신재생에너지 글로벌 보급 현황

세계는 경제 성장을 촉진해야 할까, 아니면 기후 변화에 대처해야 할까? 이런 이분법식 사고방식은 일부 전문가가 상상했던 것보다 더 빨리 그 가치를 잃어버릴지도 모른다.

석탄, 석유, 천연가스 같은 화석 연료가 여전히 세계 에너지 공급의 약 85%를 차지하고 있지만, 미래는 바람과 태양과 같은 재생 가능한 에너지에 달렸다는 사실이 그 어느 때보다도 분명해지고 있기 때문이다. 전 세계적으로 신재생에너지로의 전환이 힘을 받고 있다. 신재생에너지는 현재 새로 가동에 들어간 전력원의 절반 이상을 차지하고 있다. 이런 재생 가능한 에너지의 성장은 일부분 더 깨끗한 에너지를 공급하려는 정부와 앞을 내다보는 기업들의 약속에 기인한 것이다. 하지만, 더 흥미로운 점은 재생 가능한 에너지, 특히 풍력과 태양광 발전 단가의 급락이다. 지난 8년 동안 태양광 패널 가격은 80%, 풍력 터빈은 1/3 가까이 내려갔다고 국제 재생 에너지 기구는 이야기한다.

세계의 많은 지역에서 이미 신재생에너지가 주요 에너지원으로 자리 잡고 있다. 스코틀랜드의 경우 풍력 터빈이 가정용 전기의 95%를 공급하고 있다. 신재생에너지 시장을 주도하고 있는 중국과 유럽 외에도 최근 미국 역시 주목할 만한 변화를 보이고 있다. 최근 미국 에너지 정보국은 풍력과 태양광 에너지가 미국에서 생산되는 전력의 10% 이상을 차지했다고 했다. 물론 트럼프 대통령은 경제 성장의 방침으로 화석 연료, 특히 석탄을 강조하고 있으며 풍력을 신뢰할 수 없는 에너지원이라고 폄하하기도 했지만, 그가 그와 같은 연설을 했던 아이오와 주의 경우 풍력 터빈이 들판을 뒤덮으며 주 발전량의 36%를 차지하고 있기 때문에 그런 메시지는 통하지 않을 것이다. 그리고 현재 페이스북, 마이크로소프트, 구글, 애플 같은 대기업들이 자사의 데이터 센터의 전력 공급원으로 이런 신재생에너지의 이용 가능성에 매력을 느끼고 있다.

특히, “바람이 불지 않거나 태양이 비치지 않을 때는 어떡할 것이냐”와 같은 회의론자들의 의문은 배터리 저장 용량의 증가와 생산 비용의 급격한 하락 등으로 이제는 전기를 24시간 계속해서 흐르게 할 수 있게 되었다. 이런 발전은 부분적으로 전기차에 큰 베팅을 하고 있는 일부 자동차 제조업체에 의해 주도되고 있다. 물론 현재 도로를 달리고 있는 전기차는 여전히 드물지만, 막대한 투자로 인해 향후 수년 내에 빠르게 변화가 일어날 것이다.

이미 세계의 점점 더 많은 곳에서 신재생에너지가 화석 연료와 가격 경쟁을 벌이고 있으며 신재생에너지로의 전환은 대부분의 기업인들이 생각하는 것보다 훨씬 빠르게 진행되고 있다. 물론 갈 길이 여전히 멀긴 하지만, 재생 가능 에너지의 추세선이 급등하고 있으며 에너지 공급원의 변화 속도도 빨라지고 있다. 이러한 변화는 아마도 기후 변화를 늦추는 데 의미 있는 영향을 미칠 수도 있을 것이다. 신재생에너지는 전 세계적으로 티핑 포인트에 도달한 것이다.

REN21(Renewable Energy Policy Network for the 21^st Century)의 ‘재생에너지 2016 세계 현황 보고서’에 따르면 전 세계 많은 국가에서 신재생에너지가 경쟁력 있는 주류 에너지원으로 확고히 자리를 잡았음을 보여준다. 2015년은 신재생에너지 설치 면에서 기록적인 한 해였다. 신재생에너지 발전용량은 기록적으로 늘어나서 147GW 용량이 신규로 설치되었다. 수송부문에서도 신재생에너지 사용이 확대되었으며, 분산형 신재생에너지는 세계적으로 에너지 부유층과 빈곤층 간의 격차를 점차 좁혀 가고 있다.

2014년 기준 세계 최종 에너지 소비 중 신재생에너지 비중은 19.2%에 달한다. 현대적인 신재생에너지는 세계 최종 에너지 소비의 10.3%를 차지하였고 재래식 바이오매스의 비중은 8.9%에 머물렀다. 현대적 신재생에너지 중에서 주로 열에너지(바이오매스, 지열, 태양열 등)의 비중이 최종 에너지의 4.2%로 가장 크고 그 다음 수력 3.9%, 태양광과 풍력 등 발전 1.4%, 바이오연료가 0.8% 순이다. 난방과 조리용으로 직접 태우는 나무, 목판, 나뭇잎, 농업찌꺼기, 폐기물, 가축 분뇨 같은 재래식 바이오매스는 주로 사하라 이남 아프리카, 동남아시아와 인도의 농촌 지역, 남미의 농촌에서 높은 비중을 차지하고 있다.

