분산형 전원 활성화 방안 연구 연료전지를 중심으로

가정용 및 건물용 연료전지는 연료전지 발전의 가장 큰 장점인 분산형 전원에 최적화된 형태라는 점에 그 의미가 있다. 그러나 한전으로부터 공급받는 일반용 전기요금과 주택용 전기요금이 연료전지를 사용해서 생산하는 전기가격에 비해 저렴하여 가동할 유인이 거의 없는 것으로 알려져 있다. 주택용 연료전지 발전도 누진제도에 의해서 전력소비가 많은 가정에서만 일부 경제적 이득이 존재했을 뿐 일반적인 전력소비 가정(약 300kWh/월)에서는 한전에서 전력을 공급받는 것이 훨씬 경제성이 있으며 누진제도가 완화된다면 더욱 주택용 연료전지의 경제성을 확보하기가 어려울 것이다. 건물용 연료전지의 경우, 신규건물 건축에 따른 의무화 정책 때문에 건물에 연료전지를 설치하는 경우가 대부분일 것이나 경제성이 없는 상태에서는 의무 조항에 따라 발전설비를 설치할 뿐 실제 발전을 통해 전력과 열을 각 건물에서 사용하는 분산형 전원으로서의 역할을 할지는 의문이다. 현재 보급(보급예정)된 발전용 연료전지의 약 44%(110MW 수준)는 기존 발전소 내에 설치되어 있거나 설치될 예정이다. 대부분의 경우가 RPS 이행의무를 위한 발전사업자의 연료전지 사업 일환으로 운영되고 있는데 기존발전소 부지 내에 연료전지를 설치하는 것은 연료전지가 주는 가장 큰 편익인 분산형 전원으로서의 편익이 충분히 반영되지 못하는 단점이 발생한다. 이에 반해 경기그린에너지, TCS1, 부산연료전지발전은 각각 화성 발안 산업단지, 대구 성서공단, 부산 화전 산업단지에 설치되어 분산형 전원으로서의 역할을 제대로 하고 있다. 또한 신도시 및 도심에 설치될 예정인 노을그린에너지(서울 상암), 부산그린에너지(부산 해운대), 제2 롯데월드(서울 잠실) 등은 앞서 산단에 설치된 연료전지와 마찬가지로 분산형 전원으로서의 적합한 역할을 기대할 수 있다. 향후 연료전지 사업은 기존 발전소 유휴부지 보다는 신규 산업단지 또는 신도시에 분산형 전원으로 설치되는 것이 바람직한 방향이라고 할 수 있다. 마지막으로 연료전지를 포함한 분산형 전원 활성화를 위해서 보다 강력한 정책적 수단도 고려해 볼 필요가 있다. 예를 들면 주요 전기수요처에 분산형 전원 설비 설치 및 사용 전력의 일정비율을 자체 생산 전력으로 사용하도록 의무화 하는 것이다. 국내에서 사용 되는 전력의 약 55%(2016년 기준)는 산업용으로 사용되고 있으며, 국내 주요산업단지를 살펴보면 매년 그 숫자가 지속적으로 증가하는 추세이다. 따라서 대규모 산업단지에 사용되는 전력의 일정 부분부터 분산형 전원으로 발전하는 의무를 부과한다면 피크부하 감소, 송 변전 및 배전 설비 증설 비용 감소 등으로 이어질 수 있을 것이다. 특히 대규모 산업단지에 연료전지 발전 사업을 진행할 경우 상대적으로 대규모 발전 사업을 수행하더라도 분산형 전원으로써의 편익과 대규모 수요지의 안정적 전력수급에 기여하는 편익을 발생시킬 것으로 판단된다. 전력생산량은 발전용 연료전지 경제성분석의 가장 기본적인 수치일 것이다. 생산량 추정에서 가장 중요한 전제인 발전용 연료전지의 이용률은 약 90% 정도로 가정하여 분석하는 것이 일반적이라고 볼 수 있다. 또한 연료전지에서 화학반응을 통해 전기와 열을 생산하는 가장 주요한 부분은 Stack인데 Stack의 출력은 매년 2% 정도씩 출력이 저하되며 5년을 사용한 후에는 Stack을 교체하는 것이 일반적이다. 전력생산 출력이 매년 2%씩 저하되는 반면 열생산은 매년 2%씩 증가하는데 이를 열화율이라고 표현한다. 정리하면 전력의 생산은 Stack 수명기간(5년) 동안 매년 2%씩 감소하는 반면 열생산은 2%씩 증가하는 것으로 설정하였다. Stack을 제외한 기타설비는 20년 동안 사용하는 것으로 가정하였으며 전력 및 열의 최대생산량은 각각 1기당 2.5MW, 1.2Gcal/h로 설정하였다. 본 경제성 평가에서 사용한 평가방법은 순현재가치(Net Present Value, NPV)와 내부수익률(Internal Rate of Return, IRR)을 추산하는 방법으로 경제성 분석을 실시하였으며 2017년부터 향후 20년 동안 연료전지 사업을 운영하는 것으로 가정하고 분석하였다. 발전용 연료전지 운영에 필요한 비용 항목은 상당히 다양할 것이나 고정비 성격인 주기기 및 보조설비를 구입하는 설비 구입비용과 연료비 및 유지보수비로 대표되는 운영비로 구분할 수 있다. 포스코에너지에서 판매하는 DFC3000의 주기기 비용과 보조설비 비용은 경제성분석에서 가장 필수적인 요소로 연료전지 판매사업자인 포스코에너지로부터 직접 자료를 제공받아 분석하였다. 