재생 가능 에너지는 화석 연료를 대체할 수 있는 지속 가능한 에너지원으로, 태양열, 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 다양한 형태가 있다. 이러한 에너지원은 환경 친화적이며, 에너지 안보를 강화하고, 지구 온난화 대책에 기여할 수 있다. 2022년에는 전 세계 전력의 약 28%가 재생 에너지로 생산되었으며, 중국을 비롯한 여러 국가에서 관련 기술 개발과 보급 확대에 힘쓰고 있다. 그러나 간헐성, 환경 영향, 주민 수용성 등의 과제가 존재하며, 에너지 저장 기술 개발, 스마트 그리드 구축, 관련 산업 육성 등을 통해 이러한 과제를 해결하려는 노력이 이루어지고 있다.
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신·재생 에너지는 신 에너지와 재생 에너지를 통틀어 부르는 말로, 화석 연료나 핵분열을 이용한 에너지가 아닌 대체 에너지의 일부이다.
신 에너지는 새로운 물리력, 새로운 물질을 기반으로 하는 핵융합, 자기 유체 발전, 연료 전지, 수소 에너지 등을 의미하며, 재생 에너지는 재생 가능한 에너지, 즉 동식물에서 추출 가능한 유지, 에탄올을 이용한 에너지부터 태양열, 태양광 발전, 풍력 발전, 조력 발전, 지열 발전 등을 의미한다.
둘 모두 사실상 무한한 자원을 가지고 있다고 여겨졌으나, 최근의 연구에 의하면 신·재생 에너지의 에너지원이 매우 많을 뿐이지 무한하다고는 할 수 없다는 견해가 늘어가고 있다. 특히 수소 에너지의 경우, 특정 조건하에서는 100년 또는 그 이상 뒤에 지구적인 물 부족 현상을 초래할 수도 있다는 가설이 제시되기도 했다.
재생 가능 에너지는 일반적으로 지속적으로 발생하는 자연 현상에서 얻는 에너지로 이해된다. 국제 에너지 기구(IEA)는 이를 "소비되는 속도보다 더 빠른 속도로 보충되는 자연 과정에서 파생된 에너지"로 정의한다.[20]
: 태양열을 가두어 보온한다. 유리나 비닐을 지상에 설치하는 경우가 많지만, 땅속에 설치하여 단열재나 지열에 의한 보온 효과를 얻거나, 축열벽으로 둘러싸 보온성을 높인 태양 온실도 있다.
; 태양열 살균 (빛 → 열, 빛)
: 태양광 에너지를 이용하여 박테리아, 바이러스 등에 의해 오염된 물을 안전하게 만든다.[300][301][302]
; 태양 돛 (빛 → 운동)
: 우주선의 추진력으로 사용된다.
2. 1. 1. 태양광 발전
태양광 발전은 태양 전지를 이용하여 태양 에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 발전 방식이다. 태양광 발전은 실리콘 셀에 태양 에너지가 부딪히면 셀 내부에서 전자가 방출되어 전류가 흐르는 원리를 이용한다. 이때 발생한 직류 에너지는 인버터를 통해 교류로 변환되어 실생활에서 사용된다.
태양광 발전은 유지 보수 비용이 거의 들지 않고, 공해가 없으며, 시설 수명이 길다는 장점이 있다. 이러한 장점 덕분에 기업, 가정, 인공위성 등 다양한 분야에서 활용이 늘어나고 있다. 초기 시설 비용이 높다는 단점이 있었지만, 기술 개발과 정부의 정책적 지원으로 점차 극복되고 있다.
한국에서는 정부 차원에서 가정용 태양광 발전 설비 설치를 지원하고, 대규모 태양광 발전소를 건설하는 등 적극적인 정책을 펼치고 있다. 이러한 정책에 힘입어 한국에서 태양광 발전은 가장 빠르게 성장하는 재생 에너지원 중 하나가 되었다.
2. 1. 2. 태양열 발전
태양열 발전은 태양열을 이용하여 물을 데우거나 증기를 발생시켜 전기를 생산하는 방식이다.[20] 주택 및 건물 난방, 온수 공급 등에 활용된다.
태양열 온수기 (빛 → 열): 검은 패널로 태양열을 모아 물을 데운다. 비교적 저렴하며, 변환 효율이 높다. 태양열 집열판
태양로 (빛 → 열): 반사판이나 렌즈로 햇빛을 모아 고열을 얻는다. 소형 태양로는 조리에 사용되며, 맑은 날씨에 충분한 열량을 얻을 수 있다.
태양열 발전 (빛 → 열): 반사판 등으로 햇빛을 모아 증기를 발생시켜 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 용융염 등을 이용한 축열을 통해 24시간 발전이 가능하다. 직사광선이 많고, 평균 기온이 높으며, 넓은 면적의 토지를 확보할 수 있는 조건에 적합하며, 조건이 좋으면 태양광 발전보다 저렴하다.
솔라 업드래프트 타워 (빛 → 열): 넓은 막 아래에서 데워진 공기를 굴뚝으로 유도하여 상승 기류를 일으켜 굴뚝 내부의 풍력 발전기를 돌리는 방식이다. 태양열과 풍력의 혼합형 발전이며, 굴뚝이 높을수록 큰 풍력을 얻을 수 있다.
