New & Renewable Energy 2015. 12 Vol. 11, No. 4 ISSN 1738-3935 http://dx.doi.org/10.7849/ksnre.2015.12.11.4.19 [2015-12-RP-002] 환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 박영종 1)* Study on the Development Strategies of Korean-type Renewable Energy for the Environment Protection Young-Jong Park 1)* Received 8 May 2015 Revised 21 September 2015 Accepted 1 October 2015 ABSTRACT This study proposes a development strategy for Korean-type renewable energy for environmental protection mainly from energy consumption. This strategy is a Korean-type renewable energy development convergence technology connection model. In other words, based on the production process of manufacturing technologies of semi-conductors, IT, automobiles, shipbuilding, steel, etc., the development of renewable energy technologically connects with the renewable energy source as well as systematical and organic convergence, which enhances the greatest technical efficiencies. Next, renewable energy should be equipped with high-efficiency, stability, marketability, convenience, environmental-friendliness, etc. in all fields such as development, industries, transportation, buildings, consumers, etc. and a systematical energy source should be developed. Also, renewable energy combines with manufacturing convergence connection technologies which enhances the connection with ICT, greatest efficiencies, and consumer satisfaction. Key words Environmental protection, Energy consumption, Renewable energy, Manufacturing convergence and technology sharing 1. 서론 환경문제는이제전세계각국의나라선진국이나후진국이나, 개발도상국이나관계없이지구상모든나라들의커다란관심사와이슈가되어왔으며, 특히최근에너지소비급증으로인한환경오염문제는매우심각한실정이다. 이러한문제를해결하기위하여이제세계각국은머리를맞대고정책대안을마련하고있다. 선진국인 EU( 독일 ), 일본, 미국등은태양광, 풍력, 수소연료전지등그린에너지를주도하고있으며, 신재생에너지개발에도박차를가 1) Post office of Daedeok, Daejeon, Korea E-mail: p08258394@hanmail.net Tel: +82-42-930-2405 Fax: +82-42-930-2479 하고있다. 또한세계의신재생에너지시장도최근 5년간연평균 30% 정도성장하고있는실정이다. 이와더불어개발도상국들도더이상의환경을외면한채, 자국의중장기적이고안정적인경제성장은한계가있다는것을인식하고신재생에너지등환경오염을줄일수있는에너지원을개발중이다. 반면에우리나라는 1990년대비 2010년온실가스배출증가율이선진 OECD 국가중가장높은 128% 1) 이며, [1] 국내에너지수요의 97% 를해외로부터수입에의존하고있으며, 석유화학이나철강등에너지를많이소비한업종 1) 한국 (128%), 터키 (115%), 칠레 (92%), 멕시코 (33%), 캐나다 (17%), 미국 (10%), 일본 (-1), 프랑스 (-6), 영국 (-23), 독일 (-25), 자료 : 기획재정부, 환경부, OECD. Copyright c2015 by the New & Renewable Energy This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
박영종 으로에너지에매우취약한산업구조로이로인한에너지과소비가환경오염을촉발시키는주원인이되고있다. 이에따라본연구의목적은우리나라의에너지과소비로인한환경오염을획기적으로줄일수있는녹색성장및신재생에너지개발확대가필요하다고본다. 다만, 세계여러나라선진국들이신재생에너지개발에이미앞서가고있는만큼다른여타선진국들보다차별화되고경쟁력이높은에너지원을발굴해야만한다. 이러한신재생에너지개발은우리가최근세계시장에서주도를하고있는반도체, IT, 조선, 자동차, 철강등핵심제조업과융합이되고이를바탕으로발전 산업 수송 건물 소비자와연계되도록하여, ICT 분야와융합 연계하는기술을개발하는것이다. 이러한튼튼한기술개발구축시스템속에서한국형신재생에너지기업을탄생시키고육성해야만한다. 이를위해본연구는에너지소비와환경오염과상호관계를분석하여환경보호를위한대안을마련하고, 한국형신재생에너지개발전략을제시하고자한다. 2. 