이 원고는 일본《電氣評論》誌에서 번역 전재한 것입니다.탈(脫)화석에너지 사회실현을 위한 재생에너지의 전망(재)전력중앙연구소_야마모토 히로미(山本博巳)개요온실가스 배출을 줄이기 위한 선택으로 재생에너지, 원자력발전, 화석연료 CCS(CO2 분리회수·격리), 에너지 절감 등의 방법이 있다. 그 중에서도 재생에너지는 온실가스의 삭감뿐 아니라 지속가능성을 높이기 위해 장기적으로 중요한 옵션이다. 재생에너지는 바이오에너지, 수력, 풍력, 지열, 태양열, 태양광, 그 외로 여러 가지 다양한 재생가능한 에너지로 구성된다. 여기에서는 탈화석에너지 사회를 실현하기 위한 재생에너지의 장기적인 전망에 대해 소개한다. 온실가스 배출 삭감을 위한 선택온실가스 배출을 줄이기 위해 취할 수 있는 선택에는 다양한 것들이 있다. IPSS AR4 WG3(제4차 보고서 워킹 그룹 3)에 의하면, 화석연료 CCS는 2015년 이후에 채용되는 과도적인 연결 기술로, 그 후 탈(脫)탄소에너지 이용의 진전에 의해 감퇴될 것으로 예상된다. CCS는 향후 수십 년간의 기술레벨에 있어서 중요한 기술이다. 그러나 장기적으로 보면 CCS용 발전소 내 동력 사용에 의해 화석연료 고갈을 앞당김으로써 화석연료 고갈과 함께 CCS는 사라질 것으로 전망된다. 한편 원자력의 경우 고속증식로(FBR)가 보급되면 우라늄의 이용 효율이 상승하여 우라늄 이용가능 연수가 1000년을 넘기 때문에 준(準)지속가능한 에너지로 생각될 수 있다. 따라서 2100년이 넘는 장기간 동안 준지속가능한 에너지의 원자력과 지속가능한 에너지의 재생에너지가 에너지 공급을 담당할 것으로 예상된다. 단, 원자력의 향후 도입량은 경제성 이외의 요인에도 영향을 받기 때문에, 본고에서는 원자력 도입량을 외생적으로 할당한다. 구체적으로 말하면 2020년까지는 원자력발전 계획 값이 실현되고 그 이후에는 도입량이 일정할 것으로 가정한다. 에너지 절감은 저코스트로 온실가스 배출을 많이 줄일 수 있는 선택 방법이다. 그러나 장기적으로 보면 에너지 절감에는 열역학적인 한계가 존재한다. 양질의 지하자원이 고갈됨에 따라, 질적으로 떨어지는 지하자원 및 폐기물 자원을 이용하게 되면서 자원이용에 대한 투입에너지가 증가하는 경우도 있을 것이다. 또 에너지 절감에는 단위 서비스당 에너지 비용 삭감을 통해 단위 서비스 비용을 삭감하기 위해 서비스 수요를 증대시켜, 결과적으로 에너지 소비를 증가시키는 경우도 있을 것으로 예상된다.(‘제본스 패러독스(Jevons Paradox)’라고 불린다. ‘에너지’를 자원으로 치환하는 것도 가능) 각종 재생에너지재생에너지는 바이오에너지, 화력, 풍력, 지열, 태양열, 태양광 등 여러 가지로 다양하다. 땔나무 등과 같은 전통적인 바이오에너지의 이용은 100만 년 이상의 긴 역사를 가지고 있다. 19세기 후반까지는 전통적인 바이오에너지가 세계 최대 1차 에너지원이었다. 근대적인 바이오에너지의 이용으로는 제2차 세계대전 중 일본에서 항공연료로 송근유(松根油)를 이용한 예를 들 수 있다. 또 1970년대 이후에는 흑액(黑液) 및 일반폐기물 등에 의한 발전·열 공급이 개시되었다. 한편 필자는 연구를 통해 바이오에너지의 궁극 공급가능량(1990년 기준)은 폐기물계 약 84EJ/년, 삼림의 입목(立木)에너지 이용 191EJ/년이라는 것을 밝혀냈다. IPCC AR4 WG3에 의하면, 잉여경지(剩餘耕地)에서의 궁극 공급가능량(미래)은 22EJ/년에서 500EJ/년이라는 폭이 있다고 한다. 