2. 2. 풍력 에너지
풍력 발전은 바람의 운동 에너지를 프로펠러의 회전력으로 변환하여 전기를 생산하는 방식이다. 태양광 발전과 같이 유지 보수가 쉽고 비용이 저렴하며, 환경 친화적이라는 장점이 있다. 그러나 바람은 그 특성상 세기나 방향이 일정하지 않고 예측하기 어렵다는 단점이 있다. 하지만 발전기 제어 기술의 발달로 이러한 단점은 점차 보완되고 있으며, 풍력 발전의 비중을 높이려는 시도가 여러 나라에서 이루어지고 있다. 그럼에도 불구하고, 풍력 발전만으로는 안정적인 전력 공급이 어려워 다른 에너지원이나 에너지 저장 장치가 필요하며, 이는 추가적인 비용을 발생시킨다는 점에서 경제성 문제는 여전히 남아있다.[20]
2. 2. 1. 육상 풍력 발전
육상 풍력 발전은 육지에 설치되는 풍력 발전기로, 바람의 운동 에너지가 프로펠러에 닿을 때 발생하는 회전력을 이용하여 전기를 생산한다. 설치 비용이 상대적으로 저렴하고 기술적으로 성숙한 단계에 있다. 그러나 바람의 특성상 발전량이 일정하지 않고 예측하기 어렵다는 단점이 있지만, 발전기 컨트롤 기술의 발전으로 이러한 단점은 점차 보완되고 있다.[287]
2. 2. 2. 해상 풍력 발전
해상 풍력 발전은 바다에 설치되는 풍력 발전기로, 육상 풍력 발전에 비해 바람 자원이 풍부하고 대규모 발전이 가능하다는 장점이 있다.
2. 3. 수력 에너지
수력 에너지는 20세기 최고의 재생 에너지로 꼽힌다. 현재 수력 발전은 주로 강에 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용하는 방식이다. 그러나 이미 수력 발전이 가능한 강에는 대부분 댐이 건설되어 운영 중이므로, 앞으로는 바다에서 수력 발전을 하는 여러 방법들이 고안되고 있다.[20]
표에서 보듯이, 대규모 수력 발전, 소수력 발전, 조력 발전 외에도 파도를 이용한 파력 발전, 해수와 담수의 염분 농도 차를 이용하는 염도차 발전 등이 있다.
2. 3. 1. 대규모 수력 발전
댐을 건설하여 물을 가두고 낙차를 이용하여 발전하는 방식이다. 수력 발전은 20세기 최고의 재생 에너지로 꼽히며, 현재 대한민국에서도 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용한 발전이 주를 이루고 있다.[287] 그러나 이미 수력 발전이 가능할 만한 강에서는 대부분 댐이 건설되어 운영중에 있다.
2. 3. 2. 소수력 발전
소수력 발전은 소규모의 유수를 이용하는 발전 방식이다. 저수 설비 설치에 따른 환경 파괴가 적다는 장점이 있다. 고저차가 큰 지형에 있는 계곡뿐만 아니라 상하수도나 용수로 등 설치 가능 장소가 많다.[288][289]
2. 3. 3. 조력 발전
조력 발전은 조석에 의한 해수의 정기적인 이동, 즉 조류를 이용하여 수차를 돌려 발전하는 방식이다. 하구에 댐을 설치하는 방식과 해수의 조석류를 이용하는 방식이 있다.[287] 조수 댐은 밀물 때 물을 댐에 가두었다가 썰물 때 낙차를 이용하여 발전한다. 흐르는 조류에 직접 수중 터빈을 설치하여 전기를 생산하는 방식도 있는데, 이 경우 터빈이 바닷물에 직접 닿아 부식되기 쉽고 유지 보수가 어려우며 해양 환경을 직접 다루어야 한다는 단점이 있다.
2. 4. 지열 에너지
지열 에너지는 지각에서 추출되는 열에너지의 일종이다. 지구 내부 구조는 여러 열원으로 구성되어 있는데, 그중 가장 중요한 것은 지구 내부에 포함된 광물의 느린 방사성 붕괴이다.[21] 이외에 지구 형성에서 남은 열도 일부 포함된다.[112] 지열 에너지 추출은 지구의 뜨거운 맨틀이 노출된 판 구조론 경계 지역에 위치한 국가에서 주로 가능하다.[113]
고대 로마인들은 온천을 온수욕과 가정 난방에 이용했으며, 현재도 아이슬란드, 터키, 일본 등 지열대에 위치한 나라에서는 비슷한 방식으로 지열을 이용하고 있다. 지열 에너지의 가장 큰 잠재력은 전기 발전에 이용되는 것이다. 1904년 이탈리아 라데렐로에서 최초로 지열을 이용해 전기를 생산했다. 20세기 후반에는 이탈리아, 뉴질랜드, 일본, 아이슬란드, 멕시코, 미국, 소련 등지에 지열 발전소가 건설되어 가동되기 시작했으며, 그 밖의 여러 나라에서도 건설 중이다.
지열 자원 중 가장 유용한 것은 온도 범위가 80~180℃이며 지표 아래의 층이나 저장고에 있는 열수와 증기이다. 180℃ 이상의 열수와 증기는 발전용으로 가장 쉽게 개발된다. 현재 가동 중인 지열 발전소에서는 열수를 증기로 바꾸어 터빈을 돌리고, 여기서 생긴 기계적 에너지는 발전기에 의해 전기 에너지로 전환된다. 지표 아래의 뜨겁고 건조한 지층들도 물을 주입하여 뜨겁게 만든 다음 증기로 전환시키는 기술이 개발된다면 지열 에너지 자원으로 광범위하게 이용될 수 있다.