파리협정이 체결되면서 각국 정부의 신재생에너지 지원 정책은 강화될 전망이다. 기후변화 대응을 위한 189개국의 국가별 기여방안을 살펴보면 147개국이 신재생에너지를 언급하고 있다. 2016년 초를 시점으로 173개국이 신재생에너지 목표를 가지고 있고 146개국이 신재생에너지 지원 정책을 시행하고 있다. 또한, 도시, 마을, 기업들이 신재생에너지 확대에 자발적으로 나서고 있다.

세계 신재생에너지 보급과 투자를 주도하는 나라는 중국이다. 중국은 2015년 세계 신재생에너지 투자의 1/3을 차지한다. 수력, 태양광발전, 풍력, 태양열난방 등 여러 분야에서 중국이 보급과 투자를 주도하고 있다. 미국은 바이오디젤과 바이오에탄올 등 바이오연료 생산을 브라질과 함께 주도하면서 동시에 풍력과 태양광 확대도 활발하다. 일본은 태양광이, 전반적인 신재생에너지 투자를 주도했던 독일은 지금은 풍력 분야 투자가 활발한 편이다. 새로운 신재생에너지 시장으로 인도가 부상하고 있으며 영국도 태양광과 해상 풍력의 보급이 활발한 편이다.

GDP 대비 신재생에너지 투자가 활발한 국가는 주로 개도국들로 모리타니아, 온두라스, 우루과이, 모로코, 자메이카 순이다.

[2015년 세계 신재생에너지 투자 상위 5개국]

신재생에너지 발전설비 총 용량은 중국, 미국, 브라질, 독일, 캐나다 순이다. 수력을 제외하면 브라질과 캐나다가 빠지고 대신 일본, 인도가 세계 5위권에 들어간다. 인구당 신재생에너지 발전용량은 덴마크, 독일, 스웨덴, 스페인, 포르투갈 순으로 신재생에너지 확대에 적극적인 서유럽 지역이 강세이다.

설비용량 기준으로 중국은 수력, 태양광, 풍력, 태양열, 지열난방 분야에서 모두 세계 1위를 차지하였다. 바이오에너지 발전과 지열발전은 미국, 태양열발전(CSP)은 스페인이 가장 많은 용량을 보유하고 있다. 특히 중국은 2015년, 독일을 제치고 태양광 총 용량에서도 세계 1위로 올라섰다.

신재생에너지는 특히 발전부문에서 두드러진 역할을 하고 있다. 2015년 기준으로 신재생에너지는 세계 발전용량의 28.9%, 세계 전력 생산의 23.7%를 차지하였다. 세계 신재생에너지 발전용량은 수력을 포함하면 총 1,849GW로 2014년 대비 약 9% 증가하였다. 2015년 신재생에너지는 세계 신규 발전용량의 약 60%를 차지하였다. 몇몇 나라에서는 변동하는 신재생에너지(풍력, 태양광 등)의 비중이 크게 높아졌다. 풍력은 덴마크 전력 수요의 42%, 우루과이의 15.5%를 차지하였고 독일의 4개 주에서 전력 수요의 60% 이상을 담당하였다. 태양광은 각각 이탈리아 전력 수요의 7.8%, 그리스에서 6.5%, 독일에서 6.4%를 차지하였다.

2015년을 기준으로 수력을 제외한 세계 신재생에너지 발전용량은 785GW에 달한다. 1990년대 중반부터 지속해서 늘어난 풍력이 가장 큰 비중을 차지하고 2000년대 중반부터 보급 속도가 빨라진 태양광이 다음 순서이다. 2010년까지 세계 신재생에너지 보급은 유럽과 북미가, 그 중 독일과 미국이 시장을 주도했지만 2010년 전후로 중국이 본격적으로 신재생에너지 확대에 나서면서 순위가 달라졌다. 신재생에너지 발전용량이 가장 많은 국가는 중국이며 미국, 독일, 일본, 인도 등이 뒤를 따르고 있다. 중국은 2015년에만 풍력과 태양광을 각각 30.8GW, 15.1GW를 보급하였다.

신재생에너지가 빠르게 증가하는 가장 중요한 이유는 신재생에너지 기술의 경제성이 빠르게 개선되고 있기 때문이다. 국제재생에너지기구(IRENA, the International Renewable Energy Agency)에 따르면 2009년 코펜하겐 회의 이후 6년 만에 태양광시스템 가격이 70%나 하락하였고 풍력은 이미 기존 발전과 경쟁할 수 있는 경제적인 발전기술이 되었다.

