러시아 장기에너지전략안(ES-2035)에 따른 에너지기술 혁신 전략
해외정보분석실 이주리([email protected])
▶ 세계 에너지시장은 기후변화 대응, 에너지 생산･이용 기술의 혁신, 비전통 에너지원 발굴, 신재생에너지 기반 에너지시스템 고도화 등으로 급격한 변화에 직면하고 있으며, 러시아는 이로 인한 국제 에너지시장 구조 개편이 향후 더욱 심화될 것으로 판단
▶ 이에 국제 에너지수급 체계 개편에 대응하여 오랜 기간 누려왔던 에너지자원의 안정적 공급자 위상을 지속적 으로 유지하는 한편, 풍부한 에너지자원을 활용한 지속적인 국가발전 동력 창출을 위해 에너지부문 기술혁신 전략을 마련하였음.
▶ 러시아 에너지부는 기존 R&D 수행에 따른 기술 분석, 연료에너지산업 발전의 미래 여건 및 신규 기술 수요 등을 기반으로 향후 2035년까지 에너지부문별 우선적으로 개발･도입이 필요한 혁신기술들을 선정하였음.
▶ 이러한 혁신기술 개발을 통해 자국 연료에너지산업의 기술경쟁력을 세계적 수준으로 향상시켜 에너지부문의 기술적 자립도 제고 및 지속적 성장 동력 창출을 도모함.
▶ 나아가 장기적으로는 탄화수소 가격 하락과 수요 감소 직면에 대비하는 한편, 재생에너지, 수소에너지, 에너지 저장, 스마트그리드 등과 같은 유망한 기술 개발 촉진 전망
1. 에너지기술 혁신 전략 추진 배경
▣세계 에너지시장 구조 변화
¡세계 에너지시장은 기후변화 대응, 에너지 생산･이용 기술의 혁신, 비전통 에너지원 발굴, 에너지시스템 고도화 등으로 급격한 변화에 직면하고 있음.
‒ 2014년 이후 국제 석유시장에서는 공급과잉 상황이 지속되고 있고, 에너지효율
개선과 신재생에너지 개발은 전 세계 국가의 공통적인 에너지정책 과제로 설정되고 있음.
･ EU는 에너지 소비구조에서 재생에너지 비중을 1990년 대비 최소 27% 확대, 온실 가스 배출 40% 감소, 에너지 효율 30% 증가를 목표로 설정(EU장기에너지 전략)
･ 독일은 2050년에 재생에너지 비중을 에너지소비에서 60%, 전원믹스에서
80% 수준까지 확대 계획 추진
･ 중국은 2030년에 전원믹스에서 재생에너지 목표 비중을 20%, 미국은 2020년에 20%로 설정
‒ 러시아는 국제 에너지시장 구조개편이 비전통 에너지원 개발확대, 신재생에너 지 기반 에너지시스템 발전, 에너지효율 개선 기술 촉진으로 더욱 심화될 것으 로 판단하고 있음.
“세계 에너지시장은 기후변화 대응, 에너지 생산･이용 기술 혁신, 비전통 에너지원 발굴 등으로 급격한 변화에 직면”
¡ 전 세계적인 에너지효율 개선과 심화되고 있는 환경규제 정책은 에너지수요 증가를 억제할 것으로 예상되고 있음.
‒ 특히, 에너지 소비 Zero 주택 건설, 스마트 홈, 수송부문 에너지 혁신 등이 가속화 되고 있음.
･ 하이브리드 및 전기자동차 판매 비중이 전 세계 자동차･상용차 총 매출의 80%로 확대될 경우, 석유 수요는 25%까지 감소하는 반면, 발전량은 8% 증가할 것으로 전망
･ 최근 미국의 전기자동차 기술개발 속도와 일본의 수소자동차 수송시스템 구축 정책 추진 등으로 세계 에너지시장은 새로운 전환기에 돌입
▣러시아, ‘2035 우선적 에너지 혁신기술’ 선정
¡ 러시아는 국제 에너지수급 체계 개편에 대응하여 오랜 시간동안 누려왔던 에너지자원 의 안정적 공급자 위상을 지속적으로 유지하는 한편, 풍부한 에너지자원을 활용한 지속 적인 국가발전 동력 창출을 위해 에너지부문 기술혁신 전략 마련 필요성에 직면
‒ 이에 세계 에너지기술 변화에 부응하는 한편, 연료에너지산업 발전의 미래 여건을 점검하고 2035년까지 에너지부문별 신규 기술 수요를 분석하여 우선적 에너지 혁신 기술 개발 대상을 선정하기에 이름.