아이슬란드의 네스야벨리르 지열 발전소에서 솟아오르는 증기
미국 캘리포니아주 더 가이저스에 있는 지열 발전소
아이슬란드의 크라플라 지열 발전소
지열 에너지는 난방과 같이 직접 사용하거나 전기를 생산하는 데 사용될 수 있다. 소규모로는 30°C 미만의 지열 온도를 활용하는 지열 히트 펌프를 통해 발전할 수 있으며, 이는 몇 미터 깊이의 얕은 곳에서도 가능하다.[113] 전력 생산에는 대규모 발전소와 최소 150°C의 지열 온도가 필요하다. 케냐(43%), 인도네시아(5%) 등 일부 국가에서는 지열 에너지가 전체 전력의 상당 부분을 차지한다.[116]
최근 기술 발전으로 지열 발전의 보급이 확대되고 있다. 예를 들어 향상된 지열 시스템은 지구 내부 10km 정도를 시추하여 뜨거운 암석을 분해하고 물로 열을 추출한다. 이론적으로 이러한 유형의 지열 에너지 추출은 지구 어디에서나 가능하다.[113]
2023년 기준으로 전 세계 지열 발전 용량은 14.9GW이며,[110] 2014년부터 2023년까지 연간 성장률은 3.4%이다.[110] 2018년 기준으로 전 세계 전력 발전에서 차지하는 비중은 1% 미만이다.[111] 주요 기술로는 건식 증기, 플래시 증기, 바이너리 사이클 발전소 등이 있으며, 주요 응용 분야는 전기와 난방이다.
설치 용량 및 기타 주요 설계 매개변수
값 및 연도
전 세계 전력 발전 용량
14.9GW (2023)
전 세계 전력 발전 용량 연간 성장률
3.4% (2014-2023)[110]
전 세계 전력 발전 점유율
1% 미만 (2018)[111]
메가와트시(MWh)당 균등화 비용
USD 58.257 (2019)
주요 기술
건식 증기, 플래시 증기, 바이너리 사이클 발전소
주요 응용 분야
전기, 난방
2. 5. 바이오매스
바이오매스는 태양 에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성을 통해 생성되는 식물체, 균체 및 이를 섭취하며 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 의미한다.[20] 바이오매스 자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계 자원, 초본, 임목, 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로스계 자원, 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계 자원, 가축의 분뇨, 사체, 미생물 균체를 포함하는 단백질계 자원 등 매우 다양하다. 이러한 자원에서 파생되는 종이, 음식 찌꺼기 등의 유기성 폐기물도 바이오매스에 포함된다.
화석 연료, 특히 석유는 한정된 자원이지만, 현재 가장 널리 사용되는 에너지원이다. 따라서 석유를 대체할 자원 개발에 대한 관심이 높으며, 그중 하나가 바이오매스이다. 바이오매스는 식물의 지방 성분이나 당 성분을 이용하여 에너지를 생산한다. 폐식용유 등의 식물성 기름을 연료로 사용하거나, 식물 섬유소를 당으로 만들어 에탄올을 추출하여 연료로 활용할 수 있다. 대장균과 같은 세균을 이용하는 방법도 연구되고 있다.
바이오매스는 친환경적이라는 인식이 있지만, 식물을 키우기 위해 화석연료에서 추출한 천연가스로 만든 인공 비료가 사용되고, 인공 비료와 식물 운송에 에너지가 소모되므로 석유 자원 사용이 더 환경적일 수 있다는 주장도 있다. 또한, 인공 비료 남용은 토양 및 수질 오염을 유발하고, 많은 양의 식물을 바이오매스 생산에 사용하면 저개발 국가의 식량난을 초래할 수 있다.
바이오매스는 지속 불가능한 산림 벌채와 관련되는 경우가 많아, 지속 가능한 에너지와는 구별된다.[22]
3. 신·재생 에너지
신·재생 에너지는 신 에너지와 재생 에너지를 통틀어 부르는 말로, 대한민국에서는 '신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법'에 따라 정의된다.[282] 신 에너지는 연료 전지, 수소 에너지 등 새로운 기술을 활용하며, 재생 에너지는 태양광, 풍력, 수력 등 재생 가능한 자원을 이용한다.
수소는 온실 가스 배출이 거의 없는 청정 에너지원으로 주목받고 있다. 물을 전기 분해하는 방식이 주로 사용되며, 미생물을 이용한 생산 방법도 연구되고 있다. 수소는 저장 및 운송에 어려움이 있지만, 풀러렌 속에 저장하거나 활성탄에 흡착하는 방법 등이 개발되고 있다. 대한민국에서는 수소 에너지가 자동차에 이용되고 있으며, 독일에서는 '수소 하이웨이 프로젝트'를 통해 수소 에너지 활용을 확대하고 있다.
신·재생 에너지는 자원이 풍부하다는 장점이 있지만, 에너지원이 무한하지 않다는 연구 결과도 나오고 있다. 특히 수소 에너지의 경우, 미래에 물 부족 현상을 초래할 수 있다는 가설도 제시되고 있다.
4. 재생 가능 에너지의 장점과 과제
재생 가능 에너지는 지구 온난화와 대기 오염을 완화하는 데 기여하며, 화석 연료를 대체하여 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하는 데 핵심적인 역할을 한다. 그러나 재생 가능 에너지의 확대 보급에는 극복해야 할 과제들이 존재한다.
시간, 계절, 날씨에 따른 출력 변동이나 자원 분포 지역의 편재로 인한 에너지 수급 불균형 (풍력 발전, 태양광 발전 등)
에너지 밀도가 낮아 발생하는 물리적인 제약 (낮은 에너지 회수율은 수송 비용 증가로 이어짐)
풍력 발전소의 조류 충돌 문제
재생 가능 에너지는 온실 가스 배출량 감축에 효과적이다. 설비 제조, 가동, 관리, 수리, 폐기 및 연료 운반 과정에서 에너지가 투입되고 온실 가스가 배출되지만, 대부분의 재생 가능 에너지는 화석 연료에 비해 에너지 수지 및 온실 가스 배출량 측면에서 우수한 성능을 보인다.
