에너지 산업의 기술적 변화와 4차 산업혁명 기술의 융합을 통한 미래 에너지 시스템 및 시장 전망 doc_id PCY_201903140519006181_16

또한 전력가격과 관련하여 독일은 재생에너지 보급 확대로 마이너스 가격 문제에 직면하고 있다. 2007년 마이너스 가격을 허용한 이후 2016년 97시간, 2017년 146시간의 마이너스 가격이 발생하였다. 마이너스 가격이란 전력가격이 0이하인 경우로, 전력 공급 과잉 시, 발전사업자가 판매사업자에게 일정금액을 지불하고 전력을 판매하는 경우를 일컫는다. 마이너스 가격은 부하이전을 유도하여 계통안정성을 제고하는 방법으로서 독일은 재생에너지로 만든 전기를 화력, 원자력 등 다른 발전으로 생산된 전기보다 우선 매입하도록 규정하고 있다. 이러한 이유로 전기 공급이 수요보다 더 많을 경우엔 운전 유지를 위해 기존 방식의 발전사업자가 전력시장에 전기를 마이너스 가격으로 팔수밖에 없다. 신재생 발전의 발전량이 수요가 낮은 시간에 급증하여 가동 중인 기저발전 등 신재생 이외의 전력이 급전우선순위에서 배제되는 경우 발생하며 공휴일, 주말과 같이 수요가 감소하는 기간에 주로 태양광 및 풍력 발전량이 급증하면서 발생된다. 마이너스 가격으로 인해 발생되는 비용은 최종 전력소비자에게 부담금 형태로 전기요금에 부과해 충당하고 있다. 산업통상자원부에서 발표한 2017~2031년의 전력수요 예측과 이에 따른 전력공급계획인 ‘제8차 전력수급기본계획’에 따르면, 최대 전력수요는 2017년 동계기준 86.5GW으로 연평균 2.1%씩 늘어날 것으로 전망됨에 따라 2030년 동계에는 113.4GW의 발전용량을 확보할 계획에 있다. 앞 절에서 서술했듯이 정부의 전력수급기본계획에 있어 IGCC 발전기술은 중요한 변수가 될 수 있다. 2012년 현재 국내의 IGCC 플랜트 1기가 2016년 완공되어 실증 운전 중에 있고, 2024년까지 전체 신규 건설용량(3,442만kW)의 57%에 해당하는 1,973만kW를 IGCC 플랜트가 차지할 것으로 예상된다. 또한 2011년 6월 7일 착공식을 갖은 POSCO의 SNG plant 1기 건설도 관심을 갖고 지켜봐야 할 주요 사업 중의 하나다. 해당 플렌트는 현재 저유가로 가동되지 못하고 있으나, 유연탄 처리량 5,500톤/일의 규모로 연간 50만톤의 합성천연가스를 생산하는 대형 플랜트다. 셰일가스 개발로 각국별로 IGCC기술개발 정책의 변화가 감지되는데, 특히 미국의 경우 고효율, 저 건설단가 달성을 위한 혁신적 기술개발 및 CCS 적용에 역점을 두었으나 셰일가스 개발로 인해 IGCC 보다 가스터빈 발전에 주력하고 있다. 중국 및 호주는 자국의 석탄을 최대한 이용하기 위하여 IGCC 가스화 공정을 향후 CCS, CTL, SNG 및 화학연료 생산 등 다양한 분야로 확장하는 것에 주력하고 있다. 기후변화협약 등 환경규제 강화, 아시아지역의 경제성장, 노후 석탄발전설비 대체 수요를 고려할 때 석탄을 이용한 전력의 안정적 공급과 환경오염물질 감소라는 조건을 만족시키고 개발에 따른 파급효과가 큰 기술로써 IGCC에 대한 관심이 높아지고 있어, 2030년에는 약 250GW(약 8,300억불)의 거대시장이 형성될 전망이다. 또한 셰일가스 개발 확대, 유가 및 LNG 가격 하락 등 세계 에너지시장 재편으로 IGCC 확대와 관련해서는 현재 관망세가 유지중이나, CO₂ 규제 현실화 및 CCS 기술 상업화 시점을 고려할 때 2030년 전후로 IGCC시장이 급격히 성장할 것으로 예상된다. 사실 소비자가 중심이 되는 미래의 에너지시스템은 비단 재생에너지뿐만 아니라 IoT, 빅데이터, 인공지능 등으로 대변되는 제4차 산업혁명 관련 기술혁신과 이들 기술들의 융복합의 결과물로 발현될 것으로 전망된다. 에너지 소비기기와 제4차 산업혁명기술을 접목하여 에너지 소비를 실시간으로 모니터링·제어하면서 에너지 소비를 최적화하고, 필요 시 재생에너지 설비를 통해 에너지를 생산하며, 소비하고 남은 에너지를 직접 시장에 참여해 판매하는 에너지시스템이야말로 에너지전환의 종착지가 아닐까? 돌이켜보면 지금까지 에너지전환에 관한 논의는 재생에너지 비중 확대에 치우친 감이 없지 않다. 재생에너지 보급도 중요하겠지만 최근 눈부시게 발전하는 제4차 산업혁명기술을 활용하여 기술적·행태적 측면에서 에너지 소비 효율의 혁신을 이끌어내는 것이 우선되어야 한다. IEA에서 발간한 2017년 세계에너지전망 보고서는 에너지효율과 재생에너지를 2040년 온실가스 감축수단의 양대 축으로 지목하면서 에너지 효율이 전체 글로벌 감축량의 44%(재생에너지 36%)를 담당할 것으로 전망하고 있다. 