기본연구보고서 11-08
신재생에너지 활용 집단에너지사업 활성화 방안 연구
이 유 수
협동연구총서
일련번호 연구보고서명 연구기관
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에너지경제연구원 11-02-18 배출권 할당이 거래가격에 미치는 영향 분석 : EU-ETS를
중심으로
11-02-19 배출규제가 탄소누출에 미치는 영향 분석 및 전망
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행태의 예측 - 에이전트 기반 모델링
11-02-26 차세대 에너지공급시스템 기반 구축 연구: 미래 수소경제 경쟁력 확보를 위한 수소 공급가격 및 공급방안 연구 11-02-27 차세대 에너지공급시스템 기반 구축 연구: 가정용 연료
전지의 에너지 효율성 및 경제성 분석 연구 11-02-28 에너지이용효율을 촉진하는 에너지요금의 설계 11-02-29 친환경·고효율자동차 보급정책 평가
2011년 경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서
신재생에너지 활용 집단에너지사업 활성화 방안 연구
1.
녹색성장 종합연구 총서 시리즈협동연구총서
일련번호 연구보고서명 연구기관
11-02-30 원자력발전의 신규 원전건설 투자재원 확보방안 연구
에너지경제연구원 11-02-31 한국의 에너지빈곤 규모 추정에 관한 연구
11-02-32 에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장 전략 연구 : 녹색성장 정책수단의 성장동인화 방안 연구
11-02-33 에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장 전략 연구 : 녹색에너지산업의 국제경쟁력 강화 방안
11-02-34 에너지기술 수출산업화 전략 연구 : 그린에너지산업 육성 전략 연구
11-02-35 에너지기술 수출산업화 전략 연구 : 전력기술 부문의 동남아 지역 진출 전략 사례연구
11-02-36
저소비·고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지효율화 추진전략 연구: 제조업 업종별 에너지효율 평가 및 에너지 절감잠재량 추정Ⅱ
11-02-37 시장친화형 에너지가격체계 구축 종합 연구: 탄소세·배출 권거래제 도입의 에너지가격 파급효과
2.
참여연구진연구기관 연구책임자 참여연구진
주 관 연구기관
에너지
경제연구원 이유수 연구위원 협 력
연구기관
성신여자
대학교 원두환 교수
<요 약>
1. 연구의 필요성 및 목적
기후변화대응과 관련하여 CO2 배출을 줄이고자 하는 세계 각국의 노력은 신재생에너지 사용에 대한 투자 비중을 높이고 있다. 이러한 가운데 집단에너지사업도 청정연료를 사용하여 특정 지역에 열 및 전 기를 공급함으로써 CO2 감소와 에너지의 효율적 이용 측면에서 기여 하여 왔다. 최근 신재생에너지의 사용 증가와 함께 집단에너지사업에 서도 천연가스 대신 폐기되는 신재생에너지를 활용하여 전력 및 난방 공급을 점차 늘리는 추세에 있다.
국내 집단에너지사업은 주로 천연가스를 사용하는 열병합발전 위주 로 진행되어 왔는데, 이는 수도권의 경우 연료규제와 배출총량규제와 같은 이중규제로 인한 연료선택의 제약에 기인하는 바가 크다. 또한 천연가스 가격의 불안정성이 확대되면서 저가 열원과 미활용 에너지 개발 등의 필요성이 절실히 요구되고 있다. 이러한 상황 하에서 폐기 되는 신재생에너지를 활용하여 천연가스를 대체하거나 이와 관련된 설비투자를 통하여 환경적 문제와 에너지효율 향상을 동시에 추진하 는 것은 향후 집단에너지사업에서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 현재 국내의 신재생에너지를 활용한 집단에너지사업은 초기단계에 있으며, 쓰레기 소각로와 우드칩을 사용하여 열과 전기를 생산하는 집 단에너지사업이 이루어지고 있는 정도이다. 그러나 최근 지자체와 집 단에너지사업자가 협력하여 신재생에너지를 활용하여 지역냉난방을 공급하려는 방식을 계획하는 사례가 증가하고 있다.
ii
우리나라에서도 향후 온실가스감축 의무대상국 지정과 기후변화협 약에 대응하기 위해서는 집단에너지사업에서 신재생에너지를 사용하 고 미활용 에너지를 개발하도록 적극적으로 추진하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구의 목적은 국내 집단에너지사업에서 활용 가능한 신재 생에너지를 발굴하고, 그 사업성을 평가하여 사업의 필요성에 따라 정 책적인 개선 등 활성화 방안을 마련하는 것이다. 구체적으로는 신재생 에너지의 지속적 공급가능 여부, 잠재적 시장가격의 적정성, 그리고 기후변화대응 및 에너지의 효율적 이용 등의 측면에서 종합적으로 판 단하여 향후 집단에너지사업의 정책 방향에 기여하고자 한다.
2. 주요 내용
신재생에너지를 활용한 집단에너지사업은 주로 바이오와 폐기물을 에너지화하여 전력과 난방을 공급하는 형태로 이루어지고 있다. 즉, 이 사업은 신재생에너지 중 방치되거나 폐기되는 자원을 에너지화함 으로써 에너지사용의 효율을 증진하는 한편, 환경적인 문제도 동시에 해결할 수 있기 때문에 활성화될 필요성이 있다.
이에 상응하는 연료를 구체적으로 살펴보면, 우드칩이나 우드펠릿 을 직접적으로 연소하여 얻은 에너지, 수분함량이 높은 음식쓰레기, 축산분뇨, 하수슬러지 등을 활용하여 메탄가스를 생산하는 바이오 에 너지와 쓰레기 소각과 고형폐기물의 연소 등을 포함하는 폐기물 에너 지가 있다. 유럽과 일본 등에서는 이들 연료 활용의 기술수준은 상용 화되어 시장의 규모가 확대되고 있는 추세이다.
특히 유럽에서는 혐기성 소화조가 대량으로 보급되어 단독 또는 마 을 단위로 주택 및 축사의 난방과 전력생산에 바이오가스가 이용되고
있다. 특히 독일의 경우, 농업적 매탄화 설비가 발달되어 유럽 바이오 가스 생산과 이를 활용한 전력생산에서 각각 약 50% 내외의 비중을 차지하고 있으며, 이탈리아와 네덜란드에서도 발전차액지원제도와 인 센티브법 등을 통하여 생산이 증대되고 있다. 또한, 영국과 프랑스에 서는 매립가스 활용도가 높은 편이며, 북유럽의 산림국가들을 포함하 여 독일, 오스트리아 등에서 고형 바이오매스를 활용한 전력생산에 보 조금을 지급하는 등 지원제도를 통하여 신재생에너지를 활용한 전력 및 난방열 생산을 장려하고 있다.
이에 비하여 우리나라는 1차 에너지 총 공급량에서 차지하는 신재 생에너지 비율이 3% 미만으로 낮은 수준에 있으며, 현재로는 태양광, 풍력 등 자연재생에너지보다는 폐기물과 바이오에너지 중심으로 활용 되고 있다. 집단에너지사업과 관련하여 바이오매스와 폐기물 등의 연 료 잠재량을 살펴보면, 모두 부존 잠재량에 비해 가용 잠재량과 기술 적 잠재량이 너무 낮다. 따라서 향후 이들 자원을 연료로 활용할 수 있는 이용 가능성은 높을 것으로 보인다.
현재 진행되고 있는 집단에너지사업과 관련한 바이오 및 폐기물 에 너지의 활용도는 크지 않으며, 목질계 바이오매스를 활용한 전소발전 과 쓰레기 소각을 이용한 폐열활용 정도에 집중되고 있다. 향후 전국 에 걸쳐 혁신도시 등 지자체 중심으로 고형폐기물의 생산시설과 발전 설비의 설치 계획이 확대되고 있다. 이와 같이 우리나라에서 바이오 및 폐기물의 에너지화가 어려운 이유는 기술수준의 미흡, 경제성 문 제, 제도적 및 정책적 지원 문제 등에 있다. 우선 국내의 바이오 및 폐 기물 에너지화에 대한 핵심기술 수준은 선진국에 비해 미흡하고, 소규 모 열병합발전 설비의 경우에는 경제성 문제로 인하여 사업 활성화에
iv
걸림돌이 되고 있다. 그리고 폐자원에 대한 법적 규정에서의 문제에서 도 개선이 요구되고 있다.
