LG경제연구원, ‘하이브리드, 신재생에너지의 새로운 성장동력’

신재생에너지, 본격적인 하이브리드발전 확산에 대비해야 할 것

하 상 범 기자

태양광을 포함한 신재생에너지 산업이 주춤거리는 가운데 신재생에너지를 활용한 다양한 형태의 하이브리드 시스템이 기대를 모으고 있다. 개별 에너지원의 특성을 잘 반영하면서 상호 보완할 수 있는 하이브리드 전력시스템이 에너지, 전력 산업에서 새로운 트렌드로 부상하고 있다.

신재생에너지는 지속가능하고 깨끗하다는 장점이 있지만, 시간이나 날씨, 계절, 지역에 따라 불균일한 전력을 만들어 신뢰성이 떨어지며, 아직까지 경제성이 낮다. 한편, 석탄, 가스, 디젤 등 화력발전은 비교적 안정적이고 저렴하게 에너지를 만들 수 있지만, 자원의 고갈과 환경오염 물질 배출이라는 치명적 단점을 갖고 있다. 이차전지나 수소 등 편리하고 광범위하게 사용할 수 있는 에너지 저장 기술도 아직은 상업성이 부족한 형편이다. 그러나 상호 보완적인 발전 및 저장 또는 일정 수준의 안정적 공급을 위한 화력발전이 연결된 하이브리드 시스템을 활용하면 에너지 안보와 신뢰성은 물론 경제성도 높일 수 있다. 태양광과 풍력, 지열과 태양광 등 자원 여건에 따른 신재생에너지의 하이브리드는 대규모의 단독 플랜트보다 경제성 확보에 훨씬 유리하다는 평가를 받고 있다.

신재생에너지와 이차전지의 결합 : 저장을 통한 안정성 확보

하이브리드 시스템의 사례로 가장 먼저 조명할 필요가 있는 것은 발전원과 에너지 저장장치를 조합한 하이브리드 시스템 유형이다. 시간에 따라 불균일하게 만들어진 전력을 저장했다가 필요할 때에 공급해 안정적으로 전력을 수급할 수 있게 하는 것이 기본 개념이다.

태양광 인버터 시장을 주도하는 SMA는 태양광발전과 이차전지를 쉽게 결합할 수 있게 하는 시스템을 상품화했다. 발전과 저장을 결합하려는 시도가 전혀 새로운 것은 아니다. 효율이나 디자인 측면에서 획기적인 하이브리드 솔루션들이 다양하게 제시돼 왔다. 2010년에 이미 EnergyOnes는 태양광발전, 커패시터, 이차전지 등을 박막 형태로 일체화한 시스템을 개발, 특허를 출원하기도 했다.

이러한 형태의 하이브리드는 에너지관리시스템까지 결합하면서 더욱 위력을 발휘할 것으로 보인다. 일본의 세키스이화학공업은 지난해 4월에 용량 5.53kWh의 전지와 4.8kW의 태양광발전, 그리고 HEMS(가정용에너지관리시스템)을 결합한 ‘스마트하임’이라는 제품을 발매했는데, 12월에는 누적 2,000세트 수주를 돌파했다. 월 350~400세트가 팔리는 페이스다. 보조금 이용 시 230만엔이 드는데 주간에 충전하고 아침과 저녁에 사용해 전기요금을 낮추고 잉여 전력 매수 제도를 활용해 판매를 할 경우 7년 내 원금 회수가 가능하다.

서로 다른 발전 특성을 내는 신재생에너지의 결합을 통해 수급 변동성이 적은 안정적 전력을 공급할 수 있다. 풍력과 태양광, 지열과 태양광의 하이브리드가 그 예이다. 지열은 시간에 따른 출력이 비교적 일정하고 태양광은 피크 부하시기와 거의 일치해 상호보완적 결합이 가능하다.