산업부문에서 4차 산업과 관련된 기술들은 어떤 면에서는 대단히 새로운 것만은 아니기도 하다. 예를 들어 그동안에도 정보화, 자동화, 디지털화 등 유사한 형태의 다양한 단어들로 그 기능과 성격이 부분적으로 표현되어왔고 이러한 기술들은 생산성 및 공정효율 개선, 안전 강화, 비용 절감 등을 위한 업계의 노력의 일환으로서 역할을 해왔다. 그러나 최근에 이야기하는 4차 산업혁명과 관련된 기술들, 예를 들어 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 모바일 기술 등은 이전의 정보기술, 자동화 기술 또는 디지털기술과는 분명히 차별화된다. 4차 산업혁명 기술들이 이전의 정보기술과 차별화되는 가장 큰 차이점은 바로 ‘지능화’라는 특성에서 찾을 수 있다. ‘지능형’ 또는 ‘지능화’라는 용어는 정보를 습득하고 상황을 인지하여 예측을 하는 기능을 말하는 바, 즉 인간의 두뇌의 작용과 유사한 방식의 기능을 할 경우 ‘지능화’라고 할 수 있다. 최근에 사물인터넷, 무선통신, 대용량의 데이터 수집과 저장 및 분석 등 기술적 도약이 빠르게 일어나면서 이전의 정보화, 자동화, 디지털화와는 현격하게 다른 수준의 ‘지능화’가 가능하게 되었는데 이것이 바로 4차 산업혁명 기술의 핵심이 되겠다. 과거의 인터넷이 컴퓨터와 컴퓨터 간에 정보교환에 한정되었다면 사물인터넷은 컴퓨터가 아닌 다른 기기들, 예를 들어 가전기기, 자동차, 산업설비 등에도 인터넷이 연결되어 정보교환이 가능하게 되었다는 것을 의미한다. 사물인터넷은 특정 ‘사물’에 센서를 부착하여 그 ‘사물’에서 발생하는 각종 정보를 습득하고 이를 인터넷 통신망을 통해 실시간으로 전송하게 되며 클라우드 등의 방식으로 공유되고 수집된 빅데이터는 인공지능 알고리즘을 통한 분석과 각종 응용프로그램을 통해 활용된다. 인공지능이란 컴퓨터가 마치 인간의 두뇌활동처럼 스스로 추론하고 학습하여 판단하고 문제해결을 지원하는 시스템으로 여기서 특히 ‘학습’이란 반복되는 과정에서 사실과 규칙을 습득하는 것으로 이를 구현하는 기법으로는 머신러닝, 딥러닝 등이 있다. 이러한 여러 인공지능 기법을 가능하게 한 배경에는 앞서 언급한 빅데이터가 있다. 빅데이터는 말 그대로 기존과는 비교할 수 없이 많은 양의 정형 데이터나 비정형 데이터를 총칭하는 말로 기존의 관리체계나 분석툴로는 처리하기 어려울만큼 많은 양이다. 빅데이터가 바로 머신러닝이나 딥러닝 등 인공지능 알고리즘의 성숙도를 크게 개선하여 소위 컴퓨터가 학습하여 사실과 규칙을 습득해내는 정확성이 매우 높아지게 된 것이다. 해외의 석유가스 산업과 우리나라의 석유가스 산업은 산업 자체의 본질적인 특성에서는 유사성이 분명히 있으나, 생태계의 성숙도, 산업구조, 경쟁여건, 기술수준, 정책 측면 등에서 분명한 차이가 있다. 해외의 경우 특히 북미에서는 상류부문이 석유가스 산업의 지배적 산업으로 자원개발서비스 기업이나 초일류 IT 기업이 다수 존재하고 이들 간의 협업이 디지털오일필드 등의 방식으로 이미 십여 년째 계속되어 오는 등 4차 산업혁명 기술의 자원개발 부문 생태계가 상당한 수준으로 형성되어 있다. 중류부문도 북미에서는 다수의 파이프라인 사업자가 광활한 국토를 배경으로 화물 유치를 위해 경쟁하고 있으며 압력유지나 유지보수의 부담도 크다. 하류인 원유정제부문도 정유단지에 집약적으로 설비를 배치하는 방식이 아닌 보다 넓은 부지에 공장이 분포하고 있어 우리와는 달리 수입 원유를 공장별로 분배하는 최적화 문제부터 발생한다. 또한 수입 원유가 아니더라도 자국 내 유전이나 자사가 보유한 유전에서 피드원유를 반입할 수도 있다. 우리나라의 중류부문 특히 천연가스 도매부문은 한국가스공사의 사실상 독점 체제로 LNG를 도입, 저장, 재기화하여 도매공급을 하고 있다. 따라서 북미처럼 다수의 배관운영사가 다수의 고객(상류기업, 하류기업)을 상대로 경쟁하는 구조가 아니어서 수송서비스 차별화나 최적 노선 발굴과 같은 필요성은 상대적으로 낮은 편이다. 또한, 북미, 러시아, 중국과 같이 국토면적이 넓은 국가들에 비해 우리나라는 국토면적도 협소하여 장거리의 파이프라인 공급망 운영에 필수적인 압력유지 등을 위한 모니터링 부담도 상대적으로 적다고 할 수 있다. 그러나 주배관망(도매배관)의 경우 총연장이 4,697km에 달하며 전국 단일망으로 공기업인 한국가스공사에게 안정적 가스공급과 안전한 가스공급은 매우 중요하며, 주배관망을 안정적으로 운영하기 위해 수송장애를 방지하는 것이 최소한의 운영 원칙이다. 따라서 배관망 운영측면에서 지역별/계절적 소비차이에 따른 배관망의 압력 변화를 지속적으로 모니터링하고 LNG의 재기화 및 송출을 통해서 압력을 제어하는 것이 매우 중요하다.