우리나라에서 집단에너지사업에 활용될 수 있는 신재생에너지 자원 중 보급가능성이 큰 것은 초기 단계이지만 우드칩과 고형폐기물 등을 들 수 있다. 그 외 바이오가스 및 매립가스를 활용한 에너지화는 생산 량이 많지 않아서 아직 집단에너지사업에 활용하기에는 부족한 실정 이다. 또한 폐기물 에너지 중 쓰레기 소각로의 활용은 어느 정도 활성 화되어 있으므로 분석대상에서 제외하였다.
이에 따라 향후 에너지로서 활성화하여 집단에너지사업에 활용될 가능성이 높은 우드칩과 고형폐기물에 대한 경제성 분석을 통하여 집 단에너지사업의 활성화를 위한 대안 마련이 필요한 상황이다.
우드칩과 고형폐기물을 이용한 열병합발전에 대한 경제성 분석을 통하여 LNG 열병합발전 대비 경쟁력을 가지는 가격을 분석해 보면, 대체로 현재 현실적으로 형성되는 가격에 비해서는 높게 나타나고 있 다. 그러나 발전차액지원제도에서 지원되는 보조금의 경우를 고려하 면 경쟁력을 가지는 가격이 상승하기 때문에 그 이하에서 공급가격이 결정되면 경쟁력을 가질 수 있다. 그리고 RPS 제도가 시행될 경우 신 재생에너지 인증서가 거래될 수 있으므로 시장에서 형성될 것으로 예 상되는 가격을 고려하면 경쟁력을 가지는 연료공급의 가격은 더 높게 형성될 것으로 나타나고 있다. 이와 같은 결과로부터 우드칩과 RDF 열병합발전의 경우 보조금 성격의 지원금이 증가할수록 LNG 열병합 발전과 경쟁이 되는 연료공급 가격은 더 높게 형성되기 때문에 사업 운영에 유인으로 작용할 것으로 보인다.
3. 정책 제언
우드칩과 고형폐기물에 대한 경제성 분석을 통하여 얻을 수 있는 시사점은 이들 자원에 대한 공급가격이 현재보다 향후 잠재적 시장에 서 거래되는 가격이 더 높아질 수 있다는 것이다. 따라서 이 가격이 얼마까지 상승하더라도 LNG 열병합발전에 비해 이들 자원을 활용한 열병합발전의 경제성이 확보될 수 있는지의 추산을 통하여 연료를 적 정한 가격에 안정적으로 확보하는 것이 가장 중요하다고 볼 수 있다. 그리고 2012년부터 시행되는 신재생에너지 공급의무화제도에 따라 이 들 자원에 대한 수요증가로 인한 가격상승의 가능성이 높기 때문에 이들 연료를 활용한 집단에너지사업을 활성화하기 위해서는 이에 대 한 정책적인 대책이 마련될 필요가 있다.
그 동안 이들 자원들이 재활용으로 많이 사용되어 왔는데, 사실상 신재생에너지를 활용한 집단에너지사업이 효과적으로 수행되기 위해 서는 자원 재활용 외에 방치 혹은 폐기되는 자원을 에너지원으로 활 용할 때에 에너지의 효율적인 이용 측면에서 그 의미가 크다. 결국 신 재생에너지의 안정적 연료공급과 이를 통한 적정한 연료가격의 형성을 위해서는 이들 연료의 공급원을 어떻게 확보할 것인가에 달려 있다.
그런데 이를 위해서는 자체적인 수요증가뿐만 아니라 자원 재활용 과의 경합이 불가피할 것으로 보이며, 신재생에너지 공급의무화제도 를 고려하면 경합관계로 인한 더 높은 가격상승이 예상되고 있다. 그 러므로 바이오 및 폐기물의 자원 재활용 측면을 고려하면서도 에너지 화를 통하여 집단에너지사업을 활성화할 수 있는 방안을 강구할 필요 가 있다.
우선 정책적으로 폐기물에 대한 법적 및 제도적 규정에 관한 사항
vi
을 검토해야 한다. 현재 폐목재의 경우 폐기물로 분류하고 있으나, 외 국의 경우처럼 바이오매스로 활용 가능한 경우 폐기물과 달리 분류할 필요가 있다. 또한 폐목재의 검사를 통하여 고체연료를 선별하고, 그 나머지를 폐기물로 분류할 필요가 있다. 둘째, 2012년에 시행되는 RPS 제도에서 각 신재생에너지별 가중치의 부여에 따라서 수급의 문 제가 발생할 소지가 있으므로 신중하게 가중치를 적용하여 자원 재활 용과 바이오 및 폐기물에 대한 에너지 이용 간의 균형적 조정이 필요 하다. 예를 들면, 쿼터제를 도입하여 수요량을 조절할 필요가 있다. 셋 째, 안정적 연료공급의 문제를 해결하기 위해서는 바이오매스의 범위 를 확대하거나 해외 연료 공급처를 확보하여 지속적으로 공급이 가능 하도록 할 필요가 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 국내 신재생에너지를 활용하여 집단에 너지사업을 활성화시키기 위해서는 안정적이고 지속적으로 연료를 공급하는 것이 가장 큰 문제이기 때문에 이를 보완할 수 있는 제도 적․법적 개선이 필요하다고 보인다.
ABSTRACT
1. Research Purpose
The efforts of each country all over the world which is trying to reduce the CO2 emission related to combating climate change is increasing the proportion of investment in the facility of renewable energy. District heating and cooling(DHC) has also made contribution to the CO2 reduction and efficient utilization of energy by supplying heat and electricity in the specific area using clean fuel. Recently, with increase in renewable energy use, DHC sector also is increasing the supply of heat and electricity using waste renewable energy instead of natural gas.
However, the DHC in Korea has focused on the combined heat and power(CHP) primarily using natural gas. This reason is that in metropolitan area, fuel and total amount of gas emission are regulated at the same time and the choice of fuel is limited. In addition, owing to increase in unstability of natural gas price, the development of low cost heating resource and unemployed energy are required. Under this circumstance, to substitute renewable energy thrown away for natural gas or invest related facility is expected to play an important role in DHC afterwards.
Currently, DHC using renewable energy in Korea is in the initial stage, and waste incinerator and wood chip CHP only are under
ii
operation. But recently, many cases shows that DHC using renewable energy is in cooperation with municipality and DHC company.
In Korea, in order to contribute to combating the designation of the obligatory greenhouse gas emission reduction and climate change agreement, we need to positively push forward with the use of renewable energy and the development of unemployed energy.
Accordingly, the purpose of this research is to develop renewable energy available in DHC, evaluate its feasibility, and prepare for appropriate measures for policy improvement.
2. Summary
In Korea, DHC using renewable energy primarily supplies heat and electricity converting biomass and waste into energy. It needs to be expand because it improve the efficiency of energy use and solve the environmental problem by utilizing resources laid aside or thrown away among renewable energies. If we look at the example of the fuels utilization corresponding to this area, we can combust wood chip or wood pallet directly or use bioenergy producing methane gas by using food waste, livestock excretion, and swage sludge with high moisture content. In addition, we can utilize by burning waste and combusting refuse derived fuel(RDF).
In Europe and Japan, the level of technology for the utilization of renewable energy based CHP is so high that DHC using renewable energy is widely spread across the country. However, DHC using
renewable energy is in the intial stage in Korea, although waste incinerator and wood chip CHP are under operation. Moreover, the bio and waste energy is practically not so much used in this area.
