4차산업혁명시대 교통과 에너지 인프라의 진화방향

  1. 4차산업혁명과 교통기반시설의 미래
  2. 자율주행자동차와 스마트도로 시스템
  3. 베세토튜브, 하이퍼루프, ET3등 진공운송 시스템
  4. 온실가스를 배출하지 않는 신재생 에너지
  5. 대규모 에너지저장시스템(ESS)
  6. 동북아 슈퍼그리드

[요약] 우리는 지금 4차 산업혁명의 시대에 놓여 있다. 1차에서 3차까지 각 단계의 산업혁명은 증기기관과 기계, 전기와 대량생산, 정보통신기술을 필두로 촉발되었다. 기간으로 살펴보면, 1차에서 2차 산업혁명으로 넘어가는 데 증기기관으로부터 자동차와 비행기 대중화까지 약 100년 이상 걸렸지만 2차에서 3차까지는 그보다 짧은 시간이, 3차에서 4차는 보다 더 짧아지는 사이클을 보이고 있다.

한 사회의 단면을 보여주는 기반시설은 우리의 존재를 입증해 주는 문화적 수단이 되기도 한다. 사람들은 기반시설에 감정적으로 투자한다. 기반시설은 안정성과 유용성, 목적을 제공하기 때문이다. 사람들은 무엇보다도 기반시설에 재정적으로 큰 투자를 한다. 그 결과 해당 기반시설의 존속에 따라 생계가 결정되기도 한다.

기반시설이 지어지면 일자리와 수입원, 투자기회가 발생하고 새로운 법과 제도, 산업기준이 수립된다. 오래된 기반시설일수록 다른 것으로 쉽게 대체할 수 없다. 마치 오래된 나무처럼 거대한 뿌리가 자리잡은 상태이기 때문이다. 기반시설의 세계에는 성우(聖牛: 지나치게 신성시되어 비판과 의심이 허용되지 않는 관습이나 제도)가 이보다 훨씬 더 많이 존재하며 성우는 변화를 거부하는 관성이 내재되어 있다.

파괴적인 기술이 기반시설이라는 성우(聖牛)를 공격하기 시작했다. 이 세상은 주요 기반시설을 중심으로 돌아간다. 기반시설은 막대한 가치를 지니고 있지만 유지비용이 많이 들고 바꾸기 쉽지 않으며 미래에 대한 우리의 생각을 제한시킨다.

결국에는 기반시설의 변화가 이루어 질것이다. 그리고 이러한 변화로부터 직접적인 영향을 받는 사람은 큰 대가를 치를 것이다. 이러한 변화는 상당히 고통스러울 수 있다. 하지만 기반시설의 수명은 점차 짧아지고 있으며 파괴적인 기술은 훨씬 더 정교해지고 있다.

새로운 기반시설은 많은 이들에게 막대한 이득을 선사할 것이다. 파괴적인 기술을 선보이는 이들은 이를 통해 이득을 취하고자 할 것이다. 2030년이 되면 핵심 기반시설은 과거의 변화와는 비교도 할 수 없을 정도로 큰 변화를 겪을 것이다. 성우는 자유의 몸이 되고 있다. 미래에는 지금과는 상당히 다른 기반시설이 등장할 것이다.


1. 4차산업혁명과 교통기반시설의 미래

기반시설의 생애주기는 짧아지고 있으며 파괴적인 기술은 더욱 정교해지고 핵심기반시설이 변하는 방식과 이 변화가 해달 국가와 산업에 미치는 영향을 미치고 있다. 지금 인류는 새로운 문명의 시대를 맞이했다. 인공지능과 사물인터넷(IoT), 증강현실(AR) 등 그간 경험하지 않은 새로운 기술들이 속속 등장하고 있다.

이들은 기존의 인간의 역할과 삶의 방식, 사회·경제시스템, 산업구조 등을 근본적으로 뒤흔드는 것이다. 우리는 이미 4차 산업혁명이라는 현실에 놓여 있다. 지난해 경험했던 ‘알파고 쇼크’는 4차 산업혁명이 가져올 변화의 위력을 보여준 사례다.