재생 가능 에너지는 에너지 생산 설비의 제조, 건설, 해체, 폐기 등에 투입되는 에너지 대비 생산 에너지 비율, 즉 에너지 수지 측면에서 평가된다. 에너지 회수 기간(EPT) 및 에너지 수지비(EPR) 등의 지표가 사용되며, 현재 실용화된 재생 가능 에너지 기술은 대부분 화석 연료 이상의 성능을 가진다.[328] 특히 풍력 발전은 EPT가 1년 미만으로 매우 우수하다.[329]
재생 가능 에너지의 온실 가스 배출량은 설비 제조, 설치, 가동, 보수, 폐기 과정에서 주로 결정된다. 바이오매스 연료는 연료 제조 및 운반 시 배출량이 크지만, 연료 성장 과정에서 흡수되는 탄소를 고려하면 탄소 중립으로 간주된다. 발전량당 온실 가스 배출량, CO2 회수 시간 등의 지표를 통해 화석 연료 대비 온실 가스 감축 효과를 평가한다.
하위 섹션의 내용은 중복되므로 포함시키지 않는다.
4. 1. 장점
재생 가능 에너지는 환경 친화적이며 지속 가능한 에너지원으로, 여러 장점을 가지고 있다.
환경 친화성: 재생 가능 에너지는 화석 연료와 달리 연소 과정이 없어 온실 가스 배출량이 현저히 적다. 이는 지구 온난화 및 대기 오염 문제를 완화하는 데 기여한다.[21]
에너지 안보 강화: 재생 가능 에너지는 특정 국가에 매장량이 집중된 화석 연료와 달리, 전 세계에 고르게 분포한다.[27] 이는 에너지 수입 의존도를 낮추고 에너지 자립도를 향상시켜 에너지 안보를 강화하는 데 도움이 된다. 특히 한국과 같이 에너지 자원이 부족한 국가에서는 에너지 안보 강화가 매우 중요하다.
지속 가능성: 재생 가능 에너지는 태양, 바람, 물, 지열 등 고갈되지 않는 자연 현상을 이용하므로 지속적인 에너지 공급이 가능하다. 이는 미래 세대의 에너지 수요를 충족시키는 데 중요한 역할을 한다.
유지 보수 용이성: 태양 에너지 및 풍력 발전과 같은 재생 가능 에너지 설비는 유지 보수가 쉽고 비용이 저렴하며, 시설의 수명이 길다는 장점이 있다.[314]
에너지 접근성 향상: 재생 가능 에너지는 수요지 근처에서 에너지를 조달할 수 있어 에너지 자급률을 높이고 연료 조달 비용을 절감할 수 있다. 또한, 송전 및 수송에 필요한 에너지 소비량도 줄일 수 있다.
산업 발전: 재생 가능 에너지는 화석 연료를 대체하는 새로운 에너지 및 제조 산업이 될 수 있다.
이러한 장점들 덕분에 재생 가능 에너지는 지속 가능한 미래를 위한 핵심적인 에너지원으로 주목받고 있다.
4. 2. 과제
재생 가능 에너지는 지속 가능한 에너지 공급원으로 주목받고 있지만, 확대 보급에는 여러 과제가 존재한다. 주요 과제로는 간헐성, 높은 초기 투자 비용, 환경 영향, 주민 수용성 문제 등이 있다.
높은 초기 비용 문제: 재생 가능 에너지 발전 설비는 초기 설치 비용이 높은 편이다. 그러나 기술 발전과 대량 생산으로 인해 비용이 점차 감소하는 추세에 있다.
* 시간, 계절, 날씨에 따른 출력 변동이나 자원 분포 지역의 편재로 인한 에너지 수급 불균형 (풍력 발전, 태양광 발전 등)
* 에너지 밀도가 낮아 발생하는 물리적인 제약 (낮은 에너지 회수율은 수송 비용 증가로 이어짐)
* 풍력 발전소의 조류 충돌 문제
재생 가능 에너지는 온실 가스 배출량 감축에 효과적이다. 설비 제조, 가동, 관리, 수리, 폐기 및 연료 운반 과정에서 에너지가 투입되고 온실 가스가 배출되지만, 대부분의 재생 가능 에너지는 화석 연료에 비해 에너지 수지 및 온실 가스 배출량 측면에서 우수한 성능을 보인다.
재생 가능 에너지는 에너지 생산 설비의 제조, 건설, 해체, 폐기 등에 투입되는 에너지 대비 생산 에너지 비율, 즉 에너지 수지 측면에서 평가된다. 에너지 회수 기간(EPT) 및 에너지 수지비(EPR) 등의 지표가 사용되며, 현재 실용화된 재생 가능 에너지 기술은 대부분 화석 연료 이상의 성능을 가진다.[328] 특히 풍력 발전은 EPT가 1년 미만으로 매우 우수하다.[329]
재생 가능 에너지의 온실 가스 배출량은 설비 제조, 설치, 가동, 보수, 폐기 과정에서 주로 결정된다. 바이오매스 연료는 연료 제조 및 운반 시 배출량이 크지만, 연료 성장 과정에서 흡수되는 탄소를 고려하면 탄소 중립으로 간주된다. 발전량당 온실 가스 배출량, CO2 회수 시간 등의 지표를 통해 화석 연료 대비 온실 가스 감축 효과를 평가한다.
4. 2. 1. 간헐성 문제
풍력 발전이나 태양광 발전과 같은 재생 가능 에너지는 출력이 날씨에 따라 변동하는 특성이 있어, 대규모 전력 수요를 안정적으로 충족시키기 위해서는 이러한 변동성을 억제하는 평준화 수단이 필요하다. 발전 설비 자체의 조정만으로는 부족하며, 전력 계통에서 변동을 흡수하지 못할 경우 전압이나 주파수가 불안정해지거나, 심하면 정전으로 이어질 수 있다.[323]
이러한 간헐성 문제를 해결하고 변동하는 전원을 효율적으로 활용하기 위해 다음과 같은 제도적·기술적 방안들이 개발되어 활용되고 있다.
