일본의 에너지절약과 재생에너지 정책(2)

  • 번역/정리 : 박한돌기자
  • 2017-09-26 오전 7:34:25

 

3. 전력 시장 신규 진입 촉진과 CO2 배출 억제의 양립

여기에서는 강한 경제와 CO2 억제의 양립을 위해 에너지절약과 재생에너지를 최대한 도입하기 위한 제도, 그리고 전력산업계의 자발적인 목표 수립과 이를 뒷받침하기 위한 제도에 대해 소개한다.

(1) 0.37kg-CO2/kWh를 달성하기 위한 고도화법, 에너지절약법의 정비

일본에서는 에너지 사용으로 발생하는 CO2가 전체 온실가스 배출의 90%를 차지하며, 그 중 전환 부문, 특히 전력 부문은 발전사가 자신들의 사업장에서 배출되는 CO2 저감에 더해 제공하는 전력의 저탄소화를 통해 전력 사용자의 CO2 배출억제에도 기여하는 등 큰 역할을 하고 있다.

 

이러한 관점에서 일본의 전력산업계에서는 교토의정서의 1치 이행 기간에 CO2 배출 삭감의 자발적인 목표로 1990년도 대비 20% 정도 삭감된 CO2 배출계수 0.34kg-CO2/kWh를 목표로 세웠으며, 다른 나라에 비해 낮은 CO2 배출계수를 유지하고 있었다. 그러나 동일본 지진 이후 원자력발전소의 가동정지 등의 영향으로 CO2 배출계수는 크게 증가하고 있다.

그 후 에너지믹스에서 2030년도 전력수급구조가 제시되고, 이에 맞추어 20157월에 주요 사업자가 참여하는 전력산업계의 자발적인 목표(국가 에너지믹스 및 CO2 삭감 목표와도 일치하는 이산화탄소 배출계수 0.37kg-CO2/kWh를 목표)가 발표되었다. 20162월에는 전기산업저탄소사회협의회가 발족되었고 여기서 개별 기업의 절감계획을 책정하고 업계 전체를 포함하여 PDCA를 진행하는 등의 구조와 규칙이 발표되었다.

 

이렇게 자발적으로 수립된 목표를 달성하기 위한 노력을 촉진하기 위해 에너지절약법 및 에너지 공급 사업자에 의한 비 화석 에너지원의 이용 및 화석에너지 원료의 유효한 이용 촉진에 관한 법률(이하 고도화 법이라고 한다)에 따른 정책적 대응을 함으로써 전력 자유화 하에서 전력산업계 전체의 대응 실효성을 확보해 나가도록 하고 있다.

일본의 에너지절약법은 석유위기를 계기로 제정되었으며, 에너지 수요 측면에서 화석연료 사용을 합리화하기 위한 법률이다. 에너지절약법에서 지금까지도 화력발전설비의 성능에 대한 벤치마크 지표가 설치되어 왔지만, 에너지믹스의 실현을 위해 이를 실제 운전시의 발전효율을 평가할 수 있는 엄격한 지표로 검토하기로 했다. 이에 따라 발전단계에서 에너지믹스와 부합하는 발전효율 향상을 요구하고 있다.

 

구체적으로는 에너지절약법에 따라 발전사업자에게 신설한 발전설비에 대해 발전 설비 단위에서 에너지믹스에서 상정하는 발전효율 기준을 충족(석탄 42.0% 이상, LNG 50.5% 이상, 석유 등 39.0% 이상)할 것을 요구한다. 이미 설치되어 있는 발전설비는 발전사업자 단위로 에너지믹스에서 상정한 발전실적의 효율(화력발전 효율지표: 목표로 해야 할 수준을 1.00 이상(발전효율 목표치가 석탄 41 %, LNG 48 %, 석유 등 39% 모두 발전단 · HV) 전제), (화력발전효율 지표: 목표로 해야 할 수준인 44.3%, 발전단 · HV) 이상) 기준을 충족할 것을 요구한다.

