한국의 지리적 한계와 ESS

한국의 지리적 한계와 ESS

대학생신재생에너지기자단 18기 오지훈

 한국을 이야기할 때 지리적 한계는 빼놓고 이야기할 수 없다. 기업의 가치평가 이루어질 때도 지리적 한계는 국내 기업에게 붙는 꼬리표들 중 하나이다. 그렇다면 한국의 지리적 특징과 한계는 무엇일까?

 한국의 경우, 북위 33~43도, 동경 124~132도의 단일 기후대에 위치하며 국토 면적은 100,364㎢으로 상대적으로 좁다. 또한 북쪽을 제외하고는 삼면이 바다로 둘러싸였고 영토의 경우 평지가 30%, 산지가 70%로 구성되었다. 산지의 경우 해발고도 1,000m 이상의 산은 15%, 500m 이하의 산은 65% 이상을 차지하며, 태백산맥을 중심으로 동쪽이 높고 서쪽이 낮은 비대칭적 지형을 가졌다. 이러한 지리적 특징으로 인해 한국은 국토면적이 큰 국가에 비해 날씨에 따른 위험을 분산시켜 발전설비를 설치하지 못하는 한계가 존재하여 한반도 전체 날씨에 영향을 주는 상황이 발생했을 때, 풍력발전과 태양광발전에 의존하는 발전방식을 채택했을 시 전력공급에 차질이 생길 수 있다. 또한 전력에 대한 수요가 타산업에 비해 많은 제조업을 중심으로 발전했기 때문에 전력수요 역시 상대적으로 높은 국가에 해당된다.

 2021년 10월, 미국 캘리포니아대학교와 중국 칭화대학교 등 공동 연구진이 세계42개국을 대상으로 태양광 및 풍력 전력공급안정성을 평가한 자료를 전 세계적으로 널리 알려진 과학 학술지인 네이쳐 (Nature)에 발표하였다. 이들은 탄소중립을 실현시킬 수 있는 전력시스템은 현재 태양광과 풍력발전에 의존하고 있지만, 공간적, 시간적인 불일치로 인해 전력의 이용가능성과 전력수요 간의 불일치가 존재할 수 있음을 가정하여, 1980년부터 2018년까지 한국을 포함한 42개국에서 에너지 저장용량과 재생에너지 발전의 가설적인 규모를 혼합시킨 시간별 재분석 데이터를 활용하여 에너지 저장, 수요관리, 에너지 이용률, 그리고 집적된 지역의 이익을 정량화시키고자 했다고 전했다. 연구 결과, 완벽한 송전이 이루어지며, 연간 발전량과 전력수요가 동일하고 추가적인 에너지 저장매체는 없다고 가정했을 때, 가장 신뢰성이 높은 재생에너지 발전시스템은 풍력에너지였으며, 72-91%의 시간 (전력저장시간 12시간 추가 시 83-94%) 내에 각국의 전력수요를 충족시킬 수 있다는 점을 알게 되었다고 전했다. 하지만 수요의 90%를 초과하는 전력공급시스템에서도 연간 수백 시간의 충족되지 못하는 수요가 발생할 수 있다는 점도 짚었다. 아래의 그래프와 같이 해당 자료에서는 한국의 경우, 전력수요를 태양광·풍력으로 전량 감당한다는 조건으로 전력 안정성(정전시간과 관련된 지표)을 분석한 결과, 한국은 72.2%로 러시아(90.9%), 캐나다(89.8%), 호주(89.5%), 이집트(88.2%), 미국(87.7%), 중국(87.5%)에 비해 낮은 수치를 보였다. 아래 자료의 x축을 살펴보면 연간 8760시간 중에서 선진국들은 정전 사태를 3시간 이내(99.97%)로 통제하고자 노력하는데, 태양광과 풍력발전에만 전력공급을 의존할 때, 한국은 전력발전의 간헐성이 높아지면서 전력 안정성이 낮아진다는 점을 알 수 있다.

