에너지원별 소비 및 생산 현황의 변화와 기술 발전에 따른 미래 에너지 시스템의 패러다임 전환 doc_id CNTS-00118878160_7

석유 소비는 1990년부터 1997년까지 석유화학 산업의 설비 신증설과 승용차 보급 중가에 따라 연평균 11.7%로 빠르게 증가하였다. 1997년 외환위기 이후 소비 증가율이 크게 둔화되었고, 경제 성장이 둔화되고 2000년대 후반 국제 유가가 상승하며 수송 부문의 에너지 소비가 연평균 1% 미만으로 하락하였다. 그러나 2014년 국제 유가의 급락으로 산업과 수송용 소비가 단기 급등하여 2015년에는 전년 대비 4.4% 증가한 109.6백만 toe를 기록하였다. 천연가스는 1986년 우리나라에 최초로 도입되었다. 이후 도시가스 공급, 배급망의 확장, 전력 수요의 빠른 증가 등으로 급속히 성장하여 2013년에는 총에너지 소비의 18.7%를 차지하였다. 천연가스 소비는 1997년에 10백만톤을 초과하였고 불과 7년 후에는 그 두 배를 넘었고, 9년 후에는 또 그 두 배인 40백만톤을 넘었다. 특히, 2000부터 2013년 기간 동안 석탄과 석유 및 원자력이 연평균 5.1%, 0.4%, 0.6% 성장하였는데 비하여 가스 소비는 연평균 8.2% 증가하였다. 정유 산업은 국가 기간산업으로 정부 주도로 빠르게 성장하여 왔다. 정제시설 용량은 1964년 35천 BPSD(barrel per stream day)에서부터 1997년 2.4백만 BPSD까지 급격히 증가하였다. 그러나 1997년 외환위기 이후 국제 석유 시장에서의 경쟁이 심화되어 증가율은 크게 둔화 되었다. 2015년 현재 정제시설 용량은 약 3백만 BPSD이다. 석유제품 생산량은 1990년 304.5백만 bbl에서 2015년 1,120.0백만 bbl까지 연평균 5.3% 증가하였다. 생산되는 석유제품은 1990년대 초반의 경유와 중유 중심에서 승용차 보급의 증가, 석유화학 산업의 성장, 항공 수요의 증가 등으로 인해 최근에는 휘발유, 경유, 납사, 항공유 등으로 다변화 되었다. 국내 천연가스 생산기지는 1986년 평택 기지 건설을 시작으로 4곳을 추가로 건설하였다. 저장 규모는 1천만 kl에 달한다. 전량 액화천연가스(LNG) 형태로 수입하여 각 생산기지에서 재기화 한 후 전국 배관망을 통해 공급한다. 최근 미세먼지 문제가 심각한 문제로 대두되면서 발전 믹스 정책방향에서 변화가 있었다. 그동안 '안정적인 전력 수급'이 전력수급기본 계획의 기본 방향으로 증가하는 전력 수요에 맞춰서 설비 공급을 확대에 초점이 주어져 있었다. 그러나 미세먼지 문제에 대응하기 위해 정부는 '미세먼지 관리 특별대책'을 수립하였고, 발전 부문에서는 석탄화력 발전소의 효율 향상, 연료 전환뿐만 아니라 가동한지 30년 이상된 노후 석탄 발전 설비를 폐지하기로 결정하였다(산업통상자원부, 2016). 이미 폐지가 결정된 서천화력1, 2호기 이외에도 삼천포화력1, 2호기 등 총 10기, 3.3 GW 규모의 석탄화력 발전소를 2018년부터 2025년까지 순차적으로 폐지하거나 연료를 석탄에서 바이오매스로 전환할 예정이다. 장기적 관점에서의 문제는 2030년 이후 설비 수명 시점에 도달하는 대형 석탄화력 발전소들이 다수 존재한다는 점으로, 정부의 노후 석탄화력 발전소 폐지 정책이 해당 발전소들에 적용될 경우 향후 발전 부문뿐만 아니라 국가 총에너지의 구성과 온실가스 배출량에도 상당한 영향을 미칠 전망이다. 전망 기간 비화석 에너지가 전체 에너지 수요 증가의 대부분을 차지할 것이다. 특히 원자력의 비중이 커지고 반면에 석탄, 석유 및 가스 등 화석 에너지의 비중은 축소될 것으로 전망한다. 