또한 고도화법은 에너지 공급 측면에서 비 화석에너지 이용 등을 촉진하는 법률이다. 이 법에는 에너지믹스의 개정에 맞추어 소매전기사업자에게 44%의 비 화석전원 비율을 요구하는 것으로 되어있다. 이에 따라 유통단계에서 에너지믹스에 부합하는 판매 전력의 저탄소화를 진행하고 있다. 이때 소매전기사업자의 비 화석전원 조달 목표 달성을 뒷받침하기 위한 조치로 비 화석가치거래시장을 창설하기로 했다.

 

(2) 네가와트 거래시장과 가상발전소 구축을 위한 대처조치

재생에너지의 확대와 동일본대지진으로 인한 전력 부족으로 인해 기존의 대규모 집중형 전력시스템의 취약점이 분명해짐에 따라 수용가측 에너지자원(축전지나 수용가의 각종 설비 등)를 전력계통의 안정화 등에 활용하는 새로운 에너지 시스템의 구축이 과제가 되고 있다.

 

일본 경제산업성에서는 지금까지 '스마트 커뮤니티'에 관한 다양한 실증사업을 실시하고 수용가 측 에너지자원 활용을 위한 기반기술의 개발 및 실증을 실시했다. 이러한 기술의 진전과 일련의 전력시스템 개혁을 바탕으로 일본 경제산업성에서는 네가와트 거래시장의 창설과 가상발전소 구축을 위한 노력을 진행하고 있다.

 

네가와트 거래시장 창설

네가와트 거래는 전력 수용가가 본래라면 사용할 예정이었던 전력량(베이스라인)보다 실제 사용하는 전력량을 억제(절전)함으로써 발생한 전력량 차이분(소위 네가와트)을 발전소에서 생산한 전력량(소위 포지와트)과 동일한 것으로 간주하고 애그리게이터(aggregator)라는 사업자를 통해 전력회사에 제공하는 것으로, 절전 대가로 보수를 얻는 거래이다. 네가와트 거래는 발전소 건설 등과 비교하여 대규모 장기 투자를 하지 않고 전력량 확보가 가능하므로 더 유연한 전력 시스템을 실현하는데 유용하여 전력자유화가 이미 진행된 외국에서도 활용되고 있다.

일본에서는 20156월에 공포된 전기사업법 등의 일부를 개정하는 등 네가와트 거래를 원활하게 하기 위한 제도가 법률로 제정되었다. 또한 201511월 제3미래 투자를 위한 민관 대화?에서 아베총리는 수용가의 절전 인센티브를 근본적으로 강화하기 위해, 경제산업성에 네가와트 거래시장을 2017년까지 개설하도록 지시했다.

이에 따라 경제산업성에서는 2015년도부터 2016년도에 걸쳐 네가와트 거래 시범사업을 실시하고, 동시에 그 실증 결과도 감안하여 네가와트 거래에 관한 사업자 간의 거래 규칙을 수립하고 관련 제도 정비 등을 실시했다. 또한 전력회사 등에서도 네가와트 거래를 지원하는 시스템 정비 등을 진행한 결과, 20174월에 네가와트 거래시장이 개설되었고, 이에 따라 소매전기사업자가 자사의 공급력을 확보하기 위해 시장을 통해 네가와트를 조달할 수 있게 되었다.

또한 병행하여 일반 송배전사업자가 확보하는 조정력 공모 시 네가와트가 포지와트에 비해 차별적인 취급을 받는 일이 없도록 공모 조건 등에 대한 검토도 이루어졌다. 그 결과 2016년도에 실시된 2017년도분의 조정력 공모에서는 전국에서 약 100kW의 네가와트가 낙찰되었다. 이러한 네가와트 거래가 사회에 확산되도록 하기 위해 경제산업성에서는 "수요반응(네가와트 거래) 핸드북을 제작하고 네가와트 거래에 관한 보급 계발을 시행하고 있다.

