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기후변화 2℃ 시나리오 유지를 위한 에너지기술의 역할

1. 기후변화 시나리오에 따른 에너지 경제 전망

□ 기후변화 2℃시나리오 유리를 위해서는 경제성장과 에너지수요의 탈동조화(decoupling) 필요

ㅇ 기후변화 2℃시나리오를 유지하기 위해서는 석유수요 30% 감소, 탄소배출 50% 이상 감축 필요

※ 6℃ 시나리오에서는 전 세계 에너지 수요 70%, 석유소비 45% 증가, 탄소배출량 60% 증가 전망

ㅇ 태양에너지, 수력에너지, 육상 풍력에너지 등은 현재 순항중이지만, 다른 청정에너지개발은 복잡한 양상을 보이고 있으므로 이에 대한 확실한 정책적 뒷받침이 필요

- 또한, 육상풍력 태양광(PV)의 발전단가는 지속적으로 하락하고 있으나, 그 하락 속도가 점차 둔화되고 있으므로 혁신적인 시장 구조 설계가 필요함

- 전세계 원자력 발전설비용량은 신규 원자로 증설이 있을지라도 OECD 국가 내에서 노화되거나 수익성이 없는 원전의 사용이 중단되고 있어 현재 정체상태에 있음

ㅇ 개도국들은 저탄소 에너지 기술 보급의 목표를 상향 조정으로 유럽 및 미국의 신재생 에너지원 성장세 둔화 및 변동을 상쇄할 수 있음

- 특히, 아시아 지역은 2013년 전세계에 신규 설치된 태양광 발전용량 중 절반 이상을 차지함. 중국은 도시의 대기질 개선을 위하여 수송부문 청정 에너지 사용을 강력한 조치로 권장하고 있음

ㅇ 석탄 사용이 계속 증가함에 따라 최근 신재생 에너지원 보급을 통한 탄소 배출 저감 성과가 상쇄되고 있음

- 따라서, 석탄 발전소의 효율성을 개선하고 탄소 포집 및 저장(CCS)을 확대해야 할 필요성이 있음

ㅇ 2℃ 시나리오에서는 2050년까지 화석 연료 사용이 2050년까지 감소될 것이지만 1차 에너지 공급원으로서의 화석 연료 비중은 여전히 40%를 상회할 전망

- 따라서 화석 연료가 산업, 운송, 발전 부문에서 매우 중요하며 이에 대한 에너지기술개발 및 확대가 필요함.

ㅇ 2℃ 시나리오에서 에너지 효율성은 크게 개선되어 전세계 탄소 배출 저감에 가장 크게 기여하지만 장기 목표 달성을 위해서는 연관 기술 발전의 수반이 전제되어야 함.

- 2050년까지 6℃시나리오와 2℃시나리오 간의 탄소 배출 누적감축 기여율은 에너지 효율이 38%, 신재생 에너지원이 30%, 그리고 CCS가 14% 정도 나타나고 있으며, 연료 전환 및 원자력 에너지가 시나리오별 차이를 줄이는 것으로 나타남.

ㅇ 2℃시나리오에서는 최종수요 부문 모두에서 효율성이 크게 증대될 전망

- 운송 부문에서는 전체 차량의 연비가 2050년까지 두 배 이상 개선되어, 같은 기간 도로 주행이 두 배 가량 늘어남에도 불구하고 운송 부문의 에너지 사용량은 크게 변하지 않을 전망

- 산업 부문에서는 에너지 사용량이 25% 감소하는데 이는 사용 가능한 기술 중 가장 우수한 기술들이 채택되고, 일부 재활용 자재 이용과 관련된 에너지 집약도가 낮은 공정(less-energy intensive process)이 더욱 널리 보급되기 때문임.

- 전세계에서 건물이 차지하는 면적(floor area)이 70% 이상 증가하게 되지만 건물의 에너지 수요는 11% 증가 전망. 또한 이로 인해 건물의 안락함이 줄어드는 일은 없으며, 가계나 기업이 가전제품 및 전자기기 구매를 줄일 필요도 없음.

2. 전력 보급확대가 세계 에너지시스템의 변화를 주도

ㅇ 1970년대 이후 총에너지 수요 중 전력의 비중은 9%에서 17%를 상회하는 수준까지 증가햐였으며 2050년까지 전력 수요는 2℃시나리오에서 80%, 6℃시나리오에서 130% 증가할 것으로 전망됨

- 신재생 에너지 발전의 보급과 운송 및 건물 부문에서의 전기보급 확대를 통하여 전력공급 및 최종수요에서의 전기화(electrification)를 극대화할 수 있는 가능성도 검토 필요

ㅇ 1990∼2011년간 전력관련 총 배출량은 75% 증가하였으며 2℃시나리오를 위해서는 전력 단위당 CO2 배출량이 90% 이상 감소해야함

ㅇ 신재생 에너지 기술 보급이 늘면서 이전과는 매우 다른 에너지 공급의 미래가 형성되기 시작함. 최근 몇 년간 풍력 및 태양광은 두 자릿수의 성장세를 이어오면서, 2011년 전세계적으로 신재생 에너지원 비중이 20%를 차지하는 데 기여함

- 2℃ 시나리오에서 2050년 신재생 에너지원 비중을 65%까지 높이는 것도 가능하다는 점을 시사함.