The reason why we have trouble in converting these resources into energy is that there are a few problems related to the technology level, feasibility, institutional and policy support etc. The core technology is not sufficient to utilize these resources fully in this area, small size CHP has a problem concerning feasibility, and the legal regulation on waste resource needs to be amended.
Despite this fact, the renewable energies we can utilize in DHC in the future are wood chip and RDF. These resources are well suited to DHC in Korea. So we conducted the analysis of feasibility on wood chip and RDF CHP compared to LNG CHP. The upper limit of the fuel price with competitiveness in wood chip and RDF CHP is far above the current fuel price in specific area not determined in the market and increase with the subsidy such as feed-in tariff(FIT) and under renewable portfolio standard(RPS). In particular, with the implementation of RPS in 2012, the maximum fuel price with competitiveness will be set higher because the renewable energy certificate(REC) can be traded in the market. From this result, DHC using renewable energy will have a incentive to be expanded in the related market with subsidy or grant increase.
iv
3. Research Results and Policy Implications
The implication we can get through the feasibility analysis on wood chip and RDF is that the fuel price traded in the potential market may be higher than the current fuel price in specific area.
The results show that it is important to secure the related fuel at the stable price by estimating what high fuel price can have the competitiveness in wood chip and RDF CHP compared to LNG CHP. In addition, owing to the possibility of increase in fuel price by demand increase with the implementation of RPS, we need to prepare for the policy measures for the promotion of DHC using renewable energy.
However, these resources were used as the recycling of the material instead of converting into energy for a long time and they have no choice but to compete with each other in order to implement DHC using the renewable energy effectively. Accordingly, we should come up with a way to promote DHC converting biomass and waste into energy considering their recycling.
In the first place, it has to do with institutional and legal regulation on waste. the current legal regulation classifies waste wood as only waste. If this waste wood is used as biomass energy, we need to apply other regulation unlike waste as other countries' cases. In addition, we need to select solid fuel through the test of waste wood and classify the remaining as only waste. Second, since there are changes in the amount of supply and demand to be caused
by the application of weighting by renewable in RPS, we need to adjust the allotment between the recycling of biomass and waste, and their energy use by carefully reviewing the weighting on them. For example, we need to control the demand between them by introducing quota system. Third, in order to solve the problem of stable fuel supply, we need to continue the fuel supply by expanding the scope of biomass or its imports from foreign countries.
차례 i
제목 차례
제Ⅰ장 서 론··· 1제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성··· 4
1. 사업의 개념··· 4
가. 집단에너지사업의 신재생에너지 활용 필요성 ··· 4
나. 신재생에너지 활용 연료의 분류··· 5
2. 사업의 기술수준··· 6
가. 바이오 에너지··· 6
나. 폐기물 에너지··· 8
3. 사업 관련 시장과 정책적 특징··· 10
가. 바이오 에너지··· 10
나. 폐기물 에너지··· 11
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업사례··· 13
1. 유럽 국가 사례··· 13
가. 바이오 에너지 활용 사례··· 13
나. 폐기물 에너지 활용 사례··· 21
2. 일본 및 미국 사례··· 24
가. 바이오 에너지 활용 사례··· 24
나. 폐기물 에너지 활용 사례··· 26
제Ⅳ장 국내 사업 현황 및 문제··· 28
1. 집단에너지사업 관련 신재생에너지 연료의 잠재량··· 28
가. 국내 신재생에너지 산업 현황 및 여건 ··· 28
나. 집단에너지사업 관련 신재생에너지 연료의 잠재량 ··· 29
2. 사업의 보급 현황 ··· 32
가. 바이오 에너지 시장과 보급 현황 ··· 32
나. 폐기물 에너지 시장과 보급 현황··· 38
3. 사업의 문제점··· 42
가. 바이오 에너지 사업의 문제 ··· 42
나. 폐기물 에너지 사업의 문제 ··· 44
제Ⅴ장 신재생에너지의 집단에너지부문 활용 가능성 검토 46 1. 국내 신재생에너지별 가용성 검토··· 46
2. 활용 가능한 신재생에너지의 경제성 검토 ··· 47
가. 목질계 바이오매스 : 우드칩··· 47
나. 고형폐기물(Refuse Drived Fuel, RDF) ··· 70
3. 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 활성화 방안 검토 ··· 88
가. 경제성 분석의 시사점··· 88
나. 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 활성화 방안··· 90
제Ⅵ장 결론 및 정책적 시사점··· 93
참 고 문 헌··· 98
차례 iii
표 차례
<표 Ⅲ-1> 유럽연합 주요 국가들의 바이오가스 생산량··· 14<표 Ⅲ-2> 유럽연합의 주요 국가들의 바이오가스에 의한 전력 생산량· 15 <표 Ⅲ-3> 유럽연합 주요 국가들의 바이오가스에 의한 열 생산량· 15 <표 Ⅲ-4> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스 생산량··· 18
<표 Ⅲ-5> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스에 의한 전력 생산량· 19 <표 Ⅲ-6> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스에 의한 열 생산량· 19 <표 Ⅲ-7> 유럽연합 주요 국가들의 도시 폐기물로부터 에너지생산량· 22 <표 Ⅲ-8> 유럽연합 주요 국가들의 도시 폐기물에 의한 전력 생산량· 23 <표 Ⅲ-9> 유럽연합 주요 국가들의 도시 폐기물에 의한 열 생산량 23 <표 Ⅳ-1> 제3차 기본계획에 의한 신재생에너지 공급목표··· 29
<표 Ⅳ-2> 바이오매스 에너지 잠재 자원량(2010년) ··· 30
<표 Ⅳ-3> 폐기물 에너지 잠재 자원량(2008년) ··· 31
<표 Ⅳ-4> 유기성 폐자원 에너지화 시설 현황 및 시설 처리 용량· 33 <표 Ⅳ-5> 유기성 폐자원에 의한 바이오가스 생산 및 이용량··· 33
<표 Ⅳ-6> 국내 바이오가스 생산 매립시설 현황 ··· 35
<표 Ⅳ-7> 매립가스의 발전량 및 신재생발전 비중··· 36
<표 Ⅳ-8> 우드칩을 이용한 열병합발전 현황··· 37
<표 Ⅳ-9> 생활폐기물 소각로 폐열 회수 및 이용 현황··· 39
<표 Ⅴ-1> 국내 산림 면적 추이(단위: ha) ··· 48
<표 Ⅴ-2> 2010년 영급별 산림 면적 및 임목 축적··· 50
<표 Ⅴ-3> 산림 폐잔재가 발생하는 산림사업 실적··· 52
<표 Ⅴ-4> 산림사업별 조재율과 수종별 지상부 확장계수··· 53
<표 Ⅴ-5> 산림 폐잔재 발생량 추정치··· 54
<표 Ⅴ-6> 2009년 도심폐목재 일일 발생 현황 ··· 55
<표 Ⅴ-7> 목질계 바이오매스 생산 가능량 추정 및 효과 ··· 57
<표 Ⅴ-8> 우드칩 및 LNG 열병합발전설비 단가··· 59
<표 Ⅴ-9> 열병합발전 설비의 에너지 생산량··· 60
<표 Ⅴ-10> 발열량에 따른 우드칩의 수요량··· 61
<표 Ⅴ-11> 열과 전기 생산량 및 판매 수익··· 62
<표 Ⅴ-12> 우드칩 열병합발전의 연간 추가 비용··· 63
<표 Ⅴ-13> 경쟁력이 발생하는 우드칩 가격(무보조) ··· 65
<표 Ⅴ-14> 경쟁력이 발생하는 우드칩 가격(발전차액 포함) ··· 66
<표 Ⅴ-15> 우드칩 열병합발전소의 발전차액지원과 RPS의 보조금 비교··· 68
<표 Ⅴ-16> 경쟁력이 발생하는 우드칩 가격(RPS 도입시) ··· 68
<표 Ⅴ-17> 국내 생활계 폐기물 발생 추이 ··· 71
<표 Ⅴ-18> 국내 사업장 배출 시설계 폐기물 발생 추이 ··· 72
<표 Ⅴ-19> 국내 건설 폐기물 발생 추이 ··· 73
<표 Ⅴ-20> 폐기물 처리 현황 ··· 75
<표 Ⅴ-21> 가연성 폐기물 발생 현황 ··· 76
<표 Ⅴ-22> RDF 생산 잠재량 추산··· 78
<표 Ⅴ-23> RDF 바이오매스 생산 가능량 추정 및 효과 ··· 78
<표 Ⅴ-24> RDF 및 LNG 열병합발전설비 단가··· 80
<표 Ⅴ-25> 열병합발전 설비의 에너지 생산량··· 81
<표 Ⅴ-26> 발열량에 따른 RDF의 수요량··· 81
<표 Ⅴ-27> 열과 전기 생산량 및 판매 수익··· 82
<표 Ⅴ-28> RDF 열병합발전의 연간 추가 비용··· 83
차례 v
<표 Ⅴ-29> 경쟁력이 발생하는 RDF가격(무보조) ··· 84
<표 Ⅴ-30> 경쟁력이 발생하는 RDF가격(발전차액 포함) ··· 85
<표 Ⅴ-31> 경쟁력이 발생하는 RDF가격(RPS 도입시) ··· 87
그림 차례
[그림 Ⅴ-1] 국내 임목 축적 추이··· 49
제Ⅰ장 서론 1
제Ⅰ장 서 론
전 세계적으로 기후변화협약 대응과 관련하여 각국은 CO2를 줄이 고자 하는 노력과 함께 신재생에너지 사용에 대한 투자 비중을 높이 고 있다. 이러한 상황 하에서 청정연료를 사용하여 특정지역에 열 및 전기를 공급하는 집단에너지사업도 CO2 감소와 에너지이용 효율화 측면에서 환경문제 해결과 기후변화협약 대응에 기여하는 바가 크다 고 할 수 있다. 그런데 신재생에너지의 사용 증가와 함께 그 동안 주 로 천연가스를 활용하여 에너지를 공급하던 집단에너지사업도 난방 및 전력 공급을 위해 신재생에너지를 적극적으로 활용하고 있는 추세 이다.