이론적고찰 2.1 환경문제에대한예비적고찰환경보호주의자의견해인성장불능론은경제성장의좋고나쁨을떠나유한한지구에서끊임없는경제성장이란그자체가물리적으로불가능하다는주장이다. 둘째, 커머너 (B. Commonner) 의가설이다. 그는인구의증가, 상품생산량이많을수록환경오염물질이많이배출되어환경오염은그만큼더심해진다는주장이다. 셋째, 행복의역설이다. 성장주의자들은소득수준의향상이자동적으로국민을더행복하게만든다는것이다. 하지만, 생각과실제는다르다. 지난반세기에선진국들은꾸준한경제성장을이루어왔다. 그결과선진국국민의소득수준역시계속높아졌다. 그럼에도불구하고이들의행복지수는지난반세기동안거의변하지않았다는것이다. 다음은경제성장주의견해로서성장옹호론은다음세가지주장을핵심으로한다. 첫째, 경제성장은얼마든지가능하다. 경제성장으로인한부작용들이나잘못된것들은사후적으로얼마든지고쳐나갈수있다는것이다. 둘 째, 경제성장이가능할뿐아니라지속적경제성장은꼭필요하다. 경제성장비판론자들은경제성장의부작용에너무집착한나머지경제성장의혜택을과소평가하는경향이있다. 우리가보통말하는사회적문제로서의환경오염과경제성장사이에는직접적인관계가없으며, 경제성장과환경보전은얼마든지양립이가능하다. 넷째, 그로스만 -크루거가설이다 (Grossman and Krueger, 1995). 이가설에의하면경제성장과환경오염사이의관계는경제성장단계에따라달라지는데, 경제성장초기 ( 대체로일인당국민소득 5,000달러이하의단계 ) 에는경제성장이진척됨에따라환경오염과파괴도가속화되는경향이있으나, 경제성장이상당히이루어진결과 1인당국민소득이어느수준에이르면 ( 대체로 1만달러이상의단계 ) 경제성장이진척됨에따라오히려환경파괴의정도가감소하는경향이있다는것이다. [2] 2.2 선행연구검토본연구는종전의화석에너지과소비로부터환경오염을줄여저탄소녹색에너지인신재생에너지사용을확대코자한내용이다. 먼저환경문제에관한일반적인이론분야에는이정전의 환경경제학의이해 (2011), 정석진의 그린에너지와환경촉매 (2010), 외국문헌으로 Grossman. G.M. and A.B Krueger(1995). Economic Growth and the Environment. 등을주로참고하였다. 또한환경과에너지문제에관하여는주로최근의통계자료를활용하여에너지소비와환경문제등상호관계를분석하였으며, 동분야에대한이론분야에는조홍식의 기후변화시대의에너지법정책 (2013), 이창훈의 신재생에너지의환경적영향에관한법적고찰 (2015), 정수관 강상목의 소득및에너지소비와환경오염의관계에대한분석 (2013), 윤용영의 기후변화에관한국제법적규제와문제점 (2013), 변재영외 2인의 기후변화시나리오에근거한한반도미래풍력 태양- 기상자원변동성 (2014), 권혁수외 신재생에너지온실가스감축기여도평가및보급확산전략 (2012) 등을주로활용하였다. [3-10] 신재생에너지에대한일반적인내용을참고하기위해이재훈의 녹색성장과에너지자원전략 (2010), 이강후의 대체에너지 (2009), 이재호의 에너지정치경제학 20 신재생에너지
환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 (2013) 등을참고하였으며, 또한주요학술지및논문으로는이중교의 신재생에너지에대한세제지원의현황및개선방안연구 (2014), 이유아 허은영의 신재생에너지인력수요전망방법론및사례연구 (2011), 구기관외 3 인의 국내외신재생에너지기술경쟁력분석 (2012), 오승환 이철용의 국내신생에너지 R&D 사업의경제적성과분석 (2014), 권혁범의 한국의녹색성장을위한신재생에너지발전전략 (2012), 윤생진의 신재생에너지산업의활성화방안에관한연구 (2010) 등을참고하였다. [11-19] 본고의신재생에너지핵심개발전략에관한내용으로첫째, Iot와 ICT 분야로서이병훈의 지능형에너지관리시스템을위한 Iot 기반의상황인지서비스연구및구현 (2015), 임계재의 신재생에너지를활용한 IT-융합식물공장시스템설계 (2015), 성태형 태양광산업에있어서 OCI의기술혁신모형연구 (2014) 등을참고하여향후신재생에너지원이 Iot를활용해서제조업과융합이되고 ICT 등과연계필요성을제시하였다. 둘째, 현장에서신재생에너지기술을활용 촉진하기위한것으로오용 태양광 / 연료전지하이브리드시스템의전기적특성과최적운전을위한경제성평가에관한연구 (2011), 조남진의 복합신재생에너지시스템용다중입출력보조전원설계 (2014), 이유석외 1인의 그린에너지활용을위한대학건물옥상설치형소풍력발전 (2014) 등활용하였다. 마지막으로향후신재생에너지정책방향을제시하기위해유진만외 1인의 정부정책이재생에너지산업생산확대에미치는장단기영향분석 (2013), 이상훈의 한국에서재생에너지확대를위한정책적과제 (2014), 권태형의 신재생에너지시장확대를위한정책수단의비교 (2014) 등을참고하였다. 특히, 한국형신재생에너지기업탄생에관한전략에대하여는한낙현 국내신재생에너지발전전략과과제에관한연구 (2014), 유진만 신재생에너지국제경쟁력분석 (2015), 이의재의 신재생에너지기업의리스크분석 (2012), 구훈영, 민대기 국내태양광산업의중장기전망에관한연구 (2014) 등을참고하였다. [20-32] 본연구의차별화가치는향후신재생에너지는다른에너지원보다소비증가율이확대가예상되는바, 2) 신재생에 너지원이기존우리의우수한제조업과융합이되고, 더나 아가 ICT 등과기술이연계가되는한국형개발전략을제 시한점이다. 아울러이러한기반구축아래서새로운한국 형초대형신재생에너지기업이탄생될수있다는점이다. 2.3 모형설정 2.3.1 에너지소비증가와환경오염유발모형 Fig. 1 처럼우리나라는 70 년대이후철강, 석유화학, 자동차등중화학공업위주의산업화와경제성장으로인 하여산업, 수송, 가정 상업등부문별에너지소비가급 증, 이로인한에너지소비는 NOx( 산화질소 ), VOC ( 휘발 성유기화합물 ), CO( 일산화탄소 ) 등환경오염의주요원 인이되고있음. 2.3.2 환경보호모형 Fig. 2 와같이향후환경보호를위해서는기존의석유, 가스, 석탄등화석에너지사용을억제하고저탄소녹색성 장등을위한신재생에너지사용확대가필요하다. 3. 에너지소비와환경문제분석 3.1 국내의에너지소비실태분석 먼저에너지원별로보면, 60 년대에는석탄과신탄이주 Fig. 1. Relationship between the increase in energy consumption and environmental pollution 2) 2011 년기준 2035 년까지연평균 4.4% 증가예상, 산업통상자원부제 2 차에너지기본계획, 2014. Fig. 2. Model of the co-relations between energy consumption and environmental pollution 2015. 12 Vol.11, No.4 21
