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재생에너지

재생에너지는 태양과 바람 물, 등 자연의 힘을 전기에너지로 만들어 사용하는 발전 방식이다. 탄소 배출을 하지 않으며 미세먼지 등 대기오염 물질을 발생하지 않는다. 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 본격화되면서 재생에너지가 주목받고 있다. 발전단가가 점차 낮아지고 관련 투자가 증가하면서 글로벌 전력시장의 전체 발전량 중 재생에너지 비중은 점점 늘어나는 추세이다.

재생에너지 (2021년 기준)   (출처 : 한국전력)

발전비중 : 7.5%
발전량 : 43.085GWh

재생에너지는 다양한 발전방식이 있다. 가장 쉽게 접할 수 있는 태양에너지는 열을 이용하는 태양열 에너지와 빛을 이용하는 태양광 발전이 있다. 태양열 발전은 거울을 이용해 한 점으로 태양빛을 모아서 집중된 열로 물을 끓인 후, 여기에서 발생하는 증기로 터빈을 돌려서 발전한다. 여러 개의 거울을 IT 기술로 제어해 태양빛을 모으기 때문에 넓은 부지와 햇빛이 강한 사막 지역에 많이 건설된다.

태양광발전은 빛의 입자가 특정한 물질에 닿으면 전자가 튀어나오는 ‘광전효과’를 기본원리로 한다. 전자가 튀어나오면서 N형 반도체와 P형 반도체를 결합시켜 만든 태양광 셀이 각각 다른 전하를 지니게 되는데 이 차이를 활용해 전류가 흐르게 하는 것이 태양광 발전이다. 태양광발전의 기본 단위인 태양광 셀은 크기가 작아 이를 타일처럼 배열해서 커다란 판으로 만든 것이 태양광패널, 또는 태양광모듈이다. 여러 장의 태양광패널을 직렬로 연결해서 사용하며 생산된 전기를 필요한 전압이나 주파수로 변환하는 인버터, 전체 전력시스템을 조율하는 컨트롤러로 구성된다. 태양광발전의 장점은 별도의 연료비가 필요 없고, 태양광 이외의 연료를 사용하지 않아 환경에 해로운 오염물질이 나오지 않는다는 점이다. 반면 날씨나 기후의 영향을 크게 받는다는 것은 태양광발전이 해결해야 할 과제다.

태양열발전
풍력발전

풍력발전은 바람으로 돌아가는 회전날개가 직접 터빈의 역할을 한다 간단한 구조로 자연의 힘을 이용할 수 있기에 재생에너지 중 가장 먼저 산업적 규모로 운영되기 시작했다 풍력발전기는 회전날개, 축, 발전기, 전선 외에도 발전기가 일정한 회전수로 돌아가도록 도와주는 기어 박스로 구성된다. 또 바람이 너무 강하게 불면 제동장치가 작동해 과열을 막아준다 풍력은 다른 에너지원에 비해 오염물질이나 온실가스 배출량이 현저히 적고 유지보수가 간편하나 소 음과 부피가 크다는 과제가 있다. 해상풍력발전은 이러한 단점을 해결할 수 있는 방법 중 하 나이다. 영국 등 세계적으로 해상풍력발전 시장이 증가하고 있는 추세이다.

해양에너지는 다양한 종류가 개발되고 있는데 바닷물 이용방식에 따라 조력에너지, 조류에너지, 파력에너지, 해수온도차 에너지로 분류할 수 있다. 조력에너지는 밀물과 썰물의 차가 큰 연안에 바닷물을 막는 댐과 수문을 설치해 수위 차이로 터빈을 회전시키는 방식이다. 연료가 불필요하고 발전량을 정확하게 예측 가능하나 바닷물의 염분에 발전설비가 노출되어 유지관리비가 많이 든다. 조류발전은 밀물과 썰물로 인한 바닷물의 흐름을 직접 이용하며 풍력과 유사한 방식으로 전기를 만든다. 비교적 안정적이나 대량의 조류가 충분한 빠르기로 흐르는 곳이 많지 않다. 파력발전은 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 설치 장소나 발전기의 유형 제약이 덜해서 소규모 발전도 가능하나 출력 변동이 심한 편이며 배의 운항이나 어업에 방해가 되므로 대규모 조성이 어렵다는 한계가 있다. 해수온도차 발전은 해수 표면의 온도와 심층의 온도 차이를 이용해 냉매를 증기로 만들어 터빈을 돌린다. 터빈을 돌리고 난 증기는 찬 바닷물로 다시 냉각, 액화하여 순환 사용이 가능하다.