지역난방사업이 활성화되어 있는 핀란드, 스웨덴, 덴마크 등 북유럽 국가 등에서는 바이오매스, 각종 폐기물 등 친환경적이고 재생가능한 연료를 활용하여 전기와 열을 생산하는 등, 열병합발전에 신재생에너 지를 활용하는 연료 대체가 활발하게 이루어지고 있다. 그리고 신재생 에너지 비중이 높은 독일에서 특히 바이오가스 및 폐기물 에너지를 활용하여 열 및 전기를 공급하는 사업이 활성화되어 있다. 그 밖에도 체코를 비롯한 동유럽과 이탈리아 등에서도 지열, 해수, 하천수 등 히 트펌프를 사용하는 형식으로 미활용에너지를 개발하는 등 다양한 방 식으로 냉난방열을 공급하고 있다.
이에 비해서 국내 집단에너지사업은 주로 천연가스를 사용하는 열 병합발전 위주로 진행되고 있으며, 특히 수도권의 경우 연료규제와 배
출총량 규제와 같은 이중규제로 인하여 연료 선택에서 자유롭지 못한 실정이다. 우선 열병합발전설비를 효율적으로 운영하기 위해서는 연 료투입 측면에서 비용절감 유인이나 생산물 시장의 열과 전력가격이 어느 정도 적정한 보상이 이루어져야 하지만 현재 전력시장의 정산제 도 하에서는 생산물 시장에서의 보상을 기대하기 어렵다. 또한 수도권 지역의 투입연료에 대한 이중규제는 사업자의 연료선택 유인을 제한 하고 있기 때문에 사업자 입장에서 저가열원과 폐기되는 자원에 대한 에너지화의 개발이 필요한 시점이다. 이러한 상황 속에서 신재생에너 지로의 연료대체 또는 설비투자는 전력시장에서의 발전차액지원제도
(Feed In Tariff, FIT)를 통하여 어느 정도 사업성이 제고될 수 있으나
2012년부터 적용되는 신재생에너지 공급할당의무화제도(Renewable
Portfolio Standard, RPS)로 전환됨에 따라 사업 환경이 변화될 것으로
보인다.
현재 국내의 신재생에너지 활용 집단에너지사업은 초기 단계에 있 으며, 쓰레기 소각로와 우드칩을 사용하여 열과 전기를 생산하는 집단 에너지사업이 이루어지고 있는 정도이다. 그러나 최근 지자체와 집단 에너지사업자가 협력하여 신재생에너지를 활용하여 지역냉난방을 공 급하는 방식을 계획하고 있다. 즉, 지자체를 중심으로 생활폐기물을 에너지화하는 사업으로서 고형연료(RDF)를 생산하여 집단에너지공급 에 활용하려는 계획이 활성화되고 있다.
이러한 상황 하에서 우리나라에서도 향후 온실가스감축 의무대상국 지정과 기후변화협약에 대응하기 위해서는 집단에너지사업에서 신재 생에너지를 사용하고 미활용에너지를 개발하도록 적극적인 추진이 필 요한 바 이에 대한 활성화 방안을 강구해야 한다. 본 연구의 목적은
제Ⅰ장 서론 3
국내 집단에너지사업에서 활용 가능한 신재생에너지를 발굴하고, 그 사업성을 평가하여 그 사업의 필요성에 따라 정책적인 개선 등 활성 화 방안을 마련하는 것이다. 구체적으로는 신재생에너지의 지속적 공 급 가능 여부, 기후변화대응 및 에너지의 효율적 이용 측면을 종합적 으로 판단하여 향후 집단에너지사업의 정책방향에 기여하고자 한다.
본 연구는 다음과 같은 내용으로 구성되어 있다. Ⅰ장의 서론에 이 어 Ⅱ장에서는 신재생에너지를 활용한 집단에너지사업의 개념과 기술 수준, 시장 및 정책의 현황 등에 대해서 설명한다. Ⅲ장에서는 신재생 에너지를 활용한 집단에너지사업의 해외 사례를 조명해 본다. 국내의 신재생에너지를 활용한 집단에너지사업은 초기 단계이므로 어느 정도 앞서 있는 해외 사례의 시사점을 통하여 국내 정책방안 마련에 참고 한다. Ⅳ장은 국내의 신재생에너지 활용 계획 및 잠재량 등의 사업여 건을 살펴보고, 신재생에너지를 활용하는 집단에너지사업의 현 상황 을 파악한 후 문제점을 고찰해 본다. Ⅴ장에서는 현실적으로 국내에서 활용 가능한 신재생에너지의 집단에너지사업에 대한 검토를 통하여 이들의 경제성을 분석한 다음, 이 결과를 토대로 활성화 방안에 대해 서 논의해 본다. 그리고 마지막으로 Ⅵ장에서는 결론부분으로 연구내 용에 대한 요약과 국내 신재생에너지 활용 집단에너지사업에 대한 정 책적 시사점을 제시한다.
제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성
1. 사업의 개념
가. 집단에너지사업의 신재생에너지 활용 필요성
집단에너지사업은 일정 규모의 지역에 열 또는 열과 전기를 공급하 는 사업으로서 쓰레기 소각에서부터 천연가스에 이르기까지 다양한 연료를 사용할 수 있다. 그러나 현재 우리나라에서는 수도권 지역의 환경규제와 연료규제라는 이중규제로 인하여 집단에너지사업에서 천 연가스 사용위주의 열병합발전이 중심이 되고 있다. 이에 따라 천연가 스 가격이 상승할 경우 비용부담으로 인하여 집단에너지사업의 존립 자체를 위태롭게 할 수 있다. 그러므로 가격이 높은 천연가스를 대체 하면서도 기후변화대응 등 환경문제를 해결할 수 있는 대체연료를 개 발할 필요성이 있다.
