신재생발전의 현재와 미래 2017. 03 소 병 문

신재생발전설비의 현재와 미래 2. 신재생발전 현황 3. 신재생발전산업의 난관 1. 신재생발전설비의 설치이유 5. 현재와 미래 국내 신재생에너지 발전설비 설치 현황에 대하여 알아본다 우리나라 신재쟁에너지산업의 어려움에 대하여 알아본다 신재생에너지 발전설비가 설치되는 이유에 대하여 알아본다 5. 현재와 미래 신재생산업의 현재와 미래에 대하여 알아본다 5. 결론 결론을 도출해 본다 4. 산업의 연계성 및 필요기술 신재생산업의 타 산업과의 연계성 및 필요기술을 알아본다 한국전기안전공사 법정검사팀

1. 왜 신재생 발전설비를 설치하는가 ? □ 자원의 한계 □ 지구 온난화 □ 자연의 보호 - 에너지 피크 도래 / 에너지 고갈은 어느날 갑자기 오는 것이 아니다 - 2000년 사용량 기준 체굴 및 매장량 기준 석유 / 50년 정도, 석탄 : 200년 정도 - 에너지가격의 안정 / 에너지, 반도체, 식량은 7%정도 부족시 가격 통제 불가 - 후진국이 OECD국가의 절반정도 성장을 위해서는 현재 수준의 8배정도 기름필요 □ 지구 온난화 - 이산화탄소의 과대배출에 의한 지구 온난화 방지 □ 자연의 보호 - 화석연료의 사용과 원자력의 이용에 따른 폐기물 처리문제에 따른 문제 □ 새로운 산업과 고용창출 유발-탄소배출권 확보의 열쇠 - 신재생에너지 사업 자체로 많은 투자유발 효과 - 신재생강국에서는 경제의 중요한 부분으로 많은 고용창출

□ 첨단기술의 현장접목 □ 산업구조 및 고용구조의 변화 □ 관광자원화 - 태양광 및 연료전지 기술은 우주공간에서 인공위성의 전력을 공급하기 위하여 개발된 기술 □ 산업구조 및 고용구조의 변화 - 덴마크 농부는 농사와 풍력, 바이오가스발전을 동시에 운영 - 스위스, 독일 등의 많은 농부들도 바이오매스 발전설비 운영 □ 관광자원화 - 조력발전 : 프랑스 랑스 조력, 연간 30만명 이상의 관광객 방문 유치 - 덴마크 해상풍력 : 헬기, 유람선 등과 연계한 연간 10만명 이상 방문객 유치

2. 신재생발전 현황 □ 무엇이 신재생에너지설비인가 ? 태양광 태양열 풍 력 연료전지 수소에너지 바이오 에너지 폐기물 태양광발전시스템(태양전지, 모듈, 축전지 및전력 변환장치로 구성)을 이용하여 태양광을 직접 전기에너지로 변환 태양열 태양열이용시스템(집열부, 축열부 및 이용부로 구성)을 이용하여 태양광선의 파동성질 과 광열학적성질을 이용분야로한 태양열 흡수·저장·열변환을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용 풍 력 풍력발전시스템(운동량변환장치, 동력전달장치, 동력변환장치 및 제어장치로 구성)을 이용하여 바람의 힘을 회전력으로 전환시켜 발생하는 유도전기를 전력계통이나 수요자에게 공급 연료전지 수소, 메탄 및 메탄올 등의 연료를 산화(酸化) 시켜서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술 수소에너지 수소를 기체상태에서 연소시 발생하는 폭발력을 이용하여 기계적 운동에너지로 변환하여 활용하거나 수소를 다시 분해 활용 바이오 에너지 태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체) 및 동 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지 폐기물 사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 열분해에 의한 오일화기술, 성형고체연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스제조기술 및 소각에 의한 열회수기술 등의 가공·처리 방법을 통해 연료를 생산

