제3장 핵융합발전의 경제성, 환경성, 안전성 검토
석탄 가스복합 원자력 풍력 핵융합
Capital 26.7 8.8 29.7 24.7 72.1
O&M 8.5 4.5 8.6 4.6 9.0
Fuel 9.4 26.6 5.6 - 5.4
Decommiss-ioning - - 0.8 - 0.9
Other 20.0 8.7 - -
-Total COE 64.6 48.6 44.7 29.3b 87.4
Range 47–82 30–65 38–62 18–62 69–99
<표 3-1> 2050년 에너지원별 발전비용 추정(1)
(단위 : m$(1999년)/kWh)
자료 : Delene et al.(1999).
[그림 3-1] 2050년 에너지원별 발전비용 추정(1)
(단위 : m$(1999년)/kWh)
주 : 화석연료는 온실가스 배출비용이 포함된 값이며 노란색 점은 기준값을 의미함.
핵융합발전의 경우 1000~1300MW 규모의 발전소를 가정. 실질할인율은 5.02%
자료 : Delene et al.(1999).
Ward(2000)는 2050년 핵융합의 발전비용을 70~130m$/kWh로 추 정하였다. 이는 석탄발전과 원자력발전, 풍력발전보다는 높은 비용이 지만, 가스화력발전 보다 다소 낮은 비용이고 태양광발전에 비해서 는 상당히 낮은 비용이다. Ward(2000)는 2050년은 핵융합발전의 초 기단계이므로 향후 건설실적 증가에 따른 건설비용 하락으로 발전원 가는 더욱 경쟁력을 갖출 것으로 예상하였다.
[그림 3-2] 2050년 에너지원별 발전비용 추정(2)
(단위 : m$(1996년)/kWh)
주 : 추정비용의 최소값과 최대값 범위를 표시하였으며, 노란점은 중간값을 의미함.
자료: Ward, et al.(2000) 수정인용
발전원 현재 비용 (m＄/㎾h)
’50년 추정 비용 (m＄/㎾h)
석탄화력 30∼70 50∼120
가스화력 30∼80 60∼200
원자력 30∼80 30∼80
수력 20∼60 20∼100
바이오매스 80∼150 80∼150
풍력 40∼75 80∼300
태양광 200∼600 200∼600
조력 50∼100 70∼140
핵융합 70∼130
주 : 할인율은 5%, 7%, 10%를 각각 적용 자료: Ward, et al.(2000) 수정인용
<표 3-2> 2050년 에너지원별 발전비용 추정(2) (단위 : m$(1996년)/kWh)
그러나 Ward(2000)의 결과는 신재생에너지의 기술개발 가속화에 따른 발전비용 하락 등을 고려하지 않아 연구결과가 현실과 다소 동 떨어져 있다는 문제가 있다. 예를 들어 태양광발전의 비용이 2000년 과 2050년이 동일한 것으로 되어 있는데, 태양광발전 기술이 발전하 고 발전비용이 떨어지고 있는 현실을 감안했을 때 미래 태양광발전 비용은 현재보다 더욱 하락할 것으로 예상된다. 또한 2000년에 추정 한 발전비용으로 추정시점이 너무 오래되었기 때문에, 최근의 발전 비용 추정치를 반영하여 비교할 필요가 있다.
Gnansounou&Bedniaguine(2005)는 기술개발에 따른 발전비용 하락 을 반영하여 에너지원별 발전비용을 아래와 같이 추산하였다.
CO2
intensity
Invest.
