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독일 ‘신재생에너지 국가 프로젝트’에서 배울 시사점
김 시 헌/세협기계주식회사 전무
2017년 06월 12일 (월) 관리자 webmaster@elenews.co.kr
   
 
  ▲ 세협기계(주) 김시헌 전무이사  
 


- 독일 신재생에너지 효율성 확보에 국가 프로젝트 출범 
- 제4차 산업혁명 연계위해 빅데이터, 기계학습 도입키로
- 풍력, 태양광발전의 비효율 제거하기 위한 다양한 시도
- 완전 신재생에너지 활용 시대 위한 국가 정책 비전 제시
- 문 정부, 신개념 에너지정책으로 새로운 일자리 창출 기대

석탄, 석유, 천연가스 등 화석연료는 오랫동안 글로벌 규모로 에너지 자원으로 사용되어 왔지만, 그 양에는 한계가 있어 수십 년 후에는 고갈될 위기에 처했다.
따라서 바이오연료 활용 등 대체에너지 개발에 각국은 사활을 걸고 있지만, 세계의 많은 신재생에너지 사용 국가 중 독일은 자국이 시행하고 있는 신재생에너지를 보다 효율적으로 사용하기 위해 다양한 시도를 하고 있어 세계적으로 주목받고 있다.
독일을 여행해 본 사람이라면 풍력발전용의 풍력 터빈 및 태양광 발전용 솔라 패널이 나란히 정리되어 있는 광경을 자주 목격할 수 있다. 이는 독일이라는 국가가 원자력발전 및 화석연료를 사용했던 화력발전에서 신재생에너지로 전환하고 있음을 여실히 보여주는 현장이라 할 수 있다.

독일은 세계에서 신재생에너지 활용에 가장 적극적인 국가로 알려져 있지만, 그렇다고 해도 풍력과 태양광 등 자연에너지 기반 전력으로 국내 모든 전력수요를 충당하지는 못하고 있다. 따라서 기상학자 및 엔지니어, 공기업 등이 모여 신재생에너지를 보다 유효하게 활용하기 위해 빅데이터와 기계학습의 활용을 검토하기 시작했다. 이 프로젝트는 일명 ‘EWeLiNE’이라 하는데 PL(Project Leader)은 유럽 최대의 연구기관인 프라운호퍼(Fraunhofer) 연구기구에서 근무하는 물리학자 말타 제필트씨가 맡고 있다. 이 프로젝트의 궁극적 목표는 송전망 조작만으로 신재생에너지를 보다 효율적으로 활용하고 화석연료의 사용을 최소한으로 억제하고자 하는 것이다.
독일 국내 풍력 발전 용량은 약 4만5000MW로 이는 중국, 미국 다음으로 세계에서 세 번째로 큰 규모이다. 그러나 독일의 장점은 현상의 발전량이 많을 뿐만 아니라 다른 국가와는 비교할 수 없을 정도로 신재생에너지 전환을 적극적으로 추진하고 있다는 점에 주목해야 한다. 
독일에서는 국내 전력 수요의 3분의 1을 신재생에너지로 충당하고 있으며, 또 독일 정부는 2050년까지 적어도 국내 전력수요의 80%를 신재생에너지로 공급할 것으로 전망하고 있다.
문제는 무풍, 궂은 날씨로 풍력발전 및 태양광 발전에 의한 발전량이 요구되는 전력량을 밑도는 경우 송전 작동이 다른 발전 시설을 통해 부족한 분의 전력을 어떠한 방식으로 요구할 것인가에 달려 있다. 또 강풍 및 일교차가 강한 날씨 등 풍력발전 및 태양광발전에 의한 발전량이 예측한 전력량을 상회하는 경우에 다른 발전 시설로부터 공급받을 전력량을 즉시 줄이고 무모한 발전비용을 방지해 신재생에너지를 유효하게 활용해야 하는 것도 과제로 남아 있다.