다른 발전 방식의 소규모 발전 설비와 연계 (예: 마이크로 그리드)
제도적으로 발전량의 10% 정도까지 천연가스 화력 발전 등과 조합하여 안정적인 공급을 보장하고, 이에 따라 전력 매입 가격을 우대하는 방식[425]
수요 측에서 전력 수급 균형을 맞추기 위한 노력 (예: 시간대별 전력 단가 조정, 피크 셰이빙(피크 컷)[337], 야간 전력 활용)
화력 발전 비중 감소, 태양광 발전, 풍력 발전 등 변동성 전원 및 소수력 발전과 같은 분산형 전원 비중 증가, 전기 자동차로 인한 수요 변화 등에 대응하기 위해 전력 계통의 정보화, 송전망 강화, 축전지 추가 등 전력 계통 차원의 대책 마련이 검토되고 있다.
이러한 대책에는 상당한 비용이 소요된다. 풍력 발전량이 10% 정도일 때는 큰 문제가 없지만, 20%를 넘어서면 비용이 크게 증가하는 경향이 있다. 따라서 어떤 기술을 어떻게 활용하고, 얼마나 많은 변동성 전원을 도입하는 것이 적절한지에 대한 검토가 각국에서 이루어지고 있다. 독일 금속 산업 연맹과 베를린 공과 대학의 추산에 따르면, 재생 가능 에너지 도입에 따른 간접 비용은 2020년에 1kWh당 0.6~0.7유로센트 수준으로 예상되었다.[338]
일본에서도 재생에너지 도입에 따른 영향과 비용 부담에 대한 검토가 시작되었다.[339] 계통 안정화 비용은 2030년까지 일본 전체에서 수조 엔 규모에 이를 것으로 예상되며, 축전지 및 배전 대책 등 다양한 방안이 검토되고 있다. 일례로, 자원 에너지청은 전력 사업 연합회(電事連) 추산치의 1.2~1.5배 용량의 축전지 도입을 가정하여, 이 경우 약 5조 엔의 비용이 소요될 것으로 추산했다.[340]
저수식 수력 발전, 바이오매스 등 재생 가능한 연료를 사용하는 화력 발전, 지열 발전 등은 출력을 임의로 제어할 수 있다. 또한, 태양열 온수기 등 태양열 이용이나 태양열 발전의 경우, 열을 저장하여 출력을 보다 유연하게 조절할 수 있다.
4. 2. 2. 환경 영향
재생 가능 에너지 발전 시설은 환경 친화적인 에너지 생산 방식이지만, 설치 및 운영 과정에서 환경에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 영향을 최소화하기 위한 다양한 노력과 정책이 시행되고 있다.
'''풍력 발전''': 바람의 운동 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전은 유지 보수가 쉽고 친환경적이지만, 바람의 불규칙성으로 인해 안정적인 전력 공급이 어렵다는 단점이 있다. 발전기 컨트롤 기술 발전으로 효율이 높아지고 있지만, 여전히 에너지 저장 기술 등의 추가적인 보완이 필요하다.[92]
'''수력 발전''': 20세기 최고의 재생 에너지로 꼽히는 수력 발전은 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용하는 방식이 주를 이룬다. 최근에는 바다에서의 수력 발전을 위한 조수 댐, 수중 터빈, 파도력을 이용한 방식 등 다양한 기술이 개발되고 있다. 파력 발전은 에너지 밀도는 낮지만 설치 영역이 넓고 발전 시간이 길다는 장점이 있다.[92]
'''바이오 에너지''': 바이오매스는 살아있거나 최근에 살아있던 유기체에서 파생된 생물학적 물질로, 연소를 통해 열을 생산하거나 바이오 연료로 변환하여 사용된다. 목재 기반 바이오에너지의 1인당 최대 생산국은 핀란드, 스웨덴, 에스토니아, 오스트리아, 덴마크와 같이 숲이 울창한 국가이다.[95] 그러나 오래된 숲을 개간하는 경우 환경 파괴를 유발할 수 있으며, 바이오매스 연소는 화석 연료보다는 적지만 여전히 탄소 배출을 발생시킨다.[105]
'''지열 발전''': 향상된 지열 시스템(EGS)은 자연적인 온수 저장소나 증기가 필요하지 않은 새로운 유형의 지열 발전 방식이다. 수압 파쇄를 사용하여 암석을 부수고 열을 추출하는 방식으로, 전 세계 어디에서나 실현 가능하다.[119]
'''기타''': 지구에서 방출되는 적외선 열 복사를 전기로 변환하는 기술, 특정 금속 및 광물 추출, 심해 채광 등이 연구 개발 또는 활용되고 있다.
