신재생 에너지

신재생 에너지는 무엇이고, 화석 연료 대비 어떤 이점이 있을까요?

세계 인구가 계속해서 늘어나고 산업이 발전함에 따라 에너지 수요 또한 끊임 없이 증가하고 있습니다. 석탄이나 석유 같은 화석 연료는 유한합니다. 그러면 우리는 어떻게 해야 할까요? 자연적으로 보충되고 무한 공급되는 대안 에너지가 절실하게 필요합니다. 수력, 태양광 및 풍력 발전, 바이오매스, 지열 발전은 온실 가스와 오염 물질을 배출하지 않으므로 환경과 인체 건강에 유익합니다.

또 다른 장점도 있습니다. 독일은 신재생 에너지 비중을 높이면서 화석 연료 수입 의존도를 낮추고 있습니다. 그럼으로써 돈을 절약하는 것은 물론이고, 자원 갈등 문제를 피할 수 있습니다. 또한 대안 에너지 관련 하이테크 산업이 형성되어 일자리가 창출되고 있습니다. 독일 연방 경제부의 조사에 따르면, 독일에서 2016년에 신재생 에너지 분야에 338,600명이 고용되었고, 이 중에서 160,200명이 풍력 분야에 고용되었다고 합니다.

IRENA(국제 재생에너지 기구)는 2018년에 전세계적으로 신재생 에너지 분야의 일자리 수를 1100만 개로 추산하고 있습니다. 이것은 2017년 대비 7퍼센트 증가한 것입니다. 태양광 산업이 가장 큰 고용주로서 약 330만 명을 고용하고 있습니다.

신재생 에너지원에는 어떤 것들이 있을까요?

신재생 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 다섯 가지를 들 수 있습니다.

태양 에너지와 태양광발전

태양은 지구로 엄청난 양의 에너지를 방사합니다. 이론적으로는 한 시간 동안 비추는 에너지로 지구 전체가 1년 동안 쓸 전기를 공급할 수 있습니다. 태양광 모듈이 세계 각국의 건물 지붕이나 공터에 설치되고 있습니다. 태양광 모듈은 실리콘 반도체를 사용해서 태양광을 전기로 변환합니다. 햇빛으로 열을 생산할 수도 있는데, 태양광 집열기는 햇빛으로 기름이나 물을 데웁니다. 이렇게 데워진 물로 난방을 할 수 있습니다. 현재 세계 최대 태양광 단지는 중국에 있습니다. 롱양샤 댐 태양광 단지는 4백만 개 이상의 패널로 이루어졌으며, 약 850MW의 전기를 생산합니다. 이것은 14만 가구에 공급하기에 충분한 에너지입니다.

독일 환경청에 따르면, 2018년 독일에서 태양광 발전소는 46.2테라와트시(TWh)의 전기를 생산했습니다. 신재생 에너지 공급량 중 11퍼센트 가량으로, 120만 가구가 충분히 쓸 양입니다. 또 태양열 시스템으로 8.9TWh의 열을 생산했습니다.

풍력 에너지

독일의 어느 지역을 가나 풍력 터빈을 쉽게 볼 수 있습니다. 바람이 로터를 회전시키면, 발전기가 운동 에너지를 전기로 변환합니다. 자전거의 다이나모(dynamo)와 같은 원리입니다.

풍력 터빈은 2018년에 독일에서 총 111.6TWh의 전기를 생산했으며, 이것은 신재생 에너지 공급량 중 26퍼센트를 차지합니다. 세계 최대 풍력 터빈은 독일 슈투트가르트 인근 가일도르프에 있으며, 높이가 246.5미터이고 출력은 3.4메가와트(MW)입니다.

수력발전

흐르는 물로 에너지를 생산할 수 있습니다. 수력 발전은 강이나 댐에 터빈을 설치해서 물살의 힘이 터빈 휠을 추진시키고 이것이 발전기를 구동합니다. 세계 최대 수력발전소는 중국의 삼협댐에 있습니다. 이 발전소는 높이 185미터, 길이 2,309미터이며 출력은 22.5기가와트(GW)입니다.

독일에서 수력발전은 비교적 적은 비중을 차지합니다. 2018년에 총 16.5TWh의 전기를 생산했는데, 이는 신재생 에너지 공급량의 4퍼센트 가량입니다. 반면에 노르웨이는 강, 호수, 폭포가 많기 때문에 수력발전이 중요한 역할을 맡고 있습니다. 노르웨이 전체 에너지 소비량의 96퍼센트 이상을 수력발전이 담당하고 있습니다.

바이오매스

또 다른 에너지원으로 식물 및 축산 폐기물이 있습니다. 이러한 바이오매스를 보일러에서 연소시키면 열이 발생되어 물을 데울 수 있습니다. 이로부터 발생되는 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산합니다. 석탄을 태우는 전통적인 발전소와 같은 원리입니다.

바이오매스 발전소는 폐열을 난방에 활용하여 효율을 극대화할 수 있습니다. 세계 최대의 바이오매스 발전소는 폴란드 남부의 폴라니스에 있으며, 200MW의 전기를 제공합니다.

2018년에 독일에서 바이오매스 발전은 51.3TWh의 전기를 생산했으며, 이것은 전체 에너지 공급량의 12퍼센트에 해당됩니다. 또한 147.3TWh의 열을 생산했는데, 이는 신재생 에너지로 생산된 총 열의 34퍼센트 입니다.