‒ 러시아는 자국의 기술･설비의 낙후성, 원자재 및 서비스 미흡, 과도한 기술 해외 의존도 등을 에너지부문의 발전을 저해하는 요인으로 분석해 왔음.
¡ 러시아는 혁신기술 개발을 통해 자국 연료에너지산업의 기술경쟁력을 세계적 수준으로 향상시켜 에너지부문의 기술적 자립도 제고 및 지속적 성장 동력 창출을 도모하고자 함.
‒ 에너지 분야 세계 기술발전 추세에 부응하기 위해서 과학기술 분야에서 국제적인 교류 및 협력 활동에 참여하고, 자국 기술개발 및 첨단 기술의 상업화와 국산화를 위한 정책적 노력을 지속할 계획임.
2. 에너지산업 상 ･ 하류부문 혁신기술 개발 과제
▣에너지 탐사 및 생산능력 확충
¡ 러시아는 탄화수소 매장량 추가 확보 및 탐사･생산기술 확충을 통해 러시아 연료 에너지산업의 경쟁력 제고 및 외연 확대를 추진
‒ (매장지 탐사 역량 강화) 기존 매장지의 매장량 추가 개발 및 복잡한 지질 조건
과 열악한 탐사･생산 여건의 기술적 극복 방안 개발
“러시아는 국제 에너지수급 체계 개편에 대응하여 자국
연료에너지산업 발전의 미래 여건을 점검하고 에너지부문별 기술 수요를 분석하여 우선적 에너지 혁신기술 개발 대상 선정”
･ 기존 유전에서 원유 회수율을 2035년에 40% 수준까지 제고하고, 채굴이 어려운 매장지 및 북극 대륙붕 매장량 개발의 경제성 확보
･ 화석연료의 신규 매장지와 북극 심해 대륙붕을 포함한 복잡한 지질 및 부존 조건의 탄화수소 매장지 탐사
･ 결빙 상태의 북극해 심해 및 대륙붕에서의 효과적인 탄화수소 매장지 탐사･ 시추 방법 개발
･ 지구 표면 원격 탐사 등을 포함한 새로운 지질탐사 방법 발굴
･ 슈퍼컴퓨터를 이용한 지질학적 정보 분석을 위한 효과적인 소프트웨어, 지질 학적 정보의 시각화(고해상도 3D/4D 형식) 기술 개발
‒ (시추 신기술 도입) 고정밀 시추기법의 광범위한 도입과 원유채굴 부문의 신기술
도입
･ 석유･가스 매장지의 누적층 상태 모니터링 및 예측의 신규 기법(지질･물리 학적 기법 활용 원격 모니터링, 실시간 3D/4D 정보 처리 기법 등) 개발
･ 채굴이 어려운 매장지8) 및 심해･대륙붕에서의 생산 기술, 특히 대륙붕 매장지 개발을 위한 수중 로봇 시스템 개발
･ 탄화수소 생산의 지능형 무인 기술(자동화, 인공지능, 원격 모니터링 적용) 적용 추진
･ 가스하이드레이트 개발･생산 기술 확충
･ 지질탐사 부문에 대한 기술･설비의 국산화
‒ 석유 탐사･생산 과정의 환경요건 강화 및 안전성 제고
▣연료에너지산업 산업경쟁력 강화
¡연료에너지산업 생산부문의 효율증진을 통해 산업경쟁력 제고 추진
‒ (자동화 촉진) 에너지산업 지출비용 증가를 억제하고, 노동생산성을 향상시키기
위해서 생산과정의 자동화율 증진
･ ‘유정 및 매장지 개발･생산의 자동화’를 통해 탄화수소생산 비용의 약 15~20%
절감을 기대
‒ (기술자립도 제고) 외국 기술에 의존하고 있는 화석연료 탐사 활동의 국산화 추진
･ 화석연료 탐사에 지질탐사 비용(연간 1,400~1,500억 루블, 20~21.5억 달러)의
76~78%를 사용하고 있으며, 이 중 대부분을 외국 기술에 의존
8) 러시아의 채굴이 어려운 매장지는 치밀･셰일자원을 일컫는 저투수층 지대와 천연 역청, 오일샌드와 같은 중유 및 고점성 원유 매장지를 가리킴.