 가상발전소 구축

앞으로 재생에너지 설비 나 축전지 등 수용가 측의 에너지 자원 확대가 더욱 진행될 것이다. 특히 축전지 등은 항상 사용되는 것은 아니기 때문에 이러한 미 활용되는 에너지 자원을 전력계통의 안정화 등에 활용하는 사업 (통합 사업)을 창출할 수 있으면, 전력시스템의 합리화에 공헌할 뿐만 아니라 이를 설치한 수용가의 경제적 혜택이 증가할 것으로 생각된다.

이 때문에 20161월에는 민간을 주체로 애그리게이션 사업을 추진하기 위한 합의를 위해 관련 기업의 최고 경영진을 구성원으로 하는 '에너지 · 자원 통합 애그리게이션 포럼'이 창설되었다. 또한 같은 달 경제산업성은 "에너지 자원 · 애그리게이션 사업 검토회를 시작으로, 통신규격 정비와 사이버 보안 등 애그리게이션 사업의 진흥을 위한 다양한 과제에 대해 논의를 시작했다 . 또한 2016년도부터는 수용가 측의 에너지 자원을 고도의 에너지관리 기술을 통해 원격?통합 제어하여 마치 하나의 발전소처럼 기능하여 전력수급 조정에 활용하는 '가상발전소를 구축하기 위한 실증사업을 시작하는 등 신속하게 대응하고 있다.

 

4. 수소 에너지 이용의 의의와 수소 사회 실현을 향한 대응의 방향성

수소는 이용 시에 CO2를 배출하지 않고 연료전지에서 활용함으로써 대폭적인 에너지절약을 실현하는 등 뛰어난 특징을 가지고 있다. 또한 수소 제조 시 CCS(Carbon Capture and Storage: 이산화탄소 포집 및 저장기술)를 결합하거나 재생에너지로부터 수소를 제조하는 등 수소의 제조 방법에 따라서는 CO2 배출량을 대폭 감축하거나 CO2 배출이 없는 에너지원으로 수소를 활용할 수 있다고 생각되므로 미래의 청정에너지로서 기대되고 있다.

 

더욱이 에너지 안보에도 중요한 역할이 기대되고 있어 에너지 기본 모델 계획에서도 미래 이차 에너지의 중추적인 역할을 담당할 것으로 전망된다고 기술되어 있다. 또한 일본 통상산업성의 문라이트 계획하에 1981년부터 연료전지 개발이 진행되고 있으며, 연료전지 분야의 특허출원 건수가 세계에서 제일 많은 등 산업정책 관점에서도 수소 에너지 이용을 추진하는 의의는 크다 할 수 있다.

그래서 산학관 관계자로 구성된 '수소·연료전지전략협의회'에서 수소사회를 실현하기 위한 민관 실천 계획인 '수소·연료전지 전략로드맵 "(20146월 수립, 20163월 개정)을 수립했다. 이 로드맵은 수소 사회 실현을 위해, 기술 측면, 비용 측면, 제도측면, 인프라 측면에서 다양한 과제가 있는 것을 근거로 주로 기술적 과제의 극복과 경제성 확보에 소요되는 기간 장단에 주목, 스텝 바이 스텝으로 수소사회 실현을 목표로 한다라고 하고 있다. 다음은 3단계의 수소사회 실현을 위한 최신 활동을 소개한다.

 

(1) 수소사회 실현을 위한 3단계에 대한 대응

1단계: 수소 이용을 비약적으로 확대

1 단계에서는 눈앞에서 실현되고 있는 정치용 연료전지 및 연료전지자동차(FCV)의 이용을 크게 확대하여 일본이 세계에 선도하고 있는 수소·연료전지분야에서 세계 시장을 장악하는 것을 목표로 한다.

정치용 연료전지로서는 2009년부터 세계 최초로 출시된 가정용연료전지인 에네팜2017년까지 누계로 약 20만대가 보급되었다. 로드맵에서는 20163월 개정하여 2030530만대의 보급과 함께 새로운 가격 저감 목표(2019년도 80만엔 (PEFC: 고체 고분자형 연료전지) 2021년도 100만엔(SOFC: 고체 산화물 연료 전지))를 설정했지만 2016년말 현재, PEFC에 대해서는 113만엔, SOFC에 대해서는 135만엔으로 순조롭게 가격인하가 진행되고 있다. 또한 업무 · 산업용 SOFC에 대해서도 로드맵상의 목표인 2017년 출시가 예상되고 있어 향후 보급이 기대된다.