향후 25년간 원자력이 에너지 수요 증가를 주도할 것이며 신재생에너지도 총에너지에서 차지하는 비중을 크게 늘릴 것이다. 이러한 에너지원간 비중의 변화는 2030년대 초반의 온실가스 배출 정점에 기여한다. 원자력 비중 증가의 원인은 '제7차 전력수급기본계획'에 따라 원자력 설비의 신설하고 미세먼지 대응 대책에 따라 노후 석탄화력 발전소를 단계적으로 폐지할 계획이기 때문이다. 원자력은 2015~2050년사이 30백만 toe가 증가할 전망인데, 이는 전망 기간 동안 가스 수요 증가를 크게 웃도는 수준이다. 이로써 원자력이 석유, 석탄에 이은 세 번째 주요 에너지 공급원이 될 전망이다. 전통적 에너지 시스템은 주로 대규모 에너지 설비를 중심으로 중앙집중적으로 에너지를 공급하여 수요를 충족시키는 방식이다. 에너지 수요를 미리 예측하고 이를 충족시키는 방식으로 에너지 판매를 통하여 가치를 창출하는 형태였다. 전력산업의 경우 수직통합적 독점형태로 한 회사가 전력 생산에서 판매에 이르기까지 통합적으로 관리 및 운영하는 방식이 효율적이었다. 즉, 막대한 설비투자 비용으로 인한 비용체감산업으로서 규모의 경제가 작용하여 독점적 생산방식이 비용효과적인 셈이다. 그러나 에너지 기술의 발전과 정보통신기술의 적용으로 에너지 시스템의 변화가 나타났다. 에너지 기술발전에 따라 대규모 설비에서 소규모 분산형 전원의 비중이 점차 증대하고 있으며, 에너지 공급 및 수요 측의 양방향 정보교환으로 설비운영의 자동화와 수요관리 관련 다양한 사업들이 나타나기 시작했다. 기술의 발전과 함께 에너지 시장의 자유화를 통한 다양한 사업자의 경쟁이 활성화됨으로써 새로운 사업모델의 개발도 가능하게 되었다. 우선 에너지 기술의 발전은 소규모 에너지 설비의 시장화가 가능하도록 하였으며, 특히 친환경 에너지원의 기술이 급속도로 발전하면서 소규모 분산형 전원의 보급 증대에 기여하고 있다. 이와 함께 전력산업에 ICT가 적용되면서 양방향 정보교환이 가능함에 따라 스마트그리드기반의 전력공급이 주목을 받고 있다. 즉, ICT 기반구축에 따른 양방향 정보교환을 통하여 전력공급에 대한 원격조정과 자동제어가 가능한 시스템으로 변화되고 있다. 최근에는 4차 산업혁명 기술로 분류되는 사물 인터넷, 인공지능, 클라우드 서버, 빅데이터 분석기술 등의 출현이 미래 에너지 부문에 어떻게 적용될 것인가에 대한 논의가 주목되고 있다. 특히, 4차 산업혁명 기술요소들은 기존의 에너지 설비의 운영 및 관리에 대한 최적화뿐만 아니라 분산형 전원을 중심으로 하는 신재생에너지원의 결합 및 에너지 수요관리 시스템의 통합적 관리 및 운영에 대한 최적화를 달성할 수 있을 것이다. 이 뿐만 아니라 에너지 서비스와 관련된 다양한 산업과의 결합을 통해 에너지 사용의 효율제고와 새로운 사업모델을 개발하는 데 기여할 것으로 보인다. 인구, 환경, 지정학, 에너지 분야의 미래 메가트렌드를 도출하여 미래 메가트렌드와 저탄소 녹색성장 패러다임의 상호작용에 관한 연구를 통해 향후 국가전략 및 과학기술 정책과제를 제시하였다. 메가트렌드와 저탄소 녹색성장 패러다임의 상호작용을 추정하기 위해 정성적, 정량적 방법을 모두 사용하였다. 메가트렌드의 핵심요소 및 변수는 가급적 시간함수로 표시하여(e. g. 에너지 가격 = f(인구증가율), 인구추세 = f(에너지 가격) 등) 상호작용의 정성적 결과를 추정하였고, 경제부문과 기후변화부문으로 나누어 결과를 추정해 정량적 결과를 예측하였다. 또한, 저탄소 사회 패러다임을 ‘사회 의지적’ 트렌드로 상정하고 다른 ‘현상적’ 트렌드와 구별하였다. 이에 따라 인구구조의 변화, 기후변화를 비롯한 환경문제, 지정학적 중심의 이동, 에너지 수급불균형에 따른 고가에너지 시대, 과학기술의 급속한 변화를 미래 메가트렌드로 선정하였다.