에너지 전환은 특정 금속 및 광물의 추출 증가를 필요로 한다. 광업은 환경에 영향을 미치며[221] 환경 분쟁으로 이어질 수 있다.[222] 풍력 발전은 대량의 구리와 아연뿐만 아니라 소량의 희귀 금속인 네오디뮴을 필요로 한다. 태양광 발전은 자원 집약도가 낮지만 여전히 상당한 양의 알루미늄이 필요하다. 전기 그리드 확장은 구리와 알루미늄을 모두 필요로 한다. 재생 에너지 저장에 필수적인 배터리는 대량의 구리, 니켈, 알루미늄 및 흑연을 사용한다. 리튬 수요는 2020년부터 2040년까지 42배 증가할 것으로 예상된다. 니켈, 코발트 및 흑연 수요는 약 20~25배 증가할 것으로 예상된다.[223]
이러한 금속이 사용된 장치가 소모된 후 재활용하는 것은 순환 경제를 만들고 재생 에너지가 지속 가능하도록 하는 데 필수적이다. 2040년까지, 소모된 배터리에서 재활용된 구리, 리튬, 코발트 및 니켈은 이러한 광물의 결합된 1차 공급 요구량을 약 10% 줄일 수 있다.[223]
재생 에너지 생산 시설은 보전 지역에 대한 위협으로 증가하고 있으며, 자연 보존 구역 및 기타 환경적으로 민감한 지역에 시설이 건설되고 있다. 이러한 시설들은 동등한 양의 에너지를 생산하기 위해 석탄 또는 가스 발전소보다 최대 10배 더 넓은 토지 면적을 필요로 하여 화석 연료 발전소보다 규모가 훨씬 더 크다.[229]
재생 에너지 시설 건설 시 생물 다양성을 훼손하지 않는 장소를 선정하는 것이 중요하며, 신중한 전략적 계획이 필요하다.[231]
4. 2. 3. 주민 수용성 문제
태양광 발전소는 경작지와 경쟁할 수 있으며,[241][242] 육상 풍력 발전 단지는 종종 미관 문제와 소음으로 인해 반대에 직면한다.[243][244] 이러한 반대자들은 종종 님비 현상("내 뒷마당에는 안 돼")으로 묘사된다.[245] 일부 환경 운동가들은 풍력 터빈과의 충돌로 인한 새와 박쥐의 치사에 대해 우려하고 있다.[246] 새로운 풍력 발전 단지에 대한 항의가 전 세계적으로 가끔 발생하지만, 지역 및 국가 설문 조사에서는 일반적으로 태양광 및 풍력 발전에 대한 광범위한 지지가 나타난다.[247][248][249]
지역 사회 풍력 에너지는 풍력 발전 단지에 대한 지역 사회의 지지를 높이는 방법으로 제시되기도 한다.[250] 2011년 영국 정부 문서는 "프로젝트는 일반적으로 광범위한 대중의 지지와 지역 사회의 동의를 얻는 경우 성공할 가능성이 더 높다. 이는 지역 사회에 발언권과 지분을 모두 제공하는 것을 의미한다."라고 언급했다.[251] 2000년대와 2010년대 초, 독일, 스웨덴, 덴마크의 많은 재생 가능 에너지 프로젝트는 특히 협동 조합 구조를 통해 지역 사회가 소유했다.[252][253] 그 이후 몇 년 동안 독일에서는 대기업이 더 많은 설비를 수행했지만,[250] 덴마크에서는 지역 사회 소유가 여전히 강세를 보이고 있다.[254]
5. 한국의 재생 가능 에너지 정책 및 현황
한국은 기후 변화에 대응하고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하기 위해 재생 가능 에너지 발전 비중을 확대하는 정책을 추진해 왔다.
2008년 6월, 후쿠다 야스오 플랜에서는 2030년까지 전력의 절반 이상을 재생 가능 에너지와 원자력으로 공급하는 목표를 제시했다.[389] 이 계획에는 태양광 발전 도입량을 40배로 늘리고, 지방에서 바이오매스 에너지 개발을 촉진하는 내용이 포함되었다.
2009년에는 태양광 발전 설비 비용의 약 10%를 보조하는 제도가 시작되었고,[396][397] 같은 해 11월부터는 잉여 전력 매입 제도가 시행되어 태양광 발전 보급이 가속화되었다.[400][401] 2010년에는 태양광 발전 관련 산업 규모가 1조 원을 돌파하고, 관련 고용도 4만 명을 넘어섰다.[403][404]
2011년에는 재생 가능 에너지 특별 조치 법안이 국회를 통과하여[408][409] 고정 가격 매입 제도(FIT)가 도입되었다. 이 제도는 재생 가능 에너지로 발전된 전기를 일정 가격으로 매입하는 것을 의무화하여, 재생 가능 에너지 보급을 촉진하는 역할을 했다. 그러나 태양광 발전에만 편중되는 문제와 FIT 인정을 받고도 발전을 시작하지 않는 경우가 발생하는 등 여러 과제가 발생하여 2017년에 새로운 인정 제도로 개정되었다.[394][395]
2014년에는 일부 전력 회사가 재생 가능 에너지의 신규 수용 중단을 발표하면서 FIT 제도의 문제점이 드러났다.[419][420] 경제산업성은 제도의 근본적인 재검토에 착수하고, 대규모 태양광 발전 신규 사업자 인정을 일시 중지하는 등 재생 가능 에너지 공급량 제한 조치를 취했다.[421]
이러한 정책 변화와 과제에도 불구하고, 한국 정부는 재생 가능 에너지 확대를 위한 노력을 지속하고 있다. 국제재생에너지기구(IRENA)는 전 세계적인 재생 에너지 채택을 촉진하기 위한 정부 간 기구로서, 구체적인 정책 조언을 제공하고 역량 강화 및 기술 이전을 촉진하는 것을 목표로 한다.[193]
재생 가능 에너지는 에너지 자급률을 높이는 것 외에도, IPCC 제4차 평가 보고서, 스턴 보고서 등에서도 지구 온난화 대책의 일환으로 언급되며, 그 효과는 수많은 완화 수단 중에서도 가장 큰 부류에 속한다고 여겨진다.[362]
그러나 재생 가능 에너지는 여전히 여러 과제에 직면해 있다.
에너지 자원의 지역적 편재성 및 사전 조사 필요성[328]
기존 용도와의 경쟁으로 인한 가격 상승 및 분쟁 발생 (예: 바이오매스 에탄올 생산으로 인한 곡물 가격 폭등)[328]
시간대, 계절, 날씨에 따른 출력 변동 및 에너지 수급 불균형[328]
낮은 에너지 밀도로 인한 물리적 제약 및 높은 수송 비용[328]
풍력 발전소의 조류 충돌 문제[328]
이러한 문제들을 해결하고, RE100 달성 및 탄소 중립 실현과 같은 국제적 흐름에 발맞추기 위한 노력이 필요하다. 특히, 고정 가격 매입 제도(FIT)의 문제점 개선과 같이, 재생 가능 에너지 보급 확대를 위한 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 한다.
