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World Nuclear Power Market Insight

현안이슈

가압경수로 기반 수소 생산 제언

1. 배경과 필요성

2. 원자력 기반 수소 생산의 상대적 강점 3. 가압경수로 이용 고온 수전해 수소 생산

평가 4. 결론 및 제언

National Grid ESO의 정전사고 분석 보고서 요약

1. 영국 대규모 정전사고 발생: 개요 2. 정전사고 원인 및 복구 3. 정전사고 영향 4. 권고사항 5. 시사점

• San Jose 外 California 州 22개 시 시장, PG&E 협동조합 전환 제안

• NYT: 버니 샌더스 후보의 탈원전을 포함한 기후변화 공약은 비현실적

• 영국 노동당, 총선 앞두고 Wylfa Newydd 프로젝트 재개 공약 발표

• 프랑스 EDF社, 개선형 EPR이 가스와 대등한 가격경쟁력 갖추길 원해

• 미국 IER, 독일 에너지전환 정책이 전력공급 불안정 초래한다고 분석

• 폴란드, 최초 원전 건설을 위한 자금조달 협상 수개월 내 마무리 예정

• 프랑스, 1GW 규모 신규 해상풍력 발전단지에 관한 공공토론 실시

• 독일 에너지부, 탈석탄법 초안 발표

• 일본 도쿄전력, 시간 경과에 따른 후쿠시마 제1원전 오염수 트리튬 연간 처리량 추산

• 일본 도호쿠전력 오나가와원전 2호기, 조만간 안전심사 합격

• 일본 통신 대기업 NTT, 전력망 정비 착수

• 일본 도마리·쓰루가·시카원전, 활단층 유무 문제로 심사 장기화

• 중국 건설 예정 석탄화력발전소 용량, EU 전체 용량에 육박

• 중국, 원전을 통한 지역난방 시험 가동 개시

• 한궈위 중국국민당 후보, 탈원전 정책 재검토 입장 재확인

• 대만 정부, 란위섬 원주민에 8360만 달러 배상금 지급 결정

북미

20

유럽

22

아시아

30

주요단신

11.29

2019

Biweekly 격주간

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World Nuclear Power Market Insight

본 「세계원전시장 인사이트」에 포함된 주요내용은 연구진 또는 집필자의 개인 견해로서 에너지경제연구원의 공식적인 의견이 아님을 밝혀 둡니다.

11.29

2019

Biweekly 격주간

조용성

박우영 parkw@keei.re.kr 052-714-0221 박찬국 green@keei.re.kr 052-714-2236 조주현 joohyun@keei.re.kr 052-714-2035 이대연 dylee@keei.re.kr 052-714-2215 장희선 heesun.jang@keei.re.kr 052-714-2280 한지혜 jhhan@keei.re.kr 052-714-2089 노동석 dsroh@keei.re.kr 052-714-2278 김우석 wskim@keei.re.kr 052-714-2074 김유정 yjkim@keei.re.kr 052-714-2294

효민디앤피 051-807-5100

※ 본 간행물은 한국수력원자력(주) 정책과제의 일환으로 발행되었습니다.

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1. 배경과 필요성

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미국 DOE는 원전 활용도 증진책 일환으로 물 전기분해를 통한 수소 생산 실증 착수

미국에서는 저렴한 셰일가스 사용 확대에 따른 전력 생산단가 하락으로 가격 경쟁력을 상실한 원전은 운영 위기에 봉착

그럼에도 불구하고 기후변화에 가장 효과적으로 대처할 수 있는 전력생산 수단으로서 원전을 유지하기 위해 뉴욕, 일리노이, 코네티컷, 뉴저지 주 등에서 무탄소 배출 전원 보조금을 지급

US DOE(United States Department of Energy)에서는 애로를 겪고 있는 원전의 활용도 증진책의 일환으로 가동 원전의 전력을 사용한 수소 생산 타당성 및 실증 사업 지원 착수 지난 9월 DOE는 아이다호 국립연구소(INL) 주관으로 3개 주 전력회사(아리조나 주의 Arizona Public Service, 오하이오 주의 First Energy Solutions, 미네소타 주의 Xcel Energy)가 협력하여 물 전기분해(수전해) 사업 수행 발표¹⁾

- 2년간 1150만 달러를 투입하여 1~3 MW 규모의 수전해 시설을 원전 부지에 건설 - 전력 판매보다 수소 판매 수익이 유리함을 실증 예정

이에 앞서 INL은 미국 중서부 경수로 원전을 대상으로 수소 생산 타당성에 대한 평가를 수행하고 보고서를 발간²⁾

■

우리나라 수소 활성화 로드맵에 따른 2040년 수소 수요에 공급부족 예상

지난 1월 발표된 우리나라 수소 활성화 로드맵에 의한 2040년 수소 공급량은 연간 526만 톤인데 이중 30%를 메탄(천연가스)-증기 개질 수소로 공급하고 나머지를 재생에너지 전기분해와 수입 수소로 충당 계획³⁾

1) https://inl.gov/article/inl-selected-to-partner-with-three-utilities-on-first-of-a-kind-integrated-energy-systems/

2) INL(2019)

주한규 교수(서울대학교, joohan@snu.ac.kr)

가압경수로 기반 수소 생산 제언

그러나 재생에너지 3020 계획에서 목표로 잡고 있는 2030년 전력 20%의 재생에너지 공급에 필요한 45GW의 재생에너지 발전 설비 모두를 수전해에 사용하더라도 연간 약 120만 톤 생산에 불과

- 재생에너지 발전 이용률 15%와 1kg 수소 생산에 50kWh 전력 소요 가정

재생에너지를 모두 수소 생산에 사용할 수는 없으므로 2040년에 100만 톤의 수소 생산 전용으로 재생에너지를 사용하기 위해서는 38GW 설비가 추가로 필요

■

청정 에너지원 및 에너지 저장 수단으로서의 수소와 재생에너지 결합의 한계

수소는 에너지 담체로서 물이나 메탄가스 같은 수소 화합물에 에너지를 가해 생산해야 하지만 산화반응이 될 때까지 투입된 에너지의 일부를 함유하고 있으므로 효과적인 에너 지 저장 수단으로 활용 가능

수소의 산화 반응에서는 물만 생산되므로 수소는 미세먼지, 온실가스 배출이 없는 우수한 청정 에너지원

현재 주요 수소 생산 방식은 석유화학 공정의 부산물인 부생수소법과 천연가스의 수증기 개질을 통한 수소추출법인데, 부생수소는 생산량의 한계가 있고 추출수소는 생산 시 이산화탄소 발생이 문제

재생에너지 잉여 전력을 사용한 수전해 수소 생산이 독일, 일본, 캘리포니아, 우리나라 등에서 미래 청정에너지 생산 수단으로 각광

그러나 재생에너지의 간헐성으로 인해 가동률이 떨어지게 될 수전해 시설의 투자자본 효율 저하와 비싼 전력단가가 수소 생산원가를 높여 경제성 확보가 어려울 것으로 예상

■

고온 증기 수전해 기술의 발전을 통한 생산 효율 증진 가능성

현재 상용화된 수소 생산 방식은 70℃ 정도의 물을 사용하는 저온 수전해 방식으로 알 칼리 전해와 양성자 교환막(Proton Exchange Membrane) 전해 방식이 있으나 투입 전력 대비 회수 가능 에너지 효율이 65% 정도임⁴⁾

신기술인 750℃ 정도의 고온 수증기를 사용하는 고체 산화물(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) 전해 방식은 80% 이상의 전력이용 효율을 달성할 수 있지만 대량 생산 실증은 연구 단계임

3) https://www.msit.go.kr/web/msipContents/contentsView.do?cateId=mssw311&artId=1490593 4) IEA(2019), p.33, Table 3.

