칼럼·기고

천연가스, 脫원전시대 新발전원 부상||||■원자력 발전의 대안 LNG 복합화력이처럼 전 세계적으로 원자력 발전의 건설이 취소되는 가운데, 복합화력발전을 통해 원자력 발전 축소에 따른 전력 부족을 보완하는 경향을 나타내고 있다. 이미 일본에서는 원자력 발전 중단에 따른 전력 부족분을 천연가스 발전으로 보충하고 있으며, 미국에서는 셰일가스 상업화 개발에 따른 천연가스 가격의 안정화로 발전단가가 낮아진 가스발전의 비중을 높이고 있는 상황이다. 또한 신흥경제대국은 경제성장에 상응하는 전력수요를 충당하기 위해 가스복합화력 발전을 증가시킬 것으로 예상된다. 우리나라도 지난 2월 고리원전 1호기의 가동중단 사고와 함께 시민단체의 폐쇄 요구까지 맞물리면서 국내 원자력 발전의 기조는 어느정도 수정이 불가피할 것으로 예상된다. 이에 향후 피크부하 대응용 발전방식으로서 가스복합화력이 확대될 것으로 예상된다. ■전력 피크 완화 위한 가스냉방 보급 확대작년 9월의 대규모 정전사태, 개선되지 않고 있는 전력 예비율 그리고 올해 여름 예상되는 전력 부족 사태로 말미암아 발전 시장의 대대적인 체질 개선이 요구되고 있는 상황이다. 무엇보다도 하절기 냉방전력 피크부하의 관리가 절실한 상황인데 이에 대한 가장 적합한 대책으로서 천연가스를 사용하는 가스냉방의 보급이 활성화 될 것으로 예상된다. 일반적으로 냉방전력의 피크부하는 전력피크의 2.5% 수준인 약 150만kW 수준으로 알려져 있는데 가스냉방을 통해 냉방전력 피크부하를 완화시켰을 경우, 이는 50만kW급 발전소 3기를 짓지 않아도 되는 양이며 전력예비율을 높여 안정적인 전력공급을 할 수 있음은 물론 전력요금 인상을 억제할 수 있는 역할도 기대되고 있다. 최근 수년간 가스냉방의 하절기 냉방전력 피크부하 완화효과가 입증된 만큼 가스냉방의 확대가 예상되고 있다. ■전력수급 위기 대응 비상용 발전기 확대지난해 9월 이후 동·하절기 전력수급이 용이하지 않은 가운데 최근 지식경제부와 한국전력은 동·하절기 전력수요 증가로 공급예비율이 지속적으로 하락하는 전력수급 위기시 비상대책으로 자가발전기 활용 방안을 모색하고 있다. 비상용 발전기는 현재 정전시 안전·편의를 위해 일정 규모 이상의 건물에 의무적으로 설치해야 한다. 한국전력에 따르면 2010년 기준으로 설치된 비상용 발전기 설비용량은 총 1,354만6,000kW(2만6,594대)로, 현재 국내에서 가동중인 원자력발전기 21기 용량의 약 70% 수준이다. 이 중 1,000kW 이상의 대형 비상발전기는 약 500만kW이며 이 설비 용량은 전력 예비율을 7% 정도 추가 확보 할 수 있는 용량이어서 요즘과 같이 전력수급이 불안한 비상시에는 충분한 활용가치가 있을 것으로 판단된다. 그러나 이러한 여건에도 불구하고 비상용 발전기의 활용은 미미한 것으로 조사되고 있다. 비상용 발전기의 관리체계가 부실한 탓도 있겠지만 최근 지속된 고유가로 인해 비상용 발전기의 발전단가가 상승한 것도 비상용 발전기의 활용을 억누르고 있다는 분석이 설득력을 얻는다. 이에 한국전력에서는 비상용 발전기의 활용도를 높이기 위해 상대적으로 발전단가가 낮고 친환경적이기도 한 천연가스를 활용한 비상용 발전기 활성화 대책을 모색하고 있는 것으로 알려져 있다. 