교통 분야도 4차 산업혁명과 무관하지 않다. 교통수단·서비스·운영 등을 혁신할 새로운 교통기술이 출현하고 있다. 꿈만 같았던 자율주행자동차는 이미 현실이 되고 있고, 미국에서는 하이퍼루프(Hyperloop)처럼 항공기보다 월등히 빠른 초고속 교통수단이 개발 중이다.

이와 같은 새로운 교통기술의 등장으로 교통체계와 이동행태, 운수산업, 교통안전 등은 급속한 변화가 예상된다. 4차 산업혁명에 따른 새로운 교통기술로는 자율주행 자동차, 하이퍼루프, 드론 등을 예로 들 수 있다.

먼저 자율주행 자동차란 주변 환경을 인지해 위험요소를 판단하고 주행경로를 스스로 설정, 자체적으로 안전주행을 하는 자동차를 뜻한다. 최근 구글의 자율주행자동차 실험을 계기로 본격적인 양산이 전망되고 있고, 이제는 구글 외에도 여러 기업들이 기술 확보와 상용화에 주력하고 있는 중이다.

2020년 전후에는 여러 업체에서 다양한 모델들을 출시할 것으로 예상되며, 미국의 여러 주에서는 가장 큰 장애물로 여겨졌던 법규 부분도 개정 작업이 활발히 진행하고 있다. 자율주행 자동차의 보급이 확대되면 분명히 사회는 크게 변화할 것이다.

‘맥킨지 보고서’에 따르면 자율주행 자동차 시대에는 사람의 실수로 인한 교통사고가 현재보다 90%가량 줄어들 것으로 전망하고 있다. 교통사고 건수가 줄어들면 그 피해액 역시 1800~1900억 달러(217조~229조 원) 정도 줄어들 것으로 추산된다.

 

2. 자율주행 자동차와 스마트도로 시스템

1) 지능도로인 스마트도로

로마제국이 영구적인 기반시설로서 로마가도를 건설한 이후로 도로건설 기술은 계속해서 향상되고 있다. 하지만 오늘날의 고속도로는 자동차와 도로 사이에 정보의 교류가 없는 한정적인 시설에 불과하다.

자율주행 자동차도 처음에는 운전자가 필요할 것이나 에어백이 그러했듯이 점차 일상의 모습으로 자리잡을 것이다. 에어백도 처음에는 고급차의 옵션으로 장착되었다가 이제는 정부에서 모든 차량에 설치하도록 규정한 안전장치가 되었다.

운전자가 운전대에서 손을 땔 구 있게 될 때 우리는 무인운전 기술이 제공하는 혜택을 온전히 누리게 될 것이다. 자동차 사고를 당하는 사람이 해마다 수천만 명에 달한다. 따라서 머지않아 정책입안자들은 이 문제를 해결하기 위한 보다 안전한 수단으로 무인자동차를 고려할 것이다.

무인기술이 장착되는 차량에는 중요한 변화가 발생할 것이다. 운전자가 없을 경우 자동차는 주변상황을 스스로 파악해야 한다. 내장된 컴퓨터는 카메라를 비롯한 센서를 이용해 단거리 송신기로부터 주변도로 상황을 제공받아 다른 차량이 어디에 있으며 무엇을 하고 있는지 등 끊임없는 정보의 흐름 덕분에 자동차는 기초적인 인지능력을 갖추게 된다.

이처럼 감각정보가 지속적으로 제공되면서 자동차는 주위환경과 공생적인 관계를 맺게 될 것이다. 기존의 인간과 도로 간의 관계와는 차원이 다른 관계다. 지능적인 도로와 결합한 지능적인 차량은 강력한 힘을 지닌다. 이러한 차량은 독창적인 방법으로 사회의 기동성을 높여줄 것이다.