5. 1. 정책 목표
한국 정부는 기후 변화에 대응하고 지속 가능한 에너지 시스템을 구축하기 위해 재생 가능 에너지 발전 비중을 확대하는 정책 목표를 설정하고 추진해 왔다.
2008년 6월, 후쿠다 야스오 플랜에서는 2030년까지 전력의 절반 이상을 재생 가능 에너지와 원자력으로 공급하는 목표를 제시했다. 이 계획에는 태양광 발전 도입량을 40배로 늘리고, 지방에서 바이오매스 에너지 개발을 촉진하는 내용이 포함되었다.[389]
2009년 2월, 환경성은 재생 가능 에너지 보급 촉진에 따른 편익을 추산한 결과를 발표했다. 2030년까지 누적 25조 원(KRW)이 필요하지만, 누적 경제 효과는 2020년까지 29~30조 원 이상, 2030년까지 58~64조 원 이상이 될 것이며, 2020년에는 60만 명의 고용을 창출할 것으로 추정했다.[391]
2011년 8월, 재생 가능 에너지 특별 조치 법안(재생 가능 에너지 매입 법안)이 국회를 통과하여, 재생 가능 에너지원을 이용하여 발전된 전기를 전기 사업자가 일정 가격으로 일정 기간 매입하는 것을 의무화하는 제도가 마련되었다.[408][409] 이를 통해 재생 가능 에너지 보급이 촉진될 것으로 기대되었다.
그러나 고정 가격 매입 제도(FIT)는 태양광 발전에만 도입이 편중되고, FIT 인정을 받았음에도 발전을 시작하지 않는 경우가 발생하는 등 여러 과제가 발생했다. 이에 2017년 4월, 새로운 인정 제도로 개정되어 FIT 인정을 받았음에도 발전을 시작하지 않는 사업자의 매입 기간이 단축되었다.[394][395]
2014년, 일부 전력 회사가 재생 가능 에너지의 신규 수용 중단을 발표하면서, 정부는 FIT 제도의 근본적인 재검토에 착수했다. 대규모 태양광 발전의 신규 사업자 인정을 일시 중지하고, 이미 인정을 받은 사업자의 새로운 발전 설비 설치 및 증설도 동결하는 등 태양광 발전에 집중된 재생 가능 에너지 공급량을 제한하려 했다.[421]
이러한 정책 변화와 과제에도 불구하고, 한국 정부는 재생 가능 에너지 확대를 위한 노력을 지속하고 있다. 국제재생에너지기구(IRENA)는 전 세계적인 재생 에너지 채택을 촉진하기 위한 정부 간 기구로서, 구체적인 정책 조언을 제공하고 역량 강화 및 기술 이전을 촉진하는 것을 목표로 한다.[193]
5. 2. 추진 현황
일본은 온실 효과 가스 배출량 감축을 위해 재생 가능 에너지 보급을 적극적으로 추진해 왔다. 2008년 후쿠다 야스오 플랜에서는 2030년까지 전력의 절반 이상을 재생 가능 에너지와 원자력으로 공급하는 목표를 제시했다.[389] 특히 태양광 발전 도입량을 40배로 늘리고, 지방에서 바이오매스 에너지 개발을 촉진하는 내용이 포함되었다.
2009년에는 태양광 발전 설비 비용의 약 10%를 보조하는 제도가 시작되었고,[396][397] 같은 해 11월부터는 잉여 전력 매입 제도가 시행되어 태양광 발전 보급이 가속화되었다.[400][401] 2010년에는 태양광 발전 관련 산업 규모가 1조 엔을 돌파하고, 관련 고용도 4만 명을 넘어섰다.[403][404]
2011년에는 재생 가능 에너지 특별 조치 법안이 국회를 통과하여[408][409] 고정 가격 매입 제도(FIT)가 도입되었다. 이 제도는 재생 가능 에너지로 발전된 전기를 일정 가격으로 매입하는 것을 의무화하여, 재생 가능 에너지 보급을 촉진하는 역할을 했다. 그러나 태양광 발전에만 편중되는 문제와 FIT 인정을 받고도 발전을 시작하지 않는 경우가 발생하는 등 여러 과제가 발생하여 2017년에 새로운 인정 제도로 개정되었다.[394][395]
2014년에는 일부 전력 회사가 재생 가능 에너지의 신규 수용 중단을 발표하면서 FIT 제도의 문제점이 드러났다.[419][420] 경제산업성은 제도의 근본적인 재검토에 착수하고, 대규모 태양광 발전 신규 사업자 인정을 일시 중지하는 등 재생 가능 에너지 공급량 제한 조치를 취했다.[421]
5. 3. 성과 및 과제
재생 가능 에너지는 전 세계적으로 빠르게 보급되고 있으며, 특히 2023년 유엔 기후 변화 회의에서 전 세계 국가의 약 4분의 3이 2030년까지 재생 에너지 용량을 3배로 늘리는 목표를 설정했다.[25]유럽 연합은 같은 해에 전력의 40%를 재생 에너지로 생산하는 것을 목표로 하고 있다.[26]
대부분의 신규 재생 에너지는 태양광이며, 그 다음으로 풍력, 수력, 바이오 에너지 순이다.[139] 2021년에는 중국이 전 세계 재생 에너지 발전 증가의 거의 절반을 차지했다.[144] 135개국에 3,146기가와트가 설치되어 있으며, 156개국이 재생 에너지 부문을 규제하는 법률을 가지고 있다.[7]
2022년 현재, 전 세계 전력의 약 28%가 재생 에너지로 생산된 것으로 추정된다. 이는 1990년의 19%에서 증가한 수치이다.[176]국제 에너지 기구(IEA)의 2022년 12월 보고서에 따르면, 2022년부터 2027년까지 재생에너지는 주요 예측에서 거의 2,400GW 성장할 것으로 예상되는데, 이는 2021년 중국 전체 발전 설비 용량과 맞먹는 규모이다. 이는 이전 5년간보다 85% 가속화된 것이며, IEA가 2021년 보고서에서 예측한 것보다 거의 30% 높은 수치로, 역대 최대 상향 조정이다. 재생에너지는 예측 기간 동안 전 세계 발전 용량 확장의 90% 이상을 차지할 것으로 예상된다.[178]