□ 법에 의한 신재생에너지의 정의 석탄가스화 석 탄 액화 지 열 소수력 해양에너지 석 탄 액화 석탄, 중질잔사유 등의 저급원료를 고온, 고압하에서 불완전연소 및 가스화반응시켜 일산화탄소와 수소가 주성분인 가스를 제조하여 정제한 후 가스터빈 및 증기터빈을 구동하여 전기를 생산하는 신발전기술 지 열 지표면으로 부터 지하로 수m 에서 수㎞깊이에 존재하는 뜨거운 물(온천)과 돌(마그마)을 포함하여 땅이 가지고 있는 에너지를 이용하는 기술 소수력 개천, 강이나 호수 등의 물의 흐름으로 얻은 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 전기를 발생시키는 시설용량 10,000㎾이하의 소규모 수력발전 해양에너지 해수면의 상승하강운동을 이용한 조력발전과 해안으로 입사하는 파랑에너지를 회전력으로 변환하는 파력발전, 해저층과 해수표면층의 온도 차를 이용, 열에너지를 기계적 에너지로 변환 발전하는 온도차 발전 □ 법에 의한 신재생에너지의 정의 신재생에너지는 「신에너지 및 재생에너지 이용.개발.보급 촉진법 제2조 」에 의해 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물 유기체 등을 포함하는 재생가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지 · 재생에너지 : 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지(8개분야) · 신 에너지 : 연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지(3개분야)

구 분 대 수 용 량 [MW] □ 국내 신재생에너지 설비의 용량/사업용 기준 매립가스 생곡 LFG 등 33대 82.407 풍력 구 분 대 수 용 량 [MW] 매립가스 생곡 LFG 등 33대 82.407 풍력 강원풍력 등 190대 298.645 부생가스 여천 카본블랙 등 3대 30.0 연료전지 분당 연료전지 등 7대 7.75 폐기물 소각장 전주소각장 등 2대 8.0 태양광 영광 솔라파크 등 892대 290.209374 IPP 소수력 산내소수력 등 11대 4.42 소수력 산청양수소수력 등 119대 68.9872 소 계 1,262대 803.639574 - 출처 : 전력거래소 2009. 1. 1일 현재 - 전체전력설비 용량 : 72,480MW (신재생에너지 비율은 약 1.1% 정도)

□ 국내 대표 신재생발전설비 [시화 조력 : 254MW] [강원 풍력 : 98MW] [영덕 : 40MW] [김포 LFG : 50MW] 6/18

3. 신재생발전산업의 난관 □ 낮은 경제성 – 국가정책의 정치적인 결정이 중요 □ 화력연료와 연계된 개발 - 상대적으로 높은 설치비용 기존발전 : 원자력 250만원/kW, 석탄화력 170만원/kw, 천연가스 130만원/kw 신 재 생 : 태양광 600만원/kw, 연료전지 500만원/kw, 풍력 200만원/kw - 높은 전력 구입비용 기존발전 : 원자력 50원/kW, 석탄화력 65원/kw, 천연가스 110원/kw 신 재 생 : 태양광 700원/kw, 연료전지 280원/kw, 풍력 110원/kw □ 화력연료와 연계된 개발 - 원유가격이 60$/베럴 이상에서는 개발이 활발, 그 이하에서는 규모 축소 □ 낮은 에너지 밀도-많은 설치면적 - 최신화력발전소 1기 870,000kw – 최신 풍력발전기 3,000kw / 290대 - 전력계통 구성이 매우 어려움 7/18

□ 낮은 사회적 기술수준 - 대학 전공학과 전무 - 프로젝트 진행시 관련 기술자 태부족 - 신재생관련 교육기관 및 기술책자 없음 태양광발전설비 관련 기술교재는 2008년 출판사례 있음 풍력 및 연료전지 발전설비 관련 개념정도를 이해 할 수 있는 기술교재는 있으나 현장실무를 알 수 있는 교재는 전무 - 연구기관의 늦은 걸음 태양광, 연료전지, 풍력부분 기술은 거의 완성단계에 있으나 연구기관 등에서는 기초연구에 매달림 실제 개발을 위한 연구도 있지만 국가기금 또는 투자금을 모으기 위한 유령적인 연구기관도 많이 존재[특히 풍력부분] - 따라서 신재생설비 설치에 따른 낮은 부가가치만 얻음 설계, 제작 등 고부가가치 부분은 외국 설계 및 공급사가 차지 우리나라는 설치 및 운전 등 인건비성의 낮은 부가가치에 만족 8/18

