renewable energy2
지난해 글래스고에서 개최된 COP26에서 각국은 지구온난화의 최대한도 억제를 요구한 2015년 파리협정에 따른 기후 공약을 7년 만에 검토하였습니다.1
특히 온실 가스의 세계 최대 배출 국가인 미국과 중국은 이산화탄소 배출량의 감소를 위해 함께 하는 한편, 그 외의 기후 변화 문제에서도 협력을 아끼지 않기로 약조하였습니다. 발전용 석탄 사용량의 절감과 개발도상국의 청정 에너지 전환 지원을 비롯하여 100개 이상의 국가가 2030년까지 메탄 배출 수준을 30% 줄이기로 합의를 보았습니다.
이 모든 것은 우리의 미래 세대가 2050년부터 지속가능한 세상에서 살도록 하기 위해 반드시 필요합니다.
탄소발자국을 순 제로까지 줄이는 것은 국가가 체크박스에 확인 표시만 하면 내일 당장 이루어지는 일이 아닙니다. 이를 위해서는 먼저 지속가능성 로드맵의 각 단계에 위치한 여러 국가들이 목표를 향해 면밀하고 상세한 계획을 세워야 합니다. 고맙게도 신재생에너지 기술 덕에 우리는 환경 위기를 악화시키지 않으면서도 에너지 소비, 인구 증가, 작물 생산, 축산, 제조업, 기술 발전의 균형을 무너뜨리지 않는 방법에 대한 시사점을 찾을 수 있었습니다.
태양광과 풍력은 오래전부터 신재생에너지의 핵심 요소였습니다. 태양광 기술의 지속적 혁신과 발전 비용 감소에 힘입어 페로브스카이트가 미래의 상업용 태양전지판의 판도를 바꿀 비용 효율적인 재료로 부상하고 있습니다. 애플, 아마존, 구글을 비롯한 기술 거대기업 역시 탄소중립을 실현하기 위해 태양광 인프라에 투자하고 있습니다.
또 다른 주축인 풍력 발전은 2021년에 17%나 성장하였습니다2. Shell과 Exxon Mobil을 비롯한 유수의 석유화학기업은 신재생에너지로 수익을 다양화하고 흔들리지 않는 대고객 전력 가치 사슬을 구축하려는 전략의 일환으로 2020년부터 해상 풍력 프로젝트를 확대하고 있습니다.
전력망의 안정화를 위해 태양광과 풍력을 모두 도입하면 햇빛과 바람의 유무에 상관없이 피크 사용기간 동안 전력 수요를 보다 더 안전하게 관리할 수 있다고 해도 과언이 아닙니다.
송전 인프라의 핵심인 교류(AC)와 직류(DC)는 각자의 장단점이 있습니다. 신재생에너지 시스템이 눈부시게 발전하면서, 각종 분야에서는 전기 사용 방식에 따라 AC 애플리케이션의 기존 경로를 유지할지, 혹은 부하 수준에서 DC 애플리케이션이 AC를 대체하게 될지 결정할 것입니다.
산업군에서 합당한 솔루션을 고려할 때 한 가지 우려되는 사항은 AC-DC 변환 시의 에너지 손실입니다. 현재 AC 전기 모터는 전 세계의 모터 기반 기기 중 약 90%를 차지하고 있으며, 이와 같은 압도적인 점유율은 DC가 제대로 보급되지 못한 이유이기도 할 것입니다.
2020년의 보고에 따르면, 전 세계 전력 공급의 29%를 신재생에너지가 차지하고 있습니다.2 근년 들어서는 전기가 필수적인 신규 응용 분야도 늘어났습니다. 신재생에너지에서 중요한 역할을 담당하는 그린 수소는 전기 분해를 이용해 물에서 생산하며, 이산화탄소 및 질소 등의 그 외 기체는 대기에서 추출합니다. 순 배출제로(탄소중립) 딜레마의 가장 큰 과제는 여전히 전기 사용 및 생성으로 탈탄소화를 추구함으로써 효율적이고 지속 가능한 발전 사이클을 구현하는 최선의 방법을 찾는 것입니다. 이는 즉 화석 연료와 석탄 등의 기존 에너지원에 대한 의존도를 낮추어 미래 세대에게 대기오염이 줄어든 하늘을 선사해야 한다는 뜻입니다.