BNEF(Bloomberg New Energy Finance)에 따르면 현재 발전원별 국제 평균적인 발전단가는 kWh당 태양광 140원, 풍력 90원, 석탄 60원, 가스 70원, 원자력 120원으로 평가된다. 물론 각국의 여건과 정책에 따라서 기술별 발전단가는 큰 편차를 보인다. 한국은 국제 평균과 비교하면 원전의 발전단가는 매우 낮지만 가스발전의 단가는 상당히 높은 편이다. 미국은 태양광 보급 확대를 위한 SunShot Initiative(선샷 계획)를 추진 중인데 현재 kWh당 10센트인 대규모 태양광 설비의 발전단가를 2020년까지 6센트로 낮추어 태양광 보급을 촉진하겠다는 것이다. 2020년이면 태양광과 풍력의 발전원가는 화력발전과 비슷한 수준에 이를 전망이다.

IEA(International Energy Agency)에 따르면 지리적 여건이 우수하고 금융 환경도 좋은 지역에서 진행 중인 유틸리티 스케일의 대규모 태양광 사업은 kWh당 5~9센트 수준으로 장기계약 가격이 형성되고 있고 진행 중인 주요 풍력 프로젝트도 3~9센트 수준에서 장기계약 가격이 결정되고 있다.

농촌태양광 보급사업의 의미

최근 국내 1호 원자력발전소였던 고리1호기 원자력발전소가 영구 폐쇄되었다. 상업운전을 시작한 지 40년 만이며, 국내 원전 중에서는 최초의 퇴역이다. 이는 최근 출범한 문재인 정부가 내놓은 탈원전 정책 로드맵의 일환으로 시행된 조치이지만, 작년에만도 부산시 전체 가정용 전력소비량의 106%를 생산 공급했던 실적을 보면 관련 종사자들의 아쉬움이 완전히 이해가 가지 않는 것은 아니다.

이러한 문재인 정부의 에너지정책은 탈원전과 더불어 특히 신재생에너지 관련 공약에서 많은 논쟁이 일어나고 있다. 역대 정부들도 신재생에너지 등에 적지 않은 관심을 보였지만 이번 정부는 특히나 파격적이고 과감하게 신재생에너지를 육성하겠다는 의지를 보이고 있기 때문이다.

문재인 정부의 에너지정책 공약 중 신재생에너지 관련 공약으로는 전기차 친환경차 보급 확대 지원 추진, 발전사업자들의 신재생에너지 의무 공급비율(RPS) 높임, 신재생에너지 전력 생산량 2030년까지 전체 20% 비중으로 확대, 소규모 신재생 설비에 대한 발전차액지원제도(FIT) 재도입, 친환경 발전 원료에 부과하는 세금 인하, LPG차 사용 제한 규제 완화 등이 있다. 이 중 특히 신재생에너지 전력 생산량 2030년까지 전체 20% 비중으로 확대라는 공약이 논쟁의 핵심이다. 과연 현실적으로 가능한지, 가능하다면 어떤 방법을 사용해야 할지 말이다.

아직까지 국내 신재생에너지 전력 생산량의 비중은 전체의 약 6% 수준에 불과하다. 이는 OECD 34개 회원국 중에서 가장 낮은 수치이다. 게다가 이 수치 중에서도 진정한 신재생에너지라고 취급하기 어려운 폐기물 발전 비율이 60% 이상으로 가장 높고, 태양광이나 풍력 등의 비중은 각각 10.7%와 3.6%로 상당히 낮은 편이다. 만약 태양광과 풍력 발전만 계산하면 전체 생산량 중 약 1% 수준인 것이다. 이와 같은 상황에서 공약대로 2030년까지 신재생에너지의 전력 생산량이 전체의 20%가 되기 위해서는 전체 신재생에너지 설비용량이 65GW 수준이 되어야 가능하다고 한다. 특히 현재 약 5GW 수준의 태양광 발전 설비용량이 약 37GW 수준으로 대폭 증가해야만 가능한 수치이다. 앞으로 13년 동안 740%로 확대되어야만 가능하다는 이야기이다.

과연 이러한 증가가 국내에서 현실적으로 가능할까?

우선 우리나라는 태양광 발전 비중이 높은 다른 나라들과 비교했을 때 일사량의 조건이 부족한 편은 아니다. 일사량 조건은 태양광 발전에서 가장 중요한 요소이다. 하지만 태양광 발전량이 전 세계에서 2위인 독일의 경우는 900~1,200 kWh/m² 정도의 일사량 조건을 가지고 있는데 비해, 우리나라의 일사량 조건은 1,400~1,600 kWh/m²으로 거의 50% 이상 좋은 조건을 가지고 있다. 조건이 상대적으로 부족한 것이 아니라 충분히 좋다고 볼 수 있다.

이웃나라 일본을 보면 현재 세계 3위 수준인 약 41GW의 태양광 발전 시설을 가지고 있다. 하지만 이는 오랜 시간을 걸쳐 차곡차곡 쌓아 올린 수치가 아니다. 2011년 처음으로 1GW 신규 설치를 돌파한 후로, 2013년부터 2016년까지 고작 약 4년 동안 36GW 신규 설치가 이루어져 달성한 수치이다. 우리가 13년 동안에도 불가능하다고 여기는 수치가 일본에서는 단지 4년만에 이뤄진 것이다. 물론 이는 후쿠시마 원전 사태라는 엄청난 사고의 영향으로 가능했겠지만, 계기나 동기만 부여된다면 불가능한 수치는 아닌 것이다.