구체적인 방식으로는 천연가스-디젤 혼소 또는 천연가스 전소 방식에 대한 기술검토가 이루어지고 지원대책도 마련하고 있는 것으로 알려지고 있어 천연가스의 보급 확대가 전망된다||국내 전력수급 위기 대응 역할 확대 기대 도서지역 발전원·열병합발전 보급 증대 ||■도서지역 발전시설 LNG 연료화우리나라 도서지역의 발전용량은 약 8만kW인데 이 중에서 울릉도 및 서해 5도를 포함한 15개 도서지역이 총 용량의 85%를 차지하고 있다. 이들 발전시설은 100% 디젤을 연료로 사용하고 있는데 도서지역의 발전단가는 일반적인 천연가스 복합화력발전 단가의 약 3~4배에 이르는 533원/kWh이다. 더구나 최근 유가 상승의 여파로 2010년 492억원이었던 도서지역 발전비용은 2011년 739억원으로 크게 상승하였다. 또한 해양 및 도서지역의 배출가스 규제가 현실화 됨에 따라 보다 친환경적이고 경제적인 발전 연료의 검토가 필요한 시점이다.이에 최근 국토해양부와 한국전력에서는 도서지역 발전에 대한 대책을 검토중인 것으로 알려지고 있는데 기존 디젤 연료에서 LNG로 전환하는 방법이 거론되고 있다. 또한 이와 함께 LNG를 도서지역까지 공급하는 방안도 함께 검토되고 있다.만약 도서지역 발전연료로서 LNG도 대체한다면 연료비는 연간 270억원이 절감될 것으로 예상되고 있으며 도서지역 주민들의 생활 편리성이 증대될 것으로 기대되고 있다.||■마이크로 코제네레이션 시스템 보급전기 중심으로의 에너지 사용패턴변화 등에 의해 최근 10년간 가정용 전기 사용량은 연평균 3.2%의 증가세를 보이고 있으며, 향후 5년 이내에 한 가정 평균 300kWh/월 이상의 전력 소비량을 보일 것으로 전망된다.특히 매년 최고 전력사용량을 갱신하고 있는 상황에서 지난 2011년 9월 15일에는 162만 가구에 전기가 끊기는 사상 유의 대규모 정전사태가 발생했다.이미 천연가스를 이용한 가정용 마이크로 코제네레이션(열병합발전) 시스템은 국외를 중심으로 친환경 고효율에너지기기로초서 필요성이 인정되어 다양한 Prime Mover 기반의 시스템을 개발하여 보급단계에 이르고 있으나 아직 고가의 가격으로 인해 자체 경제성을 확보한 제품은 없는 것으로 파악하고 있다. 최근 우리나라에서도 마이크로 코제네레이션 시스템에 대한 국책과제 등 개발이 진행되고 있어 가격 경쟁력을 확보한 제품이 개발된다면 국가 전력수급 및 기후변화협약의 대응책으로서 보급이 확대될 전망이다.최근 셰일가스와 중소형 가스전의 상업화 개발 노력과 그 가시적인 성과가 도출됨에 따라 세계 에너지 시장에 큰 변화를 가져오고 있다. 이는 천연가스가 화석에너지 중 가장 청정 에너지라는 환경적 명분과 함께 풍부한 매장량을 값싸게 채굴함으로써 타 에너지 대비 저렴한 에너지라는 경제적 명분을 함께 가지고 있기 때문이다.고유가 지속, 환경규제 강화, 전력수급 비상 등이 국가 경제와 국민 생활의 시스템에 혼란을 야기하고 있다. 국가 에너지의 97%를 수입하는 우리나라는 특히 이러한 어려움에 대응하기 위해 향후 에너지 분야와 산업 분야에서 더욱 커지는 천연가스의 역할에 대해 한번 더 고민할 때이다.

