최근 정부의 에너지정책을 살펴보면 에너지효율 향 상, R&D 기술개발을 통한 그린에너지 육성 및 인력양 성, 신재생에너지 및 스마트그리드를 활용한 분산형 전력 확대, 석유 및 천연가스의 자주개발율 확대, 온실 ENERGY FOCUS 2012 겨울호
<표 9> 그린에너지 전략 로드맵 주요내용
분 류 1차 전략로드맵
(2009년) 변경사항 2차 전략로드맵
(2011년) 분 류
자료: 지식경제부 보도자료
가스 감축 등으로 요약될 수 있을 것이다. 이러한 정책 과 부합하는 내용을 바탕으로 아래의 사업을 핵심으로 하는 강원도 지역에 대한“첨단 청정에너지 클러스터”
조성방안을 제시하고자 한다(강원발전연구원, 2012).
1) 분산형 전원으로 활용이 가능한 폐석탄 플라즈 마 가스화 발전소 조성 및 산업화
2) 석유자원 안보 확립을 위한 석탄으로부터 합성 석유를 생산하는 실증플랜트 조성
3) 미래 전력에너지 핵심인 수소융합에너지 거점 조성
4) 첨단 에너지분야 인재양성을 위한 기반 조성
나. 석탄 합성석유 생산 실증플랜트 조성
석탄 가스화 및 액화는 신재생에너지 11개 분야중 한가지이다. 그리고 국가에서 중점 육성해야할 그린 에너지로 선정되어 기술이 개발중에 있다. 재래 화석 연료인 석탄으로부터 공해 유발 물질이 없는 석탄합 성석유(Coal To Liquid, CTL)를 생산하는 기술은 에너지 수급 위기에 대응할 수 있는 새로운 에너지 자 원으로 평가받고 있다. CTL 기술은 석탄을 원료로 이
논단
강원도 첨단 청정에너지 클러스터 조성방안
[그림 2] 강원도 첨단 청정에너지 클러스터 조성방안(안)
자료: 강원발전연구원 작성
첨단 청정에너지 클러스터
사업 1 폐석탄 자원화를 위한
플랜트 조성 사업 세부사업 1 : 전기생산을 위한 가스화 발전소 조성 세부사업 2 : 유리 및 세라믹 원료 생산 R&D 및 상용화 세부사업 3 : CO포집 R&D 및 상용화
사업 3 국가수소융합 제2연구소
및 데모플랜트 조성 세부사업 1 : 국가융합연구소 제2캠퍼스 조성
세부사업 2 : 수소융합 K-DEMO 건설 및 상용화 거점 조성
사업 4 대학, 연구시설 유치 및
인력양성 프로그램 세부사업 1 : 에너지대학원대학교 설립 세부사업 2 : 석탄아카데미 설립 운영 사업 2
석탄활용 석유 및 전기 생산 실증플랜트 조성 현황 :
15배럴/일 규모의 생산 플랜트 개발(한국에너지기술연구원)
추진 사업량 : 합성석유 1,000배럴/일 생산 가능한 실증플랜트
용하여 가스화기를 통해 제조된 합성가스(CO, H2)로 부터 Fisher-Tropsch(F-T) 합성 액화반응으로 액 체연료인 합성석유를 제조하는 기술이다.
[그림 4]는 청정연료분야 국가 그린에너지 로드맵 이다. 현재 한국에너지기술연구원에서 개발한 15배럴 /일 합성석유 생산 파일럿 플랜트를 300배럴/일 규모 의 데모플랜트로 확대할 예정으로 있고, 이러한 연구 결과를 바탕으로 2020년대 이후 민간주도로 상용화 할 예정이다. 이를 통해 고유가에 대비한 안정적 석유 확보기반을 마련하고, 세계 플랜트 기술 시장 진출을 통해 국가 경제에 기여할 것으로 판단된다. 현재 한국 에너지기술연구원에서는 고급탄을 위주로 기술이 개 발되고 있고, SK이노베이션에서는 저급탄을 활용하 기 위한 가스화기를 개발하고 있다.
이러한 기술이 계획대로 진행된다면 향후 북한의 저 급탄 및 국내 무연탄도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
2010년 미국에너지부의 세계 에너지수요전망 자료 ([그림 5] 참조)를 살펴보면 신재생에너지 비중이 증 가하지만 여전히 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석연료
가 전체 에너지 소비량의 약 75% 이상을 차지할 것으 로 예상하고 있다. 이 자료는 2035년의 석유가격이 배 럴당 210 달러로 증가할 경우 CTL을 통한 석탄합성석 유 공급 또한 2007년 15만 배럴/일에서 2035년 331만 배럴/일로 약 20배 증가하여 전체 비재래형 석유시장 의 약 23%를 차지할 것으로 예상하고 있다. 즉 합성석 유의 비중 증가로 CTL과 관련된 시장은 지속적으로 증 가하여 2035년 300조원에 달할 것으로 전망하고 있다.