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현안이슈 가압경수로 기반 수소 생산 제언

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저렴한 우리나라 원자력 발전 원가를 활용한 수전해 수소 생산의 타당성 검토 필요

우리나라 원전의 발전원가는 2016년도 기준 54원/kWh⁵⁾로 태양광 발전원가의 약 1/3 수준이며 세계적으로 하락 추세인 재생에너지의 주요국 발전단가보다도 저렴

원전은 상시 가동이 가능하기에 유한한 설비 수명을 갖는 수전해 시설의 이용도를 높일 수 있으므로 수소 생산 원가 중 시설 투자비 비중이 재생에너지에 비해 현저히 낮음 따라서 원전 생산 전력으로 저온 수전해를 통해 수소 생산을 할 경우 재생에너지 수전해 뿐만 아니라 탄소세를 포함해야 할 천연가스-증기 개질법에 비해 경제적으로 유리할 가능성 충분

나아가 가압경수로 생산 수증기를 부분 활용할 경우 고온 수전해를 통해 수소 생산 원가를 더 절감할 수 있는 가능성이 높으므로 이에 대한 분석도 필요함

■

원자력과 재생에너지 상생의 가교 역할을 할 수 있는 수전해 수소 생산

에너지 저장장치(Energy Storage System, ESS)로 사용될 수 있는 수소는 간헐성이 약점인 재생에너지 확대에 유력한 수단

수전해 수소 생산 장치를 원전과 연계할 경우 부하 추종을 원자로 출력으로 하는 대신 수소 생산량 조절을 통해 할 수 있으므로 ESS로서 수소의 특장은 원전에서도 가치 있게 활용될 수 있음

따라서 수전해 수소 장치를 매개로 원자력과 재생에너지의 상생적인 발전이 가능함

■

초고온가스로를 이용한 황-요오드 사이클 기반 열화학 수소 생산의 이점과 가능성

900℃ 정도의 고온열 공급이 필요한 황-요오드(SI) 사이클을 사용하면 전기 없이 화학적으로 수소 생산 가능

수전해 방식은 용량을 키우기 위해서는 스택 개수를 비례적으로 늘려야 하므로 대용량화 시 비용 절감 효과가 크지 않지만 열화학 방식은 탱크와 반응기의 용량을 키우면 가능하 므로 대용량 생산에 유리

초고온가스로는 헬륨 기체를 사용하여 950℃까지의 고온열을 공급할 수 있는 원자로로서 2000년 초반 이래 원자력연구소(KAERI) 주도로 핵심 요소 기술 상당 부분 확보 일본원자력연구소와 우리나라 에너지기술연구원에서 SI 공정을 실험실 규모에서 실증 했지만 아직 효율성과 대용량화에는 기술적 난제가 많아 추가적인 기술 개발 필요

5) 국회 예산 정책처(2016), p.177.

2. 원자력 기반 수소 생산의 상대적 강점

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생산단가는 낮지만 온실가스가 발생하는 메탄 - 증기 개질법 대비 원자력 수소 강점

수소 1톤 생산에 약 3.8톤의 천연(메탄)가스가 소요되고 약 8톤의 이산화탄소 발생 수소경제 활성화 로드맵 2040년 수소 공급목표량의 30%인 연간 157만 톤의 수소 공급을 위해 필요한 LNG 양은 약 600만 톤이고 이로 인한 이산화탄소 발생량은 약 1,250만 톤으로서 100만 kW 석탄 발전소 2.4기의 연간 발생량을 초과

메탄가스는 대기 중으로 누설 시 이산화탄소에 비해 약 80배의 온실효과를 초래하고 채굴 과 수송 과정에서 누설량을 무시할 수 없으므로 기후변화 대처 측면에서 불리

- 네이처지에 따르면 미국에서 가스 사용으로 인한 누설은 약 2.3%로 메탄의 80배 강한 온실효과를 감안하면 메탄가스 연소로 인한 이산화탄소 발생에 의한 온실효과 정도만큼 됨⁶⁾ 탄소 배출권 거래제 하에서 현재 이산화탄소 1톤당 가격이 지금은 20달러에 불과하지만 IMF는 10월 초 발간된 보고서에서 탄소세를 75달러까지 인상할 것을 촉구했고 향후 탄소세는 100달러까지 올라갈 것으로 전망함

따라서 수소 생산 시 발생되는 이산화탄소에 대한 탄소세까지 고려하면 원자력 수전해 수소가 추출수소에 비해 경제성이 더 있을 수 있음

■

이용률과 전력단가 고려 시 재생에너지 수전해 대비 원자력 수전해 강점

지난 6월 일본에서 열린 G20 정상회의에서 진행된 수소 위원회 주도 장관급 세션에 소개 된 수소의 미래(The Future of Hydrogen, 국제 에너지 기구 IEA) 보고서에 수록된 자료에 따르면 수전해 시설의 연간 가동 시간 감소에 따라 수소 생산 원가는 급증⁷⁾

6) https://www.nature.com/articles/d41586-018-05517-y 7) IEA(2019), p.47.

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현안이슈 가압경수로 기반 수소 생산 제언

- 앞 그림 우측 그래프는 현재 750USD/kWe인 수소 생산 설비의 용량당 구축비용이 향후 450달러 수준으로 하락한다고 전제할 때 전기 요금에 따른 수소 생산원가(USD/kg)를 수전해 설비의 연간 가동 시간에 대해 제공

우리나라 태양광 발전의 이용률과 발전단가를 고려하면 낙관적으로 잡아도 수소 생산 단가가 kg당 약 7달러(환율 1150원/USD 기준, 8000원/kg) 선으로 수소 활성화 로드 맵에서 제시한 2040년 목표 공급(판매)가인 3000원/kg을 훨씬 상회

- 작년 태양광 발전 단가(보조금 포함) 180원/kWh, 즉 156USD/MWh와 15% 이용률에 해당 하는 연간 가동시간 1300시간을 위 그래프에 적용하면 태양광 수전해 수소 생산단가는 12,000원/kg

- 향후 태양광 발전단가가 하락하여 100 USD/MWh(115원/kWh) 수준에 이른다고 낙관적 으로 전망하면 수소 생산단가는 약 8000원/kg(7 USD/kg)

- 이는 우리나라 태양광 발전은 설비 효율이 좋아지더라도 지리적 여건상 이용률은 15%

수준에 머무를 것이기 때문임

원전 발전단가와 정상적 이용률을 적용하면 원자력 수전해 수소는 약 3,500원/kg 선 - 2016년판 국회 예산 정책처 보고서에 따르면 우리나라 원자력 발전원가는 54원/kWh,

즉 47USD/MWh로 이미 상당히 낮음

- 정상적일 경우 원전 이용률은 85%를 상회하므로(미국의 경우 4년 연속 평균 이용률 92% 수준 달성) 수전해 시설 연간 가동 시간을 7,500시간으로 잡고, 위 그래프에 따른 수소 생산단가를 추정하면 약 3,500원/kg(3 USD/kg)이 됨

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현 자료 기반 우리나라 원자력 수전해 수소 생산단가 추정 시 3,770원/kg

기존 원전의 전력과 2017년 수전해 설비비용을 기반으로 20MW급 수전해 시설의 수소생 산원가는 3770원/kg으로 나타남(다음 쪽 표)

- 수소 1kg당 소요전력 51kWh/kg, LHV(Low Heating Value) 대비 효율 65%⁸⁾

- 알칼리 수전해 설비비용(CAPEX) 75EUR/kW, 스택수명 80,000시간, 운영비용(OPEX) 설비 비용의 2%, 스택 교체 비용 340EUR 적용

향후 수전해 설비의 효율 향상에 따라 소요전력이 49kWh/kg으로 감소하고 설비비용이 480EUR/kW로 하락하게 되면 수소생산 원가는 3375원/kg으로 줄어 듦

- 스택수명 90,000시간, 스택교체비용 215 EUR/kW 기준

8) IRENA(2018), p. 20.

항목 수치 단위

비용

초기 건설비 195 억 원

건설비 연간 감가상각비 9.8 억 원

수전해시설 교체비 1회 88.4 억 원

교체비 연간 감가상각비 4.4 억 원

연간 운영비 3.9 억 원

연간 비용과 이자 19.5 억 원

전력 비용 84.1 억 원

총 비용 103.6 억 원

수소 생산 단가 및 수익

연간 수소 생산량 2748 톤

생산 원가 3770 원 / kg

수소 판매 단가 4000 원 / kg

수소 판매액 109.9 억 원

전기판매 대비 이익 6.3 억 원

전기판매 대비 / 수익률 6.1 %

20MW 알칼리 수전해 시설 원자력 전기 이용 운용 시 경제성

3. 가압경수로 이용 고온 수전해 수소 생산 평가

■

고온 증기 수전해 기술은 수증기를 700~800°C로 가열하고 고체 산화물 전해질셀(SOEC)을 이용해 전기 분해하는 기술로 알칼리 전기 분해에 비해 30% 이상 전력 소비량 감소

물분자에서 수소를 분리하는 데 필요한 에너지 일부를 열로써 공급함으로써 아래 그림과 같이 전기로 공급해야만 하는 Gibbs 자유에너지 소요량을 줄이는 것이 기본원리

물/수증기 온도에 따른 수전해 전기에너지⁹⁾(좌)와 에너지에 따른 수증기 온도 증가(우)

9) 이종호(2019), High Temperature Electrolysis for Hydrogen Production(세미나 발표 자료, 2019.11.8., 서울대학교)

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현안이슈 가압경수로 기반 수소 생산 제언

열역학 주기의 효율을 고려할 때 열에너지를 전기 에너지로 전환할 때 효율은 약 1/3에 불과하므로 열을 직접 투입하여 소요전력을 줄이면 총 소요 에너지가 줄어들게 됨 고체산화물셀 방식은 고가의 전극이나 촉매 물질이 필요하지 않지만 셀성능이 빠르게 저하되는 단점이 있어 문제 해결을 위한 다양한 연구 개발이 진행 중