[자료1. 재생에너지 믹스별 국가별 전력안정성 비교]

출처 : NATURE

 이렇듯, 전력안정성을 높이려면 ESS(에너지 저장 시스템: Energy Storage System)가 필요하다. ESS란 전기에너지를 저장했다가 필요할 때 공급할 수 있는 소위, 대용량 배터리의 기능을 하는 시스템으로, 전력수급 안정화 및 효율화에 주요한 역할을 담당할 수 있다고 알려져 있다. 아래 자료를 더욱 살펴보면, 태양광과 풍력발전의 간헐성을 보완하기 위해 12시간 동안 전력저장이 가능한 ESS를 설치할 경우 한국의 전력 안정성이 72%에서 86%까지 증가하는 것을 볼 수 있다.

[자료 2. 국가별 전력저장매체 활용에 따른 전력 안정성 비교]

출처 : NATURE

그렇다면 현재 한국의 ESS 설치현황은 어떨까? 한국의 경우, 2017년, ESS에 대한 전기요금 할인 및 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치를 높이고 혜택을 높이며 국내 ESS 시장은 높은 성장세를 보였다. 하지만, 2017년 8월부터 2019년 10월까지 28건의 화재사고가 발생하고, 화재원인규명에 어려움을 겪으며 안전성에 대한 우려가 증폭되었다. 뿐만이 아니라 시공인력 채용, 비정상 가동으로 인한 운영손실, 안전 관련 조치에 따른 비용 등으로 재정적 부담이 증가한 상황에서 ESS 수요가 감소함에 따라 ESS 산업에 전반적인 리스크로 작용하게 되었다. 이에 따라 ESS 산업생태계에 대한 투자 역시 줄어들게 되었다.

 반면, 글로벌 ESS 시장은 전통적인 전력발전방식으로부터 벗어나 신재생에너지발전량을 늘려나가는 추세에 편승하여 ESS가 신성장동력으로써 주목을 받으며 ESS 보급 장려 정책, 전력보조서비스시장 개방 등을 통한 많은 투자가 이루어지고 있다.

[자료 3: 주요 국가별 ESS 확대 방안]

출처 : 신재생에너지기자단, 현대경제연구원

이러한 글로벌 ESS 시장의 확대에 따라, 기존 배터리산업에서 주도적인 역할을 해온 한국은 지리적 요인으로 인한 풍력과 태양광 발전의 한계를 보완하고 ESS 시장을 확대할 필요성이 존재하며, 기존에 강점을 가진 배터리산업에 보다 더 많은 모멘텀 생성하여 신성장동력으로 주목받는 ESS를 확대할 필요성이 존재한다고 보인다.

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ESS 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

 

1. "Actually, ESS for South Korea", 18기 오지훈, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3548

 

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참고문헌

1) Dan Tong, David J. Farnham, Lei Duan, Qiang Zhang, Nathan S. Lewis, Ken Caldeira Steven J. Davis, "Geophysical constraints on the reliability of solar and wind power worldwide", 2021.10.22, https://www.nature.com/articles/s41467-021-26355-z

2) 장우석, "국내 ESS 산업생태계의 위기- 원인과 대응방안", 현대경제연구원, 2020.01.21, 20-02 (통권 734호), http://www.hri.co.kr/board/reportView.asp

3) 선정민, "태양광·풍력 입지… 한국, 42國중 꼴찌- 네이처, 주요국 분석 보고서", 조선일보, 2021.11.13 ,https://www.chosun.com/national/transport-environment/2021/11/13/FMJAEEZTGZDS7GGUHNBGXU2LGQ/

4) 이윤정, 연 44%씩 커지는 ESS 시장… 한국은 안전 논란·지원 미비로 ‘고사 위기’, 조선일보, 2021.11.15, https://biz.chosun.com/industry/company/2021/11/15/B5VC6CNYHJHVDBWKTVZJTT7H4Y/

5) 한국문화원, 한국소개-사회, https://www.koreanculture.org.au/ko/about-korea-society/