얼마 전, 어떤 인터넷 뉴스에서 “문재인 정부의 2030년까지 신재생에너지 비중 20% 목표”를 달성하려면 서울시 면적의 60%를 태양광 패널로 덮어야 가능하다는 상당히 부정적인 기사를 보았는데, 이를 보면 태양광 발전을 통해 20%를 달성하려면 대단히 넓은 면적을 필요로 하여 사실상 불가능하다는 인상을 준다. 하지만 과연 그럴까?

기타 조건들을 전부 무시하고 단순히 면적과 용량으로만 계산해보자. 현재 국내에 약 5GW의 태양광 발전소가 설치되어 있으니 목표인 37GW를 위해서는 추가로 32GW 용량의 태양광 발전시설을 설치하면 된다. 1kW 발전을 위한 태양광 패널 설치에 대략 4평 정도의 면적이 필요하니 32GW를 위해서는 약 422 km² 의 면적이 필요하다. 대한민국 국토 전체 면적은 100,210 km² 이다. 서울시의 면적은 605 km² 로 대한민국 국토 전체 면적의 0.6%이다. 기사처럼 서울시 면적의 60%가 아니라 70% 정도가 필요하긴 하지만, 대한민국 전체 면적의 비율로 생각하면 0.42%에 불과한 수준이다. 과연 전국에 이 정도 면적의 잉여토지를 확보하기가 어려울까? 게다가 태양광 패널은 이미 건설된 건물 지붕에도 설치가 가능하고, 구조물을 이용해 논이나 밭, 산과 같은 경사진 땅에도 설치가 가능하다. 참고로 새만금 간척지의 총 면적이 410 km² 이다.

결국 태양광 발전소 보급 확대 문제는 경제성과 시민들의 인식의 영역으로 돌아오게 된다. 소규모 태양광 발전소에 대한 시민들의 인식이 호의적으로 바뀌고, 경제성만 갖출 수 있게 된다면 태양광 발전소의 보급 확대에는 허들이 사라지게 된다. 게다가 이미 시민들의 인식에는 많은 변화가 생기고 있다. 과거에는 흉물스러운 외관으로 무조건적인 반대를 하기도 하고, 전자파 발생과 같은 비과학적인 믿음 등이 존재했으나, 최근에는 이상기온과 미세먼지 등 실질적으로 생활에서 직접 체험하며 느끼고 있는 지구온난화에 대한 두려움과 실용적인 전기자동차의 등장 등으로 신재생에너지에 대한 필요성을 더욱 이해하고 있다.

태양광 분야에는 ‘스완슨의 법칙’이라는 것이 있다. 반도체 분야의 ‘무어의 법칙’(반도체의 집적회로의 성능은 24개월마다 2배로 증가한다는 법칙)과 유사한 법칙으로 “태양광 패널 생산량이 2배 증가하면 가격은 20%를 내려간다”라는 법칙이다. 이 법칙을 통해 태양광 패널의 가격은 과거에 비해 지속적으로 엄청나게 떨어지고 있다. 게다가 패널 비용 이상을 나타내던 설치비도 마찬가지로 급격히 떨어지고 있다.

하지만 태양광 패널의 가격과 설치비가 과거에 비해 급격히 떨어지고 있는 상황에서도 국내에서는 여전히 경제성을 갖지 못하고 있다. 초기 투자비가 많이 필요하다라는 점과 원금 및 수익의 회수에 최소 10년이상으로 장기간이 필요하다라는 부분도 문제점이다. 그렇기 때문에 그린홈 제도를 비롯해 정부와 지자체들에서 상당 금액의 보조금과 많은 혜택을 제공함에도 불구하고 여전히 더디게 보급이 되고 있다.

그렇다면 국내에서 태양광 발전 설비를 빠르게 늘리기 위한 방법에는 어떤 것들이 있을까? 아마도 태양광 발전 설비의 확대에는 그 발전원의 특성에 맞게 정부 지자체 중심의 대규모 시설의 건설보다는 분산 방식으로 전국 곳곳에 중 소규모의 발전소들의 설치를 통해 보급 확대할 수 있는 방향으로 진행이 되야 할 것이다. 하지만 도심의 경우에는 아파트 중심의 주거문화의 영향으로 설치할 공간을 확보하기도 어렵고 충분한 크기를 설치하기에도 어려움이 있다. 도심 외곽 변두리 지역에서도 상대적 토지 가치를 따지면 다른 용도로 사용하는 것이 경제적으로 더 이익일 것이다. 그렇다면 2016년 기준 전국에 약 50억 평(1,644,000 ha)으로 대한민국 전체 국토면적의 약 16.5%의 면적을 차지하고 있는 농촌의 농경지를 활용하면 어떨까?