■

가압경수로는 수증기 생산이 가능하므로 고온 증기 수전해에 필요한 증기와 전력 둘 다 공급할 수 있는 장점 보유

■

다만 가압경수로의 경우 증기 온도가 약 290°C에 불과하므로 750°C로 증기를 가열하기 위해 추가 가열(Topping Heat)이 필요하지만 증기 가열에 필요한 에너지는 총가열 에너지의 1/3에 불과(앞쪽 그림 우측 그래프 참조)

물을 증기화시키는 데 필요한 잠열이 총 소요가열에너지의 37%를 차지하여 증기 온도를 460℃ 더 증가시키는 데 필요한 에너지보다 많으므로 증기 발생기의 기여도가 높음

■

INL의 경수로 기반 고온 수전해 수소 생산 타당성 평가 결과 수소 생산 에너지 효율은 32.9%로 전기생산 효율과 거의 동일¹⁰⁾

항목 수치 단위

입력 원자로 열출력 3411 MWt

생산물

수소 7.775 kg/s

수소생산효율 32.9 %

전기생산효율 32.7 %

전력소요량

총 전력 소요량 1065 MWe

고온수전해 956.3 MWe

전열기 전력 26.22 MWe

컴프레서 82.5 MWe

열과 물 증기생산열 108.7 MWt

공급수 유량 66.1 kg/s

가압 경수로 기반 고온 수전해 평가 결과

1100MW급 원전은 하루 672톤 수소 생산가능(90% 이용률 가정 시 연 22만 톤) 33% 수소 생산 에너지 효율은 저온 수전해 에너지 효율 통상치인 25%(전기 전환 효율 포함)보다 1.32배 높은 효율이므로 수소 생산 원가 30% 절감 가능

10) INL(2019), p18.

증기 생산열은 총 생산에너지의 3.2% 불과하므로 증기 우회량은 그리 많지 않음 증기 가열에 필요한 전력은 총전력의 2.4%에 불과

4. 결론 및 제언

■

우리나라는 원전의 저렴한 발전원가 덕분에 현재 수준의 수전해 기술을 활용해도 수소를 1kg당 3,800원 선에서 생산 가능

이 가격은 3,000원 선인 천연가스 증기개질법 생산단가보다 비싸지만 수소자동차용 수소충전소 공급가격 8,000원을 고려하면 수소 수송과 저장의 추가비용을 고려하더라도 경제성 있음

더구나 향후 탄소세가 이산화탄소 1톤당 100달러로 증가될 가능성을 고려하면 1kg 수소 생산시 8kg 정도의 이산화탄소를 발생시키는 증기개질법의 경우 수소 1kg 당 탄소세가 900원이 넘을 수 있으므로 증기개질법과 비교해서도 경제성이 있을 수 있음

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원전으로 고온 증기 수전해를 통한 수소 생산을 할 경우 현 상용기술인 저온 수전해보다 1.3배 이상 높은 효율로 생산이 가능하므로 생산원가 30% 이상 절감 가능

750℃ 고온 증기를 만들기 위한 추가 가열 전열기 전력은 총전력의 2.4%에 불과하고 수전해 시설로 투입되는 증기량은 총 증기의 3.2%에 불과하므로 원전 계통 안전성에 큰 무리가 없을 것으로 예상

고온 증기 수전해 100만kW급 원전 1기로 연 20만 톤 수소 생산 가능

■

원자력 수전해의 경제성이 재생에너지 수전해에 비해 두 배 이상 좋을 것으로 추정되므로 청정 에너지 사회 실현을 위해 재생에너지와 원자력 수전해 병행 추진 필요

우리나라 태양광 이용률은 15% 선에 불과하고 발전단가를 낙관적으로 잡더라도 kWh당 115원은 될 것이기 때문에 재생에너지 수전해 수소생산단가는 약 8,000원/kg으로 추정

■

수소의 ESS 특성을 활용하면 원전의 부하추종 대신 수전해 수소생산량 조절로 부하변화를 흡수 하는 방식이 어렵지 않게 실현 가능

수소 ESS가 재생에너지와 원자력의 상생의 매개체로서 중요한 역할을 할 수 있음

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현안이슈 가압경수로 기반 수소 생산 제언

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청정 에너지 사회 구현에 중심적 역할을 할 수 있는 원자력의 지속적 이용을 위해서는 현 에너지 전환 정책의 근거가 된 국민과 정치권의 원전 안전성에 대한 오인 시정을 위한 노력이 절실함

원자력의 생명 안전성은 지난 50여 년간 전 세계에서 가동된 620여 기 원전이 18,100여 년의 누적 가동연수를 기록하는 동안 방사선 위해 사망자가 43명(체르노빌 사고 1건)에 불과 하다는 사실에서 역설적으로 입증

방사능 물질 유출을 초래한 후쿠시마 사고는 지진 때문이 아니라 쓰나미가 직접적인 원인이었고, 지금까지 지진 자체가 원전에 치명적인 해를 끼친 적이 없었으며, 내진설계 기준보다 강한 지진을 강건히 버텨낸 사례가 많았으므로 경주지진 같은 지진의 원전 위험성에 대한 지나친 우려는 불필요

■

신한울 3,4 호기를 수전해 수소 생산 겸용 발전 시설로 건설하여 수출 시범 노형으로 삼는 방안의 적극 검토가 필요함

■

향후 가압경수로 기반 수전해보다 더 고효율의 대용량 수소 생산 실현을 위해 현재 중단되어 있는 초고온가스로와 열화학 수소생산에 대한 연구 개발 재개가 요구됨

∙ Konor Frick 외, Evaluation of Hydrogen Production Feasibility for a Light Water Reactor in the Midwest, INL/EXT-19-55395 Rev.0 (2019).

∙ 국회 예산정책처, 2016회계연도 공공기관 주요사업 집행 점검·분석 (2017).

∙ IEA, The Future of Hydrogen: Report prepared by the IEA for the G20, Japan (2019).

∙ IRENA, Hydrogen from Renewable Power: Technology outlook for the energy transition, ISBN 978-92-9260-077-8 (2018).

1. 영국 대규모 정전사고 발생: 개요

■

2019년 8월 9일 17시경 영국에서 10년 만에 최대 규모의 정전이 발생하여, 잉글랜드와 웨일스, 스코틀랜드(일부) 지역에서 최소 백만 수용가(customers)가 불편을 겪었음.

독일 전력기업 RWE社의 740MW급 Little Barford 가스화력발전소는 금요일 16시 58분에 가동이 정지되었음. 2분 후 덴마크 풍력발전회사 Orsted社의 1,200MW급 Hornsea 해상 풍력발전소 역시 전력망에서 분리되었음.

정전 시간은 15분에서 50분 사이였지만 이로 인해 피해가 연쇄적으로 발생하였음.

- 일부 열차가 정전으로 운행이 지연 및 중단되었고, 병원과 공항과 같은 중요한 기반시설에 전력 공급이 중단되었음.

2019년 8월 9일 에너지 규제기관인 Ofgem은 내셔널 그리드 전력계통운영사(National Grid Electricity System Operator(이하 National Grid ESO)에 정전 사태에 대한 상 세한 보고서를 제출하도록 요구하였음.

2019년 8월 10일 정부는 정전에 관한 조사 시행을 발표하였고, Andrea Leadsom 산업부 장관은 에너지 비상사태 집행위원회(Energy Emergencies Executives Committee)가 이 사건을 검토하도록 위임하였음.

2019년 8월 10일 National Grid ESO는 정전의 근본 원인은 자사 시스템 문제가 아니라 16시 54분에 두 개의 대형 발전기(가스 1개, 해상풍력 1개)가 거의 동시에 가동이 중단 되는 이례적이고 특이한 사고라고 답변하였음.

2019년 8월 16일 National Grid ESO는 Ofgem에 정전 원인에 대한 중간기술보고서를 제출했으며, 9월 6일에 최종기술보고서를 제출하였음.

11) 본고는 2019년 9월 6일에 발간된 National Grid ESO의 정전 사태에 대한 최종기술보고서(Technical Report on the events of 9 August 2019)를 요약·정리하였음.

https://www.nationalgrideso.com/information-about-great-britains-energy-system-and-electricity-system-operator-eso

한지혜 전문원(jhh@keei.re.kr)

National Grid ESO의 정전사고 분석

보고서 요약 ¹¹⁾

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현안이슈 National Grid ESO의 정전사고 분석 보고서 요약

2. 정전사고 원인 및 복구

2019년 8월 9일 금요일 오후 16시 52분 33초 Eaton Socon – Wymondley 400kV급 송전 선로에 낙뢰가 발생하여 정전 사고에 결정적인 영향을 미쳤음.