+ 차선단축: 스마트도로의 차선은 차량의 폭만큼만 넓으면 된다. 폭이 좁은 차량은 좁은 차선을 다닐 수 있으므로 지능도로 시스템을 도입할 경우 다양한 크기와 형태의 차량에 따라 차선의 폭이 바뀌게 될 것이다.

+ 차량간 간격단축: 기계가 제어하는 자동차에서는 차량 간의 간격이 몇 센티미터 수준으로 줄어들 수 있다.

+ 시간 단축: 스마트도로는 빠른 도로이다. 이동속도가 빨라지는 동시에 안전성은 더욱 향상될 것이다.

자율주행자동차 시대의 지능도로인 스마트도로는 오늘날의 구식도로에 비해 50배에서 100배나 많은 차량을 수용할 수 있을 것이다. 자동차 안전에 대한 기존의 생각과는 정반대로 속도가 빨라지면서 차량의 수는 줄어들 것이다.

필요한 시간과 차선이 줄어들면서 도로 면적당 훨씬 많은 승객을 운송할 수 있을 것이다. 승객뿐만 아니라 도로 역시 자율주행 자동차 기술로부터 큰 혜택을 볼 것이다. 자동차는 끊임없이 도로상황을 감시하면서 보수가 필요한 때를 즉시 감지할 것이다.

지금처럼 움푹 패인 도로를 비롯한 기타 문제가 심각해진 후에야 수리반이 투입돼 몇 시간이나 며칠 동안 보수작업을 하느라 교통을 통제하는 대신 매일 혹은 시간마다 소규모 보수작업이 이루어 질 것이다.

교통체증 속에서도 도로 표면을 초고속으로 보수하고 칠할 수 있을 것이다. 심지어 눈과 얼음으로 덮인 위험한 도로상황 역시 제빙시설을 즉시 투입해 교통이 원활히 이루어지도록 할 경우 큰 영향을 미치지 않을 것이다.

2) 에너지 업계의 판도를 바꾸는 자율주행 자동차

보스턴 컨설팅 그룹(BCG)은 최근 보고서를 내고 500만 대 이상의 전통 디젤 가솔린 차량이 470만 대 가량의 자율주행 자동차로 대체될 것이라며 이러한 추세는 2020년대 초반 서서히 시작돼 기술 혁신과 비용 하락에 가속도가 붙으면 변화는 더 빨리 일어날 수 있다고 밝혔다.  

자동차 제조업체와 부품업체들은 지난 100년 중 가장 큰 도전에 직면하고 있으며 자율주행 기술이 현재 업계의 사업 모델을 크게 손상을 입힐 것으로 보이는 만큼 돌파구를 모색해야 한다.

2030년까지 미국 내 차량 중 4분의 1을 자율주행 자동차가 차지할 전망으로 이로 인해 휘발유 수요의 25%가 감소할 것이며 석유기업들은 화석연료 이후에 대해 고민해야 할 시점이다.

자율주행 자동차는 전통적인 차량과 운영 방식 자체가 다르며 자동차가 스스로 움직일 수 있으므로 차를 주차장에 세워두기보다 차량공유 서비스를 활용할 가능성이 크다. 이처럼 자동차를 공유해 사용할 수 있게 되면 운송수단 시스템의 효율성이 극대화되고 자율주행자동차의 확산으로 더 많은 사람에게 운송 서비스를 제공할 수 있게 될 것이다.

자율주행자동차 공유 서비스가 활성화되면 현재 자동차 보유대수의 1/5만으로도 충분한 운송이 이뤄질 것으로 예상된다. 이러한 사실은 우리 사회에 상반된 영향을 끼쳐 연료 소비와 교통량을 줄인다는 긍정적 효과도 기대되지만 자동차 수요와 화석연료 소비를 줄여 국내총생산(GDP)을 축소시킴으로써 국민경제에 타격을 가져올 수 있기 때문이다.