대한민국 농가의 쌀농사 기대 수익은 약 4,000~5,000평 기준 연간 1,000~1,200만원이다. 이는 쌀 판매대금과 정부에서 보조금으로 제공하고 있는 직불금과 각종 기회 비용을 모두 포함한 금액이다. 만일 동일한 면적의 대지에 1MW급 태양광 발전 설비를 설치하면 1kWh당 170원(2016년 기준 평균 SMP+REC), 일조랑 3.5시간으로 연간 약 2억 2,000만원 가량의 매출이 발생한다. 투자원금(약 20억 원)과 각종 관리비를 20년 상환으로 제외하여도 연간 1억 원 이상의 이익이 가능하다. 쌀농사 대비 거의 8~10배에 달하는 이익이 발생하게 된다. 이제 경제성의 확보가 가능해졌다.

하지만 대부분의 인프라처럼 농사도 경제성만 가지고 단순하게 판단하기 어려운 영역일 것이다. 그렇기 때문에 정부 및 지자체에서도 면세유 등의 각종 혜택과 보조금 등을 지급하며 농사를 지원하고 있는 것이다. 대다수 국민들의 주식인 쌀이 부족하게 되면 해외에서 비싼 비용으로 수입을 해야 할 테니 무작정 농사를 중단하고 그 부지에 태양광 발전소를 설치할 수는 없을 것이다.

그렇다면 우리나라의 쌀 생산량은 어떨까? 결론부터 얘기한다면 2016년에만 쌀 수확량은 420만 톤으로 약 35만 톤이 초과 생산되었다. 지속적으로 초과 생산되어 추곡매입가격 역시 2015년 52,000 원에서 2016년 45,000 원으로 하락 중이다. 현재 약 10%에 해당하는 40만 톤 가량의 쌀 생산을 줄여야 하며 그 대책이 필요한 상황이다. 게다가 전국 농경지 면적을 보아도 2015년에만 약 2.1%가 감소했는데 이는 대한민국 전체면적으로 계산하면 0.35%로, 앞서 32GW 용량의 신규 태양광 발전소 설치를 위해 계산했던 면적(0.42%)의 83%에 해당하는 면적이다.

농가소득은 지속적으로 줄고 있고, 쌀 생산량은 지속적으로 초과 생산되어 추곡매입가격은 떨어지고 정부의 대책은 필요한 상태에서 농경지는 해마다 약 2%씩 감소하고 있다. 이게 현실이다. 그런데 이 농경지에 태양광 발전소를 건설하면 농가소득은 거의 10배가 증가하게 되고 정부는 쌀 초과생산 대책을 마련할 필요가 없게 된다. 추곡매입도 할 필요가 없어지니 해당 예산을 활용해 농민들에게 태양광 발전 지원금 등의 보조금도 제공할 수도 있을 것이다. 덤으로 불가능해 보였던 2030년까지 태양광 발전 37GW 설치라는 목표도 달성할 수 있을 것이다.

전기차, 충전인프라가 문제? 더 큰 숙제는 따로 있다!

최근 전기차에 대한 관심이 크게 높아지고 있다. 하지만 아직은 시기상조라는 반응을 보이는 사람도 적지 않은 것이 현실이다. 이러한 반응의 대표적인 이유는 바로 충전소다. 충전인프라가 절대적으로 부족한 우리나라의 상황을 감안, 가까운 시일 내에 전기차가 쉽게 보급되지는 않을 것이란 전망을 내놓고 있는 것이다. 과연 그럴까?

전기차의 충전을 기존 내연기관의 주유와 동일 선상에 놓고 보면 해당 요소가 매우 부족한 것처럼 보이는 게 사실이다. 지금 주유소에 비하면 전기충전소의 보급이 턱없이 부족하고 충전하는 데 걸리는 시간은 훨씬 길기 때문이다. 하지만 고정관념을 버리고 충전이란 요소에 대해 다시 살펴보면 부족함 대신 편의성이 보인다. 통계에 따르면 대부분의 자동차가 하루 중 약 90%를 정지한 상태로 있다고 한다. 만약 충전(주유)이라는 행위를 주유소를 찾아 이동하지 않고도 정지해 있는 시간을 통해 해결한다면 어떨까?

전기차의 충전은 주유소라는 특정 시설을 찾아 이동할 필요가 없다. 적절한 솔루션만 갖추고 있다면 내가 사는 곳이나 일하는 곳, 바로 그곳이 충전소다. 특히 내가 잠을 청하는 집은 충전소로 최적의 장소다. 일주일에 한 번씩 주유소를 찾는 대신 아침에 일어나 완벽하게 충전된 전기차를 이용하면 된다. 편리하다. 또 하나 좋은 점은 어디서나 충전이 가능하다는 점이다. 이제 도시는 물론 시골 오지에도 전기가 공급되지 않는 곳은 없다. 적절한 솔루션만 있다면 나의 차는 어디서든 충전이 가능하다. 충전 케이블만 있으면 어디서든 스마트폰을 충전하는 시대에 살고 있으면서도 그 사고를 스마트폰과 꼭 닮은 전기차로 확대하지 못하고 있을 따름이다.

