[2024 국제그린에너지엑스포 후기] 미래 에너지를 선도하는 한국전력공사

[2024 국제그린에너지엑스포 후기] 미래 에너지를 선도하는 한국전력공사

대학생신재생에너지기자단 21기 한세민, 25기 구윤서, 김승현, 안수연, 이예영

 

지난 4월 24일부터 26일, 3일간 대구에서 <2024 국제그린에너지엑스포>가 개최되었다. 이날 대학생신재생에너지기자단은 한국전력공사의 PVMI 2024 세션 발표와 홍보관에 방문해 미래 에너지의 동향을 살펴보았다. 

 

PVMI 2024 - 태양광 마켓 인사이트 : 한국전력공사의 대규모 영농형 태양광 기술개발 추진현황과 향후계획

영농형 태양광은 태양에너지를 농업과 전기생산에 공유하는 솔라쉐어링(Solar Sharing) 이론을 바탕으로 한 차세대 농업에너지 시스템 기술이다.

[자료 1. 솔라쉐어링(Solar Sharing) 이론]

출처: 사단법인 한국영농형태양광협회

솔라쉐어링 이론은 식물이 광포화점을 초과할 경우 광합성량이 더 이상 증가하지 않는다는 점을 통해, 광포화점을 초과한 빛을 태양광 발전에 사용하여, 농작물 재배와 태양광을 공유한다는 개념이다. 태양광 패널의 배치를 적절히 조절하여, 충분한 일조량이 공급되어 농작물 재배를 방해하지 않도록 하는 것이 관건이다.

영농형 태양광을 통해서 농지의 훼손을 최소화하고, 국토의 효율적 활용과 식량 안보에 기여할 수 있다. 이 뿐 아니라, 재생에너지의 수용성을 향상하고, 재생에너지 사업에 대해 농민들의 참여를 향상시켜 농가의 소득 증진에 기여할 수 있다는 장점을 가진다.

 

한국전력에서 영농형 태양광을 추진하게 된 배경은 크게 정부의 정책과 공기업인 한전의 정부협력 공공주도로 나눌 수 있다.

1.    지난 2023년 4월 정부가 발표한 국가 탄소중립∙녹색성장 기본계획에서 국토의 효율적 활용 및 주민 참여와 협력 기반의 수용성, 환경성 높은 재생에너지 개발을 통한 2030 국가 온실가스 감축목표(NDC)를 달성하겠다는 목표에 기여한다.

2.    공익 증진을 위해 공기업인 한전의 기술개발 및 제도 마련으로 시장을 활성화한다.

 

국내 영농형 태양광 현황은 어떨까?

국내에서는 농지법에 따라 태양광 사업이 이루어지고 있다. 염해간척농지를 활용하여 지상 태양광으로 사업을 개발 중에 있는 반면, 일반 농지에 대해서는 8년이라는 일시 사용허가기한으로 인해 경제성 측면에서 어려움을 겪고 있다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 영농형 태양광의 필요성이 대두되고 있으나, 관련 제도가 부족하고 높은 기술 개발 비용 등으로 인한 수익성 부족으로 민간 시장이 비활성화 되어있다는 문제점이 있었다.

 

국내에서 활용되고 있는 영농형 태양광 기술은 크게 세가지로 구분할 수 있다.

[자료 2. 프레임형 구조]

출처 : AI 타임스

[자료 3. 연결지주형 구조]

출처: AI 타임스 

[자료 4. 독립지주형 구조]

출처 AI 타임스

1.    상부구조를 일체하여 연결하는 프레임형

2.    상부구조의 일부를 연결하는 연결지주형

3.    상부구조와 연결하지 않는 독립지주형

 

현재 국내에서는 100kW급 60개소에서 실증이 이루어지고 있으며, 99kW급, 127kW급 벼, 47kW급 감자 영농형 프로젝트가 진행되고 있다.

국내 프로젝트가 소규모 실증이 대부분인 반면, 해외에서는 정부의 정책 지원 아래 MW급의 대규모 영농형 프로젝트가 이루어지고 있다. 미국에서는 ‘팜스 프로젝트’라는 이름 하에 정부에서 펀딩 및 MW급 규모의 다수의 채소(‘22)에 대해 연구를 지원하고 있다. 프랑스에서는 3MW급 와인포도(’18) 등 용량을 지정해 정책적으로 지원이 이루어지고 있으며, 이탈리아 또한 1.2MW급 밀(’17) 등이 진행 중에 있다.