“탄화수소 매장량 추가 확보 및 탐사･생산기술 확충 통해 러시아 연료에너지산업의 경쟁력 제고 및 외연 확대 추진”
¡ 석유 및 천연가스 연관산업 고도화를 통한 에너지산업 부가가치 제고 추진
‒ (정제기술 고도화) 2035년까지 정제율을 현재의 72%에서 90%까지 증대하고, 정제제품 생산을현재의 58%에서 73~74%까지 증대할 수 있도록 탄화수소 원료 정제의 자국산 신기술 개발 및 촉매제의 비용경제성 확보
･ 탄화수소 원료의 정제율 향상을 위한 고효율 촉매제 개발
･ 고갈된 매장지에서 저압 천연가스와 수반가스 이용한 회수율 증대 기술 개발･적용
･ 탄소섬유 강화 폴리머(Carbon-fiber-reinforced polymer), 그래핀(graphene), 풀러린
(fullerene) 등 고부가가치 제품 생산을 위한 석유･가스화학 기술의 선진화
‒ (LNG 액화설비 확충) LNG 수출역량 확충 및 천연가스 산업의 기술적 자립을
위해 국산 대용량 액화설비 기술 국산화 추진
‒ (석탄 액화기술 개발) 저품질 석탄 매장량의 품질제고 방안 및 수송 애로 해소를
위한 석탄 액화･기화 기술 개발
･ 풍부한 석탄자원은 러시아 장기 발전 잠재력의 새로운 원천으로 판단
3. 내수 에너지산업 부문 혁신기술 개발 과제
▣전력산업 역량 제고 추진
¡ 전력 및 열 생산 부문 효율화를 통한 에너지공급 역량 강화
‒ (대용량 화력발전소) 대용량(110~180MW) 고효율 가스터빈 및 300~500MW급
복합발전(Combined cycle) 설비 개발
･ 300~800MW급 미분탄 발전설비(증기터빈, 585~600℃, 30Mpa(megapascal)) 개발
･ 330MW 증기터빈 화력 발전설비를 위한 순환유동층 석탄 보일러 개발
‒ (복합발전 설비 기술 개발) 발전설비 효율 제고를 통해 연간 6~8Bcm의 천연가스
절감 효과(약 20~25억 달러 규모) 도모
･ 대용량 복합발전 시장규모는 2035년까지 약 15~18GW, 총 200~270억 달러 규모
･ 2035년까지 50~60개 복합발전단지(300~500MW 규모)에서 100~120개 대용량 가스터빈 증설 필요
･ 개량 가스터빈은 저공해 연소실(질소산화물 배출 25ppm 미만) 구축 및 설비 수명요건(100,000시간) 충족 필요
･ 복합발전 시장규모는 약 10~20GW이거나, 100~330MW급 전력의 100~120개 정도로 평가됨.
