래가 지금만큼 편안하길 원한다면 사회 전체가 하나의 방향을 선택해야 하며 그렇지 않으면 부정적인 효과 속에서 허둥거리게 될 것입니다.
[1] 1시간에 1킬로와트가 제공되는 양에 상당하는 전력 단위
[2] 물체의 상태(고체, 액체, 기체)를 바꾸지 않고 온도 변화 · 비열을 이용하여 열을 축적하는 것 (건축용어사전, 2011. 1. 5., 성안당)