현재 전 세계적으로 CTL 사업은 [그림 5]와 같이 제한적으로 추진되고 있다. 최고의 상용화 기술을 보 유하고 있는 남아프리카공화국 SASOL은 15만 배럴/
일 규모의 합성석유 생산시설을 보유하고, 자국 석유 수요의 약 27%를 충당하고 있다. 우리나라의 경우 한 국에너지기술연구원을 중심으로 기술개발을 추진하 여 15배럴/일 규모의 파일럿 플랜트를 개발하였다.
이러한 국내 기술을 바탕으로 강원도에서는 [그림 7]과 같이 관련기관과 공동으로 1,000배럴/일 실증플 랜트 조성을 통하여 상용화를 위한 기술개발을 추진 할 방침이다.
ENERGY FOCUS 2012 겨울호
[그림 3] CTL 개념도 및 기대효과
자료: 그린에너지 전략 로드맵 - 청정연료(한국에너지기술평가원, 2011)
2010년 기준 최종에너지 소비의 약 52%를 차지하 고, 909억불 상당을 수입하는 석유의 일부를 석탄합
성석유로 대체하는 것은 석유의 안정적 공급기반 확 보 차원에서 매우 중요하다. 석유의 안정적 공급기반
논단
강원도 첨단 청정에너지 클러스터 조성방안
[그림 4] 국가 그린에너지 로드맵 - 청정연료분야
자료: 그린에너지 전략 로드맵 - 청정연료(한국에너지기술평가원, 2011)
[그림 5] 세계 에너지수요전망과 비재래형 석유시장 규모
자료: 청정연료 Testbed 구축 및 활용사업 추진을 위한 기획보고서(한국에너지기술연구원, 2011)
ENERGY FOCUS 2012 겨울호
[그림 6] 남아공 SASOL의 상용 플랜트와 한국에너지기술연구원의 파일럿 플랜트
자료: 청정연료 Testbed 구축 및 활용사업 추진을 위한 기획보고서(한국에너지기술연구원, 2011)
[그림 7] 강원도 CTL 실증플랜트 조감도
자료: 강원발전연구원 작성
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[그림 9] CTL 사업 로드맵
자료: 강원발전연구원 작성
논단
강원도 첨단 청정에너지 클러스터 조성방안
[그림 8] CTL 사업의 필요성 및 기대효과
자료: 강원발전연구원 작성
석탄 액화 공정 석 탄
Coal
석유소비 증가 편중된 석유수입 구조
석유 매장량의 한계 유가 상승 온실가스 배출
석유자원 대체 친환경 연료 친환경 올림픽 기여
일자리 창출 남북 평화 에너지
합성석유 Coal-To-Liquid
파일럿 플랜트(15배럴/일) 투자액 : 280억원( ’08~’12년)
저급탄 가스화 플랜트(3톤/일) 투자액 : 약 600억원( ’09~’14년)
국내 및 북한 석탄 실증플랜트 투자액 : 약 2,000억원( ’18년 이후)
저급석탄 고부가가치화
기술 개발을 통한 국내 무연탄 및 북한 석탄 산업 활성화 데모 플랜트(1,000배럴/일)
투자액 : 약 2,000억원( ’14~’17년)
상용 플랜트(10,000배럴/일 이상) 투자액 : 약 2조원( ’20년 이후)
확대를 위해 정부는 30년간 2조 4,600억원을 투입하 여 146만 배럴(약 158일 사용 규모)을 비축할 수 있는 기지를 조성하였다.
CTL 사업의 기대효과에 대해 살펴보면([그림 8] 참 조), CTL 기술은 비축기지 역할을 대신할 뿐만 아니 라, 15만 배럴/일 규모의 상용화 플랜트 조성시 국내 디젤 소비의 약 40%(2011년 13,396만 배럴)를 확보 할 수 있기 때문에 국가운영에 필수적인 석유의 자체 생산이 가능하고, 약 5,000억원 정도의 무역수지 개 선에 기여할 수 있을 것이다. 또한 관련기술 개발로 플랜트 수출 등을 통해 일자리 창출도 가능할 것으로 판단된다. 또한 석유에 비해 골고루 분포되어 있는 석 탄을 활용하는 것은 국내 및 북한 석탄을 고부가가치 화 할 수 있다는 장점이 있다. 추가적으로 강원도 및 북한 석탄 자원의 효율적 활용을 통한 지역경제 활성 화와 2018 평창동계올림픽 친환경 수송연료 공급이 가능할 것이다.
CTL 기술개발 로드맵을 정리하면 [그림 9]와 같다.
즉 현재 유연탄 기반 기술을 상용화까지 추진하고, 향 후 유연탄 기반 실증플랜트는 국내 및 북한 석탄 연구 개발 시설로 활용하여 미래 에너지환경에 대비하는 것이다.