전기차는 충전이라는 기능 면에서도 좋은 점을 갖고 있다. 전기차를 산 후 충전을 위해 아파트의 지하주차장에 완속 충전기를 설치하려면 약 700만 원의 비용이 든다. 이 중 300만원(개인용 비공용 충전기 1대당)은 환경부에서 보조해준다. 일단 충전기를 설치하면 나만의 전용 충전소가 만들어지는 셈이다. 어찌 보면 매우 번거로운 일인 것 같지만 한번 충전으로 240㎞(1kWh 당 6㎞ 주행, 40kWh 배터리 기준)를 주행할 수 있고 그를 위한 전기요금은 2,000원(완속 충전요금 평균 100원/kWh, 2017년부터 3년간 충전 요금 50% 할인)에 불과하다. 충전을 위해 어딘가를 찾아갈 필요가 없다는 것은 엄청난 편리함이다. 이 같은 충전의 편리함에 대해 아무도 이야기하지 않는 이유는 뭘까. 그 이유 중 하나는 우리나라의 전기 생산 방식에 있지 않을까 싶다.

가정 단위에서 보면 매달 350kWh 정도의 전기를 사용하는 가정은 하루 평균 10 kWh 정도의 전기를 소비한다고 볼 수 있다. 우리나라의 전력 공급능력은 95GW(기가와트) 수준이다. 이 중 30% 정도의 예비율을 감안하면 일상적으로 70GW 정도(물론 한 여름에는 크게 늘어난다)의 출력이 사용된다. 에어컨, 텔레비전, 컴퓨터, 냉장고, 세탁기 등 모든 가전제품을 다 합해도 3~4인 가구를 기준으로 하루에 소비하는 전력량은 10kWh 정도다. 하지만 여기에 전기차를 포함하면 사정이 달라진다. 전력 소비량은 바로 두 배로 늘어나는 것이다. 출퇴근 등을 위해 하루 약 60㎞를 이동한다고 가정하면, 전기차의 충전량이 10kWh가량 필요하기 때문이다. 전기차를 선택하는 순간 한 가정의 전기 소비는 두 배로 뛸 수 있다. 물론 전기차를 충전하는 시간과 일반 가전제품을 사용하는 시간대가 다르기 때문에 피크타임 분산 효과가 있을 것이다. 하지만 열대야와 야간 전기차 충전을 생각하면 그렇게 편하게만 생각할 요소는 아니다.

또 하나의 문제는 과연 지금 한전의 배전망이 이처럼 가구당 전력수요가 두 배로 늘어날 수 있음을 고려하고 있는가의 문제다. 한전의 배전망은 대부분 오래전에 구축된 것이고 이미 가구 당 전력소비는 10년 전보다 늘어났다. 최근 한전이 펼치고 있는 전기차 충전인프라 구축 사업은 이 같은 상황을 고려한 것이다. 한전은 전국 아파트에 충전인프라 구축 사업을 펴면서 급속충전기(50㎾)는 1,500가구당 1기씩, 완속 충전기(7.7㎾)는 500가구당 1기씩 최대 6기까지만 보급하기로 했다. 이조차 여의치 않는 곳에는 이동형 충전기(3.3㎾)를 단지 내 최대 10개로 제한했다. 전기차로 인한 순간 부하 집중에 대한 걱정이 어느 정도 반영된 원칙인 것으로 이해할 수 있다.

이제는 눈앞으로 다가온 테슬라의 국내 진출을 생각해보자.

만약 아파트에 테슬라의 급속충전기인 슈퍼차저(120㎾) 3기를 설치하고 테슬라 전기차 3대를 동시에 충전한다면 과연 그 아파트는 어떻게 될까? 정전은 한여름에만 대비해야 하는 일이 아닐 수도 있다. 물론 전체 전력생산에 대한 고려도 문제가 된다. 우리나라의 전력생산은 자체 자원이 아닌 화석연료의 수입을 통해 전기를 만들어 사용한다. 전기차가 증가해 전체 자동차의 꽤 많은 부분을 대체하게 된다면 그 영향은 어떨까? 우리나라의 전체 전력소비 중 기업이 50%를 넘게 차지하고 약 15%가 주택용이다. 전력수요 70GW 중 약 10GW가 주택용으로 쓰이는 셈이다. 전기차 100만대 시대가 열리고 매일 밤 비슷한 시간에 완속 충전기로 10~20kWh를 충전한다면 7~8GW의 전력이 더 필요하게 된다. 이는 전체 차량 1,000만 대 중 10%만을 전기차로 바꿨을 때의 문제다. 여전히 주유소는 모두 존재하고 추가로 7~8GW를 생산해야 하는 발전소가 필요하다.

스마트폰을 구입하면 동봉한 충전케이블을 함께 준다. 전기차는 충전설비가 함께 제공되지 않는다. 전기차 충전에 필요한 장비가 고가이기도 하지만 기존의 전력설비에 플러그인 충전을 하기가 현실적으로 어렵기 때문일 것이다. 하지만 전기차 보급을 위해서는 전기차의 판매와 함께 충전설비가 돼야 한다. 그 충전이 얼마나 편리하고 저렴한지 사용자가 직접 체험해야 한다. 여기에 또 하나의 장점이 있다. 바로 신재생 에너지와의 결합이다.