태양열발전
전통적인 발전 방식으로 물과 지열을 이용하는 에너지가 있다. 수력발전은 물의 위치에너지와 운동에너지의 전환 현상을 이용한다. 높은 곳에 있는 물을 아래로 떨어뜨려 터빈을 돌리는 발전 방식으로 안정적으로 사용할 수 있어서 전력망을 구축하는 국가가 가장 먼저 고려하는 발전 방식이다. 또한 전력을 생산하는 시간이 5분 이내로 짧아서 전력 수요량 변화에 가장 민첩하게 대응할 수 있다. 우리나라의 경우 대부분의 수력발전소가 하루 4~5시간 정도 수요량이 높을 때만 운전하는 ‘첨두운전’을 하고 있다. 지열발전은 주로 화산활동으로 발생하는 지열을 이용하는 발전 방식으로 난방과 온수 급탕용으로 주로 사용한다.

이밖에도 옥수수, 사탕수수와 같은 전분작물에서 추출한 바이오 에탄올과 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 만든 바이오디젤을 직접 태우거나 가스로 만들어 발전하는 바이오매스 발전이 있다.

쓰레기가 에너지가 된다고? 바이오매스로 만드는 바이오에너지


















쓰레기가 에너지가 된다고? 

바이오매스로 만드는 바이오에너지 

 

 

여러분, 쓰레기가 재생에너지로 쓰일 수 있다는 사실을 혹시 알고 계셨나요?우리가 흔히 볼 수 있는 쓰레기는 물론이고 나무, 가축의 분뇨도 원료로 사용되어 에너지가 되는 바이오에너지에 대해서 함께 알아봐요!

 

우선 바이오에너지를 만들 때 사용되는 원료인 바이오매스에 대해서 알아보겠습니다! 바이오매스란 바이오에너지를 만들 때 사용되는 에너지원으로 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 모든 유기체들을 의미합니다. 최근에는 모든 산업활동에서 발생하는 유기성 폐자원까지도 포함하는 개념으로 폭넓게 다뤄지고 있습니다. 그래서 곡물과 식물, 폐목재, 식물 줄기와 같은 목질계, 해조류, 동물의 분뇨와 음식물 쓰레기 등 바이오에너지의 원료가 되는 것을 모두 바이오매스라고 부릅니다.

 

이러한 바이오매스를 원료로 해서 에너지를 생산한 것이 바이오에너지입니다. 바이오에너지의 원료에는 사람이 식량으로 사용할 수 있는 당질계, 전분계 바이오매스와 식량으로 사용할 수 없는 셀룰로오스(셀룰로스)계 바이오매스가 있습니다. 쉽게 말해서 우리가 먹는 곡물과 채소 등을 통해 바이오에너지를 만들 수 있다는 것입니다!

 

그러나 곡물을 식량 자원으로 활용할지, 아니면 에너지 자원으로 활용할지 판단하긴 쉽지 않습니다. 왜냐하면 곡물 생산량이나 곡물 가격 등 여러 변수가 현실에는 존재하기 때문입니다. 그래서 식량에 영향을 주지 않는 바이오에너지를 만들고자 셀룰로오스(셀룰로스)계 바이오매스를 활용하고 있는 것입니다. 그래서 이를 지역 냉난방과 발전연료, 자동차 연료 등으로 활용하여 다양한 분야에서 많이 활용하고 있습니다.