Cost
O&M costs
Capacity factor
Average cost of electricity
%
Effic-iency tCO2/M
Wh €/kW €/kW·
yr % €/kWh
2000 - 2020
가스복합 56 0.36 550 29.5 85 0.034
원자력 37 - 1872 54.0 87 0.032
석탄(초임계) 46 0.77 1132 46.0 83 0.026
육상 풍력 - - 921 22.3 25 0.037
태양광 - - 4354 19.2 16 0.216
2040 - 2060
가스복합 62 0.33 415 25.7 87 0.042
원자력 42 - 1728 49.9 89 0.031
핵융합 46 - 6765 308.7 70 0.115
석탄가스복합 56 0.63 1037 52.7 85 0.028
석탄가스복합
+CCS 50 0.07 1417 133.8 80 0.046
육상풍력 - - 642 18.6 30 0.023
태양광 - - 2021 9.5 20 0.080
2080 - 2100
가스복합 66 0.31 368 24.3 89 0.062
원자력 48 - 1595 46.1 91 0.034
핵융합 50 - 4089 150.6 83 0.054
석탄가스복합 60 0.59 920 50.4 89 0.030
석탄가스복합
+CCS 54 0.07 1183 110.1 85 0.043
육상풍력 - - 751 35.3 44 0.020
태양광 - - 1104 7.0 24 0.038
<표 3-3> 2050년 에너지원별 발전비용 추정(3)
주 : 화폐단위는 2004년 유로 기준이며 할인율은 연 5% 적용 출처: Gnansounou&Bedniaguine(2005).
이에 따르면 핵융합발전의 초기단계인 2040~2060년에는 핵융합 의 발전비용이 다른 에너지원에 비해 가장 높고, 2080~2100년에 이 르러 경쟁력을 갖추게 될 것으로 추정되었다.
위의 3개 연구에서 제시한 핵융합 발전비용을 물가상승률을 반영
하여 2013년 기준으로 환산하면, 122.2m$/kWh(Delene et at., 1999) 에서 189.9m$/kWh(Gnansounou&Bedniaguine, 2005) 사이의 값을 보이고, 중간값은 150.7m$/kWh(Ward et at., 2000)이다. 이렇게 도 출된 핵융합 발전비용을 IEA/NEA에서 2015년에 발간한 ‘Projected Costs of Generating Electricity’에서 추산된 에너지원별 발전비용과 비교해 보았다. 그 결과, 핵융합의 추정 발전비용은 태양광 발전비용 과 비슷한 수준이며, 그 외의 가스, 석탄 등 화석연료와 원자력(핵분 열) 발전, 육상 풍력의 발전비용에 비해서는 높은 수준인 것으로 나 타났다.
[그림 3-3] 발전원별 LCOE
(m$(2013년)/kWh)
주 : 핵융합을 제외한 에너지원의 발전비용은 IEA/NEA(2015) Projected Cost of Generating Electricity에서 7%의 할인율 적용 값이며, 각 국가별 발전비용 중에서 최소값과 최대 값을 이용하여 범위를 그리고, 중간값은 노란점으로 표시. 태양광, 풍력발전비용은 상 업용 발전의 값 이용했으며, 풍력발전은 육상풍력의 값 이용.
자료 : IEA/NEA(2015)와 Delene et al.(1999), Ward et al.(2000), Gnansounou&
Bedniaguine(2005)을 이용하여 저자 작성
핵융합의 발전비용이 높게 추정되는 것은 초기 건설비용이 높은 것이 결정적인 원인으로 꼽힌다. Delene et al.(1999)의 연구에서 핵 융합발전소 건설비용은 kW당 3,120달러로 추산되었는데, 이는 석탄 발전소 1,282달러, 가스복합발전소 1,252달러, 원자력발전소 1,329달 러, 풍력발전소 650달러에 비해 최소 2.3배에서 최대 4.8배 높은 것 이다. Gnansounou&Bedniaguine(2005)의 연구에서도 2040~2060년 핵융합발전의 초기투자비용은 kW당 6,765유로로 가스복합발전소 415유로, 원자력발전소 1,728유로, 석탄가스화발전소 1,037유로, 육 상풍력발전소 642유로, 태양광발전소 2,021유로에 비해 최소 3배 이 상 비싼 수준이다.
핵융합발전소의 건설비용은 건설경험이 축적되면 점차 낮아질 것 으로 예상된다. 또한 주요 장비와 부품의 교체주기에 따라 발전비용 추정치가 달라지는데, 향후 재료공학 기술이 발전하여 교체주기가 길어진다면, 비용이 더 낮아질 여지가 있다. 다만, 그 비용 감소 속 도가 어느 정도 빠를 것인가가 관건이다.