이러한 전체적인 효과를 살펴보았을 때 CTL 기술 개발은 강원도뿐만 아니라 국가 차원에서도 적극 추 진해야할 과제라고 판단된다.
다. 폐석탄 자원화를 위한 분산형 플라즈마 가스 화 발전소 조성
기획재정부는 최근 기후변화·에너지부문 중장기 전략보고서를 발표한 바 있다. 이중 에너지부문의 핵
심은 에너지 수급구조·연관산업 재편과 분산형 전력 공급체계 확산이다. 이중 후자는 급증하는 전력수요 에 대비하기 위해 스마트그리드와 신재생에너지를 근 간으로 개인과 기업 등 전력소비자가 직접 전력을 생 산하여 자가소비 및 판매를 하는 개념이다.
강원도는 지금까지 풍력을 중심으로 우리나라 신재 생에너지 보급을 선도해오고 있지만, 이들 에너지원 은 자연환경에 의존하는 불안정성으로 20% 이상을 공급하기에는 한계를 보일 것으로 전망하고 있다. 그 러나 본고에서 추진하고자하는 플라즈마 석탄가스화 복합발전(Plasma Enhanced- Integration of Gasification and Combined Cycle, PE-IGCC)은 24시간 전력을 생산할 수 있기 때문에 공장, 대형건 물, 공공기관 등 전력을 많이 소비하는 분야에서 최고 의 분산형 전원으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.
국가핵융합연구소에서 국무총리실 산하“기초기술 연구회”의 국가 아젠다 사업으로 저급탄을 활용한 PE-IGCC 기술개발을 완료하였다. 개발된 기술의 확 대 보급을 위해 지식경제부는 조기성과 창출형 에너 지 산업분야 과제인 K-MEG(Korea-Micro Energy Grid) 사업의 일환으로 본 기술을 선정하였다.
PE-IGCC 사업은 1) 석탄산업을 통해 발생되는 폐 기물인 폐석탄의 처리가 가능하고, 2) 화석연료고갈, 환경오염 등에 대비하여 온실가스 배출감소 등 국가 녹색성장 정책에 부합하는 새로운 기술이다. 또한 본 기술은 중국, 인도, 인도네시아 등 석탄이 풍부하고 대형 화력발전소 건설이 어려운 지역에 수출이 가능 한 에너지기술로도 평가되어지고 있다. 강원도 탄광 지역에서 경제 활성화를 위한 육성 가능한 대체산업 으로 판단된다.
강원도에서 조성하고자 하는 실증모델은 폐석탄, ENERGY FOCUS 2012 겨울호
무연탄, 유연탄 등을 혼합해 전력을 생산하고, 이로부 터 발생하는 회재를 유리 및 세라믹 산업의 원료로 사 용하는 것이다. 또한 발생하는 CO2는 전량 포집을 통 해 CO로 전환해 발전 및 원재료로 판매하여 수익을 창출하는 개념이다. 강원도에서는 3MW 규모의 발전 소를 조성해 탄광지역을 전 세계 최고의 에너지 자립 마을로 조성하여 저탄소 녹색마을의 성공모델로 조성 방안을 추진할 계획이다.
이러한 실증플랜트 조성과 연계하여 관련 플랜트를 제작하는 기업유치를 통해 플랜트 수출로 지역경제 활성화 및 일자리 창출을 추진할 수 있을 것이다. 궁 극적으로 폐광지역의 이미지를 탈피, 대체산업 육성 을 통해 탄광지역 경제 활성화를 목표로 하고 있다.
라. 수소융합 에너지 거점 조성
원자력발전, 화석연료를 이용한 발전은 지금까지 인류의 삶을 윤택하게 만들어왔지만 다양한 문제를 야기하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 인류는
다양한 에너지자원을 개발해왔고, 이들 중 미래의 핵 심에너지로 인공태양을 지구에 만드는“수소융합 (Fusion Energy, 핵융합) 발전”을 가장 유망한 에너 지원으로 판단하고 있다.
수소융합은 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태인 별들에서 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거 운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 과정에서 방출되는 에너지 를 이용하는 첨단 에너지기술이다. 이러한 기술을 이 용해 에너지를 얻기 위해서는 자기장이나 레이저를 이 용해 태양과 같은 초고온·고압 상태의 환경을 인공적 으로 만들 수 있는 핵융합로를 만들어야 한다.
이러한 수소융합에너지가 미래 에너지원으로 판단 되는 이유는 다음과 같이 21세기 에너지원이 가져야 할 모든 조건을 충족시키는 친환경 녹색에너지이기 때문일 것이다.
1) 화석연료와 달리 이산화탄소 발생이 없어, 지구 온난화를 야기하는 온실가스를 배출하지 않음 2) 수소와 삼중수소의 혼합가스가 연료로 공급되어
논단
강원도 첨단 청정에너지 클러스터 조성방안
[그림 10] 3MW PE-IGCC 발전소와 연관산업 및 에너지 자립마을 개념도
자료: 강원발전연구원 작성