집단주택에는 적용이 쉽지 않지만 단독주택의 경우 전기차 충전설비와 신재생에너지의 결합은 이상적이다. 테슬라가 제공하는 태양광 패널 솔라루프와 가정용 ESS인 파워월 2, 전기차로 연결되는 솔루션은 꽤나 참신하고 매력적이다. 일반 기왓장처럼 생긴 솔라루프는 눈이나 우박, 먼지 때문에 효율이 떨어지지 않으면서도 반영구적이라고 한다. 14kWh 용량의 가정용 ESS인 파워월 2는 솔라루프로 발전한 전력을 저장, 4인 가족이 하루에 쓰는 전력수요에 대응한다. 만약 이렇게 생산한 잉여 전력이 테슬라 전기차의 충전에 사용된다면 우리가 앞서 생각했던 문제는 사라진다. 기존 전력생산을 늘릴 필요도 없고, 도시 내 배전문제를 고민할 필요도 없다. 개개의 가정이 만들어내는 에너지 독립형 시스템은 편리하고 깨끗하며 저렴하다. 하지만 우리는 신재생 자원이 부족하다. 바람이 잘 불지 않고 태양 자원도 많지 않다. 하지만 전기차가 태양광 사업과 연결되면 다른 해법이 나타날 수 있다. 태양광을 전기차를 위한 일차 발전 수단으로 결합한다면 자원을 최대한 활용하는 새로운 방법이 만들어질 수도 있다. 특히 전기차는 가정용 ESS라고 할 정도의 대용량 배터리를 갖추고 있어 여름의 태양 자원을 낭비 없이 이용할 수 있다.

충전인프라 확산 모델 제안 ②

2.이코노믹스 분석

이코노믹스 분석을 위해서는 몇 가지 가정이 필요하다. 한전의 1kWh 전기 생산 원가는 80원으로 한다. 각 업소는 4개의 주차 공간을 가지고 있다고 가정하고 완속은 각 자리마다 1개씩 총 4개를, 급속은 2자리마다 1개씩 총 2개를 설치한다. 설치비용은 완속 충전기의 경우 기기 비용을 포함해 약 700만원이며 급속 충전기는 4,000만원이다. 각 충전기는 하루 10명의 이용자가 있다고 가정한다.

(1) 완속충전기 모델

하나의 업소를 기준으로 4개의 완속충전기를 설치하기 때문에 전력회사의 초기 투자비용은 2,800만원이다. 각각의 충전기를 하루에 10명의 이용자들이 평균 1시간씩 이용한다고 가정하면 각 업소별 연간 전기 사용량은 7.7(kW, 완속충전기 출력) * 4(대, 충전기 대수) * 10(명, 이용자수) * 1(시간, 1회 이용시간) * 365(일)=112,420kWh이다. 이를 매출금액으로 환산하면 14,614,600원이고, 생산원가를 제외한 순이익은 5,621,000원이 된다.

 

그렇다면 업소에 제공해야 할 인센티브는 어느 정도가 적당할까? 인센티브를 순이익의 10%로 한다면 업소는 월간 46,842원의 아주 적은 이익을 얻게 된다. 순이익의 70% 정도를 인센티브로 제공해야 월간 327,892원 정도의 이익이 가능하다.

 

인센티브 (%)	업소당 이익 (원/month)	전력회사 순이익 (원/year)	회수기간 (year)
10	46,842	5,058,900	약 5.5
30	140,525	3,934,700	약 7.1
50	234,208	2,810,500	약 10
70	327,892	1,686,300	약 16.6

(완속충전기 인센티브에 따른 업소당 이익)

 

완속충전기는 전력회사나 업소의 입장에서 본다면 큰 이익이 되는 인프라 구축 수단은 아니다. 이는 휴대용 충전기와 마찬가지로 전기차를 직접 이용하는 소비자에게 저렴한 에너지 비용을 제공하기 위한 대중적인 인프라 모델의 수단이기 때문이다. 이는 휘발유나 디젤을 이용하는 내연기관 자동차와 에너지 비용을 비교해 보면 보다 명확하다.

 

현재 휘발유 가격은 리터당 약 1,350원 정도인데 휘발유 차량의 연비를 리터당 12km로 계산하면 1km 주행을 위한 에너지 비용은 약 113원 정도이다. 디젤의 경우는 리터당 1,150원 정도에 연비를 약 17km로 계산하면 에너지 비용은 68원 정도가 나온다. 전기차의 경우는 배터리 용량에 따른 무게의 차이에 따라 연비의 차이가 클 수 있는데 20kWh 배터리 차량의 경우 1kWh에 약 7km 정도 주행 가능하다. 이를 에너지 비용으로 환산하면 약 19원이 나온다. 상대적으로 저렴한 디젤 자동차에 비해서도 약 1/4의 가격이다.