저스틴 로즈 BCG 파트너는 “자동차 산업은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 빠르게 변화할 것”이라며 “대도시에 살고 있는 수백만 명의 미국인들이 바로 다음에 구매할 차량이 그들이 구매하는 마지막 차량이 될 것으로 보인다”며 “앞으로 소비자들은 개인차량을 소유하는 대신 공유차량을 이용하는 것이 편리하고 경제적으로 유리할 것”이라고 내다봤다.

이어 “시카코 같은 경우, 공용 자율주행자동차의 확산으로 연간 7000 달러 이상의 통근 비용을 절약할 수 있을 것”으로 추산했다. 그러면서 차량딜러라는 직업은 점차 자취를 감추고 수십억 달러 규모의 자동차 기업 자산가치는 부채로 전환될 것이라고 예측했다.

BCG는 “자동차 제조업체와 부품업체들은 지난 100년 중 가장 큰 도전에 직면할 것”이라며 “자율주행 기술이 현재 업계의 사업모델을 크게 손상을 입힐 것으로 보이는 만큼, 돌파구를 모색해야 할 때”라고 경고했다. 실제로 매년 세계적으로 9000만 대가 판매되고, 2000조 원에 이르는 신차 시장이 절반 수준으로 축소될 수 있다는 급진적인 전망도 나온다.

자율주행 자동차로의 전환은 자동차 산업 뿐 아니라 석유기업들에도 상당한 악재로 작용할 것으로 보인다. BCG는 2030년까지 미국 내에서 주행하는 자동차의 4분의 1 가량이 자율주행 자동차일 것으로 예상하고 자율주행 자동차 대부분이 “전기차”로 출시될 것이라는 사실이다.

전기차에 들어가는 부품수는 전통 내연기관 차량 대비 1/8~1/10로 축소되고 신뢰성과 내구성이 뛰어난 데다 주행 효율성도 크게 향상될 것으로 예측된다.

이 때문에 원유 수요의 가장 큰 부분을 차지하는 수송 부문의 수요를 줄여 미국 휘발유 수요는 25% 가까이 급락할 것으로 예측됐다.

오늘날 내연기관 연료 중 많은 부분이 급레이크와 가속페달 사용으로 낭비되고 있다. 자율주행 자동차는 정해진 속력으로 주행할 수 있어 더 적은 에너지를 필요로 하기 때문이다.

2014년 국립재생에너지연구소(NREL)가 발표한 보고서에 따르면, 적정 속도를 유지한다면 15%의 연료를 절약할 수 있는 것으로 나타났다. 그렇다면 이제 석유기업들은 BCG의 전망치는 얼마나 현실적인가에 대해 질문할 때이다.

자율주행 자동차로의 전환은 놀라운 변화의 속도로 이루어지고 있다. 불과 2년 전만 해도 자율주행 기술에 이렇게 많은 관심이 쏠릴 지 예상하는 사람은 거의 없었으나 최근 기술 발달 수준을 고려하면 BCG의 전망치는 충분히 현실 가능한 예측치이다.

더불어 중요한 시사점은 신생업체나 IT업계 뿐 아니라 포드, GM, 볼보와 같은 전통 자동차 제조업체들이 자율주행 기술에 대규모로 투자하고 있는데 있다. 이외에 테슬라, BYD, 패러데이 퓨처와 같은 전기차 업체들 역시 자율주행자동차에 눈독을 들이고 있고 보쉬, 델피와 같은 자동차 부품 업체들도 자율주행 자동차 표준 모델에 적용할 수 있는 툴킷을 개발 중이다.

자동차 업계 밖에서는 글로벌 승차공유 플랫폼 기업인 우버(Uber)가 자율주행 기술을 선도하며 일반 도로 테스트를 시행하고 있으며, 애플과 중국의 바이두 역시 우버의 행보를 따라가기 위해 고군분투하는 형국으로 BCG는 “자율주행 기술의 발달 속도만큼 빠르게 움직이고 있는 기업은 없다”고 주장했다.