박영종 Table 1. Consumption status per energy source (primary energy) 석탄 ( 백만톤 ) 구분 90 00 03 04 05 06 07 08 09 10 11 석유 ( 백만 B) L N G ( 백만톤 ) 수력 (10 억 kwh) 356.3 2.3 무연탄 21.5 유연탄 21.9 소계 43.4 6.4 원자력 52.9 기타 ( 백만 toe) 합계 ( 백만 toe) ( 증가율 )% 0.8 93.2 (14.1) 742.6 (3.2) 14.6 (12.3) 6.2 (24.1) 60.3 (11.4) 66.5 (12.5) 5.6 (-7.5) 109.0 (5.7) 2.1 (17.9) 192.9 (6.4) 762.9 (0.1) 18.6 (4.7) 8.6 (11.6) 70.5 (3.3) 79.1 (4.2) 6.9 (29.7) 129.7 (8.9) 3.2 (10.8) 215.1 (3.1) 752.3 (-1.4) 21.8 (17.2) 8.1 (-5.2) 74.0 (4.9) 82.1 (3.8) 5.9 (-14.9) 130.7 (0.8) 4.0 (22.7) 220.2 (2.4) ( ): increase rate source: Ministry of Knowledge Economy white paper, 2012 761.1 (1.2) 23.4 (7.1) 9.0 (11.0) 75.8 (2.4) 84.8 (3.3) 5.2 (-11.5) 146.8 (12.3) 4.0 (-0.4) 228.6 (3.8) 765.5 (0.6) 24.6 (5.4) 9.8 (8.8) 78.0 (2.9) 87.8 (3.5) 5.2 (0.6) 148.8 (1.3) 4.4 (10.0) 233.4 (2.1) 794.9 (3.8) 26.7 (8.3) 9.7 (-1.3) 84.4 (8.2) 94.1 (7.2) 5.0 (-3.4) 142.9 (-3.9) 4.8 (10.8) 236.5 (1.3) 760.6 (-4.3) 27.4 (2.6) 10.2 (5.3) 94.0 (11.3) 104.2 (10.7) 5.6 (10.5) 151.0 (5.6) 5.1 (5.1) 240.8 (1.8) 778.5 (2.3) 26.1 (-4.9) 9.8 (-4.3) 98.6 (4.9) 108.4 (4.0) 5.6 (1.4) 147.8 (-2.1) 5.5 (7.9) 243.3 (1.1) 794.3 (2.0) 33.1 (26.8) 11.1 (3.3) 110.9 (12.5) 121.0 (11.7) 6.5 (14.7) 148.6 (0.6) 6.1 (10.7) 263.8 (8.4) 801.6 (0.9) 35.6 (7.6) 11.2 (10.7) 119.7 (7.9) 130.9 (8.1) 8.0 (23.3) 150.2 (1.1) 6.6 (9.1) 275.7 (4.5) 요에너지였으나, 70년대들어서는중화학공업육성등으로석유비중이급격히상승하면서석유가주요에너지로등장하였다. 80년대이후에도석유는주에너지원으로서의위치를견고하게유지하였으나, 90년대후반에들어서면서 Table 1에서와같이사용이편리한도시가스및전기의소비가크게증가하면서석유의소비비중은축소되기시작하였다. 우리나라의석유의존도는 2002년에 50% 이하로, 2011 년에는 38.1% 까지하락하였다. 80년대후반에도입된 LNG 는 90년대에연평균 20.1% 라는빠른소비증가세를기록하면서 2011년에는소비비중이 16.8% 로확대되었다. 전력수요증가에따라발전용유연탄소비도빠른증가세를지속하였다. 2011 년유연탄은총에너지소비의 27.8% 를차지하여석유에이은제2 의에너지원의위치를유지하고있다. 60년대에에너지소비 40% 를담당하였던무연탄소비는 1988 년을기점으로감소하기시작하여 2011년에는그비중이 2.5% 로감소하였다. Table 2. Prospect of main energy indexes during 2011~2035 구분 2011 2025 2030 2035 총에너지수요 ( 백만 TOE) 최종에너지 ( 백만 TOE) 에너지원단위 (TOE/ 백만원 ) 연평균증가율 (%) 275.7 354.1 369.9 377.9 1.32 205.9 248.7 254.3 254.1 0.88 0.255 0.211 0.195 0.180 1.44 source: Ministry of Trade, Industry and Energy 2nd energy master plan, 2014 3.2 향후에너지소비증가실태분석 국내적인전망을보면 Table 2 처럼총에너지지표는 전망기간 11~ 35 중연평균 1.3% 가증가할것으로예상 되며, 최종에너지는경제성장세의둔화, 인구정체등으 로연평균 0.9% 정도증가가예상되며, 에너지원단위는 11 년 0.255(toe/ 백만원 ) 에서매년 1.4% 씩개선, 35 년에 는 0.180 수준으로하락이예상된다. 또한총에너지원별전망을보면주로신재생등이 4.4% 22 신재생에너지