당시 송전계통망의 보호 장치는 올바르게 작동하였고 이와 관련된 전압 교란도 예상대로 발생하였음.

낙뢰로 인해 벡터 시프트¹²⁾(vector shift) 보호 장치가 작동해 배전망(distribution network) 에 연결된 약 500MW급 분산형 전력(embedded generation)¹³⁾이 분리되었음.

그러나 낙뢰 이후 두 대형 발전기에서 예상하지 못한 전력손실이 각각 독립적으로 발생 하여(Hornsea 해상풍력발전소 737MW, Little Barford 가스화력발전소의 증기 터빈 244MW) 1,378MW의 전력이 공급 중단되었음.

- 낙뢰로 인한 트립(trip off) 또는 공급감소(deload, 계통에 동기화되어 있는 급전발전기 에서 전력공급을 감발하거나 중단하게 되는 상황)가 급작스럽게 발생해 이번 사고는 극히 드물고 예기치 못한 사고로 분석됨.

National Grid ESO는 당시 1,000MW의 백업 설비를 보유하고 있었지만, 낙뢰로 인한 누적 공급감소량이 2,100MW이었기 때문에 주파수가 정상 범위 밖으로 하락하였음.

이로 인해 주파수 변화율(rate of change of frequency, RoCoF)¹⁴⁾ 보호 장치가 작동 하여 추가 350MW의 분산형 전력(embedded generation)이 분리되었음.

해당 시점에서 공급중단된 양은 1,481MW에 달하였음. 그러나 주파수 하락은 49.1Hz 수준을 넘지 않았고 응답 및 예비력을 통해 주파수가 회복되기 시작하였음.

그러나 주파수가 회복되어 49.2Hz에 도달했을 때 Little Barford 가스화력발전소의 가스 터빈에서 210MW의 전력공급이 중단되어 총 1,691MW의 공급전력이 감소되었음.

모든 백업 전원이 이미 사용되었고, 주파수는 48.8Hz로 하락하였음.

주파수가 48.8Hz인 상황에서 자동 보호 장치인 저주파 수요 차단(low frequency demand disconnection, LFDD)¹⁵⁾이 작동해 15~45분간 약 11만 명에게 1GW의 전력 공급이 중단되었음.

12) 벡터 시프트(vector shift): Loss of Mains 보호 장치(오류 감지 시 계통으로부터 발전기를 안전하게 차단)의 다른 종류임. 벡터 시프트 계전기 (relays) 작동은 전압 위상각(voltage phase angle)으로 계통 주파수 변화율이 아님.

13) 분산형 전력(embedded generation)은 영국 송배전계통에서 배전망(distribution network)과 직접 연결된 발전소로부터 생산되는 전력을 지칭함.

14) 주파수 변화율(rate of change of frequency, RoCoF): Loss of Mains의 종류 중 하나임. RoCoF가 0.125Hz/s 이상일 경우 계통에서 분산형 발전기를 안전하게 차단함.

15) 저주파 수요 차단(low frequency demand disconnection, LFDD): LFDD는 사고 상황에서 주파수 하락을 제한하기 위한 자동보호장치임.

배전계통운영자는 National Grid ESO와 합의해 총 수요의 5% 단계(최대 이용가능 40%)에서 수요를 감소시켜, 전력손실 발생 시 주파수 하락을 줄이도록 함.

저주파 수요 차단(LFDD) 작동 후, Little Barford 가스화력발전소의 두 번째 가스 터빈 에서 187MW의 공급전력이 감소되었음. 이에 따라 총 공급감소량은 1,878MW를 기록 하였음.

배전계통운영자(Distribution Network Operators, DNOs)는 40분 내에 전력공급을 복구하였고 전력망은 안정적인 상태로 회복되었음.

National Grid ESO는 17시 40분에 기업·에너지·산업전략부(BEIS)에, 18시에 Ofgem에 상황을 보고하였음. ESO의 언론 성명서는 18시 27분, 후속 성명서는 20시 6분에 발표 되었음.

2019년 8월 9일 영국 정전사고 타임라인

시간 내용 출처

16:52:26 주파수 50.0Hz, 전력 부족 대비 1000MW 확보 ESO

16:52:33 벡터 시프트 보호장치 작동, 약 150MW의 분산형 전력(embedded generation) 분리 ESO 16:52:33.7 용량 799MW의 Hornsea 발전소 감발(deload) 시작 Orsted

16:52:33.8 Hornsea 발전소 62MW 출력에서 안정화 Orsted

16:52:34 Little Barford 발전소 증기터빈 244MW의 전력공급감소, 누적 공급감소량 1,131MW RWE

16:52:34 RoCoF 보호 장치로 약 350MW 분산형 전력(embedded generation) 분리,

누적 공급감소량 1,481MW ESO

16:52:44 주파수 보정장치(frequency response)를 통해 최소 650MW 전력 공급 ESO

16:52:58 주파수 49.1Hz 유지 ESO

16:53:04 주파수 보정장치를 통해 900MW급 전력 공급 ESO

16:53 이후 단기 운영예비력(short term operating reserve, STOR) 발전기 투입(총 400MW) ESO

16:53:18 주파수 49.2Hz로 회복 ESO

16:53:31 Little Barford 가스터빈 발전기 보호 장치 트립으로 210MW의 전력공급 차단,

누적 공급감소량 1,691MW RWE/ESO

16:53:49.398 주파수가 48.8Hz 수준보다 하락해 LFDD 발생. 배전계통운영자에 의해 931MW급 수요

자동 차단 DNOs

16:53:58 Little Barford 발전소 트립으로 187MW의 전력공급 중단, 누적 공급감소량 1,878MW RWE

16:54:20 제어실, 계통 주파수 복원 위해 발전 지시 ESO

16:57:15 ESO 제어실 조치로 1,240MW의 전력공급 후 50Hz로 주파수 복귀 ESO

17:37 배전계통운영자, 전력 공급이 복구되었음을 확인 DNOs

자료 : National Grid ESO

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현안이슈 National Grid ESO의 정전사고 분석 보고서 요약

누적 전력공급감소량 현황

발전기 발전 중단 누적 공급감소량

Little Barford 발전소 증기터빈1C 244 MW 244 MW

Hornsea 해상풍력발전소 737 MW 981 MW

벡터 시프트 Loss of Mains¹⁶⁾ 보호 장치 가동으로 분산형 전력공급 중단(추정) 150 MW 1,131 MW 주파수 변화율(RoCoF) Loss of Mains 보호 장치 가동으로

분산형 전력공급 중단(추정) 350 MW 1,481 MW

Little Barford 발전소 가스터빈1A 210 MW 1,691 MW

Little Barford 발전소가스터빈1B 187 MW 1,878 MW

자료 : National Grid ESO

정전 기간에 주파수 변화

자료: National Grid ESO

16) LOM(Loss of Mains) : 배전망에 연결된 소규모 발전기는 전력계통에 연결되어 있지 않은 것이 감지될 때 안전하게 가동을 중지할 수 있는 보호 계전기(protection relays)가 있음. 이러한 계전기는 주파수 변화율 또는 전압 위상각 변화를 모니터링하여 전력 손실을 감지함.

낙뢰 발생 지점 및 Hornsea 해상풍력 발전소, Little Barford 가스화력발전소 위치

자료 : National Grid ESO

3. 정전사고 영향

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이 사고로 백만 수용가 이상이 전력 공급 차단을 경험하였으며 일부 공공 서비스 부문에 피해가 발생하였음.

1) 철도

영국 철도운영사인 Govia Thameslink Railway(GTR)의 통근열차인 700호와 717호에 내장된 보호 장치가 작동하여 약 60대의 열차가 예기치 않게 정지되었음. 60대 중 절반은 운전원에 의해 재가동되었지만, 나머지는 재설정을 위해 기술자가 파견되어야 하는 상황이었음.

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현안이슈 National Grid ESO의 정전사고 분석 보고서 요약

이 문제로 371개의 기차 운행이 모두 취소되었고, 220개의 기차 운행구간이 일부 취소 되었으며, 873개의 기차가 연착되었음. 또한 혼잡한 상황 때문에 St Pancras 및 Kings Cross역은 몇 시간 동안 임시 폐쇄되었음.

2) 병원

Ipswich 병원의 외래환자실, 엑스레이실, 병리학실이 약 30분간 정전의 영향을 받았음.

3) 공항

Newcastle 공항은 배전사업자인 Northern Power Grid 망에 연결되어 있음. 저주파 수요 차단(LFDD) 작동으로 Newcastle 공항의 전력공급이 16시 53분에서 17시 11분 사이 18분간 차단되었음.

4. 권고사항

1) 계통 복원(Resilience) 기준

Hornsea 해상풍력발전소와 Little Barford 가스화력발전소가 거의 동시에 예상치 못한 전력 손실을 각각 겪었지만 이는 낙뢰와 거의 동시에 일어났음. 이는 전력망으로 부터 심각한 공급전력 감소를 초래하여 계통이 안정화되는 기준을 초과한 사건으로 분석됨.