 

	기준가격	연비	에너지 비용
휘발유 차량	1,350원	12km	약 113원
디젤 차량	1,150원	17km	약 68원
전기차	130원	7km	약 19원

이처럼 완속충전기는 전력회사나 충전 주유소보다는 전기차 사용자의 입장에서 큰 이익을 줄 수 있는 충전기이다.

(2) 급속충전기 모델

완속충전기와 동일한 가정으로 급속충전기 모델의 이코노믹스를 살펴보면 다음과 같다. 우선 급속충전기 가격은 설치비 포함 약 4,000만원이어서 초기 투자비용은 8,000만원 정도가 필요하다. 완속충전기와 동일하게 하루 10명이 이용한다고 가정하면 한 업소의 연간 전기 사용량은 50(kW, 급속충전기 출력) * 2(대, 충전기 대수) * 10(명, 이용자수) * 0.4(시간, 1회 이용시간) * 365(일) = 146,000kWh이다. 현재 급속충전기의 전기 요금은 1kWh당 313원이기 때문에 연간 45,698,000원 정도의 매출이 발생한다. 마찬가지로 생산원가를 제외하고 계산하면 34,018,000원의 순이익이 발생한다.

 

급속충전기 모델은 순이익이 상대적으로 높기 때문에 5%만 인센티브를 업소에 제공하여도 월간 141,742원이 가능하다. 전력회사가 충전소 설치에 들어간 초기 투자비 역시 약 2.5년이면 회수가 가능하다.

 

인센티브 (%)	업소당 이익 (원/month)	한전 순이익 (원/year)	회수기간(year)
5	141,742	32,317,100	약 2.5
10	283,483	30,616,200	약 2.6

(급속충전기 인센티브에 따른 업소당 이익)

 

인센티브 금액이나 회수 연수에서 알 수 있듯이 이 인프라 구축 수단은 전력회사나 업소에 큰 이익을 줄 수 있다. 전기차 이용자는 완속충전기에 비해 6~7배 이상 빠른 충전 시간의 이점을 얻는 대신 3배에 가까운 충전 비용을 지불해야 한다. 동일하게 에너지 비용을 비교해보면 1kWh당 약 45원으로 디젤 차량과 비교하면 절반 이상임을 알 수 있다.

 

	기준가격	연비	에너지 비용
휘발유 차량	1,350원	12km	약 113원
디젤 차량	1,150원	17km	약 68원
전기차	313원	7km	약 45원

3.하이브리드 모형

완속충전기는 초기 투자비용이 적고 농업용 전기차 이용자들이 저렴한 비용으로 충전이 가능한 반면, 순이익이 적어 초기 투자비용의 회수기간이 길고 업소에 충분한 인센티브를 제공하기가 어려우며 충전시간 길다.

반대로 급속충전기는 순이익이 많아 초기 투자비용의 회수기간이 짧고 업소에 충분한 인센티브를 제공 가능하며 충전시간이 상대적으로 짧은 대신, 농업용 전기차 이용자들이 상대적으로 비싼 비용으로 충전을 해야 한다.

두 충전 방식의 장단점이 서로 상대적이기 때문에 이를 절충하기 위해서 한 개의 업소에 완속충전기 2대와 급속충전기 1대를 설치하는 하이브리드 형태를 제안한다. 동일한 가정에서 연간 전력 사용량과 매출, 순이익을 살펴보면 다음과 같다.

 

	전력 사용량(kWh/year)	연간 매출 (원/year)	전력회사 순이익 (원/year)
완속	56,210	7,307,300	2,810,500
급속	73,000	22,849,000	17,000,000
합계	129,210	30,156,300	19,810,500

(하이브리드 모형 경제성 분석)

 

전력회사는 총 129,210kWh의 전력 사용량을 통해 업소당 30,156,300원의 매출이 가능하며, 생산 원가를 제외하면 순이익은 19,810,500원이 발생한다. 이를 바탕으로 완속충전기를 통한 순이익은 70%, 급속충전기를 통한 순이익은 10%를 업소에 인센티브로 제공하면 각 업소는 매달 305,688원의 인센티브 이익을 가질 수 있다. 젼력회사는 순이익에서 인센티브 제공 금액을 제외하고 총 16,151,250원의 연간 실 순이익을 얻을 수 있는데 이는 초기 투자비용 5,400만원을 약 3.3년이면 회수할 수 있는 금액이다.

 

	한전 순이익 (원/year)	인센티브 (%)	인센티브 (원/month)	한전 실 순이익 (원/year)
완속	2,810,500	70	163,946	843,150
급속	17,009,000	10	141,742	15,308,100
합계	19,819,500		305,688	16,151,250

(하이브리드 모형의 인센티브 분석)

 

농업용 전기차뿐만 아니라 앞으로 전기차 보급의 활성화를 위해서는 무엇보다도 충전소 인프라의 보급과 확대가 시급하다. 일반 업소들에 충전기 설치 지원 및 인센티브 지급을 통한 전기 충전소화 사업은 초기 충전인프라 확대에 있어 좋은 모델이 될 것이다.