셰일가스, 수송연료·발전시장 바꾼다||||■LNG선박 등 수송 분야의 천연가스 확대 국내 에너지 소비에 있어 수송용 분야가 차지하는 비중은 약 20%이며 이 중에서 액체 연료(가솔린, 디젤, 벙커유 등)가 차지하는 비율은 약 95%에 달한다. 그러나 최근 환경규제 강화와 고유가로 인한 경제성 변화에 따라 수송용 연료에 있어 많은 변화가 일어나고 있으며, 그 변화는 앞으로도 지속적으로 강화될 것으로 예상된다.최근 북유럽을 중심으로 선박의 추진동력으로 청정연료를 사용하고자 하는 관심이 높아지고 있다. 이는 미국과 IMO (International Maritime Organization, 국제해사기구)에서 해양오염과 대기오염 방지를 위한 대처방안을 강구하면서 이러한 관심이 더욱 증가하고 있으며, 국제 배출가스 규제로 이어지고 있는 실정이다. 국내에서는 IMO의 기준을 준용하여 '해양환경관리법및 선박에서의 오염방지에 관한 규칙 등의 법령에서 NOx 및 SOx를 규제하고 있다. 현재 주로 선박용으로 사용되는 연료로서는 HFO, MDO 그리고 가솔린이 있으며 선박 추진기관의 연료로 사용되는 벙커유종이 전체의 80% 이상을 차지하고 있다. 그러나 벙커유는 IMO의 SOx, NOx 배출기준을 만족시키지 못하고 있으며, 이에 IMO와 해운업계는 이를 해결하기 위한 다양한 해결책을 강구중에 있다. 그 해결책 중에 유력한 방법이 기존 선박유를 LNG로 대체하는 것이다.이러한 추세에 발맞추어 우리나라에서도 최근 2012년 5월에 한국가스공사를 포함한 조선사, 에너지사, 해운사 등 15개 회원사로 ‘LNG 벙커링 협의체’를 발족하였고 LNG 추진선박과 LNG 벙커링(연료 공급) 기술개발 및 표준화, 제도개선, 가격정책 수립 등의 업무를 추진할 예정이다.국내 부산신항 및 인천항 등을 대상으로 물동량에 연계한 선박용 LNG의 최대 수요량은 연간 약 400만톤 이상이 되는것으로 알려져 있다. 이는 도시가스 환산으로 약 50억m3의 물량으로 이는 2011년 한해 우리나라 산업체에서 사용한 도시가스 물량과 맞먹는 수준이다. 국외의 경우는 노르웨이를 중심으로 하여 우리나라보다 앞서 LNG 추진 선박이 건조되어 오고 있다. 2000년 이후 2011년까지 26척의 LNG 추진선박이 건조되었으며, 향후 2년(2012, 2013)간 26척의 LNG 추진선박이 건조 또는 설계 중에 있어 그 증가율은 2020년까지 평균 48%에 다다를 전망이다.||■해외 중소형 가스전을 이용한 DME 생산 및 보급선박용 LNG 이외에 수송용 연료로서 DME도 천연가스를 기반으로 하여 기존 디젤/LPG 대체를 할 수 있는 유망 에너지원으로 부각되고 있다. DME(Di-Methyl Ether, CH3OCH3)는 석탄, 천연가스, 바이오 매스로부터 얻을 수 있는 화합물로서 예전엔 고가의 산소결합 화합물 등의 중요한 화학제품을 제조하는데 중간체로 사용되어 왔으나 높은세탄가와 낮은 인화점으로 환경오염 물질을 많이 배출하는 디젤 연료의 대체 에너지로써, 또한 저장과 수송이 용이하여 수급조절이 편리하다는 장점뿐만 아니라 인체에 무해하고 환경 파괴에 영향을 주지 않는 기체이므로 미래 대체 청정연료로 평가 받고 있다. 게다가 DME의 관련 기술이 진보되고 정부의 정책이 뒤따를 경우 DME가 타 에너지에 비해 경제성까지 우위에 놓일 수 있고, LNG 액화 플랜트보다 투자비가 적기 때문에 LNG 개발 경제성이 낮은 중소규모 가스전 개발이 가능함으로써 사업 타당성 또한 매우 높은 것으로 알려져 있다.DME의 활용분야로서 가장 기대되는 분야는 자동차 연료로서의 디젤 대체이다. 디젤엔진연료의 특징은 낮은 자기발화 온도인데 DME는 디젤용경유와 거의 같은 온도에서 발화한다. DME는 그 임계압력(53.7 bar) 이상에서 엔진에 주입되며, 높은 증기압으로 주입과 동시에 기화된다. DME는 점화온도가 낮은 이외에도 특히 세탄가(55 이상)가 높다. 더욱이 DME는산소함유율이 높고 탄소-탄소결합이 없기 때문에 디젤엔진에서 문제가 되는 매연가스를 발생하지않는 특징을 가지고 있어 디젤엔진을 대체할 충분한 잠재력이 있는 것으로 판단된다. 이와 더불어 LPG와 비슷한 물성을 지니고 있어 기존의 LPG 인프라 개조 없이도 LPG와의 혼합연료로서도 이용가능하며, 천연가스보다 발열량이 높고 열효율이 비슷하며 고출력이므로 발전용 연료로서도 적용 가능한 것으로 알려져 있다.