환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 Table 3. Emission rate of air pollution substances per large category 배출원대분류 CO NOx SOx TSP PM10 PM2.5 VOC NH3 합계 기여율 (%) 에너지산업연소 56,202 166,709 84,464 5,024 4,546 3,534 7.623 1,465 321,487 9.1 비산업연소 79,804 90,876 53,957 2,562 2,213 1,326 2,948 1,528 231,675 6.5 제조업연소 19,179 181,219 109,878 153.097 89,463 45,721 3,560 863 467,795 13.2 생산공정 21,406 53,077 109,342 13,249 7,394 5,876 146,499 33,530 377,104 10.6 에너지수송 / 저장 25,318 25,318 0.7 유기용제사용 559,662 559,662 15.8 도로이동오염원 463,543 322,307 366 13,030 13,030 11,988 69,059 9,208 877,514 24.8 비도로이동오염원 68,290 217,098 67,557 13,904 13,901 12,792 16,758 662 384,269 10.8 페기물처리 1,861 8,732 8,395 334 242 209 40,879 23 60,223 1.7 농업 216,453 216,453 6.1 기타면오염원 8,060 197 609 386 348 803 12,684 22,353 0.6 합계 718,345 1,040,214 433,959 201,810 131,176 81,793 873,108 276,415 3,543,862 100 source: National Institute of Environmental Research, 2011 등증가가예상되며, 총에너지원별전체적으로 1.3% 가증가가예상된다. 3.3 에너지과소비로인한환경오염분석먼저대기오염실태에대하여 Table 3에서와같이총배출량중가장높은기여율을보인배출원은도로이동오염원으로서 877,514톤을배출하여전체의 24.8% 를차지하고있고, 유기용제사용이 559,662톤으로 15.8%, 제조업연소가 467,795 톤으로 13.2%, 다음으로는발전소등에너지산업연소배출원이 321,487톤으로 9.1% 를차지하고있다. 여기서도로이동오염원, 제조업연소, 에너지산업연소등의합이 47.1% 로서우리나라전체대기오염총량의상당부분이에너지소비와관련되었음을알수있다. 이것은우리나라대기오염의주요원인이과다한에너지소비로인한것임을나타내주고있다. 이에따라이들의연료연소를대체할수있는대체에너지원이나새로운에너지의개발이매우절실함을이자료를통하여알수가있다. 다음은온실가스실태를보면, 1990 년이후우리나라는에너지다소비산업의빠른성장과국제유가안정등으로온실가스배출량도연평균 3.3% 증가하였으나, 배출량증가율추이는국제적규제강화로 1999 년이후매년증가율감소추세를보이고있다. 2009년기준온실가 스배출량은 2008 년 (602.3 백만 tco2eq) 대비 0.9% 증가한 607.6 백만톤 tco2eq 이다. Fig. 3 에서는부문별온실가스 배출량을보여주고있으며, Table 4 는온실가스배출량 현황을나타내고있다. 우리나라온실가스배출량구조는 주로에너지가 84.9% 를차지하고있고, 산업공정이 9.8% Fig. 3. Emission rate of greenhouse gases per energy sector Table 4. 2009 Emission rate of greenhouse gases status per energy CO2 ( 이산화탄소 ) 540.6 (89.0%) CH4 ( 메탄 ) 27.7 (4.6%) N2O ( 아산화질소 ) 12.5 (2.1%) HFCS ( 수소화불화탄소 ) 5.9 (1.0%) PFCS ( 과불화탄소 ) 2.3 (0.4%) SF6 ( 육불화황 ) 18.6 (3.1%) 합계 ( 비중 ) 607.6 soucre: Korea Eneryg Management Corporation, energy/climate change handbook, 2012 2015. 12 Vol.11, No.4 23
박영종 를차지하면서그비중이 94.7% 를차지하고있으며, 에너 지연소에의한 CO2 배출은전환부문이 44.3% 로가장높 은비중을차지하고있으며, 산업 27.3%, 수송 16%, 가정 과상업 공공부문이 11.2% 이다. 4. 에너지소비와환경오염과상호관계분석및향 후과제 4.1 상호관계분석결과 먼저대기오염을유발시키는원인으로는 Table 3 같이 석탄, 석유, LNG 등화석연료의과다사용으로밝혀지고 있다. 또한온실가스오염의경우도 Fig. 3 처럼에너지소 비가주요원인이되고있다. 참고로우리나라의경제성 장과에너지소비의상호관계분석에서실질국내총생산 (GDP) 의경우 1990 년대초의 400 조에서 2007 년 800 조원 에이르러 2 배이상증가하였으며, 또한에너지소비도 거의 2 배이상증가하였음을보여주고있다. 즉, 우리나 라의경제성장은에너지에기반을둔경제성장구조를유 지해왔음을알수있다. [33] 4.2 향후과제 향후환경오염을줄이기위해서는기존의화석연료의 사용을점진적으로억제하고저탄소녹색성장중심의신 재생에너지개발을적극적으로추진해야한다. 이에따라 세계신재생에너지산업선도 Fig. 4. Linking model of Korean-type renewable energy convergence. technologies 본연구에서는한국형신재생에너지개발과제를 Fig. 4 와같이제시하고자한다. 