수력(수차)은 제분 등의 용도로 2000년이 넘는 긴 이용의 역사를 가지며, 수력발전의 역사도 110년이 넘는다. 세계 수력발전의 이론적인 포장수력 자원량은 126EJ/년(1㎾h = 3600kJ), 경제성을 고려한 실제적인 포장수력 자원량은 34EJ/년이었다.(2003년의 발전량은 9.7EJ/년이었다) 풍력(풍차)은 수력과 마찬가지로 2000년이 넘는 긴 역사를 가지고 있다. 네덜란드 등 유럽에서는 12세기부터 풍차의 이용이 활발히 이뤄졌으며, 풍력발전의 역사도 110년이 넘는다. 풍력발전은 1970년대 오일쇼크 이후에 본격적인 보급이 시작됐다. 세계 풍력발전의 궁극자원량은 1,2000EJ/년(1㎾h = 3600kJ)이 넘을 것으로 예상된다. 그러나 바람상태를 고려한 자원량은 1800EJ/년 정도일 것으로 예측되며, 토지 이용 및 인구밀도 등 풍력발전의 입지제약을 고려한 실제적인 풍력발전의 자원량은 18~180EJ/년 정도다. 유럽풍력에너지협회(EWEA : European Wind Energy Association) 및 그린피스(Greenpeace)는 ‘Wind Force 12’라는 야심적인 풍력 도입목표를 내세웠다. 이 계획은 2020년까지 세계 발전량의 12%를 담당하도록 하는 것이다. 현재 수력이 차지하는 비중은 16%로 전체 발전량 3/4에 해당한다. 태양광에서 직접 동력을 얻은 것은 약 50년 전인 1954년 미국에서 발명된 태양광발전이 최초다. 태양광발전은 주로 일본과 독일에서 보급이 이루어지고 있으며 각각의 설비용량이 1000㎿가 넘는다. 태양광발전의 자원량은 설비장소를 건물의 옥상에 한정하지 않고 미이용지·저이용지까지 확대하면 더욱 많아진다. 국제연맹식료농업기구(FAO)가 정의하는 ‘그 외 토지(삼림, 경지, 목초지 이외의 토지)’의 1/10을 사용하는 것으로도 세계 태양광발전의 공급가능량은 2000EJ/년에 달한다. 그러나 태양광발전은 설비단가가 높고 설비 이용률이 낮기 때문에 발전 비용이 높다는 문제가 있다. IPCC AR4 WG3에서도 태양광발전은 가장 고가(50US$/tCO2)인 지구온난화 완화 선택 중 하나다. 그러나 태양광발전 및 풍력발전은 전력계통의 안정성을 확보하기 위해 도입되는 설비용량이 제약된다는 문제도 있다.태양광발전의 기술개발과 그 사회적 효과태양광발전은 발전 설비비용이 높고 전력계통 안전성 확보를 위한 도입 설비용량이 제약된다는 문제가 있다. 필자는 미래 기술개발 등에 의해 태양광발전 단가가 저하됐을 때의 사회적 이익을 세계 에너지 시스템 비용 절감액(사회적 잉여 증가와 동등)으로 계산하는 연구를 실시했다. 분석 툴로는 세계 에너지 시스템 비용을 최소화하는 세계 토지 이용 에너지 모델(GLUE)을 사용했다.간헐성 발전단가(태양광발전과 풍력발전) 및 탄소비용(탄소배출에 관계되는 비용, 절대값은 탄소배출권 가격과 동등)을 변화시켜 계산한다. 탄소비용이 높으면 재생에너지 등의 CO2가 발생하지 않는 에너지가 유리해진다. 분석 결과, 발전단가가 줄어도 탄소비용 상승해도 더욱이 이 두 가지가 모두 실현된다 해도 간헐성 발전 공급량과 시스템 비용 절감액은 적다는 것을 알 수 있다.(<그림 1>, <그림 2> 참조)