미국 네바다주의 Still Water 프로젝트는 2009년 구축된 33MW의 지열발전과 2012년 신설된 26MW의 태양광발전을 결합했다. 총 59MW의 전력은 인근의 4만5,000가구에 공급할 수 있는 규모로, 전력회사인 NV Energy가 전량을 구매하고 있다. 기저 전력은 지열이, 피크 부하 전력은 태양광이 담당하면서 전체적으로 안정적인 시스템으로 탈바꿈한 것이다. 지열과 태양광의 하이브리드는 신재생에너지 영역 내에서 새로운 트렌드세터로 알려지기 시작했다.

태양광과 풍력을 같은 장소에 설치함으로써 각각의 특성을 살림과 동시에 공간이나 기존 인프라를 활용해 효율적이고 안정적인 시스템으로 묶는 형태도 눈여겨볼 만하다. 각각을 다른 장소에서 한 것보다 양적으로 2배의 전력을 만들 수 있다.

Solarpraxis사는 태양광발전과 풍력을 한 장소에 하나의 시스템으로 결합하는 방식을 개발했다. 풍력 날개의 그림자에 의한 태양광발전 손실은 2% 이하로 실질적인 손실이 거의 없는 수준이다. Solarpraxis의 시스템은 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 장점이 있다. 많은 전력회사들이 태양광풍력 하이브리드 플랜트를 운영 중이거나 계획 중이다. 미국 네바다주 Boulder시에서는 기존의 대규모 태양광 플랜트에 풍력터빈을 추가했는데, 올해 151.8MW급의 프로젝트를 계획하고 있다. 현재 2012년 기준 103MW 풍력발전 시설이 있는 미국 매사추세츠주에서는 2017년까지 250MW의 태양광을 설치하려 했으나 목표를 1,600MW로 상향 조정할 정도로 적극적이다.

하이브리드, 스마트 그리드로 가는 디딤돌

신재생에너지 하이브리드는 하나의 트렌드로 확실히 자리매김하고 있고, 신재생에너지 자체의 확산은 물론 기존 석탄이나 가스 화력발전의 모습을 달라지게 할 것으로 보인다. 나아가 에너지 안보나 안정성 측면에서 궁극적인 형태로 평가되는 분산형 전력 체계의 정착에도 한 몫할 것이라는 예측이다. 지역별로 태양이나 바람, 지열 등 에너지 자원은 상이하다. 따라서 해당 지역의 특성에 맞는 최적의 하이브리드 솔루션도 늘어날 전망이다. 원자력이나 화력발전의 위세가 꺾이지 않는 현 상황에서 신재생에너지 하이브리드는 신재생에너지 산업 성장의 새로운 동력으로 평가할 수 있을 것이다. 신재생에너지 하이브리드는 하이브리드 기술 자체뿐 아니라 저장기기, 통합 에너지 관리 솔루션 및 관련 서비스 등에 이르기까지 광범위한 산업적 파급 효과도 기대해볼 수 있다. 지역 기반의 분산형 발전 플랜트까지 고려한다면 고용 창출은 물론 지역 사회의 성장에도 기여할 수 있을 전망이다.

전 세계는 전력의 생산과 소비가 가장 효율적으로 이루어지는 스마트 그리드에 주목하고 있다. 신재생에너지 하이브리드는 다양한 에너지 자원과 IT 기술의 융합을 통해 스마트 그리드로 가는 과도기적인 현 시점에서 공급 측면의 현실적 솔루션을 제시하는 것으로 볼 수 있다.

국내에서도 다양한 신재생에너지 하이브리드가 본격적인 확산을 위한 채비가 이루어지고 있다. 에너지관리공단에서는 지난 5월부터 신재생에너지와 관련한 융복합 지원 프로그램을 추진하기 시작했다. 개별 시스템의 개발과 사업화도 중요하지만 하이브리드 형태를 통한 전체 시스템의 차별화, 가치 제고 등에 관련 기업과 정부 차원에서도 보다 적극적인 관심을 기울여야 할 것으로 보인다.

SOLAR TODAY 하 상 범 기자 (st@infothe.com)

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