세계적으로도 화석연료의 가격상승 추세가 이어지고 있는 가운데 특히 천연가스 가격 및 공급의 안정성 또한 보장할 수 없기 때문에 유 럽을 비롯하여 다수의 국가들이 환경친화적인 연료뿐만 아니라 활용 되지 않고 폐기되는 다양한 에너지자원의 발굴에 주의를 기울이고 있 다. 이에 따라 이들 국가들은 신재생에너지를 활용하여 전력과 난방열 을 생산하는 열병합발전 설비에 대한 지원과 장려를 통하여 점차 신 재생에너지의 활용 비중을 높여나가고 있으며, 미활용 에너지 등을 이 용하여 에너지 이용의 효율성을 높이고 있다.
제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성 5
그러나 모든 환경친화적 연료가 집단에너지사업에서 큰 비중을 차 지하고 있는 열병합발전에 다 적합한 것은 아니다. 태양광, 태양열, 풍 력, 바이오에너지, 지열 등 다양한 신재생에너지가 존재하지만 열병합 발전에 활용할 수 있는 연료는 한정되어 있다. 즉 태양광, 태양열, 풍 력 등 자연재생에너지 등은 주로 전력생산과 온수공급 등에 주로 활 용되고, 바이오에너지와 폐기물 등이 열병합발전을 포함한 집단에너 지사업에 활용될 수 있다.
따라서 집단에너지사업에서 환경친화적이면서 저비용의 연료를 활 용하기 위해서는 집단에너지사업에 적용될 수 있는 바이오에너지와 폐기물 등을 에너지화한 연료를 활용하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 바이오 및 폐기물의 에너지화를 위해서는 집단에너지사업에서의 가용성과 그 역량을 검토할 필요성이 있다. 이 와 함께 이러한 연료들을 활용하는 열병합발전 기술 등에 대한 검토 와 잠재적 시장에 대한 평가가 필요할 것으로 보인다.
나. 신재생에너지 활용 연료의 분류
신재생에너지를 활용하여 집단에너지사업을 이행하는 데에는 다양 한 종류의 사업 형태가 존재한다. 집단에너지사업의 형태는 연료의 분 류에 따라서 달라지는데 이들 연료를 크게 분류해 보면, 바이오매스 연료, 산업공정 폐기물 또는 부산물, 화석연료 파생물, 가공대체 연료 등으로 구분할 수 있다.1) 이 가운데 바이오매스 연료가 가장 많은 종 류의 신재생에너지가 있으며, 열병합발전에 이용할 수 있는 다양한 연 료를 포함하고 있다.
1) Resource Dynamics Corporation(2004), p. 2-2~3.
우선 동물배설물, 바이오매스 가스, 농작물의 찌꺼기, 매립가스, 식 품가공폐기물, 에탄올, 고형폐기물(RDF), 하수슬러지, 목재 및 목재폐 기물 등이 바이오매스 연료에 속한다. 이러한 연료들은 주로 연료의 전환을 통한 바이오가스를 활용하거나 폐목재 등을 직접적으로 연소 하여 열 및 전력을 생산하는 데 기여하고 있다.
다음으로 산업공정 폐기물 또는 부산물에는 용광로 가스, 코크스 및 제조가마 가스, 직물폐기물 등이 포함된다. 그 외에 탄층가스(Coalbed Methane), 유정가스(Wellhead Gas) 등이 화석연료 파생물에 속한다. 그리고 마지막으로 가공 대체연료로서 오리멀전, 타이오 추출 연료 등 이 포함되어 있다.
이와 같은 연료의 분류 가운데에서 집단에너지사업에 가장 많이 활 용될 수 있는 부분은 바이오매스를 활용하여 바이오가스를 생산함으 로써 에너지화에 이용하거나 쓰레기 소각 또는 폐목재를 활용한 직접 연소 방식으로 이용하는 경우이다.
2. 사업의 기술수준 가. 바이오 에너지
바이오 에너지를 사용하여 열 또는 전기를 생산하는 기술은 대략3가 지로 구분되는데 고형 연료화 기술, 열분해 기술, 매탄 생산기술 등으로 분류될 수 있다.
우선 고형 연료화 기술은 고형바이오 연료와 관계가 있는데 목질자원 등 저함수율의 바이오매스를 직접적으로 연소시켜 발전과 열 공급에 이 용하는 기술로 알려져 있다. 북유럽에서는 대규모 발전시설을 활용하여
제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성 7
전력과 열을 공급하고 있으며, 소규모의 보일러 시설을 열 공급 위주로 활용하고 있다. 그리고 산림이 풍부한 자연조건을 이용하여 조림사업으 로 생산되는 목재를 활용하고 있다. 또한 대형 제재공장에서는 발전장 치를 병설하여 자가 소비전력을 충당하고, 잉여전력을 판매하기도 한 다. 한편, 보일러 기술의 발전으로 고형 바이오연료도 우드 칩을 펠릿 또는 성형탄 형태로 가공하여 보일러 연료로 활용하는 기술개발이 이루 어져 있다.
이러한 형태의 고형 바이오매스를 직접적으로 연소하는 방식은 발전 효율이 석탄의 전력생산 효율에 비하여 낮은 것으로 평가되고 있으나 연료시스템의 효율을 높이기 위하여 연료의 전처리, 연소로의 규모 확 대, 스팀터빈의 개선 등을 통하여 최적화 상태에서 발전효율을 높일 수 있는 것으로 파악되고 있다. 한편으로 미국 및 독일 등에서는 폐목재 등을 펠릿화하여 석탄과 혼소하여 사용하는 경우가 많이 있다. 이 경우 기존의 발전소 주요 장치를 이용하여 가장 경제적으로 활용할 수 있는 연소 기술로서 전력생산 효율도 직접연소에 비해서 높기 때문에 효율적 인 고형 바이오매스 연소기술로 평가되고 있다.2)
열분해 기술은 산소가 희박한 조건에서 고형연료를 열분해하여 가스 화함으로써 가스연료를 생산하는 데 사용되고 있다. 이는 목질자원을 부분연소하거나 불활성 가스에서 가열하여 저분자로 분해하는 기술로 알려져 있다. 이러한 과정을 통하여 생산된 가스는 열병합발전에 사용 되고 있으며, 열병합발전 기술의 경우 상용화되어 있다. 이 기술은 이미 폐기물 처리에서는 실용화 수준의 기술로 발전하고 있으며, 일본에서는 폐기물 처리 플랜트로 설치된 사례도 있다.
2) 에너지관리공단(2007A), p. 17.
이와 같이 열분해 기술은 간접연소 기술로서 발전효율이 36~45%로 석탄화력에 필적하는 수준이므로 주로 발전용 시스템으로 개발되어 장 기적으로는 혼소 시스템을 대체할 것으로 기대되고 있다. 그러나 가스 화에 필요한 반응열을 연료의 부분연소로 충당하기 때문에 총 에너지 회수율은 직접연소에 비해서 낮은 60% 내외에 불과하다.3)
메탄생산기술의 경우, 유기성 폐기물이 공기없는 혐기조건에서 미생 물로 분해하여 메탄이 주성분인 바이오가스를 생산한다. 이와 함께 매 립지 가스도 매립지에 폐기된 유기성 물질이 분해되어 메탄가스와 이산 화탄소를 주성분으로 하기 때문에 메탄생산 기술에 포함될 수 있다. 바 이오가스를 생산하기 위해서는 먼저 폐지원의 종류에 따라 원료를 확보 하는 기술, 생물학적 전환과정을 거치게 되는 에너지 전환기술, 마지막 으로 바이오가스를 유효하게 이용하기 위한 장치개발과 관련되어 있는 에너지 이용기술 등으로 구분된다.
유럽의 경우, 유기성 폐자원을 전량 회수하여 활용하기 위해 폐기물 선별기술, 바이오가스를 회수할 수 있는 혐기성 소화기술의 상용화가 이미 이루어졌으며, 바이오가스의 활용 기술도 완성되어 있다. 그리고 유기성 폐기물의 감량화 효과가 높아서 우리나라처럼 폐기물 처리부지 확보가 어려운 지역에 유용한 기술로 알려져 있다.