 

운수분야에서는 2014FCV가 출시되고 그것을 선행하는 형태로 수소 스테이션의 정비가 ??진행되어왔다. FCV 내용은 20163월에 일본 내에 2개 차종이 발매되어 누계로 약 1800(20173월말)가 보급되었다. 또한 상용 수소스테이션은 20173월말로 전국 90개소에서 문을 열었다. 비교적 규모가 작은, 재생에너지 유래의 수소를 활용하는 스테이션도 20173월말로 전국 8개소가 문을 여는 등 세계 최초로 정비가 진행되고 있다.

 

FCV와 수소 스테이션은 FCV가 보급되지 않으면 수소 스테이션의 경영이 곤란하고, 수소 스테이션이 보급되지 않으면 FCV의 보급이 곤란하다는 이른바 '닭과 달걀'의 관계에 있기 때문에 양자의 균형을 취하면서 보급을 추진하는 것이 필요하다. 따라서 로드맵에서는 각각에 대해 중기적인 보급목표를 정했다.

 

구체적으로는 FCV 내용은 20204만대 정도, 202520만대 정도, 203080만대 정도를 목표로, 수소 스테이션은 2020년도 160개 정도, 2025년도 320개 정도를 정비하는 것을 목표로 하고, 자립화는 2020년대 후반을 목표로 하고 있다.

 

이러한 목표를 달성하기 위해서는 FCV와 수소 스테이션의 정비·운영비용의 저가화가 필수적이다. 따라서 일본 경제산업성에서는 FCV와 수소 스테이션의 저비용화를 위한 연구 개발을 추진함과 동시에 누차에 걸친 규제 개혁 실시, 계획에 따라 다양한 규제 재검토를 실시했다. 앞으로도 이러한 노력을 꾸준히 진행하여 FCV와 수소 스테이션 보급을 추진해 나가고자 한다.

 

2단계: 수소 발전의 본격 도입과 대규모 수소 공급 시스템의 구축

2단계에서는 수소의 용도를 1단계보다 더욱 확대하고 수소 발전의 본격 도입을 목표로 한다. 또한 수소 에너지는 수소를 대량으로 소비하는 것이기 때문에 대규모 국제 수소 공급망 구축도 동시에 목표로 한다.

 

수소 발전은 가스 터빈 등에서 수소를 연소시킴으로써 하는 발전이다. 수소 발전 단계에서는 CO2를 배출하지 않기 때문에 수소 제조 시에 CCS 등을 조합하거나 재생에너지 유래의 수소를 활용하여 청정발전이 가능하다. 또한 해외의 부생수소, 원유 수반 가스, 갈탄 등의 미 이용 에너지를 수소 원으로 하는 것이 가능하며, 따라서 전원 구성에 새로운 선택지를 제공할 가능성이 있다.

한편, 수소 발전을 실현함으로써 안정적이고 대규모의 수소 수용가가 생기게 되므로, 이에 대응하는 대규모 수소 공급 망이 필요하다. 대규모 수소 공급 망이 실현되면 규모의 경제 등에 의해 수소의 가격을 낮출 수 있어 1 단계에서 도입된 연료 전지의 경제성이 더욱 향상될 것으로 보인다.

 

수소발전의 기본원리는 화력발전소와 같고, 일부 시설(연소기 등)의 개조로 수소 혼소가 가능하다. 따라서 수소발전의 도입에 있어서는, 우선 소규모 전원(열병합 발전 등)에서 수소를 활용하면서, 기존 화력발전소를 개조하여 수소 혼소 발전을 실현하고, 대규모 수소공급체인의 구축과 함께 수소 전소 발전을 도입한다 라는 시나리오가 고려되고 있다.