BCG 실무 담당 헤드 브라이언 콜리는 “그리 멀지 않은 미래에 찾아올 자율주행 자동차 시대를 선도하기 위해 과감한 투자를 단행하고 있는 기업은 거의 없다”며 “행동할 시간은 바로 지금 이 순간”이라고 강조했다.

다만 도요타는 자율주행차가 도로에 나타날 속도에 대해 보다 회의적인 견해를 표명하였으나 2020년까지 자율주행 택시 상용화 계획을 발표한 메르세데스 벤츠 같은 경우 낙관론을 견지하고 있다. 메르세데스 벤츠의 예측은 2020년대 초에 자율주행차가 본격적으로 등장하기 시작에 2025년과 2030년 사이에 상용화될 것이라는 BCG의 전망치와 유사하다.

안드레아스 브리스와 살만 고우리 석유가스 전문 연구원은 “자율주행 전기차는 휘발유 수요를 줄이는 대신 전력 수요를 늘릴 것”이라며 “중장기적인 차원에서 전력공급원으로 석탄 대신 천연가스가 선호될 것으로 예측되는 만큼, 자율주행 전기차의 보급으로 가스 수요가 증가할 수 있다는 것”이라고 분석했다.

물론 이러한 전망에 대해 동의하지 않는 견해도 있다. 재생에너지 발전 단가가 기하급수적으로 하락하고 있다는 점에서다. 그러나 설령 가스가 주에너지원 자리를 계속 차지한다 하더라도, 휘발유 수요 감소폭이 가스 수요 증가폭 보다 훨씬 클 것이라고 두 연구원은 내다봤다.

전기차가 전통 디젤 가솔린 차량 대비 3배 이상 효율적이기 때문에 “이제 석유 가스 사업으로는 수익을 내기 힘들다”며 “에너지업계 경영진들은 화석연료 사업의 대안을 고려해야 할 때”라고 강조했다.

 

3. 베세토튜브, 하이퍼루프, ET3등 진공운송 시스템

테슬라 모터스의 CEO 엘론 머스크는 초고속열차 하이퍼루프를 개발 중이라는 정보를 은밀히 유출했다. 그는 비밀을 엄수해야 한다며 세부사항을 밝히지 않는 등 다소 과장되게 이를 포장했고 그 결과 그의 의도대로 언론에서 이를 앞다투어 보도했다.

샌프란시스코(SF)와 로스앤젤레스(LA)를 연결하는 상당히 고가의 고속 철도가 캘리포니아에 건설될 것이라는 소식에 열받은 엘론 머스크의 잔꾀였다. 엘론 머스크의 잔꾀와 이에 넘어간 언론의 부화뇌동(附和雷同)으로 화제가 되었으나 그 원조는 콜로라도 롱몬트에 본사를 둔 ET3(데릴 오스터회장)이다.

이 운송시스템의 원리는 진공에 가까운 튜브속에서 자기력을 이용해 차량 크기의 캡슐을 공중에 띄워 빠르게 달리게 하는 것이다. 이 진공관 열차의 속도는 엘론 머스크에 의하면 1,200km, 데릴 오스터에 의하면 6,000km에 달하고 이 기술이 현실화되면 서울에서 부산까지 5~25분에 주파할 수 있으나, 현실은 그야말로 아이디어 마케팅 단계일 뿐이다.

하이퍼루프(Hyperloop)는 0.1기압이라는 거의 진공에 가까운 직경 3m 정도의 튜브 안으로 20~30명의 승객을 태운 캡슐형의 열차가 음속(1,220㎞)과 비슷한 속도로 달리는 미래 교통수단으로 선로 위에 떠서 움직이므로 소음과 진동이 매우 적으며, 속도가 빠른 만큼 운행 간격도 기존 철도보다 훨씬 촘촘하게 배치할 수 있다고 제시한다.