4. 산업의 연계성 및 필요기술 □ 태양광 태양광발전은 태양전지, 모듈, PCS, 시스템, 계통연계기술 필요 태양전지는 결정질 실리콘, 실리콘 박막, 화합물 박막, 유기 태양전지 등이 있고, 재료비가 상대적으로 높으며, 반도체산업과 연계성 많음 현재 기술수준은 선진국의 단결정 기판, 태양전지, 모듈 기술은 85%, 다결정부분은 격차가 크며 설계분야 70%, 재산/생산분야 68% 수준임 - 현재는 반도체산업부터 수직계열화를 위한 대규모 투자가 진행중임 9/18

□ 풍력 풍력발전은 입지선정, 타워 및 나셀제작, 날개설계, 계통연계기술 필요 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 블레이드 수냉각기, 풍향 및 풍속계 허브 나셀 및 요시스템 타워 기초 풍력발전은 입지선정, 타워 및 나셀제작, 날개설계, 계통연계기술 필요 풍력발전 날개는 에폭시와 탄소섬유로 제작, 타워는 철판에 의한 굽힘 및 용접, 나셀은 발전기, 증속기, 주축 등 선박과 자동차산업과 연계 현재 기술수준은 선진국의 풍력설비 제작기술은 거의 100% 수준이나, 입지선정 및 설계기술과 제품인증 기술은 선진국의 도움을 받고 있음 - 현재는 대용량 풍력발전설비 제작공장을 준공하고 수주활동중임 10/18

□ 풍력 세계일등과 우리나라 일등 비교 베스타스 비교항목 유 니 슨 1898년 설 립 1984년 덴마크 라네르스 본 사 설 립 1984년 덴마크 라네르스 본 사 경남 사천 덴마크 링코빈 등 세계 전역 공 장 1970년대부터 풍력터빈 제조 2,000년대부터 850~3,000kW 7종 주요 판매 기종 750~2,000kW 2종 (현재는 타워, 주축 주력] 2만 1,000명 직 원 수 378명 1998년 증시상장 1993년 6조 7,130억[GDP의 7%] 매 출 607억 풍차생산은 자동차생산 과정과 비슷 11/18

□ 연료전지 연료전지발전은 스택 제작, 운전용 기계설비, 계통연계기술 필요 연료전지 스택은 고가의 금속(백금, 스테인레스강)의 얇은 판을 적층 제작하며, 연료(수소)와 산소가 반응액속에서 직류를 생산 - 탈황설비, 공기 및 물 공급설비, 자동제어설비 PCS설비로 구성 현재 기술수준은 선진국의 연료전지 제작기술은 스택은 100% 수입에 의존하고 있으며, 자동제어, 기계설비, 전력계통연계설비는 국산화를 추진하고 있음 - 현재는 대용량 연료전지설비 제작공장을 준공하고 수주활동중임 12/18

5. 현재와 미래 □ 태양광 - 발전설비 현황 : 943개소 / 296,852kW [2009. 1. 1] / 500MW까지 지원예정 - 태양광 요소 산업의 예상 시장규모 ‘08년 : 507억달러, ‘09년 : 960억달러, 2010년 : 1,705억달러, 2011년 : 2,283억달러 2012년 : 2,744억달러(반도체산업 규모로 성장 예상) - 태양전지(셀) 과 모듈 생산량(결정질과 박막) 생산규모 ‘08년 : 6.4GW, ‘09년 : 13.7GW, 2012년 : 50.7GW - 폴리실리콘 생산량 생산규모 ‘08년 : 7만 1,000톤, ‘09년 : 12만 2,000톤, 2012년 : 34만 2,000톤 독일 주비 태양광 발전소 : 40MW (축구장 200개 넓이) 13/18

□ 풍력 □ 유럽풍력협회에서 예측한 세계풍력시장의 규모는 2030년 158GW로 전망 □ 국내 기업들의 목표는 2011년 세계시장 진입, 2020년 세계 10위권, 2030년 세계 1위권 풍력발전 시장 주도국 진입 □ 주요 부품요소들은 자동차나 조선 부품과 유사한 것이 많아, 현재 수출중인 중공업 기반을 가지고 노력하면 달성 가능한 목표 □ 현재 무기어형 750kW, 기어형 2,000kw 개발 완료 및 판매 - 유니슨, 효성중공업, 현대중공업, 두산중공업에서 3,000~5,000kW개발 중

