천연 자원 상태의 1차 에너지를 효율적으로 이용하는 발전 시스템으로 주목 받는 것이 전기와 열을 동시에 생산하는 분산형 전원으로서의 '열병합발전(CHP : Combined Heat and Power Generation 또는 Cogeneration System)'이다. 각종 산업 시설, 업무용 빌딩, 주거용 아파트 단지 등 전기와 열을 모두 필요로 하는 곳에 적합한 시스템이다. 우리나라는 하절기에 냉방 부하가, 동절기에 난방 부하가 발전 설비에 큰 부담을 주어 최근 블랙아웃Blackout이란 대규모 정전 사태의 문턱까지 오가는 일이 잦아졌다. 정부는 그러한 위기 상황에 직면할 때마다 수요 측면에서 대국민 에너지 절약만 호소할 뿐 공급 측면에서 이렇다 할 방안을 제시하지 못한다. 중앙 집중형 발전 시설은 건설 기간이 길고 비용이 많이 들며 각종 민원 문제로 절차가 까다롭기 때문이다. 물론, 태양광과 풍력 등 신재생에너지도 있지만, 아직까지 생산 단가가 여타 발전원에 비해 높으며, 기후변화에 따라 전력 공급이 불안정해 품질이 좋지 않다. 이러한 문제들을 비교적 단기간에 모두 해결하는 것이 열병합발전이다. 에너지 절감 효과가 뛰어나고, 중앙 집중형 발전소와 송 · 변전 건설비를 줄이며, 환경 개선과 사회적 시설 투자 감소 등 장점이 많다. 각국에서 열병합발전소의 보급확대에 관심을 기울이는 이유다.

정리 윤홍로

토마스 에디슨이 1882년 6대 발전기로 전기를 생산해 최초로 공급한 이후 줄곧 전력 산업은 발전소에서부터 송 · 배전에 이르기까지 독점체제하에서 공룡처럼 몸집만 부풀려 왔다. 100여년이 지나서야 전력 산업 진입 규제를 완화함에 따라 독점에서 자율 경쟁 체제로 바뀌며, 지역 또는 구역 단위 소비를 위한 분산 전원이 부상했다.
우리나라도 전력 산업 구조 개편 논의 과정에서 난항을 겪자, 그 대안으로 2004년부터 분산 전원의 하나인 '구역전기사업'을 시행해 왔다. 전력 산업구조 개편을 추진한 배경을 보면, 전력 설비 건설에 따른 막대한 비용 문제와 님비NIMBY 현상으로 말미암은 각종 민원 문제 등 재정난과 입지난도 무시하지 못한다. 하지만 전력 산업 구조 개편은 현재 답보 내지 기형적 상태에 머물며 9 · 15 정전 사태를 초래했다.

분산형 전원이란
9 · 15 정전 사태는 실책의 대소를 불문하고, 한마디로 정부와 한국전력거래소, 한전의 합작품이다. 전력 수요에 준하는 안정적인 공급 능력(전력 예비력) 부재, 중 · 장기 전력 수급 방안 미흡, 원전을 포함한 대규모 발전소 중심의 전원 정책 때문이다. 상황이 이렇다 보니 9 · 15 정전 사태를 겪은 지 두 달 만에 발표한 겨울철 전력 수급 비상 대책도 변변한 게 없다. 현 상황에서 전력 대란을 막는 효과적인 대응 방안은 분산형 전원인 자가발전 설비, 집단에너지 발전 설비, 구역전기사업 발전 설비 등을 최대한 활용하는 것이다. 그러나 그동안 분산형 전원 정책에 소홀했기에 이와 관련한 유인책을 내놓지 못했다.
분산형 전원이란 무엇일까. IEA(International Energy Agency)는 분산 전원(DG : Distributed Generation)을 최종 수요처 부근 또는 배전 선로 지원용으로 설치하는 엔진, 소규모 가스터빈, 연료전지 및 태양광을 포함하는 발전 시설로 정의한다(대단위 풍력발전 단지 제외). 분산형 전원은 수요 지역에서 중앙 집중형 설비에 비해 규모가 작은 발전시설을 이용해 자체적으로 전력을 생산하기에 송 · 배전 계통의 건설비와 운영비를 줄일 수 있다. 그리고 분산형 전원의 주류를 이루는 열병합발전은 주로 천연가스(LNG) 등을 사용해 전기와 열을 동시에 생산하는 시스템으로 CO2를 적게 배출할 뿐만아니라, 여타 발전 설비에 비해 에너지 효율이 높다. 현 정부에서 2008년 8월 발표한 '저탄소 녹색성장'비전 달성을 위한 전원으로도 적합하다.
무엇보다 분산 전원으로서 열병합발전은 광역 송전 계통의 사고 또는 고장으로 말미암은 대규모 정전 사태에 대비할 수 있다. 9 · 15 전력 사태를 계기로 한전 발전 자회사의 대규모 발전원과 광역형 전력 계통망이 아닌, 소규모 지역형 분산 전원에 관심을 기울여야 한다. 열병합발전은 분산 전원으로서 기능뿐만 아니라 재해 시 긴급 전원 시설로도 적합하기 때문이다.

전기와 열을 동시에… 열병합발전
열병합발전은 하나의 에너지원으로부터 2차 에너지인 전력과 열을 동시에 생산하는 종합 에너지 시스템으로, 에너지원 중 천연 자원 상태로 공급하는 석탄 · 석유 · LNG 등 1차 에너지를 절약하는 고효율 에너지 이용 기술이다.
중앙 집중형 화력발전에 비해 분산형 전원으로서 열병합발전 시스템의 이점은 무엇일까. 먼저, 한전으로부터 수전受電에만 의존하지 않고, 전기와 열에너지를 자체 발전 시설로 생산하므로 국가적으로 전력 예비율 확보에 일조한다. 전력을 생산하는 과정에서 배출되는 열[排熱]을 이용하기에 화력발전방식보다 30∼40% 에너지를 절약한다. 즉, 화력발전은 투입 연료의 많은 양이 냉각 과정에서 사라지지만, 열병합발전은 고온부는 전기 생산에, 저온부는 공정 열(산업단지용 스팀이나 지역 냉 · 난방용 열)로 이용하므로 에너지 절감 효과가 뛰어나다. 전체 에너지 효율을 보면 화력발전은 약 40%이며, 여기에 송전 손실까지 포함하면 약 35%에 불과하다.
반면, 열병합발전은 발전기 형식과 용량 등에 따라 다르지만 발전 효율은 25∼40%, 폐열 이용 효율은 40∼60%로 종합 에너지 효율이 매우 높다.
한국지역난방공사에서 2008년 1월 화성 열병합발전소에서 실시한 시험 결과에 따르면, 전력 생산 효율은 42.1%, 열 생산 효율은 38.6%로 총 80.7%의 에너지 효율을 나타냈다. 동일한 양의 전기와 열을 생산하는 데 필요한 1차 에너지 투입량을 약 30% 줄인 것으로, 그만큼 화석연료 연소 과정에서 나오는 이산화탄소, 아황산가스, 이산화질소, 미세 먼지 등 대기 오염 물질을 줄였음을 뜻한다.