우리나라에서는 이미 2000년 이후 DME 엔진 및 차량, DME 열병합발전시스템, LPG-DME 혼합연료 실증연구 등이 이루어져 왔으며, 2008년 10톤/일 규모의 DME 생산플랜트를 국산화하는데 성공하였다. 또한 2011년에는 30만톤/년 상용급 DME 플랜트를 위한 기본설계를 완료하고 중동 및 아프리카의 중소형 가스전를 대상으로 사업타당성 조사 및 사업 투자를 계획중인 것으로 알려져 있다. 향후 이 사업이 성공한다면 천연가스를 기반으로 한 수송용 디젤 대체 시장이 신규 생성될 것으로 예상된다.||환경규제 강화 유력한 대안수소연료車·DME 확대 기반||■NGV용 CNG 공급 확대수송용 연료로서 시장 확대가 기대되는 또 하나의 분야가 NGV(Natural Gas Vehicle, 천연가스 차량)이다. NGV의 연료로서는 CNG(Compressed Natural Gas, 압축 천연가스)가 사용되고 있으며, 국내에는 주로 시내버스와 관용 청소차량에 사용되고 있다. NGV는 세계적으로 2003년 약 3.2백만대에서 2011년 1,400만대 수준으로 급속하게 증가하고 있으며, 주로 아시아 지역과 라틴 아메리카를 중심으로 증가하고 있다. 매일 약 4,400대의 NGV가 신규로 등록되고 있으며 7개소의 충전소가 건설되고 있는 상황이다.국내의 경우 전국 2010년 말 현재 전국 164개소의 CNG 충전소가 운영되고 있으며, 2만6,996대의 NGV 시내버스와 897대의 관용 청소차량이 운행되고 있다. 연간 사용량은 약 11억 m3에 달한다.그러나 최근 자동차 업계와 정유업계 주도로 디젤 자동차 산업을 부흥시키려는 노력의 일환으로 클린디젤을 보급 확대하려는 경향이 있다. 과거 연료로서 디젤을 사용하던 버스가 CNG로 전환되고 환경과 경제성의 논리로 일부 자가용, 택시 등의 분야로 확대되는 추세에 대응하기 위한 것으로 풀이된다. 그러나 얼마전 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)가 디젤엔진 배출가스를 종전 2A 등급 발암성 물질에서 담배, 석면 등과 동급의 1등급 발암물질로 상향 조정함에 따라 연소후배가스를 처리하는 클린 디젤보다는 애초에 연료에서 발암물질이 발생하지 않는 NGV가 최적 대안이라는 시각이 우세해질 것으로 예상된다. 실제로 NGV의 보급 확대는 대기오염저감에 크게 기여한 것으로 분석되었는데 2003년 총 PM 배출량 중 42%를 차지하고 있던 도로이동 오염원의 비중이 2009년에는 13%로 크게 감소되었다. 이에 따라 서울시의 경우 2002년 대기중 미세먼지의 농도는 65μg/m3에서 2010년에는 47μg/m3으로 개선되었다. 이러한 NGV의 환경개선효과와 고유가의 지속으로 인한 상대적인 경제성 우위(동일열량 기준, 디젤의 약 50~60% 수준)로 인해 CNG는 기존의 시내버스나 관용 청소차량 뿐만 아니라 택시나 자가용 등으로 그 적용범위가 확대될 수 있는 가능성이 있을 것으로 기대된다.||■수소에너지 시대로의 가교, HCNG 차량 보급 및 충전소 구축HCNG는 기존의 CNG 버스에 수소를 20~30%정도 혼합하는 것을 말하는데, 이는 2014년을 전후하여 발효될 EURO-6 배출 기준을 충족시키기 위한 방법이다. 즉, 천연가스와 수소의 특성이 복합적으로 나타나 천연가스에 비해 연소속도가 빨라지고 가연한계를 크게 확장 할 수 있으며 연소온도가 낮아짐으로써 질소산화물의 발생을 근본적으로 저감시킬 수 있다. 또한 엔진효율도 증가하는 것으로 연구되고 있다. 우리나라에서는 현재 2011~2016년까지 한국가스공사 주관으로 ‘HCNG 자동차 및 충전시스템 개발, 시범운영 연구’를 수행하고 있다. 기본적으로 기존의 164개 CNG 충전소를 활용하여 수소 생산 및 혼합장치를 추가 설치하여 HCNG 충전소를 구축할 계획으로 알려져 있으며, HCNG용 자동차 개발 성과가 도출되는 2014년을 전후하여 실증운영 단계에 진입할 것으로 예상된다. 향후 이 연구과제가 성공하여 HCNG 차량과 충전소 인프라 구축으로 연결된다면 중장기적으로 수소연료전지자동차의 보급과 인프라 구축에 대해서도 가교 역할을 할 수 있을 것으로 예상되며 궁극적으로 수소에너지시대로의 진입을 앞당기는 촉매가 될 것으로 기대된다.