나. 폐기물 에너지
폐기물 에너지는 소각여열이용 기술과 폐기물 고형연료 기술이 대 표적인 것으로 폐기물을 활용하여 열 또는 열과 전기를 공급할 수 있 도록 되어 있다. 먼저 소각여열 이용기술은 가연성 폐기물 소각로에서
3) 에너지관리공단(2007A), p. 18.
제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성 9
폐기물을 소각할 때 발생되는 연소열로부터 증기 또는 온수, 전기와 같이 이용 가능한 에너지를 회수한다. 이러한 쓰레기를 소각하여 에너 지를 얻는 기술은 폐열 생산 및 회수 기술과 고효율 발전기술 등으로 분류된다.
소각기술 및 폐열이용 기술의 경우, 유럽과 일본에서 경쟁력이 높은 기술력을 보유하고 있다. 소각시설은 우리나라에서도 이미 보편화되 어 특정지역에서 쓰레기 소각시설이 설치 및 운영되고 있으며, 인근지 역의 저렴한 난방열 공급에 기여하고 있다.
다음으로 폐기물 고형연료 기술은 우선 폐기물을 파쇄 및 분쇄를 통한 전처리가 필요하고, 선별 및 분리해 내는 후처리, 그리고 성형기 술 등으로 구성되어 있다. 특히 기계적 생물학적 처리과정인 MBT(Mechanical Biological Treatment) 시스템4)을 활용하여 재활용 가치가 없는 물질 중 발열량이 높은 가연성 물질들만 별도로 회수하 여 고형폐기물(RDF)을 생산할 수 있다.
이 기술은 일본 및 유럽을 중심으로 상용화되어 있으며, 상용급 플 랜트를 운영할 정도로 이미 완숙기에 접어들고 있다. 이에 비해서 국 내의 RDF 제조기술 수준은 몇몇 단위 설비를 제외하고는 선진국 대 비 약 90% 수준에 이르고 있다. 그리고 RDF 전용보일러 및 발전기술 등의 핵심기술 수준은 유럽 및 일본 등에 비해 저조한 상태이며, 현재 국내 기술로서 상용화된 설비는 없는 실정이다.5)
4) MBT 시스템은 폐기물을 전처리하는 과정을 지칭하는데 재활용 가능한 물질을
선별하고 발효가 가능한 물질은 혐기성 소화 또는 호기성 퇴비화 공정으로 보낸 후 나머지는 열처리 과정을 위한 연료로 만들어 폐기물을 안정화시키도록 설계 되어 있다.
5) 곽연호(2010), p. 124.
3. 사업 관련 시장과 정책적 특징 가. 바이오 에너지
바이오 에너지는 동식물의 유기체를 가스, 액체, 또는 고형연료로 변환하여 연소함으로써 열, 증기 또는 전기로 전환하여 사용하거나, 직접연소를 위한 연료로 활용하여 열공급이나 열병합발전에 이용하고 있다. 유럽의 경우 바이오가스 생산시설이 마을 단위로 대량으로 보급 되어 있거나 매립가스를 에너지화하는 설비에 대한 규정을 마련하였 으며, 목재 펠릿 또한 열병합발전에 활용하고 있다.
폐목재의 경우, 우드칩이나 펠릿으로 이용하여 전력 및 열공급의 확 대에 활용하고 있으며, 직접연소 외에 가스 또는 액체 형태의 연료로 전환하여 이용하는 기술개발이 일부 상용화되어 있다. 그리고 이와 같 이 다른 형태의 연료로 전환하는 경우 연료의 이동이 용이하여 경제 성을 높일 수 있다는 장점이 있기 때문에 향후에도 그 시장규모가 확 대될 예정이다. 예를 들면, 가스화에 의해 얻어진 연료를 가스화복합
발전(IGCC)에 이용하면 발전효율이 상승하여 경제성을 향상시킬 수
있다.
한편, 수분함량이 높은 음식쓰레기, 축산분뇨, 하수슬러지 등은 우 드칩이나 펠릿의 경우처럼 직접연소가 어려워 생물학적 전환을 통하 여 메탄가스를 생산하여 에너지원으로 이용하고 있다. 즉, 혐기성 소 화조를 이용하여 바이오가스를 생산한 후 이를 에너지로 사용하는 방 식이다. 이와 같이 혐기소화에 의해 생산된 전력과 같은 신재생에너지 는 환경친화적이지만 발전비용 측면에서 기존의 화석연료에 비해 상 대적으로 비싸기 때문에 주로 정부의 적극적인 지원책에 의해 육성되
제Ⅱ장 신재생에너지 활용 집단에너지사업의 특성 11
어 왔다. 특히 유럽에서 이러한 신재생에너지의 경제성 확보를 위해 다양한 지원책을 시행하고 있는데 국가별로 고정가격우선매입제도 또 는 신재생에너지의무비율할당제(RPS) 등에 의존하고 있다. 이 밖에도 사업 관련 설비투자에 대한 초기 설비에 대하여 보조금을 지급하는 국가가 있는 반면, 환경세를 실시하는 국가에서는 신재생에너지에 대 하여 환경세를 면제하거나 환급을 보조지원책으로 이용하고 있다.
이와 같이 메탄가스 형태의 바이오가스는 에너지 이용과 환경문제 해결에도 영향을 미치기 때문에 정책적으로도 확대될 가능성이 높으 며, 세계적으로 시장규모는 더욱 확대될 것으로 예상된다.6)
나. 폐기물 에너지
폐기물 에너지는 가연성 생활폐기물을 단순 소각하거나 매립하지 않고, 분류 및 선별 과정을 통하여 에너지원으로 활용하여 열 및 전기 등을 생산하거나 연료 등으로 이용하고 있다.
대부분 국가에서 매립을 최소화하여 매립장의 사용 기간을 연장하 는 형태로 폐기물 에너지를 관리하고 있으며, 열병합발전을 통한 전력 판매와 지역냉난방 시설을 공급하고 있다. 그리고 신재생에너지 공급 의무할당제를 통한 판매 등으로 경제적 효과를 기대하고 있다.
실제로 유럽의 경우는 발전차액지원제도를 통하여 일단 신재생에너 지의 비중을 확대한 경우가 많이 있다. 특히 독일의 경우에는 신재생 에너지의 발전차액지원제도를 통하여 전력 구입비용을 높여줌으로써 상당한 수준의 신재생에너지 비중을 확대한 것으로 알려지고 있다.
한편, 유럽은 RDF의 거래가 활발하게 이루어지고 있어서 시장규모
6) 박대원(2010), p. 114.
가 확대되는 추세에 있으며, 일본의 경우는 광역발전시설을 운영하는 등 폐기물 에너지의 활용과 관련한 시장의 규모는 확대될 전망이다.
반면 우리나라에서 폐기물의 활용과 관련한 집단에너지사업은 쓰레 기 소각으로부터 난방열을 공급하는 방식이 보편화되어 있고, 다른 사 업은 아직 진행이 되지 않고 있는 상황이다. 그러나 최근 우리나라에 서도 환경부를 중심으로 폐기물 에너지화에 대한 정책 추진으로 지자 체를 중심으로 하는 고형연료 생산과 발전을 촉진하는 시장이 확대될 전망이다.
