정부 주도를 통해 전략적으로 신재생에너지 산업을 이끌고 있는 독일은 협력과 경쟁이라는 키워드를 통하여 산업 육성을 실시해 나가고 있다. 독일이 여타 다른 국가들과 다른 점은‘사회적 혁신’을 통해 성장을 이뤄나간다는 점이며 공정한 경쟁과 사회적 합의를 중요시하고 있다는 점이다. 최근 LG경제연구원 이서원 연구위원이 발표한‘독일의 사회적혁신 보고서’중 신재생에너지 산업 분야에 관한 내용을 정리해 봤다.
참조 : LG경제연구원‘독일의 사회적혁신
최근 LG경제연구원은‘독일의 사회적 혁신 보고서’를 통해 현재 독일의 산업의 강점으로 꼽히고 있는 다양한 분야에서의 협력과 경쟁을 통한 독특한 산업발전 모델을 분석하는 보고서를 내놨다. 보고서에 따르면 현재 독일은 태양광 전기 저장 정책, 가상 발전소 건립, Power to Gas 등 다양한 방법을 통한 신재생에너지 산업의 육성을 추진하고 있다. 정부와 관련업체들은 협력을 통해 산업의 기초를 다지는 한편 이러한 틀 안에서의 공정한 경쟁이라는 원칙을 바탕으로 효율성 향상을 추진해 나가고 있다.
신재생에너지의 유기적 연관 추진
독일은 신재생에너지 부문에서 정부 차원의 역량을 집중하고 이를 정권의 교체와 상관없이 지난 15년간 유지하고 있다. 독일 정부는 2020년에는 35%, 2030년에는 50%, 2050년에는 80%의 전기를 신재생에너지를 통해 생산할 것을 제시하고 있다. 이 경우 신재생에너지의 특성인 불안정성을 해결해줄 저장 장치가 대규모로 요구되며 2050년에 이르면 필요용량이 단기 불안정성 해결을 위해 14기가와트(GW), 장기적인 계절적 요인을 커버하기 위해 18GW에 이를 것으로 예측되고 있다. 신재생에너지는 화석에너지와의 경쟁에서 우위를 확보해야할 뿐 아니라 동시에 풍력, 태양광, 바이오 등 다양한 신재생에너지 발전 간에도 경쟁과 협력이 유도되어야 하며 그리고 이들 신재생에너지의 저장원과의 유기적 연관이라는 협력의 과제 또한 중요하게 대두된다. 그러나 이 목표를 위해서는 크고 작은 다수의 경제주체들의 참여가 필요하고 여기에 수반되는 문제들을 해결해 나가야 한다. 예를 들어 규모가 비교적 큰 풍력발전 단지와 함께 개별 가정의 소규모 태양광 발전 등 다양한 차원의 전력생산이 필요할 뿐 아니라, 이들의 불안정한 공급을 수요와 조화시켜 나가야 한다. 이 방면에서 독일 정부와 관련 업계는 독일 고유의 협력과 공조, 경쟁의 강점을 조금씩 구체화해 나가고 있다.
태양광 전기 저장 정책
독일은 최근 단기적인 해법 가운데 하나로 태양광 발전에 대한 자가소비를 확대하고자 하는 보조금 정책을 시작했다. 독일 태양광 산업은 2011년 이후 전체 전력의 3% 이상을 공급하기 시작했고 2013년에는 기상 상황에 따라 가변적이기는 하지만 시간대별로 전체 소비전력 대비 20~40%에 이르는 태양광 전력 공급이 이뤄지고 있다. 태양광 산업의 규모 확대로 인해 저전압망을 중심으로 독일 전력망의 불안정 요인이 커지고 있다. 풍력발전과 같은 경우는 대규모 오프쇼어Offshore 풍력단지의 발전으로 인한 고전압망 불안요인이 발생하여 독일 정부 차원, 그리고 이를 넘어 유럽연합 차원의 망 확충 계획이 마련되고 있다. 그러나 태양광 발전의 확대에 따른 저전압망 불안 요인은 전체 지역망을 모두 확충하는 것보다 자가 소비 확대 및 자가 전기 저장을 통해 불안정성을 줄이고 동시에 이를 통해 배터리 산업을 진작하는 것으로 정책 방향을 잡고 있다. 이러한 자가 전기 저장은 태양광 시장확대를 태양광과 여타 신재생에너지 혹은 화석에너지와의 경쟁이라는 구도가 아니라 저장 산업과의 협력이라는 구도로 풀어내는 해법이라고 할 수 있다. 독일 정부는 태양광 협회 등과의 협력을 통해 2013년 5월 이후 가정에서 생산한 태양광 발전 전력을 보다 유용하게 사용할 수 있는 배터리 지원 프로그램을 가동하였다. 태양광 전기 저장(Solar Strom Speicher)에 대한 이러한 지원을 위해서 독일의 정부 금융기관인 KfW(Kreidtanstalt für Wiederaufbau)에서 현재 ㎾p급 설비당 지원금 규모가 최대 신규 600유로, 추가설치 660유로로, 지원 첫해인 2013년 총 지원액 규모를 2,500만 유로로 책정하였다. 독일의 경우 이미 태양광 생산 및 저장을 통한 자가 수요가 전력 구매 비용보다 약 60%까지 저렴한 것으로 나타난다. 국가적 차원에서도 이러한 분산형 전기 저장을 통해 전체 전력망 부담을 분산할 수 있는 이점이 있다.