전력 손실의 규모는 자동 보호 장치와 예비력으로 지정된 용량을 초과해 결국 계통 보호 차원에서 1GW의 전력 수요가 자동으로 차단되었음. 이러한 시스템은 정전사고에 따른 중요 기반시설에 연쇄적인 피해를 끼쳤음.

- 권고 조치 : 영국 신뢰도 규정(Security and Quality of Supply Standard)을 검토해 전력 계통에서 복원력 수준을 높이는 것이 적절한지 확인할 필요가 있음. 이는 위험과 비용이 적절한 균형을 이루도록 구조화시켜야 함.

2) 철도 서비스 및 중요 기반시설

열차의 보호 장치가 예기치 않게 작동하고 운행 정지된 전철 중 일부가 재가동을 하는 데 많은 시간이 소요된 것이 기차역과 철도망에 상당한 혼잡과 지연을 초래하였음.

- 권고조치 : 중요 기반시설 및 서비스와 관련하여 내부 보호 장치가 작동하는 조건과 관련한 기준 수립의 적절성을 평가해야 함.

3) 분산형 전원

정전사고 동안 약 500MW의 분산형 전력이 Loss of Mains 보호 장치(벡터 시프트 및 주파수 변화율)로 인해 손실되었음. National Grid ESO는 수천 개의 분산형 발전 설비가 정전 상황에서 트립되지 않도록 보호 장치를 변경하는 3개년 프로그램을 최근 시작하였음.

- 권고조치 : 영국에서 분산형 전원이 점점 증가하고 있어, 분산형 전력의 의도치 않은 트립과 차단 위험을 줄이기 위해 ALMC(Accelerated Loss of Mains Change) 프로그램 도입 일정을 검토해야 함.

4) 의사소통

정전사고 동안에 BEIS와 Ofgem과의 의사소통은 매우 중요함. 전력공급 중단 사고는 1시간 안에 끝이 났지만, 모든 이해당사자가 사고를 명확히 파악할 수 있도록 의사소통 방식이 개선되어야 함.

- 권고조치 : National Grid ESO의 초기 한 시간 동안의 의사소통 절차 개선뿐만 아니라, 유사한 사고 발생 시 새로운 의사소통 방식을 확립하기 위해 BEIS, Ofgem, 에너지 네트 워크 협회(Energy Network Association) 및 기타 이해당사자가 이를 검토해야 함.

5. 시사점

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8월 9일 정전사고의 원인 분석을 통해서 다음과 같은 시사점을 도출할 수 있음.

영국의 전체 설비규모가 104GW(2017)이지만 1% 미만(1GW)의 공급중단으로도 대규모 피해가 발생했음.

- 이것은 재생에너지의 급증(설비의 40%), 백업설비 운용 등 전력 계통운영이 전에 비해 복잡, 난해해졌음을 의미함.

- 시스템의 안정적 운영을 위한 대비가 필요함.

의사소통 절차와 통신규약(protocol)(특히 정전 발생 처음 1시간 동안)을 검토해 향후 정전 발생 시 시의적절하고 효과적인 의사소통이 이루어지도록 해야 함.

자동 보호 장치인 저주파 수요 차단(LFDD)과 연결된 설비 목록을 검토해 중요 기반시설 이나 서비스가 의도하지 않게 전력 공급이 차단될 위험이 없는지 확인해야 함.

열차의 내부 보호 장치에 대한 설정을 검토해 전력계통이 교란(disturbance)에도 가동 될 수 있는지를 확인해야 함.

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현안이슈 National Grid ESO의 정전사고 분석 보고서 요약

∙ National Grid, Technical Report on the events of 9 August 2019 (2019.9.6.)

∙ National Grid, Interim Report into the Low Frequency Demand Disconnection (LFDD) following Generator Trips and Frequency Excursion on 9 Aug 2019 (2019.8.16.)

∙ Department for Business, Energy & Industrial Strategy, GB POWER SYSTEM DISRUPTION – 9 AUGUST 2019 (2019.9)

∙ BBC, Ipswich Hospital blackout caused by faulty battery (2019.8.15.)

❚ San Jose 外 California 州 22개 시 시장, PG&E 협동조합 전환 제안

WSJ. 2019.10.21. WSJ. Bloomberg. 2019.11.05. The Sacramento Bee. 2019.11.20.

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San Jose 시장 Sam Riccardo를 포함한 California 州 22개 시 시장은 유틸리티 PG&E를 전력협동조합으로 전환할 것을 요청하는 공개서한을 11월 4일 주지사 및 州 공공유틸리티 위원회에 보냄.

이들은 PG&E를 전력협동조합으로 전환할 경우 민간기업 대비 채권발행을 통한 자금 조달이 용이해지며, 주주에게 배당수익을 지불하지 않아도 되며 연방세 부담이 줄기 때문에* 전력사용자들은 향후 10년간 수십억 달러를 절약할 수 있을 것이라고 주장함.

PG&E는 2016~2017년 동안 주주 배당금으로 19억 달러를 지급함.

※ IRC Section 501(c)(12)에 의거하여 수익 85% 이상이 회원을 통해 발생할 경우 전력협동조합은 연방세 감면 혜택 대상이 됨.

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Stockton 시 시장 Michael Tubbs는 강풍 예보 소식이 전해질 때마다 주민들은 예방정전조치가 내려질까 불안에 떨고 있으며, 협동조합으로의 전환은 수익보다 사람을, 배당수익보다 안전을, 기업보다 지역의 안전을 먼저 생각하는 더 나은 서비스를 전력사용자에게 제공할 것이라고 주장함.

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한편 Scott Winer 캘리포니아 州 상원의원은 PG&E의 공영화를 골자로 하는 법안을 내년 2월경에 발표할 예정임.

Scott Winer 의원은 주주 배당금을 위해 운영되는 현재의 PG&E는 더는 지속 불가능 하다고 주장함.

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일반적으로 전력협동조합은 농촌지역에 많으며, PG&E를 협동조합으로 전환할 경우 가장 큰 규모의 전력협동조합이 될 것임.

북미

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주요단신 북미

다만 협동조합화를 추진한다고 해도 송전망 매각*을 거부한 PG&E의 협동조합 전환에 얼마만큼의 돈이 필요할지는 불명확함.

※ San Francisco 시는 시내에 위치한 PG&E의 전력계통을 25억 달러에 모두 매입하겠다는 제안을 한 바 있으나, PG&E는 거절함.

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한편, PG&E는 11월 20일 강풍 예보에 따라 화재 예방을 위해 총 264,400가구에 예방정전을 실시한다고 발표하였으나, 풍속이 예보했던 것보다는 약해 실제 예방정전된 가구는 48,000 가구임.

❚ NYT: 버니 샌더스 후보의 탈원전을 포함한 기후변화 공약은 비현실적

NYT. 2019.11.14.

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New York Times 지는 민주당 Berine Sanders 후보의 기후변화 대응 공약은 비현실적이고 달성이 어려울 것이라는 전문가들의 의견을 소개함.

Sanders 후보의 공약은 총 16조 달러를 투자하여 10년 내 탄소 배출량을 71% 낮추고 2050년까지 100% 탈탄소화를 달성하는 것인데, 기후 과학자들과 에너지 경제학자들은 Sanders 후보의 공약은 기후변화 대응의 시급성을 인지하여 급진적인 변화를 추구한 다는 점은 높이 살만 하나 기술, 정치적으로 실현이 어려울 것이라고 지적함.

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Sanders 후보 공약의 핵심인 정부 주도 대규모 분산형 재생에너지 발전원 건설에 대해서도 전문가들은 의구심을 표함.

대규모 재생에너지 인프라 구축 과정 자체에서 다량의 탄소가 배출될 것이며, Sanders 후보의 공약은 탄소포집 기술 및 원자력을 배제하고 있는 만큼 탄소저감 효과는 미미 할 것이라고 지적함.

Sanders 후보는 미국 에너지 믹스의 20%, 무탄소 발전원의 절반 이상을 차지하는 원자력의 계속운전 종료를 공약으로 내세웠는데, 전문가들은 노후화된 원전을 모두 폐쇄할 경우 천연가스가 원전을 대체하여 탄소배출량이 증가할 것이라고도 지적함.

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이에 대해 Sanders 후보 측은 재생에너지의 가격이 하락하고 기술이 발전하였으며, 대중들이 적극적인 기후변화 대응을 원한다는 점을 전문가들이 보지 못하고 있다고 반박함.

자신을 Sanders 후보 지지자라 밝힌 Chandler Condon은 Sanders 후보의 공약이 지나 치게 급진적이라고 하지만, 지금은 그런 급진적인 변화가 필요한 때라고 밝힘.