이과제는향후신재생에너지원이우리의우수제조업 과융합 기술연계로서, 최고의기술을보유하고있는반 도체, IT, 조선, 자동차, 철강등핵심제조업생산공정기 술을잘활용하고, 이를발전 산업 수송 건물 소비자분 야와연계하도록하여, 더나아가 ICT 분야와융합 연계 하는기술을개발하는것이다. 아울러이러한기술개발체 계와기반이확실하게구축되었을경우대기업등이상호 결합등을통하여초대형화를이룩하고, 우수한기술력을 보유한중소기업과연계하여세계의신재생에너지산업을 선도하는것이다. 4.3 향후과제의완성을위한전제 4.3.1 주요선진국의신재생에너지정책등적극도입추진필요 먼저독일은신재생에너지선진국중가장재생에너지 확대를위해실천하는국가로재생에너지법, 발전차익제 도도입등확실하게추진하고있으며, 2020 년까지전제 에너지소비의 18% 를재생에너지로대체하고, 이후 2030 년까지 30%, 2040 년까지 45%, 2050 년까지 60% 로확대 예정이다. 또한전력이나난방등에일반소비자들에게도 의무적으로사용을강제하는재생에너지법을시행하고 있다. 미국은신재생에너지비율을 2012 년 12% 에서 2025 년에는 25% 까지보급할계획이며, 일본은 2030 년까지신 재생에너지비율을 11.1% 로확대하고에너지절약형사회 로전환한다는것이다. 중국은 2020 년까지총에너지소 비량의 15% 를재생에너지로이용하는목표를수립하였 고, 수력 (3 억 KW) 풍력및바이오 ( 각 3,000 만 KW) 태양 광 (180 만 KW) 에집중할계획이다. [34] 이처럼주요선진국 등은신재생에너지를정책및제도적으로적극지원하 고있으며, 동에너지원을적극확대하고사용하고있는 실정이다. 하지만우리는국내에너지원중신재생에너지 비중이 OECD 국가중최하위로서 [35] 향후신재생에너지 비중을보다확대해야할필요가있다. 4.3.2 우리나라신재생에너지산업의주요현안해결필요 첫째로우리의신재생에너지산업의기술수준은아직 24 신재생에너지
환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 산업기반이취약하여단순한부품생산위주로향후고부 가가치의핵심제품을생산해야한다. 둘째로정부의지 속적인예산지원과확대이다. 신재생에너지원은다른여 타에너지원과달리단가가비싸고, 초기에설치비등이 많이소요된다. 이에따라정부는지속적인예산지원및 확대가필요하다. 셋째로신재생에너지분야의체계적인 R&D 전략과 ICT 기술과의접목이필요하다. 아직까지 R&D 분야에체계적인지원과사후관리가부족한실정이다. 또 한우리의반도체등우수한제조업과연계가부족하고, 제 조업과융합이가능한 ICT 기술력이부족하다는것이다. 4.3.3 소결 향후과제의완성을위해서는우리나라의신재생에너 지산업이주요선진국의사례처럼신재생에너지비중을 높이고, 에너지의생산 분배 소비등의사용을법에의 해강제성등을부여할필요가있으며, 또한신재생에너 지제품의고부가치화, 예산투자확대, 체계적인 R&D 전 략과 ICT 등과접목이필요하다. 5. 한국형신재생에너지개발전략 5.1 한국형신재생에너지제조업융합 기술연계전략 먼저기술개발전략에서우리나라의신재생에너지산 업은조기에기반을갖춘독일등다른선진국들보다도 기술력이나가격경쟁력이떨어지고, 또한 R&D 지원체계 나국제표준화등이취약하다. 예를들면, 부품 소재에서 핵심기술의국산화율이저조하고 3), 완성품에서는태양 광이나풍력등에서부가가치가낮은제품을생산하고있 으며, 서비스면에서는공동해외시장개척및 R&D 투자 에서기업간상호연계가부족한실정이다. 이처럼선진 국들에비하여기술력이나품질, 부품공정등에서낙후되 어있어, 이들국가들의기술공정이나부품등을수입하 여단순가공하여제품을생산 판매하거나수출해서는 선진국들의벽을뛰어넘을수가없을것이다. 따라서우 3) 주요부품 소재장비평균수입률 : 태양광 79%, 풍력 85%, 연료전지 91%( 11 년기준 ), 산업통상자원부, 2014.1 월제 2 차에너지기본계획. 리의신재생에너지산업은다른나라와차별화될수있는나름대로의고유기술력과노하우, 특성을갖춘제품을발굴하고개척하여뛰어난경쟁력으로세계의신재생에너지산업에진출해야한다. 이에따라한국의신재생에너지산업이세계다른진국들보다도앞서나가기위해서는전게한 Fig. 4와같은 한국형신재생에너지융합 기술연계형 개발전략이확산되고보급되어야한다. 이를위해서는첫째로우리가그동안세계제조업시장에서석권하였던반도체, IT, 자동차, 조선, 철강등최고의제조업기술의생산과정즉, 원료 소재 부품분야의공정을바탕으로신재생에너지원과체계적이고유기적인융합과기술연계속에서최고의기술력과효율성을높이는것이다. 반도체의경우그산업의성격이태양광의설비투자, 기술및가격변동등과유사하다는점에서융합과기술연계의장점도있지만반면에위험한리스크도수반된다. 따라서항상제품의효율성을높이고가격경쟁력에서우위에있어야한다. 예를들면, 종전의실리콘박막태양전지와유기태양전지를결합한 고효율적충형하이브리드태양전지 개발하여기존제품보다 2배의효율을높이거나, 또한기존의 결정질실리콘태양전지 는고효율제품이지만높은제조비용과복잡한제조공정이문제가되어보급에기피요인이되었지만, 최근에개발된 무 유기하이브리드페로브스카이트태양전지 는 [36] 세계에서가장열효율이높고, 가격도저렴한핵심제품으로개발한것등이다. 또한 IT의경우현재와같이복잡하고, 다양하고, 예측불가능한정보화사회에서는고객들에게무엇보다도정보의대량축적과신속 정확한전달체계가필요하며, 다양하고편리한서비스를제공하여야한다. 이를위해서는 IT의매개체인컴퓨터, 미디어, 영상기기, 블루투스 (Bluetooth), 와이파이 (Wi-Fe), 근거리통신 (RFID), 위치정보 (GPS), 스마트폰, PDA, LED, 기타소프트웨어기술등이태양광과태양전지등과잘융합이되어언제나손쉽게활용되고고객에게꼭필요한정보를제공할수있어야한다. 예를들면, 태양광마이크로발전소, 스마트홈, 스마트자동차, 스마트드라이브, 마이크로그리드 등이다. 자동차의경우전세계적으로각광을받고있는자연친화적인저탄소와고효율, 고객편리성등을두루갖춘신제품을개발해야한다. 최근현대자동 2015. 12 Vol.11, No.4 25