재생 가능 에너지는 에너지 자급률을 높이는 것 외에도, IPCC 제4차 평가 보고서, 스턴 보고서 등에서도 지구 온난화 대책의 일환으로 언급되며, 그 효과는 수많은 완화 수단 중에서도 가장 큰 부류에 속한다고 여겨진다.[362]
재생 가능 에너지는 2008년 시점에서 전 세계 최종 에너지 소비량의 약 19%를 차지했다.[366] 발전 분야에서는 18%를 재생 가능 에너지가 차지하며, 그 대부분이 수력이며, 그 외의 풍력, 태양광, 지열 등은 전부 합쳐 약 3%였다.[366]
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최근에는 풍력 발전 등, 대규모 수력 발전을 제외한 ("non-Hydro"인) 재생 가능 에너지의 이용이 증가하고 있다.[366] 세계 신설 발전소에서 차지하는 비율도 최근 급속히 증가하고 있으며, 2006년에는 발전량 기준으로 6%였던 것이, 2010년에는 30% (설비 용량 기준으로는 34%)에 달하고 있다(대규모 수력을 제외한 값).[367]
2010년 재생 가능 에너지에 대한 투자액은 전년 대비 32% 증가하여, 세계적으로 2110억 달러에 달한 것으로 추정된다.[369] 특히 개발 도상국에서의 신규 투자액(720억 달러)이 증가하고 있으며, 2010년에는 처음으로 선진국에서의 신규 투자액(700억 달러)을 넘어섰다.[370] 또한 2010년에는 신규 설비에 대한 투자액이 처음으로 화석 연료를 넘어, 1870억 달러에 달한 것으로 추정된다.[371]
국제 에너지 기구(IEA)가 2008년 6월에 발표한 보고서[372]에서는, 지구 온난화와 에너지 자원의 고갈에 대해 아무런 조치를 취하지 않았을 경우 (Baseline) 석탄과 천연 가스의 이용량이 증가하고, 온실 가스의 배출량이 두 배 이상 증가하며, 재생 가능 에너지의 도입량도 거의 증가하지 않을 가능성을 지적하고 있다. 반면, 세계가 적극적으로 대책을 추진할 경우 (BLUE Map)는, 2050년까지 에너지 부문에서의 온실 가스의 배출량을 절반으로 줄이는 동시에, 재생 가능 에너지가 발전량의 46%를 차지할 전망을 제시하고 있다.[373]
그러나 이러한 성과에도 불구하고, 재생 가능 에너지는 여전히 여러 과제에 직면해 있다.
에너지 자원의 지역적 편재성 및 사전 조사 필요성[328]
기존 용도와의 경쟁으로 인한 가격 상승 및 분쟁 발생 (예: 바이오매스 에탄올 생산으로 인한 곡물 가격 폭등)[328]
시간대, 계절, 날씨에 따른 출력 변동 및 에너지 수급 불균형[328]
낮은 에너지 밀도로 인한 물리적 제약 및 높은 수송 비용[328]
풍력 발전소의 조류 충돌 문제[328]
이러한 문제들을 해결하고, RE100 달성 및 탄소 중립 실현과 같은 국제적 흐름에 발맞추기 위한 노력이 필요하다. 특히, 고정 가격 매입 제도(FIT)의 문제점 개선과 같이, 재생 가능 에너지 보급 확대를 위한 정책적 지원이 지속적으로 이루어져야 한다.
6. 결론
재생 가능 에너지는 기후 변화에 대응하고 지속 가능한 발전을 이루기 위한 핵심 요소이며, 한국 사회에서 그 역할은 점점 더 커질 것이다. 중도 진보적 관점에서 볼 때, 재생 에너지 확대는 환경 보호와 사회적 형평성을 동시에 추구하는 바람직한 방향이다. 국제 에너지 기구(International Energy Agency, IEA)는 재생 가능 에너지를 "소비되는 속도보다 더 빠른 속도로 보충되는 자연 과정에서 파생된 에너지"로 정의한다.[20]태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등이 주요 재생 에너지원으로 꼽힌다.
2023년 유엔 기후 변화 회의에서 전 세계 국가의 약 4분의 3이 2030년까지 재생 에너지 용량을 3배로 늘리는 목표를 설정했다.[25]유럽 연합은 같은 해에 전력의 40%를 재생 에너지로 생산하는 것을 목표로 하고 있다.[26]
하지만 재생 에너지 확대 과정에서 발생할 수 있는 문제점을 해결하고, 모든 이해 관계자가 상생할 수 있는 방안을 모색하는 것도 중요하다. 예를 들어, 태양광과 풍력 발전은 '간헐적인 에너지원'이기 때문에 에너지 수요와 공급의 불균형을 초래할 수 있다.[29] 이러한 문제를 해결하기 위해 에너지 저장 시스템, 수요 반응, 전력망 개선 등의 기술 개발과 함께, 비간헐적인 에너지원 확보도 필요하다.[31][32]
장기적으로는 에너지 저장 기술이 간헐성 문제를 해결하는 중요한 방법이 될 수 있다.[33] 또한, 다양한 재생 에너지원을 활용하고 스마트 그리드를 구축하여 에너지 공급과 수요를 조절하는 것도 도움이 될 수 있다.[34]
결론적으로, 재생 가능 에너지는 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 선택이며, 한국 사회는 재생 에너지 확대를 통해 더 깨끗하고 안전한 에너지 시스템을 구축할 수 있을 것이다.
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