 

 

그러면 이제 바이오에너지의 종류에 대해서 한 번 알아보러 가겠습니다!

 

바이오에너지는 크게 대표적으로 3가지 종류가 있습니다.

 

1. 메탄가스로 전기를 생산하는 바이오가스

2. 식물의 당분을 발효시켜 만드는 바이오에탄올(알코올)​

3. 식물성 기름을 추출해 만드는 바이오디젤

그러면 이제 세부적으로 바이오에너지 하나씩 제대로 알아볼까요?

 

< 바이오가스 >

 

바이오가스는 하수 슬러지, 축산 분뇨와 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 유기성 물질의 혐기성 소화를 활용해 메탄가스를 생성합니다.

 

그래서 이렇게 만들어진 메탄가스를 이용하여 발전기를 돌려 전력을 생산합니다. 이 바이오가스는 자원의 제약이 적고, 비교적 적은 투자로 자원을 얻을 수 있습니다. 그리고 바이오에탄올과 바이오디젤과는 달리 가스 형태로 만들어지는 것이 특징이고 석유의 대체재로 평가받고 있습니다.

 

< 바이오에탄올(알코올) >

 

바이오에탄올은 옥수수와 사탕수수 등의 곡물과 나무, 볏짚 등 식물의 당분을 발효시켜 만듭니다. 발효시키는 원료에 따라 사람이 식량으로 사용할 수 있는 곡물 원료를 발효시켜 생산한 1세대 바이오알코올, 식량으로 사용할 수 없는 나무줄기나 볏짚 등의 목질 원료로부터 얻는 2세대 바이오알코올로 나뉩니다. 알코올 내에 포함된 탄소수에 따라 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등으로 나뉩니다. 이 바이오에탄올은 주로 액체 형태로 변환되어 휘발유에 비해 열량이나 공해물질 함유량이 상대적으로 낮아 자동차 연료로 많이 사용​됩니다.

 

< 바이오디젤 >

 

바이오디젤은 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 하여 만든 바이오 연료입니다. 그래서 미세 조류에서 지방을 축적한 다음 지방과 당분을 수확한 뒤 용매를 이용해서 지방과 당분을 분리합니다. 그 후 용매를 제거하고 지방을 남긴 뒤 그 지방을 변환한 것이 바이오디젤입니다. (에스테르 교환방법에 해당) 바이오디젤은 경유와 혼합되어 자동차 연료로 쓰이며 일반 경유에 비해 대기오염 물질이 적게 배출되어 굉장히 널리 쓰이고 있는 추세입니다. 이렇게 바이오디젤의 필요성이 급증하면서 바이오디젤을 개발하기 위한 기술도 메탄올을 이용하는 에스테르 교환방법 중 알칼리를 촉매로 이용하는 방법, 리파아제 지방분해효소 또는 초임계 메탄올을 이용하는 방법 등 다양해지고 있습니다.

 

그렇다면 이제 바이오에너지가 왜 각광을 받고 있고 친환경 에너지라고 불리는지 이유를 알아보러 가겠습니다!

 

바이오에너지는 한 번 사용하면 없어져 버리는 화석 연료와 달리, 재생과 재활용이 모두 가능합니다. 바이오에너지를 사용하면서 발생한 이산화탄소가 바이오매스의 성장 과정에서 광합성을 통해 다시 흡수되기 때문에 환경 오염 없이 순환 가능한 구조로 지속 가능한 에너지로 나아갈 수 있습니다. 그래서 실질적인 탄소 중립을 이룰 수 있는 에너지 기술로 각광받고 있습니다. 또한 미세먼지, 화학 물질과 같은 오염 물질의 배출량을 줄여 환경오염 저감 효과를 가져올 수 있습니다.