박영종 차가개발한 투싼 ix 수소연료전지 자동차는자연친화적 인무공해천연연료로서전후방산업연관효과가아주높 아성장동력을견인하고있다. 또한향후소비자들이이 용시편의를위해고비용 단거리주행거리문제등해결 을위한계속적인기술개발 4) 을추진하고있다. 둘째로는신재생에너지가발전 ( 전력 ), 산업, 수송, 건 물, 소비자분야또는융 복합사업의개념으로서향후저 비용고효율, 안전성, 시장성및발전가능성, 편리성, 친 환경성을갖춘종합적이고체계적인에너지원개발이되 어야한다. 아울러이러한융합이소비자나고객들에게 실제적으로나잠재적으로커다란만족감을주면서다양 하고광범위하게사용하게해야한다. 발전분야에는종전 의화력발전에서석탄가스화복합발전 (IGCC) 및연료전 지를확대사용하여열효율과편리성을높이고, 산업분야 에는에너지소비비중이높은철강, 화학분야등에온실 가스를감축할수있는저감기술 5) 과더불어신재생에너 지와연결될수있는기술개발 6) 이필요하며, 수송분야는 특히여타분야보다훨씬역동적이어서에너지수요가 2050 년이면전세계의자동차대수가 20 억대이상으로 증가할것이며, 수송거리역시같은비율로증가될것으 로전망된다. 7) 이에따라향후연료전지자동차, 하이브 리드또는디젤기술자동차, 바이오연료자동차등신재 생에너지와관련성이매우높다. 건물은대단위아파트 단지경우향후갈수록문화수준이높은다양한고객층의 증가로인한각종전기기기의종류와양이늘어전기사용 량비중이높아지고, 경제성장등으로서비스부문의비 4) - 연료전지용가스켓개발 ( 전남대, 금호폴리캠 ), 수소안전저장 수송기술개발 ( 하이리움 ), 수소연료전지차 V2G(Vehicle to Grid: 친환경중전전력외부송전기술 ), 인버터기술 ( 시그넷시스템 ) 등. - 기존연료전지생산에필요한백금의양을획기적으로줄이면서종전의불필요한열처리및화학적처리공정을줄일수있는전극촉매연료전지원천기술을개발하였다 ( 한국과학기술연구원국가기반기술연구본부연료전지연구센터유성종박사외 3 인공동연구팀 ) 5) POSCO 경우수소환원제철법을사용, 철을생산할때일산화탄소 (CO) 대신수소를매개체로사용하여부산물이이산화탄소 (CO2) 가아닌물이나오도록하는공법을개발함. 6) - 예를들면, 우리의우수한철강의고기능강제를활용한풍력발전기를몽골이나인도등 100 만대를수출할경우 - OCI 는 1959 년동양화학의전신인화학산업의기술을바탕으로 2007 년태양광의폴리실리콘부문에진출하여세계의선도기업으로성장함. 7) 조홍식, 2013, 기후변화시대의법정책. 중이높아져상업용빌딩이수가크게늘어날것이예상 된다. 이에따른신재생에너지사용비중을의무적으로높 일수있도록법적근거나세제지원등정책적지원이필 요하다. 아울러신재생에너지사용도보다쉽게활용할 수있는시설시스템등 8) 이필요하다. 최종에너지소비자 인소비자는전력, 산업, 수송, 건물등다양한분야에서 저렴한가격과고효율서비스를선택받을수있는소비자 권리 9) 가주어져있다. 마지막으로융 복합사업의경우 신재생에너지원과원, 지역, 정책, ICT 등다양한결합을 통한시너지효과를기대할수있는사업으로서한지역 에신재생에너지대형사업을실시하여지역내주택 건 물 산업체에에너지를공동으로공급하거나, 태양광, 풍 력, 소수력, 지열등 2 개이상의신재생에너지원을융합 하여에너지를공급함으로써에너지활용의효율성을제 고시키는것등이다. 10) 셋째로는신재생에너지가제조업융합 연계기술함께 결합하면서 ICT 등과연계되어최고의효율성과소비자 만족도를높여주는시스템을개발하는것이다. 신재생에 너지와 ESS(Energy Storage System) 결합하여송전효율 을향상시키고배전의안정성을증가하여전력품질을높 임과동시에전력을안정적으로공급하는것이나 11), 최 근 Iot(Internet of Things) 를활용하여지능형에너지관 리시스템기술을개발하거나 12), 또한 IoT 의기술체계와 신재생에너지원을상호연결하여향후에너지생산과공 급을높이는기술개발이다. 이기술은태양광이나풍력 등신재생에너지원시스템에 IoT 의센싱기술인초음파 센서 / 열 / 습도 / 온도센서, 위치정보등얻을수있는정 보수집기술과유무선네트워크인프라기술, 더나아가 8) 대단위아파트및건물단지내 태양광마이크로발전소 를건립하여건물의베란다등에패널을설치하고패널과연결된플러그로콘센트를꽂아전기를생산하는방식등. 9) 예를들면, 향후대량공급이예상된연료전지 하이브리드 바이오연료자동차의경우효율등급및저탄소등정보공개확대필요. 10) 강원양구지역에태양광 102 개소 (376KW), 태양열 8 개소 (196m 2 ), 지열 33 개소 (588KW). 11) - 대구실증사업 : 10.6~ 13.5, 용량 10,000 KWh, 사업비 136 억원, 조천변전소 : 11.7~ 14.6, 용량 8MWh/4MW, 사업비 120 억원. - 해외에서는독일 Conergy 사, 프랑스 Saft 사등이참여하여 Solion( 태양광 - 리튬이차전지 ) 를프로젝트추진. 12) 이병훈, 2015, 지능형에너지관리시스템를위한 IoT 기반의상황인지서비스연구및구현, 중앙대학교대학원석사학위논문. 26 신재생에너지
환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 서비스인터페이스기술인정보의센싱, 상황인지 수집 추론기법등을활용하여서태양광의핵심인태양전지등 발전시스템에태그등을부착하여광전자흡수량을최대 한높이는반면에방사열은줄이는것이다. 아울러풍력 의경우도 IoT 의기술을활용하여풍력의운전및기계시 스템에태그등을부착, 강한바람이부는경우그바람을 계속적으로저장하여축전시키고, 바람이미풍인경우는 그바람을크게높이게큼하도록하여거의전천후로풍 력을이용하는방법을마련하는것이다. 향후이러한 IoT 와신재생에너지원이연계된기술개발이실현된다면에 너지의효율성과경제성이확보되어신재생에너지가보 다확대보급이될수있다. 다음은현장에서의쉽게신기술을연구개발, 보급 활 용하는시스템의정착이다. 