지열 에너지

지구는 안으로 들어갈수록 뜨거워집니다. 내부로 100미터 들어갈 때마다 온도가 3°C씩 상승합니다. 독일의 슈바벤 산맥에서 화산 활동이 있었던 중심지 부근에서는 10°C까지도 상승합니다. 이 열을 활용해서 전기를 얻을 수 있습니다. 지열 발전소의 거대한 드릴이 수백 미터 깊이로 땅을 파고, 펌프를 사용해서 뜨거운 지구 내부로 물을 주입합니다. 이 깊이에서는 차가운 물이 곧바로 증기로 변해서 터빈과 발전기를 구동합니다.

독일에서 지열 발전은 바이오매스보다 비중이 작습니다. 2018년에 지열 에너지와 환경 열로 0.2TWh의 전기와 14.7TWh의 열을 생산했습니다.

재생 에너지를 어떻게 저장할까요?

신재생 에너지는 해결해야 할 과제를 안고 있습니다. 햇빛의 양이 일정하지 않고 바람은 변덕이 심합니다. 따라서 조건이 좋을 때 생산된 에너지를 저장하여야 합니다. 그러려면 어떻게 해야 할까요?

전기 에너지 저장 장치

  • 신재생 에너지로부터 생산된 전기를 배터리와 수퍼커패시터(supercapacitor)에 저장할 수 있습니다. 다만 아직은 저장할 수 있는 양이 많지 않습니다.
  • 전기를 기체로 변환하는 방법을 사용할 수도 있습니다. 전기분해 플랜트는 여분의 전기를 사용해서 물을 화학적 원소인 산소와 수소로 분해합니다. 수소는 에너지원으로 저장할 수 있습니다. 회수 단계에서 연료 전지가 수소의 화학 에너지를 전기로 변환합니다.

자연적 저장 방법

  • 저수지: 신재생 에너지로 생산된 여분의 전기로 펌프를 구동해서 물을 고지대의 저수지로 끌어올립니다. 이 물을 다시 아래로 흘려 보내서 터빈을 구동하고 에너지를 회수할 수 있습니다.
  • 또 다른 방법으로는, 여분의 전기로 컴프레서를 작동시켜서 소금 동굴이나 해저의 암반층 같은 지하의 압축 공기 저장소로 공기를 주입할 수 있습니다. 에너지 회수를 위해서는 압축 공기를 터빈으로 주입해서 발전기를 구동합니다.

독일의 신재생 에너지 현황

독일은 “2050 기후 행동 계획”에 따라서, 2050년까지 대부분의 전기를 온실 가스 중립적인 방식으로 생산할 것입니다. 정책입안자들이 이러한 목표 달성을 위한 일정표를 짜고 있습니다. 2025년까지 신재생 에너지 비중을 45퍼센트까지 끌어올릴 것입니다. 이러한 일환으로서 “독일 재생 에너지원 법(EEG)”은 네트워크 사업자들이 신재생 에너지를 사용하도록 의무화하고 있습니다.

그렇다면 현재 독일은 이 목표를 어느정도 달성했을까요? 2018년에 신재생 에너지원으로 총 428TWh의 에너지를 생산했습니다. 이 중에서 53퍼센트는 전기 생산이고, 열은 40퍼센트(171TWh), 운송 부문은 7퍼센트(32TWh)를 차지했습니다.

이는 신재생 에너지가 독일 전기 생산량의 37.8퍼센트, 열 생산량의 13.9퍼센트를 차지한다는 뜻입니다. 이로써 독일은 1억8400만 톤의 CO2 배출을 줄였습니다. 2018년 1월 28일 하루 동안은 친환경 에너지가 독일 전체 전기 소비의 81퍼센트를 제공하는 기록을 세우기도 했습니다.

전세계 신재생 에너지 현황

전세계적으로도 신재생 에너지 사용이 확대되고 있습니다. IRENA(국제 재생 에너지 기구)의 추산에 따르면, 2018년에 전세계 생산량은 2,351GW에 달했습니다. 이것은 전세계 전기 생산량의 약 1/3에 달하는 것입니다. 수력발전이 가장 큰 비중을 차지하고(1,172GW), 풍력 에너지(564GW)와 태양 에너지(480GW)가 뒤를 이었습니다.

전년 대비 신재생 에너지 생산량이 7.9퍼센트 증가했습니다. 양으로는 171GW에 해당됩니다. 가장 많이 증가한 지역은 오세아니아 (17.7퍼센트), 아시아(11.4퍼센트)와 아프리카(8.4퍼센트) 입니다.

미래에 어떤 또 다른 에너지가 추가될까요?

전세계 연구자들은 다양한 신재생 에너지를 실험하고 있습니다. 미국 회사인 Solaren은 태양 에너지를 더 효율적으로 수집하기 위해서 우주에 태양광 단지를 세울 생각입니다. 또 다른 새로운 접근법은 물위에 떠있는 태양광 발전소를 세우는 것입니다. 그러면 패널 어레이가 물로 냉각되므로 더 높은 효율을 달성할 수 있습니다. 또 영국의 노스 데본 해안가에서는 터빈을 사용해서 조류를 에너지로 변환하는 파일럿 프로젝트를 추진하고 있습니다.

스웨덴 사람들도 모험적인 시험을 계획하고 있습니다. 스톡홀름의 한 고층 빌딩(소데르 토른) 전면을 수백만 개의 작은 털로 이루어진 일종의 코트로 덮는 것입니다. 이 털들은 코어가 압전 소재로 되어 있습니다. 그래서 바람으로 털들이 움직이면 전기가 생성됩니다. 앞으로 신재생 에너지의 미래가 어떻게 펼쳐질지 지켜보는 것은 흥미진진할 것입니다.

다른 주제 보기