 

그리고 바이오매스는 언제 어느 곳에서나 얻을 수 있고 대규모 저장과 운송이 가능하여 굉장히 효율적이고 재생 가능한 에너지원으로 이용되기 때문에 바이오에너지가 친환경 에너지로 주목받고 있습니다. 그리고 환경 오염의 주 원인이던 쓰레기, 가축 분뇨 등을 새로운 에너지로 탈바꿈해 환경을 살리고 자원 부족이라는 문제 또한 해결해 나갈 수 있는 것입니다. 그래서 이렇게 바이오에너지를 확보할 수 있게 된다면 에너지 기술 자립화는 물론이고 해외로부터 에너지를 수입하는데 드는 비용 또한 절감할 수 있을 것입니다.

 

우리나라는 물론이고 세계 여러 나라에서 바이오에너지 기술 발전과 생산에 많은 연구와 투자를 아끼지 않고 있습니다. 문제는 바이오에너지를 생산하는데 비용이 많이 든다는 것입니다. 그리고 다양한 쓰레기들과 가축 분뇨와 같은 바이오매스 자원을 수거하고 다시 처리하기 위해서는 넓은 면적의 토지와 원료 각각에 맞는 가공 방식과 처리 과정이 필요합니다.

 

이렇게 극복해 나가야 할 점이 있음에도 불구하고, 바이오에너지는 환경 오염을 끝낼 수 있는 대안으로 각광받고 있습니다. 그래서 지속적인 환경 보존과 안정적이고 효율적인 에너지 발전을 하기 위해 우리나라는 2030년까지 전체 에너지를 11% 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 그 중 바이오에너지가 차지하는 비율을 3.4% 정도까지 확대하고자 계획하고 있습니다.

 

이렇게 쓰임새 많고 친환경적인 에너지인 바이오에너지, 우리가 태양광, 수소 에너지, 원자력 에너지처럼 관심을 가지고 같이 지켜봐야 하지 않을까요?

 

* 참고자료

두피디아

두산백과

키즈 현대

게티이미지코리아 

 

출처 한국서부발전

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정책

재생에너지3020 이행계획

국내 에너지정책은 2008년부터 ‘재생에너지 중심의 청정에너지 체제로 전환’을 추진해왔으며, 이에 대한 구체적인 시행 방안과 달성 시점을 확정하고자 2017년 10월 ‘에너지전환 로드맵’을 발표했습니다. 2030년까지 재생에너지 비중을 20%로 높이겠다는 큰 윤곽을 제시한 후 2017년 12월, ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표해 계획을 구체화했습니다.

목표

  • 재생에너지 발전량 비중을 20%까지, 누적 설비용량을 64GW까지 보급
  • 신규 설비용량의 95% 이상을 태양광ㆍ풍력 등 청정에너지로 공급

주요국가 재생에너지 발전 비중

(단위 : %. 2015년 기준)

  • 덴마크 덴마크
    31.1
  • 스페인 스페인
    14.6
  • 독일 독일
    13.8
  • 프랑스 프랑스
    9.2
  • 미국 미국
    7.0>
  • 일본 일본
    5.7
  • 한국 한국
    2.4

자료 : 국제에너지기구 (IEA)

주요 이행 계획

  1. 1 국민참여 확대
    • 도시형 태양광 보급 사업을 확대하고, 생산한 전력 중 소비하고 남은 잉여 전력은 현금 정산을 하는 등 상계거래제도를 개선
    • 제로 에너지 건축물 인증 의무화 등을 통해 재생에너지 기반 건축물 확산
    • 협동조합이 참여한 사업, 시민참여 펀드가 투자된 사업 등에 REC 가중치 추가 부여 등 인센티브를 제공
    • 농업진행구역 내 염해 간척지, 농업진흥지역 이외 농지, 농업용 저수지 등에 태양광 설치를 활성화하여
      30년까지 10GW 규모의 태양광을 보급하는 등 농촌 태양광 확대
  2. 2 지자체 주도의 계획입지 도입
    • 수용성, 환경성을 사전에 확보하고 부지를 계획적으로 조성하기 위해 계획입지 제도 도입을 추진
    • 광역지자체 주도로 발굴한 부지는 관계 부처 협의를 통해 입지 적정성 검토 후 재생에너지 발전기구로 지정하는 등 사업자의 원활한 추진 지원
  3. 3 대규모 프로젝트 추진
    • 수용성 및 환경성을 고려하여 단계적 추진
      • 1단계2018~2022년