빠르고 저렴한 운송수단, 고효율적인 에너지, 친환경적 자원개발은 세상을 완전히 변화시킬 것이다. 오염이 줄어들고 이산화 탄소 배출량이 줄어들 것이다. 매년 국경을 넘는 사람은 수십억 명으로 늘어날 것이며, 지구 곳곳의 문화는 서로 수용될 것이다.

인간의 물리적, 정신적 인식 수준이 급격히 높아지면서, 전세계인의 수준이 올라가게 될 것이다. 인류자체가 진일보 하게 될 것이다. 기술적 실업이 증가하면서 각국은 현재와 미래의 젊은이들을 계속해서 고용할 수 있는 대형 프로젝트를 찾을 것이다.

인공지능(AI)과 로봇으로 대부분의 산업이 자동화되는 미래에는 일자리가 거의 소멸할 것이다. 베세토튜브와 글로벌튜브는 약2~3조 달러의 건설비가 소요되는 대형 인프라 “평화프로젝트”이다. 신흥 기술과 자동화는 미래의 대형 프로젝트를 저렴하면서도 실현 가능하도록 만들어줄 것이며 약 1억 명 수준의 고용을 창출할 것이다.

 

4. 온실가스를 배출하지 않는 신재생 에너지

자율주행 자동차인 전기차와 진공튜브 열차의 에너지원 등으로 기존 화석연료보다는 온실가스가 배출되지 않는 신재생 에너지가 각광을 받고 있다. 최근 글로벌 전력산업의 경우 전통적인 화력이나 원자력발전을 주력으로 기업의 주가는 하락하고 있다.

반면 신재생을 주력으로 하는 기업의 주가는 상승하고 있어 글로벌 에너지산업이 대전환기를 맞이하고 있다. 석유고갈과 온실가스 감축 및 지구환경 보전을 위해서는 에너지 전환(Energy Transition)이라는 어려운 과제를 해결해야 한다.

G20 국가의 2015~2030년 발전비용을 비교해보면 회원국의 약 절반 정도가 재생에너지 발전 비용이 화석연료와 원자력 발전비용과 비슷하거나 더 낮은 상태를 유지하고 있다.

미국 에너지관리청(EIA)은 2022년 기준 전력균등화비용(메가와트시당)을 원자력 99.1달러, 탄소포집저장장치(CCS)를 장착한 석탄화력 123.2달러, 태양광 66.8달러, 육상풍력 52.2달러 등으로 추산하고 태양광과 풍력발전 비용은 다른 에너지원보다 지속적으로 하락할 것으로 예측했다.

화석연료는 수요가 증가할수록 채굴 경쟁이 벌어지고 가격이 올라가나 태양전지, 풍력발전과 같은 신재생 에너지는 기술 경쟁에 따라 가격이 하락하는 특성이 있다. 현재 추세를 볼 때 2020년이면 태양전지나 풍력발전은 화석연료 중 가장 싼 석탄의 발전 단가가 비슷해질 것으로 예상된다.

화석연료 소비대국인 미국도 풍력과 태양광에너지의 가파른 성장세로 풍력, 태양광, 지열, 바이오메스, 수력 등 신재생에너지를 활용한 미국 전력생산량은 2000년부터 2015년까지 13%성장했다. 2030년까지 24% 2040년 까지 27% 성장을 예상하고 있으며 대부분은 풍력터빈과 태양광 에너지가 차지할 전망이다.

이 같은 계획이 가능한 것은 2009년부터 60~70%의 비용감소가 이뤄져 왔기 때문이다. EIA는 미국 풍력에너지 생산량이 2022년까지 두 배 증가한 144기가 와트(GW), 태양광 에너지가 2030년까지 5배 증가한 125기가 와트(GW)에 이를 것으로 내다보고 있다. 지열에너지도 증가하고 있지만 아직은 전체 에너지시장에서 상대적으로 적은 비중을 차지하고 있다.