･ 대용량 순환유동층 석탄 보일러 기술 고도화 추진
“생산과정의 자동화 촉진, 기술자립도 제고 등을 통해 연료에너지 산업의 경쟁력 제고 및 정제기술 고도화 등을 통한 에너지산업 부가가치 제고 추진”
‒ (보일러 개선을 통한 미니 열병합발전 설비 확충) 천연가스 및 LPG에 기초한 소용량 열병합발전설비 개발
･ 6~9MW 가스터빈 설비, 0.3~0.5MW 가스피스톤 설비, 0.05~1MW 마이크로터빈, 100~200kW 및 효율 60~65% 연료전지 개발
‒ (발전 및 송･배전 기술 개발 확대) 발전 및 송배전부문의 기술자립도 제고
･ 부하관리의 Flexibility 및 신뢰성, 기동성 제고를 위한 전력기술 개발, 고 변환 효율(energy conversion efficiency) 발전설비 개발 및 제어시스템 국산화 추진
▣원자력 기술우위 확보 및 신재생에너지 기술 확충
¡원자력 수출잠재력 제고를 위한 신기술 개발 및 세계 원자력 시장에서 기술우위 성 확보 전략 추진
‒ (원자력 발전 비용 경제성 확보) 2035년까지 원전설비 확충을 지속하는 한편,
자국산 원자력 기술의 수출 잠재력 제고에 주력
･ 원자력 발전소의 비용 절감 효과 극대화를 위한 원전 운영 최적화 기술 개발
･ 원자력발전 폐기물 재처리 활용 증대 및 고속중성자 기술 개발･적용 추진
‒ (원자력 수출역량 제고) 수출역량 확대를 위한 원전 발전설비 건설･플랜트 기업의
역량 확충 추진
･ 원전 기술, 발전설비 부품, 핵연료 사이클 관리･운영 분야에서 수출 경쟁력 확보 추진
‒ (원자력 기술 안정성 제고) 핵연료 생산설비, 사용후 핵연료 처리시설, 방사성
폐기물의 장기 저장설비 등의 개발을 통해 환경적 안전성 확보. 핵분열성 물질 비확산 체제 확충
･ 핵연료 사이클(우라늄 생산에서부터 방사성 폐기물 처분까지)의 신뢰성 제고
¡2035년까지 에너지부문에 재생에너지 발전 설비의 대규모 도입 추진
‒ (신재생에너지 신규기술 개발) 태양광, 풍력 및 바이오에너지 활용기술 고도화
추진
･ 자국산 재생에너지 발전기술, 특히 고효율 태양전지의 수출 경쟁력 제고 도모
･ 재생에너지 발전전력의 전력망 연결 안정성 및 신뢰성 확보를 위한 기술개발
･ 태양광에너지 에너지변환효율 제고 및 연료전지 수명 확대, 비용경제성 확보 추진
･ 직사광 및 반사광의 고효율 집광장치와 태양광 추적 시스템 개발
･ 액체･가스 형태 열매체의 높은 흡수 능력을 지닌 태양열 집열장치 개발
“전력 및 열 생산 부문 효율화를 통한 에너지공급 역량 강화”
“원자력 수출잠재력 제고를 위한 신기술 개발 및 세계
원자력시장에서 기술우위성 확보 전략 추진”
‒ (풍력발전설비 기술 확충) 풍력발전기 터빈 블레이드의 신소재 및 피복처리 관련 기술 개발 고도화
･ 유압 구조물의 내구성 향상을 위한 새로운 건축자재(고밀도 폴리머콘크리트, 토목 섬유 등) 개발
‒ (바이오에너지 기술 확충) 미생물 고성능 균주 개발을 통한 바이오가스의 생화
학적 대량 생산 기술 및 바이오매스 열처리의 기술(가스화, 열분해 등) 개발
･ 바이오매스를 고부가가치 제품(생분해성 바이오 플라스틱 등)으로 만드는 새 로운 처리 기술
‒ (수소에너지 기술 개발) 수소의 생산･저장･수송 시스템 구축 추진
･ 수소의 연료전지 연계 기술 등 발굴
‒ (새로운 에너지원 발굴) 축열 및 용융염을 이용하는 태양열 발전시스템 개발 및
조류와 파도 등의 해양에너지 전력화 기술 개발
▣에너지효율개선 부문
¡ 에너지효율 향상 기술개발을 위해 분야별로 특화된 혁신기술 과제를 선정･개발 추진
‒ (주택부문 에너지효율 개선) 주택 건설 시 새로운 단열재 및 건축자재의 적용
기준 설정, 가전제품 효율기준 개선
･ 효율성･신뢰성･안전성･자동화를 갖춘 10~300kW급 개별 가스보일러 개발･보급 확대
･ 자국산 가전제품(냉장고, 온도조절기, 전기온수기, 전기 및 가스레인지, 전자 레인지 등) 에너지효율 개선