❚ 영국 노동당, 총선 앞두고 Wylfa Newydd 프로젝트 재개 공약 발표

Nucnet, BBC 2019.11.22, Nucnet 2019.11.25.

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영국 노동당(제러미 코빈 대표)은 12월 12일 조기총선을 앞두고 신규 원전 건설 및 웨일스 북부 Wylfa Newydd 프로젝트 재개를 공약으로 내세움.

노동당은 청정에너지 투자를 통해 2030년까지 탄소 중립 실현(재생에너지와 저탄소 전원을 통해 전력의 약 90%, 열 50% 공급)을 목표로 하고 있음.

- 이에 따라 7,000개의 신규 해상풍력발전 터빈·2,000개의 신규 육상풍력터빈·22,000 개의 축구장 규모의 태양광 패널 건설, 에너지 안보를 위한 신규 원자력 용량 구축을 계 획함.

Wylfa Newydd 프로젝트는 웨일스 북부 앵글시(Anglesey) 섬에 영국형 개량 비등수형 원자로(UK ABWR) 2기를 건설하는 것으로, 노후 원전과 화력발전소를 대체해 저탄소 전력을 제공하려는 영국 정부의 노력으로 추진되었으나 현재 추진이 중단되어 있음.

- 2019년 1월 일본 Hitachi社는 건설비용 상승과 영국 정부와 재원 조달 협상 실패로 Wylfa Newydd 원전 프로젝트 중단을 결정하였음.

- 2019년 2월 영국 메이 총리는 Hitachi社가 Wylfa Newydd 프로젝트에 대해 논의를 지속 하기를 희망하고 있어 同 프로젝트를 지원할 계획이라고 밝힌 바 있음.

- 2019년 7월 Hitachi社의 자회사인 Horizon社는 Wlyfa Newydd 원전 프로젝트 중단으로 16.8억 파운드의 세전 손실(Pre-tax Loss) 발표하였음.

- 지난 10월 영국 정부는 同 프로젝트 계획 실행서인 개발 동의 명령(Development Consent Order) 결정을 2019년 말로 6개월 연기하였음. 정부는 同 원전이 환경에 미치는 영향 및 기타 미해결 문제에 관한 추가 정보가 더 필요하다고 언급하였음.

유럽

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주요단신 유럽

노동당은 집권보수당이 Wylfa Newydd 프로젝트 추진에 실패해 앵글시(Anglesey) 주민 들을 실망시켰다고 지적하며, 지역 주민들과 협력해 재생에너지 투자와 더불어 신규 원전 프로젝트 이행을 위해 노력할 것이라고 언급함.

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한편 보리스 존슨 총리는 보수당 공약을 통해 2050년까지 탄소 배출량 제로를 실현하고 재생 에너지와 더불어 원자력(핵융합 포함)을 지원할 것이라고 밝힘.

건설사 건설 부지 건설 지역 노형 용량 (MW) 가동 시기(예정)

Horizon社

Wylfa Newydd 1 Wales ABWR 1,380 추진 중단

Wylfa Newydd 2 Wales ABWR 1,380 추진 중단

<영국 Wylfa Newydd 신규 원전 건설 현황>

자료: World Nuclear Association

❚ 프랑스 EDF社, 개선형 EPR이 가스와 대등한 가격경쟁력 갖추길 원해

Reuters 2019.11.13.

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2019년 11월 13일 프랑스 EDF社는 의회 공청회에서 개선형(optimized) EPR 원자로가 경쟁 에너지원인 가스와 대등한 수준의 가격경쟁력을 갖기를 희망한다고 밝힘.

Jean-Bernard Levy 최고경영자는 자회사인 Framatome社와 협력해 핀란드와 자국의 EPR 프로젝트에서 발생한 문제를 검토해 EPR 설계를 개선하고 있다고 함.

- Levy 최고경영자는 설계 수명 60년의 개선형 EPR 1기 비용을 65~70유로/MWh(2016년 가격 기준)로 설정하고 있다고 덧붙임.

또한 EDF社 대표는 저탄소발전원인 원자력을 채택하는 국가들에 가스와 동등한 가격을 제공하기를 원한다고 설명함.

금융투자회사인 Lazard의 2019년 에너지원 균등화발전원가(Levelized Cost of Energy) 보고서에 따르면 신규 원전 비용은 118~192달러/MWh임. 유틸리티용(utility scale) 태양광은 32~42달러/MWh, 육상풍력은 28~54달러/MWh임.

- 복합화력발전소는 44~68달러/MWh, 가스(gaspeaking)발전소는 150~199달러/MWh로 추정됨.

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Levy 최고경영자는 자사가 부채에 시달리고 있어 신규 원전 자금을 조달할 수 없기 때문에, 영국의 발전차액계약(CfD)과 유사한 보조금제도가 필요하다고 언급함.

2013년 10월 영국 정부는 EDF社와 Sommerset 지역의 Hinkley Point C 원전에 대해 발전차액계약(CfD)을 체결하였음.

- 이를 통해 영국 정부는 Hinkley Point C 원전 운영 시점부터 35년간 전력의 행사가격 (Strike Price)을 92.50파운드/MWh(현재 도매전력가의 2배)로 설정하고, 향후 EDF社가 건설예정인 Sizewell(EPR) 원전이 준공될 경우 행사가격을 89.50파운드/MWh로 낮추 기로 하였음.

- CFD은 전력시장 가격이 행사가격보다 낮을 경우 영국 정부는 그 차이만큼의 손실을 EDF社에게 보전해 주고 반대로 전력시장 가격이 행사가격보다 높을 경우 EDF社는 그 차이만큼의 이익을 영국 정부에 되돌려주는 구조임.

❚ 미국 IER, 독일 에너지전환 정책이 전력공급 불안정 초래한다고 분석

IER 2019.10.17, Nucnet 2019.11.20.

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2019년 10월 17일 미국 워싱턴에 소재한 비영리 기관인 IER(Institute for Energy Research)은 독일 에너지전환(Energiewende) 정책이 전력공급 불안정을 초래해 독일 경제에 영향을 미치고 있다고 분석함.

IER은 독일이 2022년까지 원전, 2038년까지 석탄 발전소를 단계적으로 폐지하면, 간헐 적인 풍력 및 태양광과 같은 재생에너지원에 의존할 수밖에 없어 전기요금 인상과 전력망 불안정을 초래한다고 지적함.

- 또한 독일이 원자력과 석탄을 모두 폐지하면 2018년 전력생산량의 43%에 상당하는 용량이 감소될 것으로 예상함.

IER에 따르면 독일 전기요금은 이미 유럽 평균보다 45%나 높고 미국 주택용 전기요금의 3배이며 재생에너지세(green tax)는 주택용 전기요금의 54%를 차지하고 있음.

또한 IER은 전력계통 복구를 위한 급격한 변화(송전선을 현재보다 8배 빠른 속도로 건설, 신규 백업 발전소 건설, 전력 수요 조절을 위한 장비 설치 등)에 별도의 전기요금 인상이 수반될 것으로 분석함.

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주요단신 유럽

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IER에 따르면 현재 독일은 전력 수입에 의존하고 있는 상황임.

2019년 6월 독일은 정전이 발생할 위기에 직면하여 이웃국가로부터 전력을 단기간 수입해 전력망을 안정화시켰음. 같은 달 독일은 전력 수입이 수출보다 더 많았으며 2023년까지 전력을 수입할 것으로 예상되고 있음.

현재 이웃국가인 벨기에와 네덜란드가 각각 원전과 석탄 발전소를 폐쇄할 가능성이 있어, 독일은 전력 수입으로 수요를 충족시키기 어려운 상황에 직면할 수 있음.

독일의 지역사회와 환경운동가들은 풍력발전 단지가 위치한 북쪽에서 산업시설이 위치한 남쪽으로의 송전선 설치를 반대하고 있음. 2019년 1분기까지 계획된 3,600km의 송전선 설치 가운데 1,087km만이 완성되었음.

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그러나 독일은 이러한 문제에도 불구하고 2030년 기후변화 대응 계획을 통해 2030년까지 1990년 대비 온실가스 배출 55% 감축, 철도부가가치세 인하, 항공세 인상, 전기차 보급 확대 (7백만대 → 1천만대), 태양광 풍력 터빈 보급 확대 등을 계획하고 있음.

독일 정부는 2030년 기후변화 대응 계획을 통해 소송이 제기된 신규 육상풍력 발전단지에 대한 주민 수용성을 높이고자 지방자치단체가 해당 지역에 건설된 풍력터빈으로부터 발생한 수익금의 일부를 지급받도록 허용하였음.

- 그러나 이는 결국 소비자가 더 많은 비용을 떠안게 되는 것으로, 지방 및 연방 정부는 소비자로 하여금 더 많은 비용을 부담하도록 함.