이에 한전은 기존 소규모 기술에서 나아가 대규모의 사업기술 개발 추진을 위해, 농지에 적용할 수 있는 ‘장경간 구조’ 기술을 시도하며 유틸리티급 농업공존형 태양광 기술 개발이라는 최종목표를 세웠다. 장경간 구조란 철탑과 철탑 사이의 간격이 긴 구조를 말하며, 특히 대형 농기계를 활용하는 데 적합하다는 장점이 있다.

장경간 구조 설계를 통해 대규모 기계 영농에 적합성을 높인 것을 바탕으로, 나주에서 진행한 400kW급 설비 작물 실증실험 및 작물생장모델 개발을 통해, 벼, 보리, 콩, 옥수수 등 적합 작물을 선정했으며 80% 이상의 수확율을 달성했다.

태안에서는 350kW급 주민참여 지원사업을 진행하며 장경간 기술 모델을 통해 대형 농기계의 활용으로 자유로운 영농활동과 태양광 발전이 동시에 이루어질 수 있도록 했다.

이 프로젝트를 통해 영농형 태양광 시장 활성화에 따라 국가적으로 탄소 중립 달성 및 국토의 효율적인 활용을 기대할 수 있으며 지역 경제 활성화와 농가 소득 증가, 재생에너지 확대와 태양광 산업 활성화 등이 이어질 것이라고 예측하고 있다. 농민과 수익공유하는 상생 사업모델로 확대되기를 기대해 볼 수 있다.

 

국제그린에너지엑스포 한전 홍보관

[자료 5. 한전의 페로브스카이트 평판형 태양전지 ] 

출처 : 서울파이낸스

페로브스카이트 태양전지는 패로브스카이트 구조를 광흡수층으로 사용하는 박막형 태양전지로, 투명하고 효율이 높아 유리 창호 같은 곳에 사용할 수 있다. 페로브스카이트 태양전지는 높은 효율과 안정성을 지니지만 상용화 수준으로 사이즈를 키울 때 이 효과가 낮아지는 문제가 있다. 그렇기에 효율성을 높이는 연구에 집중하고 있으며 현재 한전은 18.6%의 태양전지 효율을 갖춘 반투명 페로브스카이트 태양전지 개발을 성공했다고 발표했다. 향후 계획으로 페로브스카이트 태양전지 시제품 개발 및 실증을 목표로 두고 있다.

 

다음으로는 수소에너지다. 한전은 수소에너지 사업을 크게 수소활용(연료전지), 수소 혼소 발전, 암모니아 혼소 발전 세 가지의 분야로 나누어 기술개발에 착수하고 있다.

먼저, 수소활용(연료전지) 분야에서는 현재 상용화 수전해 기술은 ‘알칼라인수전해(AEC)’와 ‘고분자전해질수전해(PEMEC)’가 있으며 차세대 수전해 기술로는 AEMEC와 SOFC 기술이 있다. 고효율인 SOFC 수소발전 기술개발로 전환분야 탄소중립 달성에 기여하고 수요지 분산 전원으로 보급을 확대하여 추가 송전선로 건설을 최소화하는데 기여하는 것을 목표로 두고 있다.

 

[자료 6. 수소에너지 생산과 활용]

출처 : 한국전력

수소 혼소발전의 핵심기술은 가스터빈 연소 및 운영기술이며, 기존의 연료인 LNG가 아닌 수소를 50%~100% 연소하기 위한 설비개발, 연소안전화 기술을 확보하는 것이다. 전력그룹사 공동연구를 통해 운영 중인 대형 천연가스 가스터빈을 천연가스-수소 혼소 발전으로 전환하는 연구를 진행중이고, 시험센터 구축을 통해 연소 최적화 기술 등 다양한 연구개발을 수행 중이다.

암모니아 혼소발전은 석탄발전소에 석탄과 암모니아를 혼합하여 발전하는 기술로 최종목표는 암모니아만을 활용하여 이산화탄소가 없는 발전을 하는 것이다. 주요설비인 보일러 설비 및 운영기술 개발에 힘쓰고 있다. 전력그룹사 공동연구에서는 운영 중인 화력발전소 보일러를 석탄-암모니아 혼소 발전으로 전환시켜 보일러 특성별 암모니아혼소 평가 및 연소 최적화 기술을 개발 중이다.

한전의 수소관련 개발 과정을 보면 0에서 부터 쌓아올리는 것이 아닌, 이미 사용하고 있는 기술에서의 발전을 도모하고 있다. 운영최적화와 상용화를 위해서 이러한 방향을 가지고 개발에 착수하는 방식이, 빠른 CO2제로 사회를 달성을 위해 효율적인 방법이라고 생각한다.