첫째로신재생에너지원이발 전 ( 전력 ) 등과연계된기술개발로서 태양광 - 연료전지하 이브리드시스템 (HOMER) 13) 을활용하여종전의계통전 원을활용하지않고독립적인분산전원을가정에공급한 것이다. 이시스템구성을보면태양광어레이, 연료전지, 전기분해기, 수소탱크, 배터리, 컨버터로가정에분산전 원으로서적용이가능한독립운전형발전시스템이다. 본 시스템의기본적운전메커니즘은낮동안태양광발전이 전력을생산하여 PCS(Power Conditioning System) 를통 해부하에전력을공급함과동시에배터리를충전시킨다. 또한여분의전력을이용하여전기분해기를구동시키고 생산된수소는수소탱크에저장되었다가전력요구량이 많은시간대에연료전지에공급됨으로써부족한전력을 부하에공급하게되며, 연료전지의폐열을재생하여난방 용온수를공급할수있도록한시스템이다. 이시스템의 시뮬레이션결과경제성평가가검증되었으며 14), 향후 13) - HOMER: Hybrid Optimization Model for Electric Renewables. - 오용, 2011, 태양광 / 연료전지하이브리드시스템의전기특성과최적운전을위한경제성평가에관한연구, 동신대학교박사학위논문. 14) 이시스템을가장경제적으로운전될때는태양전지발전 5KW, 연료전지 1KW, 배터리 4 개, 컨버터 3KW, 전기분해기 2KW, 수소탱크 0.5kg 를적용하였을경우로분석하였으며, 이때의초기투자비용은 $53,207 이며운전비용은 30$/year, COE(cost of electricity) 는 1.281$ h/year 로가장저렴한특성을보였다. 또한연료전지의총운전시간은 2,362h/year 로분석되었다. 또한디젤발전기만을이용하여발전을하는경우발전단가가 1.633 $/kwh 로본시스템에서제안하는경우보다약 27% 가량높게형성됨을보여주었다. 이시스템은부하의변동에따라안정적인전력생산이 가능하기때문에독립적인운전이가능한분산전원으로 써가정에보급하거나낙도나오지에적용하여보다경제 적이고효율적인에너지원으로성장가능하다고본다. 둘째는신재생에너지원을출력특성에따라보조전원 의입력이선택적으로구성되어출력특성이안정적이며 연속적인 복합신재생에너지시스템용다중입출력보조 전원설계 15) 이다. 이는태양광이나풍력같은신재생에 너지는주변환경에의해일간출력특성이큰폭으로변 화된다는것을인지하고서서로다른발전특성을가지 는신재생에너지원들을함께구성하는복합신재생에너 지시스템이다. 이런시스템에서는보조전원의안정적인 동작을위해서는기본적으로다양한환경조건에서도동 작이가능하여야한다. 따라서간헐적으로발전하는신 재생에너지원의특성상보조전원의입력을하나의신재 생에너지모듈이아닌다수의모듈로부터받아오는것이 필요하다. 이러한구조를 다입력다출력 (multiple input multiple output, MIMO) 보조전원구조라고하는데, 이 구조는발전하는신재생에너지원들중하나를보조전원 의입력으로선택하여사용하므로안정적인동작이가능 하다. 한편, 주변환경에의해메인으로동작하고있는신 재생에너지원의발전전압이떨어진다면, 대체에너지원 으로보조전원의입력이구성되어각제어기의동작이안 정적으로이루어질수있다. 예를들어, 태양광에너지시 스템이동작중에모듈에음영이발생한경우시스템의 출력전압이저하되어안정적인출력전압을가지는다른 모듈중한곳에서보조전원의입력을변경하여야한다. 또한여러시스템의모듈중한곳에서보조전원의입력 을구성하였을때, 해당모듈에서시스템에러가발생한 다면보조전원의입력을다른쪽으로전환하여보조전원 을유지한뒤고장시스템에대한보호및진단이가능하 고, 때로는모든모듈에서시스템에러가발생한다면보 조전원오동작에의한오류를방지하기위해제어기의전 원을차단하여메인시스템의전력전달이이루어지지않 게하는것이다. 이처럼현장에서신재생에너지분야의신기술들이적 15) 조남진, 2013, 복합신재생에너지시스템용다중입출력보조전원설계, 성균관대학교대학원석사학위논문. 2015. 12 Vol.11, No.4 27
박영종 극적으로개발되고보급되게하려면, 정부의대폭적인관심과 RND 분야예산지원이있어야한다. 또한대기업들이신재생에너지분야에대한적극적인투자확대가필요하며, 아울러중소기업들의뛰어난기술력이상호연계되어야할것이다. 이나기간을별도로정하는한시법제정등이필요하다. 둘째로정부는한국형신재생에너지기업이탄생할수있도록금융지원이나, 세제지원, 입지지원, 중소기업영역완화등지원이필요하다. 5.2 한국형신재생에너지기업탄생및지원전략 이처럼신재생에너지원이우수한핵심제조업과발전 산업 수송 소비자등과연계되고, ICT 분야와융합 연계 하는기술개발이이루어지고, 아울러현장에서신기술이 개발과보급체계가확실하게구축된경우, 다음에는재무 구조가튼튼한대기업과대기업끼리결합하는초대형기 업을만드는것이다. 이러한초대형대기업들이우수한기 술력을보유한중소기업과상호연계하는한국형신재생 에너지기업을탄생시키는것이다. 참고로한국형신재생 에너지기업탄생필요성을보충할수있는자료에의하 면 16), 기업들의생산성분석결과일반업종의대기업의 평균효율성은높아지고있지만, 신재생에너지대기업들 의평균효율성은오히려낮아지고있다는분석이다. 아 울러중소기업의경우도일반업종의중소기업은효율성 이등락이있지만, 신재생에너지업종은대체로효율성이 떨어지고있다는것이다. 17) 또한우리의신재생에너지기 업의리스크분석에서도대기업보다도규모가작은중소 기업이리스크가훨씬크다는결과이다. 18) 이에따라특수한우리나라의신재생에너지산업여건 을반영한한국형신재생에너지기업이반드시탄생이하 여야만한다. 이러한기업의탄생은그동안의신재생에 너지분야의가장취약점인자금력과핵심기술력, 원천 기술등확보케하여세계의신재생에너지산업을선도할 수있을것이다. 다만, 한국형신재생에너지기업이원활 하게탄생되기위해서는우선몇가지전제조건이필요하 다. 첫째로대기업끼리결합하여초대형기업이되려면 한국의국민정서상이를제한하는여러가지법률적인제 약사항이많다. 이를예외적으로허용해주는특별법제정 16) 1999 년부터 2013 년까지대기업 1,060 개, 중소기업 3,721 개등 4,871 개를선정생산성조사 ( 무협협회제 40-3 호,2015.6, p108). 