        민간과 공공기관이 제안한 프로젝트 가운데
        5GW 규모의 프로젝트를 집중 추진

      • 2단계2023~2030년

        대형발전사의 재생에너지공급의무화(RPS) 비율을 단계적으로 상향 조정하여 대규모 프로젝트 추진 유도

  4. 4 재생에너지 확대를 위한 보급여건 개선
    • 농업진흥구역 내 규제 완화, 공유재산 제도 개선 등 입지규제 및 사업 수익성을 저해하는 각종 제도 개선 추진
    • 지역별 보급계획 수립, 전담조직 보강 등 지자체 역량 강화 지원
    • 중앙정부와 지자체 간 재생에너지 정책협의회 상시 운영
  5. 5 환경을 고려한 재생에너지 확대
    • 폐기물·우드펠릿 등에 대한 REC 가중치를 축소하고 국제기준 및 국내여건을 감안하여 비재생 폐기물을 재생에너지에서 제외 추진
    • 태양광 폐모듈 재활용센터 건립 및 관리체계 구축, 풍력 대형블레이드 등에 대한 폐기지침 개발 등 재생에너지 폐기물 처리기반을 구축

주요국가 재생에너지 정책 동향 및 시사점

  • 중국 중국
    • 재생에너지 목표 상향 조정 전망, FIT 기준가격 인하와 RPS 비중 확대를 통해 경제성 확보와 보급목표 달성 추진
      • - 재생에너지 13·5 계획(’16년)에서 ’20년 15%, ’30년 20%의 달성 목표 비중을 발표했으나,
        ’18년계획 수정안 초안에서 ’30년의 달성 목표를 35%로 상향한 것으로 확인되어 공식 목표가 조만간 조정될 전망
  • 일본 일본
    • 보급 단가를 낮춰 경제성을 확보하고, 해상풍력 도입을 적극적으로 추진
    • FIT 기준가격 인하 및 경매를 통해 태양광 시장의 가격 경쟁력 강화를 도모하고, 매년 FIT 기준가격을 고시하여 점차 FIT 기준가격을 인하하는 추세
    • ’18년 3월 『해양재생에너지발전설비 정비 관련 해역 이용 촉진 법률안』을 각의 결정하며, 해상풍력 보급 촉진 정책 도입
  • 미국 미국
    • 주정부를 중심으로 재생에너지 확대정책을 활발하게 추진하고 있으며, 각 지방정부에서는 재생에너지 목표 발전 비율을 상향
      • - 코네티컷 주 : ’30년 48%
      • - 뉴저지 주 : ’30년 50%
      • - 캘리포니아 주 : ’45년 100%
      • - 워싱턴 D.C. : ’40년 100%
  • EU EU
    • ’30년까지 최종에너지 소비 중에서 재생에너지가 차지하는 비중을 27%에서 32%로 확대하는 재생에너지지침의 목표를 ’18년 6월에 상향 확정
    • 재생에너지 보급 확대를 위해 허가 절차를 간소화하여 정기 프로젝트의 경우에는 최대 2년, 기존설비 현대화(Repowering)는 1년,
      10.8kW 이하의 소규모 프로젝트는 간단한 통지절차로 가능하도록 하여 보급 확대 전망

  • 주요국들은 재생에너지의 목표 달성을 위한 다양한 정책들을 시행 중이며, 달성 목표의 상향을 검토하는 등의 적극적인 정책을 추진
  • 우리나라도 이러한 세계적 트렌드에 발맞춰, 재생에너지 3020이행계획을 원활히 추진하여 신재생에너지를 확대할 수 있도록 노력

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