송전계통운영자는 신재생에너지의 발전량이 부족한 경우 화석연료를 사용한 화력발전시설 등으로부터 부족분의 전력을 공급받을 필요가 있다. 이 부족분의 보충으로 독일은 연간 5억 유로를 지불하고 있는 상태이다. 또 풍력발전 및 태양광발전으로 많은 전력을 발전할 수 있는 경우에도 화력발전시설로부터 공급받은 전력이 많을수록 잉여 전력은 CO2 배출과 관련이 있다. 신재생에너지가 급속히 확대되고 있으나 적절한 데이터베이스를 활용한 전력 예측 시스템은 현재는 존재하지 않고 있다.
이미 세계에는 다양한 기후 예측시스템이 존재하고 있음에도 예를 들면 풍력터빈에 어느 정도 세기의 바람이 불어야 하는지에 대한 예측시스템은 존재하지 않는다. 그러나 만일 이러한 정보를 예측할 수 있을 정도의 정보가 축적되면 풍력발전에 의해 어느 정도 전력이 발전 가능할 수 있는지를 파악할 수도 있다.
700만 유로를 쏟아 붓는 ‘EWeLiNE’ 프로젝트에는 ‘50Hertz’ ‘Amprion’ ‘TenneT’의 독일의 3개 송전계통운용자와 경제 에너지성이 협력해 2012년부터 발전량을 예측하기 위한 시스템을 개발하고 있다. 풍력 터빈의 대부분은 터빈 중심부의 풍속을 측정하기 위한 장치를 장착
하고 있으며, 솔라 패널에는 일광 강도를 측정하기 위한 장치를 부착함으로써, 각각의 데이
터를 축적하고 있다.
 EWeLiNE 프로젝트는 모아진 풍력 및 일광 강도에 관한 데이터를 다양한 대기관측 데이터와 합산함으로써 48시간 이후까지의 발전량을 예측하고 있다. 특히 연구팀은 예측 데이터를 실제 발전량과 비교해 기계학습에 의해 예측의 정확도를 향상시키기 위한 시도에도 참여하고 있다. 프로젝트에 참가하는 연구자는 독일 국내의 풍력, 태양광발전소 시설에서 동일한 시스템을 테스트하기 시작했다.
그러나 현실적으로는 관측데이터를 실시간으로 송전 작업에 반영시키는 것은 불가능해 보이지만 향후 2년 이내에 관측데이터를 실시간으로 해석하고 자동으로 송전량 조절이 가능한 시스템 개발이 EWeLiNE 프로젝트에 포함되어 있어 그 성공에 대한 자신감을 보이고 있다.
미국 대기연구센터(NCRA)에서는 동일한 시스템을 2009년부터 개발해 와 현재 이 시스템은 미국의 8개 주에서 사용하고 있다. 미국에서 가장 많은 풍력발전량을 자랑하고 있는 전력회사 Xcel Energy에 의하면 발전량 예측시스템 오류는 2009년 이후 계속 감소하고 있으며 다른 발전업자로부터 불필요한 전력 구입도 감소되어 연간 6000만 달러의 절약에 성공하고 있음도 밝혀졌다.
다만 기후 모델 및 기후 예보 알고리즘 등이 미국과 독일이 서로 다르기 때문에 EWeLiNE 프로젝트에서 NCRA의 시스템을 그대로 사용하는 것은 불가능하기에 독일은 독자적 프로젝트를 수행할 수밖에 없다. 
우여곡절 끝에 대한민국 제6공화국의 일곱 번째 정부인 문재인 정부가 출범하였다. 문재인 정부의 에너지 정책 주요 공약을 살펴보면 첫 번째, 탈 원전으로 국민의 안전과, 두 번째, 탈 석탄 발전으로 청정에너지인 LNG 발전 확대하고, 세 번째, 태양광, 해상풍력 등 신재생에너지 전력량을 2030년 20%로 확대하고, 네 번째, 4차 산업혁명에 대응하는 에너지산업 생태계를 구축하고, 다섯 번째, 친환경 에너지세제로 개편하고, 여섯 번째, 에너지다소비형 산업구조를 저탄소 고효율형 구조로 전환, 마지막으로, 차세대 에너지산업을 통한 40만개 일자리 창출하는 것을 목표로 하고 있다. 물론 이 중 실효성이 의문인 공약도 있으나 현실적으로 잘 절충하여 모두가 성공적으로 진행되길 바란다.