또한 북해와 발트해의 해상풍력발전이 확대되고 태양광이 추가 보조금을 받게 됨.

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IER은 독일이 에너지전환 정책에 따라 안정적인 원전과 석탄 발전소를 단계적으로 폐지하고 간헐 적인 풍력과 태양광 발전에 의존함으로써 어려운 상황에 처했으며, 2030년 기후계획이 상황을 악화시키고 전기요금 인상을 동반해 경제에 영향을 미치고 있다고 결론을 내림.

IER은 결국 재생에너지 전환이라는 꿈(Green Dream)이 소비자들에게는 악몽으로, 정치와 연관된 산업과 규모가 점점 더 커지는 정부에게는 수지맞는 일(bonanza)이 되었다고 논평함.

❚ 폴란드, 최초 원전 건설을 위한 자금조달 협상 수개월 내 마무리 예정

S&P global platts 2019.11.8., bne Intellinews, Nucnet, World Nuclear News 2019.11.19, Bloomberg 2019.11.20.

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2019년 11월 18일 폴란드 정부는 수도 바르샤바에서 열린 폴란드-미국 원자력 산업 포럼에서 600억 달러 규모의 최초 원전 프로젝트 추진을 위한 자금조달 협상이 몇 달 안에 마무리될 예정 이라고 밝힘.

- 2018년 11월 폴란드 에너지부가 발표한 에너지 정책 전략 초안(PEP2040)은 탄소 배출 저감과 전력 공급 안정성을 위해 2043년까지 6~9GW급 원자로 6기 건설(폴란드 발전량의 약 10%)을 설정하였음.

전략적 에너지 인프라 담당자인 Piotr Naimski에 따르면 정부는 합작회사를 설립해 지분 51%를 보유하고 외국인 투자자(계획, 가동, 해체에 이르는 원전 전 주기 담당)가 나머지 49%를 보유하는 방안을 계획하고 있음.

- 폴란드 국영 전력회사인 PGE社는 합작회사의 주주가 될 수 있음.

Naimski 담당자는 2033년까지 원전을 가동하려면 2020년에 자금이 확보되어야 한다고 언급함.

- Naimski는 정부가 여러 원자로를 검토하고 있는 가운데, 중국 Sanmen 원전과 Haiyang 원전에서 상업운전 중이고 미국 Voglte 원전에서 건설되고 있는 Westinghouse社의 AP1000 원자로가 검증된 기술 측면에서 볼 때 매력적이라고 밝힘.

폴란드 일간지인 Gazeta Prawna는 정부 소식통을 인용해 한국이나 프랑스의 원자로를 고려할 수도 있지만 미국 원자로가 선정될 가능성이 높다고 보도함(2019.11.18.).

미국 Westinghouse社는 원전 건설에 5~6년이 소요되어, 폴란드 정부가 제시한 프로 젝트의 투자 일정을 고려할 때 시간적인 여유는 있다고 밝힘.

폴란드 원전 1호기(1~1.5GW)의 부지 선정은 2020년, 기술 및 일반 계약자 선정은 2021년으로 계획됨. 나머지 6기의 원자로는 2043년까지 건설될 예정임.

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한편 지난 11월 8일 폴란드 에너지부는 에너지 정책 전략 초안(PEP2040)을 수정하여 2030년 발전 믹스(generation mix)에서 석탄 비중을 기존 80%에서 56%-60%로 축소하고 재생 에너지 비중을 21%-23%로 확대했다고 발표함.

기존 목표인 2030년까지 1990년 대비 CO2 배출 30% 감축, 에너지 효율 2007년 대비 23% 증가, 2033년까지 최초 원전 건설은 변경되지 않았음.

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수정된 PEP2040에서 나타난 가장 큰 변화는 육상풍력의 대폭 확대임.

- 2018년 11월에 발표된 에너지 정책 초안에서는 육상풍력 설비용량이 2025년 7GW에서 2040년 0.8GW로 축소될 예정이었음. 수정된 PEP2040에 따르면 육상풍력 설비용량은 2020년 9.5GW, 2040년 9.8GW로 확대될 전망임.

<폴란드 신규 원전 건설 계획>

원전 노형 용량(MW) 위치 건설 시작 상업운전(예정)

원전 1 미정 3,000 Zarnowiec 또는 기타 부지 2027? 2033

원전 2 미정 3,000 동부 또는 중부?

(Belchatow)? 미정 2039?

자료 : World Nuclear Association

<폴란드 에너지 정책 전략 초안(PEP2040)>

자료 : Bloomberg

❚ 프랑스, 1GW 규모 신규 해상풍력 발전단지에 관한 공공토론 실시

Reuters 2019.11.18, offshorewind.biz 2019.11.19.

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프랑스는 노르망디 근해에 위치할 1GW 규모 해상풍력 발전단지와 미래 해상풍력 프로젝트 추진에 관한 공공토론을 실시하였음.

프랑스 국가공공토론위원회(CNDP)는 1GW 규모의 해상풍력 발전단지 건설과 미래 해상 풍력 프로젝트 추진을 위한 공공토론(2019.11.15.~2020.5.15.)을 조직하였음.

- 프랑스는 약 3GW 규모의 6개의 해상풍력 프로젝트가 승인되어 건설될 예정임. 또한 4개의 부유식 해상풍력 실증단지 프로젝트가 개발 중에 있음.

- 2019년 1월에 발표된 프랑스 중장기에너지계획(PPE)은 2028년까지 최대 6GW 규모의 해상풍력 발전단지 입찰을 계획하였음.

- 2019년 6월 Edouard Philippe 총리는 해상풍력발전단지 비용이 하락함에 따라 연간 증설 규모를 기존 600MW에서 2028년까지 1GW로 확대하는 계획을 발표하였음.

1GW의 해상풍력 발전단지는 최대 80개의 풍력터빈(각각 약 12MW급)을 포함할 수 있음.

同 프로젝트는 EDF社, Total社, Engie社와 같은 주요 에너지 기업들이 경쟁 입찰을 시행 할 예정임.

- 지난 6월 EDF社는 경쟁사인 Total社와 Engie社를 제치고 프랑스 서부 Dunkirk 인근 600MW급 해상풍력 발전설비 건설 계약을 수주하였음.

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Elisabeth Borne 환경부 장관은 해상풍력발전이 전력 믹스 다양화에 기여한다고 밝힘.

환경부는 2030년까지 에너지 믹스에서 재생에너지의 비중을 약 40%로 높일 계획임.

환경부는 최근 규제 변경으로 입찰 전 풍력발전 단지의 위치와 전력망 연결을 두고 공공 토론이 필요해졌다고 언급하며, 상기 토론의 목표가 노르망디 해상풍력 발전단지와 전력망 연결에 적합한 하나 이상의 지역을 선정하는 것이라고 언급함.

❚ 독일 에너지부, 탈석탄법 초안 발표

Clean Energy Wire 2019.11.12, ICIS 2019.11.15.

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2019년 11월 11일 독일 에너지부는 2038년까지 석탄화력 발전소의 단계적 폐쇄를 명시한 탈석탄법(coal exit law) 초안을 발표함.

2019년 1월 독일 정부 산하 탈석탄위원회(coal exit commission)는 늦어도 2038년까지 석탄화력 발전소를 폐쇄하고, 탈석탄 결정으로 영향을 받는 지역에 20년에 걸쳐 400억 유로(대략 51조원)의 보상금을 지급할 것을 권고하였음.

2019년 8월 독일 정부는 석탄발전의 전면 중단에 따라 영향을 받는 탄광 지역을 지원할 수 있는 법 초안을 채택한 바 있음.

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탈석탄위원회의 권고사항을 반영한 탈석탄법(coal exit law) 초안은 다음과 같음.

2022년 12월 31일까지 30GW 용량 폐기(15GW 무연탄 및 15GW 갈탄) 2023~30년 12월 31일까지 17GW 용량 폐기(8GW 무연탄 및 9GW 갈탄) 2038년까지 단계적 석탄 폐기 완료

무연탄화력 발전소는 2026년까지 경매를 통해 폐쇄됨.

- 최초 입찰은 2020년 7월 1일에 시행되며 폐기되는 입찰 용량은 4GW임.

남은 무연탄화력 발전소의 단계적 폐쇄 일정에 관한 법안은 2022년까지 채택되어야함.

- 이는 성능이 개선된(retrofitted) 발전소의 수명을 분석한 후 결정될 예정임.

해당 법 초안에는 갈탄 설비용량의 감축 방안은 명시되어 있지 않음. 독일 정부는 갈탄 화력 발전소 폐쇄를 위해 운영사와 폐쇄 일정과 보상금에 관한 협의를 논의 중임.

2020년 1월에 가동되는 15억 유로 규모의 Datteln 발전소 4호기와 같이 이미 배출 허가를 얻은 발전소를 제외하고는 신규 무연탄화력 및 갈탄화력 발전소의 가동이 불가함.