1) 발전비용 절감으로 Grid Parity 달성 지역 확대

이처럼 풍력과 태양광 발전비용이 낮아지면서 세계적으로 신재생 에너지와 화석연료 발전단가가 같아지는 시점인 그리드 패리티(Grid Parity) 달성 지역이 확대되고 있다. 육상풍력은 미국 및 유럽 다수 국가가 그리드 패리티에 도달했으며, 태양광도 2014년 기준 40여개 국가가 달성했다.

그리드 패리티 달성은 각국의 전력생산 단가와 화석에너지 보유여부, 풍량 및 일조량 등 자연조건에 영향을 받지만 기술발전 요인이 가장 크다. 풍력은 설치량 증가와 대형화 추세, 태양광은 고효율 태양전지 및 모듈(태양전지를 수십개 연결 한 것) 개발로 발전단가가 지속적으로 하락했다.

국내 태양광 및 풍력 그리드 패리티 달성은 자연적 제약과 세계 최저 수준의 전기요금 등으로 어려운 상황이다. 우리나라는 일조량, 풍속 등에서 신재생에너지 선진국에 비해 입지조건 불리하지만 국내기업들은 기술개발을 통해 세계 신재생에너지 발전단가 하락에 기여하고 있다.

태양광은 규모의 경제 확보가 필요한 산업으로, 협소한 내수시장으로 인해 가격경쟁력에서는 중국기업 대비 열세를 보이고 있지만 기술력은 세계수준에 도달했다. 특히 외국의 모듈 효율은 약 15%인 반면 국내기업들은 18% 이상의 세계 최고수준 제품을 출시했다.

크게 보아 신재생 에너지산업을 육성하려면 발전부분의 에너지 전환과 전력소비 부분의 에너지 전환을 통해 에너지분야의 생산성 혁명을 주도할 수 있는 신에너지 생태계를 조성하여야 한다.

구체적인 세부목표는 석탄화력 발전소 감축, 원자력 발전 비중 축소, 신재생 에너지 확대와 함께 친환경 에너지 세제개편과 에너지 소비산업 구조개편, 신 에너지 생태계 조성을 추진하여야 한다.

OECD주요국과 한국의 에너지믹스에서 발견할 수 있는 가장 큰 차이는 신재생 에너지 부문으로 한국의 재생에너지 비율 2.7%는 독일의 28.2%에 비해25%p 이상 낮으며, 심지어 신재생 에너지비율이 가장 낮은 일본의 14.9%와 비교해서도 훨씬 낮은 수준이다.

그러나 프랑스는 77%을 원자력으로 충당하고 있으며, 신재생을 표방하는 독일조차 45%를 석탄에 의지하고 있으나 한국은 원전이나 석탄화력 부분이 높은 비율을 차지하고 있으며 이러한 에너지 믹스는 각국의 에너지 자립이나 에너지안보와 연관이 깊다.

신에너지 생태계와 관련한 한국의 이슈는 원전이나 석탄화력이 아니라 미흡한 신재생 에너지 부문에 있다. 에너지 가격, 에너지 자립, 분산 전원과 같은 신재생 에너지의 경쟁력 지표로 2016년 미국 태양광 경매(Auction)낙찰가는 세액효과를 제외하고도 $38.1로 화석연료보다 월등한 가격 경쟁력을 가지게 되었다.

다만, 신재생 에너지의 경쟁력을 어떻게 확보할 것인가가 문제로 신재생 에너지는 국가별/지역별로 경쟁력에 큰 차이를 보이고 있으며 이는 태양이나 바람자원 때문이기도 하지만 최근에는 인허가, 마케팅 비용이나 금융조달비용 등 소프트 비용(soft cost)이 더 중요한 요소로 등장하고 있다.