발전소 운영을 위한 비용에는 발전연료비용과 주기기의 수리 및 유지비용이 상대적으로 높은 비중을 차지하고 있다. 연료전지 발전연료인 수소를 생산하기 위해 사용하는 LNG소비량은 1기당 507Nm³/hr로 설정하였다. 연료전지 발전사업을 수행하기 위해서 사용하는 LNG는 도시가스를 이용하며 요금은 열병합용으로 적용받게 된다. 연료전지 설비의 수리 및 유지 비용은 판매사업자인 포스코에너지에서 제공받았다. 수리 및 유지 비용은 경제성분석을 위해 매우 중요한 항목이나 연료전지 설비구입비용과 마찬가지로 자료제공자의 요청에 따라 본보고서에서 공개하지 않는 것으로 하였다. 감가상각제도로는 수정가속상각법(MARCS; Modified Accelerated Cost-Recovery System)이 있으며, 연료전지를 비롯한 다수의 재생에너지기술에 적용되고 있다. 일반적으로 감가상각제도는 정액법을 사용하는데 매년 일정액을 감가상각하는 정액법에 비해 수정가속상각법은 정액법으로 감가상각된 잔액에 대해 매년 일정비율의 감가상각비를 계산하는 것이다. 수정가속상각법과 일반적인 감가상각제도를 간단하게 비교하면 감가상각총액은 동일하나 사업초기에 감가상각액이 높아지게 되어 설비투자에 들어간 투자자본을 조기에 회수할 수 있으며 사업초기에 발생되는 세금을 사업후기로 지연시킬 수 있어 신재생에너지사업을 보다 안정적으로 운영할 수 있도록 지원해주는 제도로 보인다. 당분간 저유가가 지속된다는 가정 하에서 현재 연료전지 발전 사업은 발전사업자의 관점으로 볼 때는 경제성을 확보할 수 있는 것으로 분석되었다. 그러나 국가적 입장에서 보는 비용 대비 편익을 분석한다면 송 배전 설비 회피 및 송전 혼잡 회피 편익이 연료전지 발전사업의 편익으로 포함되는 대신 친환경에너지로의 편익은 상당부분 감소할 것으로 판단되어 관련 비용에 비해 획득할 수 있는 편익이 상대적으로 적은 수치를 보일 것으로 예상이 된다. 결론적으로, 연료전지는 미래 에너지 시대를 대비하고 분산형 전원 확대를 위해 지속적으로 발전시켜야하는 발전기술로 판단할 수 있다. 하지만 화석에너지를 사용한 수소생산으로 야기되는 연료전지의 친환경성 논란과 대규모 발전으로 인한 분산전원 편익 감소와 같은 문제점도 있으므로 빠른 시일 내에 개선이 필요한 것으로 판단된다. 첫 번째, 연료전지 발전에 사용되는 화석에너지를 재생에너지로 변경할 수 있도록 유도하는 제도를 마련해야 한다. 현행 RPS에서 연료전지 REC 발급은 수소를 생산하는 발전연료와 관계없이 일정한 가중치를 적용하고 있다. 이럴 경우 부생수소나 바이오가스를 이용한 수소생산 등에 대한 환경적 편익이 따로 보상되지 않아 손쉽게 수소를 생산할 수 있는 천연가스를 사용하는 것이 사업자 입장에서는 가장 합리적인 방법이 된다. 그러나 현행 연료전지 발전의 가장 근본적인 문제인 친환경성을 높이기 위해서는 생산과정에서 이산화탄소를 배출하지 않는 수소를 사용한 연료전지 발전에 대해서는 천연가스로 발전한 연료전지에 비해 더 높은 경제적 편익을 제공하는 것이 필요하다. 이는 친환경 수소생산에 대한 관심과 기술발전 및 투자 등을 촉진할 수 있는 지원책으로 이해할 수 있을 것이다. 두 번째로는 미국 캘리포니아의 사례처럼 친환경수소를 사용하는 연료전지 발전은 신재생에너지 지원제도에 포함시키면서 연료전지 발전사업 자체는 연료구분 없이 분산형 전원으로 발생되는 편익을 보상하는 분산형 전원 지원제도를 따로 고려해야 한다. 즉 발전설비별로 제공되는 편익에 맞는 지원제도의 확립이 필요하다고 하겠다. 송 변전 설비 회피 편익과 송전혼잡 편익 등 분산형 전원이 창출하는 사회적 편익을 고려한 제도를 수립하여 연료전지 발전이 발생시키는 편익에 맞는 적절한 보상을 하는 것이 중요할 것이다. 세 번째로, 연료전지 발전부지에 연료전지 발전과 태양광, 풍력 등 재생에너지 발전을 혼합한 복합 신 재생에너지 발전사업을 의무화 하는 것을 고려해 볼 수 있다. 일본의 태양광 발전에 대한 고정가격매입제도와 유사하게 연료전지와 태양광, 풍력을 함께 발전하는 전력량에 대해서는 RPS 지원 대상에 함께 포함하는 것이다. 이 경우 재생에너지와 연료전지의 공동발전량에 적합한 가중치를 부여하는 방법이 현재 지속적으로 제기되고 있는 연료전지 발전에 대한 RPS 지원 타당성 문제를 단기적으로나마 해결할 수 있을 것이다. 이와 같이 연료전지와 태양광 등을 혼합하여 발전하는 것을 지원하는 제도는 현행 소규모 태양광 대여사업에 동일하게 적용할 수 있다.