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례 13
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례
1. 유럽 국가 사례
가. 바이오 에너지 활용 사례
유럽 국가들의 바이오 에너지에 대한 생산과 이용은 상당한 수준에 도달하고 있는 것으로 알려져 있다. 우선 유기성 폐기물을 에너지화하 는 바이오가스를 살펴보면, 대부분의 유럽국가들은 유럽 신재생에너
지 지침(2009/20/EC)의 테두리 내에서 자국의 신재생에너지 실행계획
의 일환으로 바이오가스 로드맵을 작성해 왔다. 2009년 유럽의 바이 오가스 에너지 생산은 2008년보다 4.3% 증가한 8.3Mtoe를 기록하였 다. 바이오가스 에너지는 주로 전력 생산의 형태로 회수되었는데,
2009년은 2008년보다 17.5% 증가한 25.2TWh가 발전되었다. 전환 부
문에서의 열 생산은 전년대비 13.2% 증가한 171.7ktoe로서 난방공급 망에 판매된 열만을 포함하고 있다.7)
<표 Ⅲ-1>에 제시된 유럽연합(EU)에서 바이오가스 생산량이 많은
주요 국가들을 살펴보면, 독일과 네덜란드는 자국의 바이오가스 생산 량 중 농축산 바이오가스 생산량이 큰 비중을 차지하고 있는 반면, 영 국, 프랑스, 이탈리아 등은 매립가스의 비중이 높게 나타나고 있다.
7) EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010. p. 57.
<표 Ⅲ-1> 유럽연합 주요 국가들의 바이오가스 생산량
(단위 : ktoe) 주요 국가 연도1) 매립가스 하수슬러지
가스2) 기타
바이오가스3) 합계
독 일 2008 291.7 384.7 3,553.1 4,229.5
2009 265.5 386.7 3,561.2 4,213.4
영 국 2008 1,416.9 208.6 0.0 1,625.4
2009 1,474.4 249.5 0.0 1,723.9
프랑스 2008 379.3 45.5 28.3 453.1
2009 442.3 45.2 38.7 526.2
이탈리아 2008 339.8 3.0 67.2 410.0
2009 361.8 5.0 77.5 444.3
네덜란드 2008 44.4 48.8 132.5 225.7
2009 39.2 48.9 179.8 267.9
EU 전체 2008 2,888.3 955.7 4,155.3 7,999.3
2009 2,996.8 1,008.4 4,340.9 8,346.0
주 : 1) 2009년은 추정치임 2) 도시와 산업체 포함 3) 분산형 농업 플랜트, 지자체 고형 폐기물 메탄 플랜트, 중앙집중형 CHP 설비 등 포함
자료 : EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010.
<표 Ⅲ-2>에 나타난 바와 같이 바이오가스를 활용한 전력 생산량을
살펴보면, 유럽 전체적으로 바이오가스를 이용한 전력생산은 열병합발 전 설비보다는 전력 전용 생산설비의 비중이 훨씬 높게 나타나고 있 다. 이러한 가운데 네덜란드는 다른 국가들에 비해서 열병합발전을 활 용하는 비중이 높게 나타나고 있다.
한편 <표 Ⅲ-3>에 제시되고 있는 바이오가스 활용 열 생산량은 유럽
전체적으로 보면 열병합발전 설비가 난방전용설비보다는 비중이 높게 나타나고 있다. 그러나 핀란드의 경우 오히려 난방전용설비의 비중이 월등히 높으며, 독일의 경우는 이 둘이 비슷한 비중을 유지하고 있다.
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례 15
<표 Ⅲ-2> 유럽연합의 주요 국가들의 바이오가스에 의한 전력 생산량 (단위 : GWh) 주요 국가 연도1) 전력전용 설비 CHP 설비 총전력설비
독 일 2008 8,837.0 1,142.0 9,979.0
2009 11,325.0 1,237.0 12,562.0
영 국 2008 4,844.9 460.0 5,304.9
2009 5,064.7 526.8 5,591.5
이탈리아 2008 1,290.8 308.7 1,599.5
2009 1,374.1 365.5 1,739.6
네덜란드 2008 83.0 651.0 734.0
2009 82.0 833.0 915.0
프랑스 2008 605.6 94.7 700.3
2009 671.4 175.0 846.4
EU 전체 2008 17,364.9 4,049.7 21,414.6
2009 20,394.0 4,773.4 25,167.4
주 : 1) 2009년은 추정치임.
자료 : EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010.
<표 Ⅲ-3> 유럽연합 주요 국가들의 바이오가스에 의한 열 생산량 (단위 : ktoe) 주요 국가 연도1) 난방전용 설비 CHP 설비 총난방설비
독 일 2008 8.2 10.9 19.1
2009 15.2 15.4 30.6
덴마크 2008 5.4 19.5 24.8
2009 4.6 21.8 26.4
핀란드 2008 21.8 1.0 22.8
2009 18.7 1.2 19.9
폴란드 2008 0.4 12.7 22.1
2009 0.5 19.0 19.5
이탈리아 2008 0.0 16.4 16.4
2009 0.0 19.4 19.4
EU 전체 2008 52.2 108.3 160.5
2009 52.0 121.8 173.8
주 : 1) 2009년은 추정치임.
자료 : EurObserv'ER, Biogas Barometer, November 2010.
유럽의 경우, 바이오가스를 생산하는 시설들이 농가용으로 제작된 혐기성 소화조가 대량으로 보급되어 있다. 독일에서는 3,700개 이상, 오스트리아에서는 120개, 스위스에서는 70개 정도의 소형 혐기성 소화 조가 설치되어 있어서 단독 또는 마을 단위로 주택 및 축사의 난방과 전력생산에 소화조를 이용하고 있다. 바이오가스의 생산에는 주로 음 식물류 폐기물 및 가축분뇨를 이용하고 있으며, 잔류물은 액비나 퇴비 로 이용되고 있다.8)
국가별 특징을 살펴보면, 독일은 농업적 매탄화 설비를 발전시켜 농 산물의 바이오가스 처리를 증대하고 있어서 유럽 바이오가스 에너지
생산의 50.5%를 차지하고, 바이오가스 활용 전력생산의 49.9%를 차지
할 정도로 선도적 바이오가스 생산 국가이다. 독일의 바이오가스 협회 에 따르면 4,984개의 메탄화 설비가 존재하고, 이중 1,093개가 2009년 에 설치되었으며 1,893MW의 전력설비를 갖추게 되었다.
이러한 성과는 신재생에너지 발전차액지원제도(feed in tariff)의 이행 에 기인하고 있다. 2009년부터 메탄화 바이오가스에 적용되는 기본요 금은 설비용량에 따라 kWh당 0.079유로에서 0.1167유로에 이른다. 그 리고 2008년 2월에 인센티브 법이 시행된 이래로 천연가스망에 바이 오매탄가스를 공급하기 시작하였다.
한편, 이탈리아는2009년 유럽에서 4번째로 큰 바이오가스 생산국으
로서 444.3ktoe의 생산량을 기록하였다. 2009년 기준으로 약 200MW
의 바이오가스를 활용한 열병합발전 설비가 200여 개가 있으며, 향후
5년 내에 2,000MW의 설비가 계획되어 있다. 이러한 전향적인 농축산
바이오가스의 발전을 이행한 법적 근거는 2009월 7월에 마련된 농축
8) 박대원(2010), p. 108.
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례 17
산 바이오가스로부터 생산된 전력에 대한 발전차액지원제도의 시행이
다. 즉, 1MW미만의 설비에 대해서는 kWh당 0.28유로가 지급되고, 더
규모가 큰 설비에 대해서는 이탈리아의 녹색인증시스템에 대한 자격 이 주어지고 있다.9)
영국의 경우는 특히 매립가스로부터의 에너지 회수 의존도가 높게 나타나고 있다. 에너지기후변화부(Department of Energy and Climate Change)에 따르면 2009년 1,723.9ktoe의 바이오가스 생산 중 85.5%를 차지할 정도로 매립가스의 비중이 높다. 이러한 형태의 바이오가스는 신재생에너지 의무인증제(Renewable Obligation Certificates)로 알려진 영국의 녹색인증시스템을 통하여 충분히 활용되고 있다. 특히 영국의 제도는 비용 면에서 가장 효과적인 부문에 유리하도록 편향되어 있고, 매립가스가 다른 신재생에너지 부문보다 생산비용이 더 낮기 때문에 더 높은 관심을 유발하고 있다.10)
프랑스의 경우, 바이오가스는 생산잠재력에 비해서 거의 개발되지 않고 있다. 바이오가스로 생산된 에너지의 대부분이 위험하지 않은 쓰 레기 집하장에서 직접적으로 포집된 바이오가스로부터 생산된 것이며, 대부분은 여전히 이용되지 않고 있다. 300개의 매립가스 중 65개소만 이 바이오가스로 전환되고 있다. 또한 2009년 기준으로 74개의 도시 폐수공장과 90개의 폐수처리시설과 6개의 가정용 쓰레기 메탄화설비 등이 있다. 이에 따라 바이오가스 전력생산은 846.4GWh에 불과하였
다. 그리고 kWh당 0.078~0.093에 이르는 기본요금으로 구분되지만 유
인이 크지 않은 발전차액지원제도로 인하여 여전히 개발 중에 있으며, 이 요금 위에 메탄화 프리미엄 0.02유로와 에너지 효율성 프리미엄인
9) EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010, pp. 55~57.
10) EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010, p. 57.
0.00~0.031유로가 더해진다.
다음으로 목재 및 폐목재와 다른 고형 임산물을 포함한 고형 바이오 매스를 살펴보면, 유럽의 경우에 고형 바이오매스의 연소에 의한 에너 지 생산은 2009년 기준 72.5Mtoe로서 전력과 열 생산목표 수준을 달 성하기 위해서 다수의 국가들이 이 에너지에 의존하고 있다.
고형 바이오매스로부터의 전력생산은 2001년 20.8TWh에서 2009년
62.2TWh에 이르기까지 연평균 14.7%로 꾸준하게 안정적으로 증가하
고 있다. 특히 고형바이오매스의 발전소는 지난 5년 동안 2배의 증가 세를 보여 왔다. 현재 약 7.1GW의 열병합발전 설비용량을 가진 약 800개의 바이오매스 발전소가 있다.
<표 Ⅲ-4> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스 생산량 (단위 : Mtoe)
주요 국가 2008 2009
독 일 10.007 11.217
프랑스 9.551 9.795
스웨덴 8.306 8.608
핀란드 7.412 6.473
폴란드 4.739 5.191
EU 전체 70.300 72.500
자료 : EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010.
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례 19
<표 Ⅲ-5> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스에 의한 전력 생산량 (단위 : TWh) 주요 국가 연도1) 전력전용 설비 CHP 설비 총전력설비
독 일 2008 8.213 3.080 11.293
2009 7.882 3.474 11.356
스웨덴 2008 0.000 8.932 8.932
2009 0.000 10.057 10.057
핀란드 2008 1.588 8.469 10.057
2009 0.870 7.532 8.402
폴란드 2008 0.000 3.200 3.200
2009 0.000 4.907 4.907
네덜란드 2008 1.228 1.335 2.563
2009 1.764 1.786 3.550
EU 전체 2008 22.300 35.600 57.900
2009 23.300 38.900 62.200
주 : 1) 2009년은 추정치임.
자료 : EurObserv'ER, The State of Renewable Energies in Europe, 2010.
<표 Ⅲ-6> 유럽연합 주요 국가들의 고형 바이오매스에 의한 열 생산량 (단위 : ktoe) 주요 국가 연도1) 난방전용 설비 CHP 설비 총난방설비
스웨덴 2008 0.766 1.413 2.179
2009 0.774 1.328 2.102
핀란드 2008 0.246 1.019 1.265
2009 0.191 0.942 1.133
덴마크 2008 0.312 0.223 0.536
2009 0.337 0.269 0.606
오스트리아 2008 0.219 0.314 0.533
2009 0.228 0.292 0.521
독일 2008 0.110 0.149 0.259
2009 0.140 0.196 0.336
EU 전체 2008 1.980 3.454 5.434
2009 1.991 3.483 5.473
주 : 1) 2009년은 추정치임.
자료 : EurObserv'ER, Solid Biomass Barometer, November 2010.
고형 바이오매스 발전의 주요 생산 국가들은 북유럽의 산림국가들을 비롯하여 독일과 오스트리아 등으로 이들 국가는10년 이상 동안 바이 오매스를 활용한 전력생산에 보조금을 지급하여 왔다.
한편 핀란드에서는 2005~2010년 사이에 펄프 및 제지 산업 활동이
약 10~20% 줄어들고, 제련 산업 활동이 10% 이하로 감소함에 따라
2009년 바이오메스의 생산량이 전년대비 약 12.7% 하락했다. 그러나 이런 추세와는 달리 2010년 5월 핀란드의 가장 큰 바이오매스 발전소
인 Kaukaan Voima Oy가 운영되었고, 이에 따라 바이오매스가
385MW의 열공급설비에서 사용될 연료의 80%를 차지하고 125MW의
전력설비를 공급할 계획이다. 핀란드는 바이오 정제 기술 프로그램을 통하여 바이오매스의 잠재력을 증가하기 위해 새로운 회수 기술을 발 전시키는 한편, 에너지생산과 원료로서의 우드칩 사용을 보다 용이하 도록 하여 2020년에 12백만m3까지 현 수준의 3배로 증가시킬 계획 이다.
스웨덴은 1991년 열소비에 대한 탄소세의 도입으로 대규모의 신재 생 열에너지를 발전시켜 왔다. 주택 및 서비스 부문에서 탄소세는 CO2
1톤당 27유로에서 2009년 108유로로 증가되었으며, 그 결과 바이오매 스가 2008년 주택난방의 주요 열원이 되었다. 그리고 녹색인증제도는 신재생에너지 전력생산의 발전에 적용되고, 2010년에 목표가 수정되 었는데 2002년 수준 대비 2020년에 25TWh의 신재생에너지 전력을 증 가시키는 것이다.
독일은 고형 바이오매스 활용 에너지 생산에서도 유럽의 바이오매스 생산 국가들 가운데서 최고수준을 기록하고 있다. 2009년 이래 기본적 인 바이오매스 전력의 발전차액지원은 150kW이하의 설비용량에 대해
제Ⅲ장 해외 신재생에너지 활용 집단에너지사업 사례 21
서 kWh당 0.1167원이 지급되고, 500kW까지에 대해서는 0.0918유로로
하락하고, 5MW까지는 0.0825유로, 20MW까지는 0.0779유로로 지급된 다. 이러한 지급 수준은 특정 신재생에너지 원료와 열병합발전으로부 터 혁신기술을 사용한 전력생산에 대하여 부가금을 지급하는 방식으 로 강화되고 있으며, 지급은 20년 동안 보장되고 매년 1%씩 낮아지는 것으로 되어 있다.11)
나. 폐기물 에너지 활용 사례
폐기물 에너지는 도시의 쓰레기 소각로와 고형 폐기물 등에서 활용 되는 에너지가 포함되어 있다.
유럽의 소각 폐열 에너지 이용은 일찍부터 시작되어 기술 수준은 높은 편이지만 상용화 경쟁력에서는 일본에 비해 미흡한 수준이다. 최 근 유럽에서는 폐기물의 발생을 억제하고자, 배출단계에서 선별한 폐 기물로부터 가능한 한 물질이나 에너지를 회수하고, RDF 또는 MBT 등에 의해 에너지 회수율은 높이고 폐기물의 최종 발생량을 감소시키 는 등 매립양을 최소화하는 기술을 중점적으로 개발·보급하고 있다.12) 유럽의 2009년 도시 폐기물에서 발생되는 에너지 생산량은 약
7.7Mtoe로 추정되며, 소각로에서 생산된 전력은 15.4TWh이고, 난방
공급망에 판매된 열생산량은 1.9Mtoe에 해당된다.
11) EurObserv'ER, Solid Biomass Barometer, November 2010. pp. 129~131.
12) 곽연호(2010), p. 126.
![[그림 Ⅴ-1] 국내 임목 축적 추이](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dokinfo/11515710.0/70.892.211.690.736.945/그림-ⅴ-1-국내-임목-축적-추이.webp)