한편, 수소발전이나 수소 공급망의 실현을 위해서는 기술적인 문제가 있기 때문에 일본 경제산업성에서는 그 해결을 위해 다양한 연구개발 · 기술실증을 실시하고 있다. 구체적으로는 수소를 활용한 소규모(1kW) 열병합발전(오바야시쿠미, 가와사키 중공업)의 현장 실증과 대규모(50kW)의 수소 혼소 발전용 연소기 등의 기술 검증(미쓰비시 히타치 파워시스템즈, 미쓰비시 중공업), 심지어 수소 전소발전에 관한 연구개발 (가와사키 중공업, 미쓰비시 히타치 파워 시스템즈 미쓰비시 중공업)을 실시하고 있다.

소규모 열병합발전 실증 내용은 2017 년도에 시운전을 시작, 세계 최초의 수소가스 터빈에 의한 지역의 전력 · 열공급을 실시할 예정이다. 또한 수소 공급망의 실현을 향해서는 액화수소에 의해 수소를 수송하는 '호주 갈탄 수소 프로젝트, 유기 하이드라이드에 의해 수소를 수송하는 프로젝트도 실시하고 있다.

 

3단계: 토털 CO2 프리 수소 공급 시스템의 구축

3 단계에서는 이용 시뿐만 아니라 제조 시에도 CO2를 배출하지 않는 토탈 CO2 프리 수소 공급 시스템 구축을 목표로 한다.

현 단계에서는 화석연료 유래의 수소가 주로 사용되고 있으며 수소 생산 단계에서 CO2가 발생하기 때문에 글로벌 이슈인 지구 온난화에 대한 대응을 생각할 경우에는 꼭 충분하다고 말할 수 없다. 따라서 향후에는 CCS와 재생에너지를 활용하여 보다 CO2 배출이 적은 수소 공급 구조를 실현해 나가는 것이 필요하다. 수소 제조 방법의 하나인 물의 전기분해 기술을 활용하여 재생에너지 전기를 수소로 전환하는 Power-to-Gas (이하 "P2G"라 한다)는 전력 저장 기술로서도 주목받고 있다.

수소는 다른 에너지 저장 수단과 비교하면 장기간 대용량 에너지 저장에 우위를 가지고 있으며 또한 가스 파이프라인 등으로 전력 계통을 거치지 않고 에너지를 수송 가능하다. 이러한 특징을 살려 계절과 관계 없이 재생에너지의 변동을 흡수하거나 재생에너지의 지역 편재성의 해소 등 계통 안정화 대책과 추가 재생에너지 도입 촉진책으로 수소의 활용이 기대되고 있다. 독일이나 프랑스 등 외국에서도 수소에 의한 P2G에 관한 실증이 이루어지고 있다.

한편, 물 전기분해에 의한 수소 제조는 물 전기분해 장치의 대규모화가 곤란하고, 투입한 전기에너지에 대해 수소 에너지로 얻을 수 있는 효율이 약 70% 정도라는 과제 외에도 투입하는 전기에너지를 태양광 발전이나 풍력발전 등의 변동 전원으로 충당 경우 전류의 변화가 물 전기분해 장치의 셀에 악영향을 주고 마모가 심해지며, 투입하는 재생에너지 자체가 고비용이기 때문에 수소 제조 비용이 상승한다는 과제가 있다.

이러한 과제에 대해 일본 경제산업성에서는 지금까지 물 전기분해에 관한 기술 개발을 실시하고 그 해결을 도모해왔다. 또한 후쿠시마 신에너지 사회 구상에서는 이러한 대응을 한 걸음 더 나아가 수소의 대규모 생산 실증을 실시하는 것으로 하고 있다.

또한, 토털 CO2 프리 수소 공급 시스템의 실현에는 기술적인 과제와 함께 경제성이나 제도면에서도 과제가 있다. 그래서 수소 · 연료 전지 전략 협의회 산하에 "CO2 프리 수소 워킹 그룹 '을 개최하고 CO2 프리 수소의 보급 확대에 관한 과제의 정리 및 향후 추진 방향에 대해 정리했다(20173). 또한 병행하여 경제산업성에서는 P2G에 관한 연구 개발 및 기술 실증을 실시하고 있다.

 

 

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