태양광 또는 풍력 발전과 더불어 필수 솔루션인 에너지 저장 시스템(ESS)은 시스템 신뢰성을 확보하고 전압을 조절하여 전력망을 안정화하는 한편, 단기 피크 부하 수요를 지원하는 것으로 변전소의 역할도 할 수 있습니다.
10년도 안 되는 기간 동안 리튬 기반 배터리가 급부상하여 수력발전을 대체하고 있습니다. 리튬 소재의 저렴한 원가로 압도적인 우위를 점하고 있지만 여전히 운용상의 한계로 평균 6시간 분량 이상의 전력은 저장하지 못하고 있는 것이 현실입니다. 10~100시간의 연속 전력 공급이 필요한 애플리케이션의 경우 다른 해결책을 모색해야 합니다.
향후 10년 이내에 배터리 ESS에서 발생하는 격차를 해소하고 전력망의 안정성을 확보하기 위한 더 많은 기술이 등장하고 발전하여 탄소중립 문제의 해결에 있어 빼놓을 수 없는 이 퍼즐 조각을 완성하리라 기대합니다.
비교적 새로운 개념인 Power-to-X(P2X)은 잉여 전기를 사용하는 전기 변환, 에너지 저장, 재변환 경로를 집합적으로 망라하는 개념으로3, X는 가스(예: 수소), 연료, 화학물질에서 액체에 이르기까지 무엇이든 될 수 있습니다. 기존 전력망 인프라에 P2X를 효과적으로 통합하여 설계할 수 있다면 전력 수소화 (power-to-hydrogen) 개념은 탈탄소화의 판도를 바꿀 것입니다.
또한 P2X는 트럭, 선박, 비행기 등의 대형 교통수단에서 온실가스 배출을 줄일 수 있는 절호의 기회이기도 합니다. 예를 들어 기후 중립 항공편은 신재생에너지원에서 생성한 전기로 제조한 합성 등유만을 연료로 이용합니다.
현장 발전(OSG)이라고도 불리는 분산 발전은 발전소와 같은 중앙집중식 시설의 전력망에서 필요한 만큼의 전기를 가져가는 것과 달리, 특정 지역 또는 "현장"에서 사용하는 것을 목적으로 하는 전력 발전을 정의하는 용어입니다.
전력망에서 전송하는 경우 비효율적인 전송으로 전기의 약 5%를 손실하게 됩니다.4 주거지역 또는 산업단지에서 국지적 발전을 채택하면 중앙집중식 발전소에 대한 전력 의존도를 낮출 수 있습니다. 이와 같은 추세에 따라 태양광 패널과 배터리 ESS소형 유닛이 이상적인 선택으로 부상하고 있으므로 소규모 신재생에너지 셋업의 성장을 기대할 수 있을 것으로 여겨집니다.
위에서 언급한 신재생에너지 관련 기술 및 추세는 사일로화로 끝나서는 안 되며, 기본적으로 4.0 산업혁명의 개념으로 조망해야 합니다. 빅 데이터를 모니터링하고 완전히 이해해야만 에너지 생산을 최적화할 수 있습니다. 예를 들어 리튬 기반 ESS는 단순히 전력을 저장하고 방출하는 배터리가 아닙니다. 배터리 관리 시스템은 전류, 전압, 에너지 등의 상태를 모니터링하고 리튬 전지 수준에서 이상을 식별하며 필요한 경우 내장 보호 메커니즘을 작동하는 한편, 이더넷 연결로 전체 시스템의 원격 관리를 가능하게 합니다.
이를 위해 LAPP은 지속가능한 산업 분야를 선도하고 있습니다. 태양광에서 전기 이동성에 이르기까지 친환경 미래를 향한 긍정적인 개발의 중추가 될 혁신적 연결 솔루션을 찾아보세요.