여기서 전력 발전을 태양광 풍력 등의 친환경 에너지로의 전환도 중요하지만, 에너지 절약 측면에서 보면 비싼 에너지를 사용하여 만든 에너지가 해당 부처의 무관심과, 기존 기득권 세력의 반대로, 활용할 수 있는 기술이 있지만 관련 정책의 부재로 인하여, 그냥 버려지고 있는 것에 주목해야한다. 이렇게 버려지는 에너지를 통칭 미활용 에너지라 하는데 미활용에너지란 자연 상태의 태양의 열에너지를 저장하고 있는 개체들의 내재된 열과 인간이 생활을 영위하거나 산업체의 생산 활동으로 인해 발생한 열들로, 해수나 하천수는 자연의 열과 인위적인 열을 같이 갖고 있지만 하수 나 산업 공정 폐수 등은 인위적인 에너지이다. 자원이 별로 없는 우리나라는 대부분의 화석연료는, 많은 비용을 지불하고, 거의 수입에 의존하고 있다.  화석연료를 우리 생활에 필요한 전기나 열로 전환 시키면서 많은 부분이 소실되고 있다. 자연의 에너지 해수의 부존량과 최근 신재생에너지로 지정된 발전소 온배수의 부존량, 요즘 도시 주변은 자연과 인간이 버린 열을 갖고 있는 하천수, 인간이 존재하면서 필연적으로 발생하는 하수의 부존량, 산업체 제품 생산 과정에서 발생하는 공정 페열의 부존량 등, 버려지는 에너지의 부존량이 갖고 있는 열을 화폐로 환산하면 실로 천문학적인 경제적 가치를 보유하고 있다.
새 정부의 에너지 공약의 이행과 미활용에너지 활용을 위해 다음 세 가지 실천 방안을 제안한다. 첫 번째, 신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법 시행규칙, 제2조의 신ㆍ재생에너지설비 조항을 살펴보면, 수열에너지 설비란 ‘물의 표층의 열을 변환시켜 에너지를 생산하는 설비’로 되어 있다. 이미 경제성이 확보된 미활용 수열에너지, 예를 들어 하수, 지하수, 하천수, 공정폐수 등을 신재생에너지로 활용하려면, ‘의 표층’만 삭제하면 되는 이해되지 않는 문구로 되어 있다. 다시 설명하면 ‘물의 표층의 열을 변환시켜 에너지를 생산하는 설비’로 바꾸면 된다. 여러 관련 단체에 이해관계에 따라 만들어진 웃지 못 할 결과물이다. 결론을 말하자면, 세종시 정부종합청사나 서울시청 신청사에 제안했지만 지정이 중요한 것이 아니라, 기술이나 경제성을 확보하고도 신재생에너지가 아니기 때문에 활용되지 못하는 역차별을 막아야 한다. 모든 미활용에너지를 활용하게 하고 경제성을 평가하여야 하며, 지원 방법도 효율 검증 후, 여러 해에 나누어 지원하는 것이, 부실시공과 예산 낭비도 줄이게 될 것이다.
두 번째, 국가의 에너지 안보의 독립을 위해 에너지부의 신설을 제안한다. 세계 많은 강국들이 에너지 및 온실가스 감축을 목표로 총력을 기울이고 있다. 그런데 우리나라는 에너지 관련 일을 하나 처리하는데, 산업통상자원부, 환경부, 국토해양부 등 여러 부처가 협의를 해야하는 일이 비일비재하다. 심지어 비슷한 일을 하는 조직이 부처별로 만들어져 국민의 예산을 낭비하고 있다. 에너지부로 통일하여 에너지와 온실가스 감축, 기후변화 등의 관련 업무를 일원화하면, 실행력도 높아져 실질적인 성과가 나타나, 관련 산업도 확대 발전되고, 일자리도 많이 창출될 것이다.   
세 번째, 기득권에 편승하는 기관들의 대대적인 개혁이 필요하다. 전력과 가스의 독점으로 다른 새로운 기술의 에너지의 신규 진입을 원천적으로 막는 폐해도 반복해서 발생하고 있다. 에너지 분야 뿐 만 아니라 국민의 혈세로 운영되는 국가 기관이나 공공 기관들의 청사와 공무원의 수만 해도, 국민 대다수의 중간 수준과 비교해보면 위화감을 느끼기에 충분하다. 외국의 공공 기관들을 살펴보면, 국민의 눈높이에 맞추어 시민들과 아주 가까이 있다. 우리 공공 기관들은 누가 보아도 알 수 있는 단독 건물의, 또는 그 지역에서 가장 비싸고, 좋은 건물을 소유 또는 임대하여 국민의 혈세를 낭비하고 있다. 이런 부분을 개선하여 절약된 예산을 국민 대다수의 복지와 서민들의 주거 안정에 두면, 날로 벌어지는 양극화 해결에 많은 기여를 할 것으로 생각한다.

회사소개 : 세협기계(주)는 1990년 9월 창립한 공기열원 히트펌프 연구개발 제조 전문기업으로, 최근에는 에너지 절약 부문의 수축열시스템, CO2 히트펌프, 수열원 히트펌프 개발과 태양광 발전 등 에너지 생산 등 에너지 서비스 전문기업으로 도약하고 있는 기업이다.

 

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