가상발전소 건립: 전력 산업계와 연구기관의 협력
가상 발전소는 물리적으로 실재하는 발전소는 아니다. 하지만 특정 지역에 태양광 풍력 등 다양한 신재생에너지 발전과 가스 발전 등을 하나의 플랫폼으로 결합하여 외부와 독립적인 분산형 발전설비로 활용하는 것이다. 이러한 방안은 앞서의 태양광과 저장시설이라는 일대일 매칭형 해결방안이 아니라 보다 포괄적인 전체 신재생에너지 산업군의 발전을 위한 협력 모델이라고 할 수 있다. 실제로 독일 프라운호퍼 연구소와 지멘스 그룹이 2011년부터 시작한 독일 중부 하르츠Harz지역에서 시작한 가상 발전소는 해당 지역의 25개 발전소를 120㎿ 설비로 통합 운영하고 있다. 이를 통해 변동성이 높은 다양한 신재생에너지 발전은 네트워크 효과로 인해 변동성이 줄어들게 된다. 또 풍력, 태양광 등 기상요인에 종속적인 신재생에너지 생산이 부족할 때에는 바이오 가스 발전을 늘리는 방식으로 수요에 대응하고 있다. 가상 발전소 모델은 독일 신재생에너지 산업 전체의 협력 모델이라고 할 수 있다. 개별 신재생에너지 산업이 서로 경쟁하는 것이 아니라 가상발전소라는 형태로 협력의 틀을 만들어 지역 내의 전력 수요에 적극적으로 대응하는 방안인 것이다. 이러한 협력적 대안은 전체 전력망을 안정화시킴으로써 신재생 에너지 산업 전체가 수요 저변의 확대 효과를 누리게 된다.
Power to Gas: 발전, 가스, 자동차 산업계와 연구소의 협력
앞서 제시된 변동성에 대한 해법들이 단기적인 변동성을 커버하기 위한 방안이라면 장기적인 변동성에 대한 구체적인 대안으로 제시되는 것이 전력(Power)을 도시가스(Gas)로 전환시켜 저장하는 이른바‘Power to Gas(P2G)’시스템이다. 신재생에너지로 생산되는 전기를 이용하여 수소를 생산하고 이 수소를 다시 전통적인 화학공정인 ‘사바티어Sabatier’방식을 통해 메탄으로 전환하여 기존의 도시가스망에 공급하는 것이다. 물론 이러한 방식의 에너지 전환에는 항상 에너지 전환 효율이라는 문제가 판단의 근거가 된다. 현재의 기술로는 전기를 가스로 전환하여 도시가스망에 공급할경우 전환효율이 35% 수준에 머물게 된다. 전기로수소를 생산하고 수소를 메탄으로 바꾸어 도시가스망에 압축해 공급하는 데에서 발생하는 비효율을 극복해야 하는 것이다. 하지만 이러한 P2G 방식은 현재로서는 유일하게 수개월의 시차를 극복할 수 있는 장기적으로 이용 가능한 방식으로 전망되고 있다. 독일이 현재 신재생에너지 과다 생산에 의한 마이너스 가격 수출의 어려움을 겪고 있는 것을 고려해 볼 때 독일과 같이 도시가스망이 발전한 국가에서 이러한 저장 가능성은 훨씬 더 큰 경제적 이점을 보유한 방안이라고 할 수 있다. 현재 독일에는 두 개의 연구소(Iwes, Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik와 ZSW, Zentrum für Sonnenenergieund Wasserstoff-Forschung)와 여러 신재생에너지 기업들이 힘을 합쳐 250㎾ 규모의 메탄화 공장(일일 약 300 세제곱미터의 메탄 생산)이 가동을 시작했고, 이를 풍력 단지 및 바이오 가스 시설, 열병합발전 등과 통합한 파일럿 설비가 이미 운영되기 시작했다. 생산된 가스는 가장 효율적인 시기에 전기와 열생산을 통해 지역 주민들에게 공급되고 있다. 또 독일 자동차 회사 아우디도 위의 연구소들과 함께 메탄화 공장과 관련하여 주요 투자자로 나서고 있으며, 6㎿급의 P2G 설비를 개발하고 있다. 아우디는이 설비에 필요한 전기를 풍력발전 등 신재생에너지를 통해 조달하여 메탄가스를 생산하고 이를 자사의 가스차에 공급하는 전략을 사용하고 있다. 또한 메탄가스 생산가스 과정에서 원료로 사용되는 이산화탄소를 자사 차량(A3 g-tron)의 이산화탄소 절감분으로 인정받기 위해 노력하고 있다. 이와 같은 다양한 방식의 정부와 산업계의 협력에 의한 신사업 부문에 대한 지원은 해당 사업 부문의 조기 시장화 가능성을 높이고, 이 분야의 세계 시장을 선점할 가능성을 높여주는 효과가 있다. 다만 이를 위해 너무 많은 사회적 비용이 지출되면 정부의 보조금으로 산업을 육성하고 불공정한 경쟁을 유발한다는 국제 사회로부터의 우려가 나타날 수 있다. 때문에 독일 정부도 국책 연구소 차원의 협력 모델을 통한 지원(가상 발전소 및 P2G 시스템 등)에 집중하고, 부득이한 경우 사업의 초기 시장화 단계까지의 문턱점을 넘어서는 부문으로 지원을 한정(태양광 전기 저장)하려고 노력하고 있다.
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