폐쇄 동의에도 불구하고 운영사가 전력을 계속 생산하는 경우 최대 7천5백만 유로에서 1억 유로의 벌금을 납부해야함.

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최종 탈석탄법 초안은 내각에서 찬성할 경우 연방하원(Bundestag) 투표에 부쳐질 예정이며, 이후 연방상원(Bundesrat)에서 최종 승인될 예정임.

❚ 일본 도쿄전력, 시간 경과에 따른 후쿠시마 제1원전 오염수 트리튬 연간 처리량 추산

아사히신문 2019.11.18., 일본경제신문 2019.11.19.

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11월 18일 도쿄전력은 후쿠시마 제1원전 다핵종제거설비(ALPS) 등으로 정화 처리해 탱크에 보관 중인 오염수를 해양 방류 등으로 처분할 때 방사성물질 트리튬의 연간 처리량 추산치를 최 초로 발표함.

오염수를 계속 보관할 때 영향을 구체화하는 것이 목적으로 같은 날 경제산업성에서 개최된 전문가위원회에서 이 내용을 제시함.

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도쿄전력은 탱크 오염수에 포함된 트리튬 총량을 2020년 1월 기준 860조 Bq로 추산함.

처분 시작일은 (1) 2020년 (2) 2025년 (3) 2030년 (4) 2035년을 상정함. 처분 종료일은

‘30~40년에 폐로 완료’하겠다는 정부와 도쿄전력의 공정표를 토대로 ‘2041년 말’과 ‘2051년 말’ 2가지를 상정함.

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그 결과 시간 경과로 자연에 감쇠되는 트리튬 양을 고려해도 방류 시작이 지연되면 될수록 평균 연간 처리량이 많아졌음. 도쿄전력은 부지 제약 때문에 탱크 증설에는 한계가 있으며 2022년 여름경 포화가 될 것이라고 설명함.

도쿄전력은 정화 오염수 처리 개시가 2022년 여름보다 늦어지면 계획했던 탱크의 상한을 초과하므로 탱크 증설 때문에 폐로 작업에 필요한 다른 시설 건설이 지연될 것이라고 밝힘.

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한편, 같은 날 경산성은 유엔과학위원회(UNSCEAR)의 2016 report에 게재된 평가 모델을 사용해 해양 방류・대기 방출 시 피폭선량을 추정하여 밝힘.

860조 Bq의 트리튬을 1년간 해양방류하면 선량이 약 0.052마이크로~0.62마이크로 시버트이고 대기 방출에서는 약 1.3마이크로 시버트로 추정함.

아시아

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주요단신 아시아

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경산성은 보통 원전 가동으로 1곳당 연간 천억∼백조 베크렐의 트리튬을 포함한 액체 방사성 폐기물을 바다에 방류한다며 후쿠시마 제1원전에서 트리튬을 해양과 대기에 방류해도 이번 추산치 범위에서는 피폭에 따른 건강상의 문제가 없을 것이라고 함.

처분 시기에 따른 방사성물질 트리튬의 연간 처리량(도쿄전력 추산)

【 가정 조건 】

① 처분과 감쇠로 처분 시작일부터 처분 종료일까지 단순하게 저장 정화 오염수의 트리튬이 매일 정량 감소한다고 가정.

② 처분 시작일을 ❶ 2020년 1월 1일 ❷ 2025년 1월 1일 ❸ 2030년 1월 1일 ❹ 2040년 1월 1일으로 가정.

③ 처분 완료일을 a. 후쿠시마 제1원전 폐로 30년(2041년 12월 31일)과 b. 폐로 40년(2051년 12월 31일)로 가정.

④ 탱크에 저장한 처리수에 포함된 트리튬 총량은 2020년 1월 1일 기준 860조 Bq이라 가정.

⑤ 처분 완료 때까지 매일 150㎥의 오염수가 계속 발생하여 2020년 1월 1일 발생하는 오염수에 포함된 트리튬 농도를 150만 Bq/L로 가정함. 이후에는 매일 트리튬의 반감기에 따라 감쇠한다고 가정.

※ 이 내용은 저장된 처리수의 양과 처분에 필요한 기간과의 관계를 단순 시뮬레이션을 통해 제시한 것이므로 실제 처분 속도 등을 제시하는 것은 아니라는 점에 주의할 것.

처분 시작 처분 종료

2020년 Case

2025년 Case

2030년 Case

2035년 Case 2041년 Case

(2041.12.31.)

트리튬 연간 처리량:

약 39조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 51조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 68조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 106조 Bq 2051년 Case

(2051.12.31.)

트리튬 연간 처리량:

약 27조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 32조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 37조 Bq

트리튬 연간 처리량:

약 43조 Bq

도쿄전력 2019.11.18.

정화 처리한 오염수 방출량(해양 ․ 대기 방출)에 따른 방사선량(경제산업성 추산)

● 원자방사선 영향에 관한 UNSCEAR의 모델 “sources, effects and risks of ionizing radiation (unscear 2016)”의 부속서류 A “methodology for estimating publicexposures due to radioactive discharges”를 토대로 해양・수증기 방출이 미치는 방사선 영향 평가를 실시함.

- 방사성핵종 환경 방출 시 일반이 어느 정도의 방사선 영향을 입는지를 평가하기 위해 만들어진 모델. 대기 방출과 해양 방류 시 방출 지점에서 가까운 지역에 거주하는 사람들 개인에 미치는 방사선 영향을 평가할 수 있음.

- 고려한 피폭 경로는 해양 방류의 경우 모래사장에서 외부 피폭, 해양생물 섭취를 통한 내부 피폭, 대기 방출(방출지점에서 5km 떨어진 지점을 평가)은 대기를 통한 외부 피폭, 퇴적 후 토양에서 외부 피폭, 흡인 섭취를 통한 내부 피폭, 육생 생물 섭취를 통한 내부 피폭

【 결 과 】

● 탱크 저장 정화 오염수 전부(약 860조 Bq)를 1년간 해양, 대기 방출할 경우 방사선 영향은 해양 방류가 연간 약 0.052μSv~0.692μSv, 대기 방출은 연간 1.3μSv.

- 두 처분 방식 모두 자연 피폭 연간 2.1mSv(연간 2,100μSv)보다 충분히 낮은 수준임.

경제산업성 2019.11.18.

❚ 일본 도호쿠전력 오나가와원전 2호기, 조만간 안전심사 합격

일본경제신문 2019.11.14.

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11월 13일 원자력규제위원회 후케다 위원장은 도호쿠전력 오나가와원전 2호기의 안전심사에 대한 합격증이라 할 수 있는 ‘심사서안’을 2~3주 내 제시할 수 있을 것이라고 전망함.

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한편, 11월 12일 오나가와원전 소재지인 미야기현 이시노마키시 거주 주민 17명은 센다이 (仙台)지법에 미야기현과 이시노마키시의 오나가와원전 재가동 동의(지역 동의 절차) 중지 요구 가처분을 신청함.

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주민들은 미야기현과 이시노마키시를 상대로 중대 사고에 대비한 피난 계획의 실효성이 없다며 이는 인격권 침해에 해당한다고 주장함. 주민 측 변호사는 피난계획 불비를 이유로 지자체의 동의 중지를 요구한 것은 전국 최초라고 밝힘.

※ 미야기현과 이시노마키시는 도호쿠전력과 사전 동의를 포함한 안전협정을 체결한 상태임.

❚ 일본 통신 대기업 NTT, 전력망 정비 착수

일본경제신문 2019.11.11., 아사히신문 2019.11.12., 電気新聞 2019.11.13.

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일본 최대 통신회사인 NTT가 독자적으로 전력망 정비에 나섬. 11월 11일 NTT가 발표한 중기 비전에서 이러한 내용이 드러났음. NTT는 ‘백업 전원’ ‘VPP’ ‘그린전력발전’ ‘신서비스’ ‘전력 소매’ 5가지 사업에 주력하겠다고 밝힘. 자사 전원도 정비하고 정전 시 백업 수요를 노림.

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NTT는 그룹이 보유한 전국 약 7,300개 전화국 등 유선 전화용 거점에서 인근 수용가까지 자사 배전망을 부설함. 전력 로스가 적은 직류 배전망을 원칙적으로 사용하여 대형 전력의 기존 송배 전망보다 효율이 5~10% 좋아질 전망임. 전력이 중단되면 곤란한 병원 등의 고객 수요를 노림.

평소에는 NTT 그룹 신전력인 에넷이 이 배전망을 사용하여 전력 소매 사업을 함. 또한, NTT는 자사 빌딩 주변 등에 태양광, 풍력, 바이오매스와 같은 재생에너지 자립형 전원도 정비함.

외부에서 조달하는 전원을 합하여 2025년도에 총 450만 kW를 외부에 공급할 수 있는 체제를 구축함.