ㅇ 2℃ 중기 시나리오에서는 다양한 신재생 에너지원과 천연가스가 가진 유연성이 상호작용을 통해 기저부하를 담당하고, 균형 잡힌 전력 생산을 가능하게 할 것으로 예상함.

- 천연가스 발전은 신재생 에너지원의 통합을 확대하고 석탄 발전을 대체함으로써 청정 에너지 시스템 전환에 도움을 주고 있음

- 천연가스 발전을 보다 유연하게 가동하게 되면 내연발전, 개방-사이클(Open-cycle) 가스터빈, 가스터빈 복합화력 등 여러 발전 기술간의 경쟁을 유발할 수 있으며 연료 전지의 사용 역시 가능할 수 있음

- 신재생 에너지 발전을 적극적으로 보급하고자 하는 지역의 경우, 부분부하 효율성, 램프비율(ramp ratio), 가동중단 비율, 기동 횟수 등의 개념들이 전부하(full-load) 효율성보다 더욱 큰 의미를 지님.

ㅇ 석탄과 천연가스간의 경쟁은 기술발전보다는 CO2 배출 및 연료 가격의 경제성에 크게 좌우됨. 석탄과 CO2 가격이 낮을 경우, 석탄 발전소는 감소하지 않고 유연한 가동이 충분히 가능하며, 수익성이 지속될 것으로 전망됨

ㅇ CCS가 보급되지 않으면 천연가스가 청정 에너지기술로 이어지는 유일한 교두보로서 간주되어야함. CO2 1톤 배출당 발전 비용은 천연가스가 석탄보다 높았으나, 저배출 전력 생산 비용을 비교할 경우, 석탄보다 가스 발전이 낮은 수준을 나타냄.

※ 탄소 가격이 USD 100/tCO2인 경우(천연가스 및 석탄 가격도 합리적인 수준일 때), CCS 기술을 갖춘 CCGT의 균등화발전비용(Levellised Cost Of Electricity: LCOE)이 CCS 기술을 적용하지 않은 경우보다 더 낮게 나타났으며, CCS 기술을 갖춘 초임계압 미분탄(pulverized coal) 발전비용보다도 더 적은 비용이 발생

ㅇ 히트펌프(heat pump)를 통한 전력 공급은 건물 에너지 효율성 증대와 천연가스 수요를 상당량 대체할 수 있음. 냉난방 및 냉온수 공급에 히트펌프를 사용하면 천연가스 사용을 전기로 대체할 수 있음

ㅇ 연비 개선, 연료 전환, 자동차 신기술 등과 더불어 운송 부문의 전기 보급으로 인해 2℃ 시나리오에서 운송부문의 석유 소비는 현저히 줄어들며, 이는 전체 전력 수요 증가가 크지 않을 시나리오도 가능할 것으로 전망.

- 2℃ 시나리오에서는 개인용 및 대중교통 운송 부문의 전기 사용이 빠르게 진행되며, 철도 화물 운송에서의 전기 사용 증가 전망

- 운송 부문은 석유 의존도가 상당히 높기 때문에 전기 보급이 점진적으로 진행된다면 상당한 양의 석유를 절감할 수 있을 전망


※ 2℃시나리오에서 2050년 운송 부문의 총에너지 수요 중 전력의 비중은 고작 11%에 불과하지만 이로 인해 50% 정도의 운송 효율성 개선 효과가 나타남.

3. 시스템 사고(systems thinking)”를 통해 부문간 통합 최적화

ㅇ 발전, 송전 및 배전(T&D), 그리고 소비 단계별 어떠한 기술을 어떻게 사용하는지가 통합된 전력 시스템의 비용 효율성을 개선하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 전망

- 전력 시스템 투자를 최적화하고 풍력과 태양에너지가 주요 발전원인 미래 시스템을 달성하기 위해서는 ’시스템적 사고’ 개념이 특히 중요함.

- 통합된 저탄소 전력 시스템 내에서 전력 저장은 다양한 역할을 담당할 수 있으며, 특정 전력 시스템 내에서의 전력 저장 시스템의 역할은 해당 시스템의 개발 정도에 좌우됨.

4. 새로운 에너지시스템을 위핸 정책, 금융, 그리고 시장 지원

ㅇ 동 보고서에서는 2050년까지 2DS 시나리오에 따라 에너지 시스템을 탈탄소화하려면 미화 기준 44조 달러가 추가로 투자되어야 함을 보여줌

- 이 투자로 인한 연료 절감 효과는 115조 달러 이상이며, 이는 비용을 상쇄하는 것을 넘어 71조 달러의 순 절감 효과로 이어짐

ㅇ 통합된 에너지 시스템의 잠재력을 발휘하고 이러한 절감 효과를 실현하기 위해서는 에너지 시스템과 시장 모두를 적극적으로 변모시킬 정책 공조가 필요함.

http://www.iea.org/etp/

별첨 : 에너지기술전망2014 요약

문의 : 전응길 참사관(eungkil@gmail.com)