 

Nuclear Power

한전은 그린원전에 주목했다. 해외원전을 활용한 청정수소생산과 해외원전수출에 목표를 두고 있다. 이는 크게 생산, 육상수송, 변환, 해상수송, 사용의 다섯가지 과정을 통해 진행된다. 2023년 1월 UAE와 협력을 맺어, 현재 한전이 건설 중인 UAE원전 1~4호기의 심야 잉여전력을 활용하여 수전해 설비를 통한 수소 생산을 추진하고 있다. 

 

[자료 8. 한국전력의 수소사업]

출처 : 한국전력

 원전활용 수소생산기술은 원전과 신재생에너지 구분없이 사용가능한 저온수전해와 PWR(가압경수로) 공정열을 활용한 고온수전해 및 VHTR(초고온가스로) 열화학공정 등으로 구분할 수 있다. 현재 저온수전해 방식은 상용화 준비 단계로 2027년 이내 상용화 계획에 있으며, 고온수전해는 실증 준비 단계로 2030년 이내 상용화 계획에 있다고 한다.

[자료 9. 원전을 이용한 저온수전해]

출처 : 한국전력

Direct Current

한국전력공사는 4월부터 직류 신사업을 시작하였다. 이번 국제그린에너지엑스포에서 사업과 관련하여 직류 시장 전망, 해외 동향, 신사업 현황 등을 소개하였다. “끝나지 않은 전류전쟁, AC 시대에서 다시 DC 시대로”라는 슬로건으로 소개되어 있었다. 

DC town, DC 주택, DC 빌딩 등 직류를 사용하는 도시, 주택, 사업용 빌딩 모델을 제시했다. 이외에도 MVDC 모형, 설명 태블릿 등이 준비되어 있었다.

[자료 10. 한전 DC town 전시]

출처 © 25기 구윤서

[자료 11. 한전 DC 주택, DC 빌딩 모형]

출처 © 25기 구윤서

 

[송전용 HVDC의 필요성]

송전용 초고압직류송전(High Voltage Direct Current)는 기존 교류 송전방식에 비해 장거리 송전에 유리하다. 장거리로 갈수록 손실이 크게 줄고 같은 크기의 전선에서는 2배 이상의 용량으로 송전할 수 있어 경제적으로 유리한 것이다. 신재생 발전량이 풍부한 낮에는 전기를 육지로 보내고, 밤에는 육지로부터 전기를 공급받을 수 있도록 하는 양방향 전력 전송도 가능하다. 직류전송 방식은 전력의 크기와 방향을 원하는 대로 제어할 수 있어 전력 계통의 효율성과 안정도를 향상한다. 또한, 친환경적인 송전방식이라고 할 수 있다. 송전탑의 크기와 부지면적이 작아져 주변 경관과 환경영향을 최소화할 수 있는 것이다. 

 

	765kV 교류	500kV 직류
철탑 평균 높이	약 100m	약 75m (25% 감소)
철탑 양팔 길이	약 34m	약 27m (20% 감소)
철탑 평균 무게	약 200톤	약 120톤 (40% 감소)
기초부지 면적	1.335	870

[자료 12. 교류, 직류 송전탑 비교]

출처: 한국전력공사 국제그린에너지엑스포 소개 정보

[배전용 MV/LVDC의 필요성]

기존에 없던 전기차, 데이터 센터 등 DC를 사용하는 부하가 증가하여 전력 변환 손실을 저감하고 배전 계통제어가 가능한 MVDC(Medium Voltage Direct Current), LVDC가(Low Voltage Direct Current) 필요하다. 이는 전력 전송용량이 향상되고 전력 변환 손실 절감이 가능하다. 전력품질을 더 향상시킬 수 있고, 신재생에너지 연계에도 용이하다. 특히 HVDC와 비교하여 아직 상용화가 되지 않았으나 앞으로 사용될 예정이라고 한다.

특히 한국전력공사 관계자는 “DC 사업은 35년까지 확장할 계획이다.”라며 미래 산업 전망에 대해 언급했다. 전력 산업이 새로운 패러다임 변화를 맞이하는 중에 한국전력공사가 직류 사업을 시작한 것은 매우 중요한 움직임이다. 이를 통해 더 나은 에너지 시스템을 구축하고 지속 가능한 발전을 위한 기반을 마련하기를 기대한다.

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국제그린에너지엑스포에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "에너지의 새로운 미래, 한국전력공사", 25기 구윤서, https://renewableenergyfollowers.org/4411

[2024 국제그린에너지엑스포 정보] 한국전력공사

 

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