‒ (에너지 수송시스템 효율화) 주요 에너지 수송 시스템(송배전 시스템, 열공급 시스템, 가스수송 시스템) 기능의 신뢰성 향상 및 에너지 손실 감소 추진
･ 에너지 수송･분배･저장･배전･판매에 따른 시스템 서비스 비용 감축
･ 마이크로프로세서 기술, 모니터링, 발전 및 에너지 소비 장비의 원격 제어 위한 IT 기술 적용
¡ 에너지이용 효율화를 위한 차세대 기술 개발
‒ (지능형 에너지시스템) ‘디지털 변전소’, ‘가상 발전소’, ‘스마트미터’, 고감도 센서, 전력전자, 보호계전설비, 자동화 장치 등을 포함한 지능형 에너지 시스템 구축을 위한 새로운 기술 개발
･ 전력･IT 통합을 통해 실시간으로 최종 전력소비자에 대한 지능형 제어 기술
“2035년까지 재생에너지 발전설비의 대규모 도입 추진”
“주택부문 에너지효율 개선, 에너지
수송시스템 효율화 등을 통한 에너지효율 향상 기술개발 주력”
･ 대용량 축전 기술 및 전력 송배전 손실 감축기술(전기강판, 고순도 도전물질 등) 개발
‒ (수송 인프라 기술 고도화) 고압 송유관 및 가스관 재질 신규 개발
･ 내진 및 부식방지 피복력을 보유한 송유관 개발 및 난류항력 감소를 위한 새로운 첨가제 개발
4. 향후 전망 및 과제
¡세계 에너지 수급 균형에서 탄화수소 에너지가 여전히 중요한 역할을 할 것이며, 탄화수소 에너지 및 가공제품 수요 역시 적어도 2040년까지는 지속적으로 높은 수준을 유지할 것으로 전망
‒ 세계 에너지 시장에 가장 큰 영향을 미치는 것은 공급 측면에서는 비전통 탄화 수소 생산기술의 발전이고, 수요 측면에서는 에너지 효율 증대, 특히 내연기관의 장기적 개발임.
¡러시아의 경우, 에너지 생산비용 감소와 경쟁력 확보를 위한 탄화수소 생산 및 정제기술 관련 자체 역량 확보가 핵심과제로 평가
‒ 러시아에 있어 큰 문제는 배럴당 80달러 이상의 손익분기점을 가진 비전통 매장지 (셰일층, 북극해 대륙붕) 개발임.
¡장기적으로 탄화수소의 가격 하락과 수요 감소 직면에 대비하는 한편, 러시아 연료에너지산업의 경쟁력 유지를 위해서는 재생에너지, 수소에너지, 에너지 저장, 스마트그리드 등과 같은 유망한 기술 개발 촉진이 요구됨.
‒ 향후 러시아는 현재 보유하고 연료에너지산업 경쟁력에 기초하되, 선진 기술 이전 및 국산화에 주력 필요
‒ 세계적인 기술 개발에 대한 시기적절한 대응을 위해 다음과 같이 몇 가지 주요 지표를 통해 상시적인 모니터링 체제 구축 필요
“지능형 에너지시스템, 수송 인프라 기술 고도화 등의 차세대 기술 개발”
“장기적으로 탄화수소 가격 하락과 수요 감소 직면에 대비하는 한편, 재생에너지, 수소에너지, 에너지 저장, 스마트그리드 등과 같은 유망한 기술 개발 촉진 전망”
혁신적 기술 도전 과제 모니터링 지표
<탄화수소 생산 및 수송 기술>
･메탄하이드레이트 생산
･탄화수소 매장량 증대
･가스액화 자동차 연료 생산
･에너지 세계 교역구조의 변화
･에너지 시장의 세계화
･일본과 미국에서 메탄하이드레이트 생산 기술의 테스트 및 연구결과
･탄화수소 대비 비전통 자원 생산 단가
<신 에너지>
･재생에너지
･분산형 발전
･스마트그리드
･에너지 저장
･유럽, 중국, 기타 에너지 소비국의 에너지 자립 증대
･태양전지판 및 풍력터빈 가격
･분산형 발전 및 스마트그리드 기술 시장 비중
･에너지저장 비용
<에너지 소비부문 신기술>
･수소연료 자동차 포함한 하이브리드 및 전기 자동차
･무인 로봇 자동차
<에너지 효율 기술>
･에너지 소비 Zero 주택
･스마트 홈
･탄화수소 소비 감소
･에너지원의 전력화
･전기자동차 및 수소연료 전지의 축전비용
･재충전없이 가능한 전기자동차 주행거리
･세계 수소 전기 자동차 비중
･세계 가정 및 산업부문에서 에너지효율 수준
･에너지 소비 Zero 주택 비중 자료 : 러시아 에너지부
< 혁신기술과 모니터링 지표 >
참고문헌
러시아 에너지부, Энергетическая стратегия России до 2035 года, 2015.9