□ 연료전지 □ 선진국에서는 소규모의 연료전지설비를 개발하여 꾸준히 설치 연도 설치용량 설비단가 (만원/kW) 발전차액 (원)(%) 연간 누적 2008 10 410 282(-) 2009 42 52 340 274(3) 2010 104 156 310 266(3) 2011 127 283 274 240(10) 2012 148 431 234 216(10) 2013 184 615 210 195(10) 2014 228 843 180 156(20) 2015 249 1,092 160 145(20) □ 선진국에서는 소규모의 연료전지설비를 개발하여 꾸준히 설치 - 미국 FCE, 미국 UTC[400kW], 일본 후지전기[100kW] - 그러나 낮은 경제성과 비싼 설치비용으로 설치가 확대되고 있지는 않으며, 연료전지산업의 명맥만을 유지하고 있음 □ 국내에서는 2005년부터 실증설비부터 시작하여 설치에 적극적임 - 2005년 250kW급, 2008년 1.2MW급 및 2.4MW급 설치 - 포스포 파워에서 세계최대규모의 연료전지 공장을 준공 가동 15/18

□ 연료전지 연관기술 □ 연료전지는 수소를 사용하여 전력을 생산함에 따라 수소생산기술이 매우 중요 - 원자력, 석유가스 분해, 바이오 매스, 신재생설비를 이용한 기술 등 □ 수소가스 특성상 보관 및 운반 기술 분야의 파급효과 지대 □ 발전분야 뿐만 아니라 수용 및 이동기기 용으로도 활발하게 개발 중 16/18

□ 신재생산업의 현재수준 분석 □ 선진국 수준의 기술 - 풍차발전설비 설계, 제작 및 설치기술 - 태양광발전소 입지선정, 설치 및 운영기술 - 연료전지 설치 및 운영기술 - 태양광, 풍력, 연료전지 발전소 PCS(인버터) 설계 및 제작기술 [실제로는 선진국의 제품을 벤치마킹] - 발전소 보호계전시스템 설계 및 운영기술 - 계통운영 기술 □ 부족한 기술 - 풍력발전소 입지선정, 용량선정 등 프로젝트 엔지니어링 기술 - 풍력발전소 날개 설계, 시험 및 제작기술 - 해상풍력발전소 관련 특화기술(염해 방지기술, 기초 설계 및 설치 기술) - 단결정 태양광 셀 관련 기술 - 연료전지 스택 설계 및 제작기술 - 발전소 보호계전시스템 설비 제작기술 [보호계통에 대한 시스템적 사고가 필요한 부분에 대한 기술 부족] 17/18

6. 결론 □ 우리나라가 국제사회에서 선진국의 권리와 의무를 다히기 위해서 신재생에너지 설비의 설치는 필수적임 - 현재는 이산화탄소 의무감축 대상국가아니나 2012년부터 대상 예정 - 타 산업의 발전을 위해서도 이산화탄소 배출권확보가 필수적임 - 현재 발전량의 5~7%를 신재생에너지에 의한 방법을 국가적으로 진행 □ 신재생에너지 발전설비에 필요한 인력의 부족을 해결하기 위한 국가정책 필요 - 고등학교나 대학에 신재생관련학과 신설 또는 기존학과에서 관련교육 전기공학과 : PCS기술, 계통연계기술, 관련 전력설비 등 기계공학과 : 날개 제작기술, 타워, 주축, 연료전지 기계설비 기술 소재공학과 : 태양전지 셀기술, 박막기술 화 학 과 : 연료전지 스택 제작기술 등 - 연구기관의 실용기술 개발 등 실제 현장에서 적용 가능한 기술개발 및 인력양성 - 신재생에너지설비를 설치하기 위한 프로젝트 개념을 이해하는 엔지니어 양성 등 해당분야 인력양성 프로그램 운영 등. 끝. 18/18