17) 유진만, 신재생에너지산업국제경쟁력분석, 2015.6 18) 이의재, 국내신재생에너지기업의리스크분석, 2012.12, p63-65. 6. 결론최근세계각국나라들은환경보호를위하여화석에너지를줄이고신재생에너지를확대하고있는추세이다. 하지만우리나라는아직까지다른 OECD 선진국들보다도온실가스배출증가율이가장높으며, 신재생에너지사용비중도최하위를나타내고있다. 이에따라본연구는환경보호를위해서여타다른선진국보다차별화되고, 우리의실정에적합한한국형신재생에너지개발전략을제시하였다. 이를위해서사전에환경문제에대한예비적고찰과함께환경보호모형을제시하였고, 또한환경오염의주요원인이되고있는에너지소비와환경오염과상호관계를분석하여향후과제를제시하였으며, 이러한과제의성공적이행을위한전제조건등을제시하였다. 본연구의개발전략을보면, 첫째는신재생에너지분야에한국형제조업의강점과상호융합 기술연계하여신재생에너지개발전략을마련하였다는것이다. 둘째는향후신재생에너지가발전 ( 전력 ), 산업, 수송, 건물, 소비자분야등전분야연계되어저비용과고효율, 안전성, 시장성및발전가능성, 편리성, 친환경성을갖춘종합적이고체계적인에너지원으로발전한다는전략을제시하였다. 셋째는신재생에너지원이제조업융합 기술과함께결합하면서 ICT 등과연계하여최고의효율성과소비자만족도를높이는시스템을개발하는것이다. 예를들어 IoT 의기술체계와신재생에너지의태양광, 풍력등과상호연결하여향후에너지의생산과공급을높이는기술개발방향을제시했다는점이다. 향후이러한 IoT와신재생에너지원이연계된기술개발이실현된다면에너지의효율성과경제성이확보되어신재생에너지가보다확대보급될것으로예상된다. 28 신재생에너지
환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구 넷째는한국형신재생에너지기업탄생및지원이다. 상기의신재생에너지제조업융합 기술연계모형이현장에서구축된이후우리나라의신재생에너지기업들이보다거대한초대형기업으로발족되어, 이기업이우수한기술력을보유한중소기업과상호연계하여동반성장하는것이다. 아울러한국의신재생에너지산업이세계의초강국이되기위해서는지속적인정부의육성의지와정책적인지원이필요하다. 참고로독일정부는신재생에너지비중을더욱확대시키기위해전력이나난방등에너지의생산 이동 분배 소비에서사용을의무적으로강제하는에너지관련법을시행중에있다. 또한신재생에너지소비를보다확대하고촉진하기위해서는현재에원가에미치지못한전기요금등을대폭현실화하여경쟁관계에있는화석연료의소비를줄여야한다. 후기본고는한국산업기술대학교지식기반기술 에너지대학원의환경보호를위한한국형신재생에너지개발전략에관한연구에대한학위논문의일부내용을발췌하여정리한논문입니다. 본연구의발전을위하여노력하여주시고, 지도편달을하여주신한국신재생에너지학회지심사위원장님과위원님들에게깊은감사의말씀을올립니다. References [1] 세계일보, 2104. 1.14. 한위. 국온실가스배출증가율 OECD 1위. [2] 이정전, 환경경제학의이해, 2011, 서울, 박영사. [3] 정석진, 2010, 그린에너지와환경촉매, 서울, 집문당. [4] Grossman, G. M. and Krueger, A. B., 1995, Economic Growth and the Environment, The Quarterly Journal of Economics 110, pp. 352-387. [5] 조홍식, 2013, 기후변화시대의에너지법정책, 서울, 박영사. [6] 이창훈, 2015, 신재생에너지의환경적영향에관한법 적고찰, 한국환경법학회제 37-1호. [7] 정수관외 1인, 2013, 소득및에너지소비와환경오염의관계에대한분석, 환경정책연구 12-3호. [8] 원용영, 2013, 기후변화에관한국제법적문제점, 충남대학교대학원석사학위논문. [9] 변재영외 2인, 2014, 기후변화시나리오에근거한한반도미래풍력 태양- 기상자원변동성, 한국신 재생에너지학회. [10] 권혁수외 3인, 2012, 신재생에너지온실가스감축기여도평가및보급확산전략, 에너지경제연구원. [11] 이재훈, 2010, 녹색성장과에너지자원전략, 서울, 나남. [12] 이강후, 2009, 대체에너지, 서울, 도서출판북스힐. [13] 이재호, 2013, 에너지정치경제학, 서울, 석탑출판. [14] 이중교, 2014, 신재생에너지에대한세제지원의현황및개선방안연구, 제주대학교법과정책연구원 20-1호. [15] 이유아외 1인, 2011, 신재생에너지인력수요전망방법론및사례연구, 한국신 재생에너지학회 7-3, 통권 27호. [16] 구기관외 3인, 2012, 국내외신재생에너지기술경쟁력분석, 한국신 재생에너지학회 8-3호. [17] 오승환외 1인, 2014, 국내신재생에너지 R&D 사업의경제적성과분석, 에너지경제연구원 13-2호. [18] 권혁범, 2012, 한국의녹색성장을위한신재생에너지발전전략, 한국산업기술대지식기반에너지정책대학원박사학위 [19] 윤생진, 2010, 신재생에너지산업의활성화방안에관한연구, 한양대학교산업경영디자인대학원석사학위논문. [20] 이병훈, 2015, 지능형에너지관리시스템을위한 IoT 기반의상황인지서비스연구및구현, 중앙대학교대학원석사학위논문. [21] 임계재, 2015, 신재생에너지를활용한 IT-융합식물공장시스템설계, 한국통신학회 40-4호. [22] 성태형, 2014, 태양광산업에있어서 OCI의기술혁신모형연구, 고려대학교대학원석사학위논문. [23] 오용, 2011, 태양광 / 연료전지하이브리디시스템의전기특성과최적운전을위한경제성평가에관한연구, 동신대학교박사학위논문. [24] 조남진, 2013, 복합신재생에너지시스템용다중입출력보조전원설계, 성균관대학교석사학위논문. [25] 이유석외 1인, 2014, 그린에너지활용을위한대학건 2015. 12 Vol.11, No.4 29
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