2) 세계각국의 에너지원별 발전단가(MWh당)

미국의 2017년 1분기 기준 에너지원별 발전단가(MWh당)는 고정형태양광 67달러, 풍력 52달러, 석탄 66달러, 천연가스 49달러를 기록했다. 특히 원전은 174달러를 기록해 태양열을 제외하고 가장 비싼 발전원이 됐다. 미국 원전은 일본 후쿠시마 원전 사고 이후로 유지 보수 비용이 크게 증가하면서 경제성이 크게 떨어졌고 이로 인해 미국 원전업체 웨스팅하우스는 파산에 이르렀다.

영국의 발전단가(MWh당)는 풍력 70달러, 태양광 94달러, 천연가스 87달러, 석탄 100달러, 원전 199달러로 풍력이 가장 저렴하고 원전이 가장 비싼 발전단가로 나타났으며 영국은 톤(Mt)당 26달러의 탄소세를 부과하고 있어 석탄과 가스의 발전단가가 개도국보다 높다.

독일은 풍력 63달러, 태양광 78달러, 석탄 84달러, 천연가스 77달러를 기록했고 모든 원전은 2022년까지 가동이 전면 중단된다. 독일에서는 태양광과 풍력이 자생적 경쟁력을 확보했으며 태양광은 기술발전에 따른 생산단가가 더욱 하락할 것으로 예상되고 있어 가장 경쟁력있는 발전원으로 부상하고 있다.

유럽은 이미 석탄발전에 탄소세를 부과하고 있으며, 신규 건설도 엄격히 규제하고 있다.

유럽과 미국은 원전에 폐기물 처리 및 폐쇄 비용을 포함하면서 발전단가가 MWh당 200달러를 상회하고 있다.

특히 후쿠시마 원전 사고와 같은 사고 발생시 천문학적 비용이 발생하기 때문에 이러한 리스크까지 감안하면 원전은 결코 저렴하지 않으며 오히려 가장 비싼 에너지원으로 평가되고 있다.

태양광과 풍력이 그리드패리티에 도달하면서 신규 발전의 대부분을 차지하고 있는 상황이다. 2016년 신규로 건설된 발전소의 60% 이상이 신재생에너지 발전이었으며, 2040년까지 신규 발전소의 70%가 태양광과 풍력으로 설치될 것으로 전망되고 있다.

2040년까지 설치되는 발전용량 8600GW 중 석탄은 650GW, 천연가스는 900GW에 불과하고 태양광은 4200GW, 풍력은 2000GW가 예상된다.

반면 아시아 국가들은 아직 화석연료가 저렴하고 유럽과 같이 탄소세를 부과하지 않고 석탄 등의 화석연료에 정부 보조금을 지불하는 후진적 에너지 정책으로 신재생 에너지가 비싼 것으로 나타났다. 중국은 풍력 72달러, 태양광 76달러, 석탄 46달러, 천연가스 107달러를 기록했다.

중국은 전력공급의 80% 이상을 석탄발전에 의존하고 있지만 심각한 대기오염을 줄이기 위해 비중을 줄이고 있으며 인도는 풍력 72달러, 태양광 68달러, 석탄 52달러, 천연가스 95달러를 기록하여 석탄발전이 가장 저렴하나 세계 최악 수준의 대기환경을 가지고 있어 사회적 문제가 되고 있다.

한국은 2016년 정산단가(kWh당, RPS제외) 기준 풍력 82.8원, 태양광 200.8원 등 신재생 평균 101.1원을 기록했다. 이에 반해 기존 발전원은 원전 67.9원, 석탄 73.9원, 천연가스 99.4원을 기록해 신재생보다 훨씬 저렴한 것으로 나타났다.

우리나라 발전단가 현황이 세계 추세를 반영하지 못하고 있는 것은 화석연료와 원전에 보조금을 지불하고 탄소세 미부과와 방사성 폐기물 처리 및 고준위 방사성 폐기물 덩어리인 노후원전의 폐로(閉爐) 비용 등 안전비용을 반영하지 않고 다음 세대에 처리비용을 전가하기 때문이라는 지적이다.

그러나 안타깝게도 신재생 에너지에 있어 한국은 불리한 처지다. 독일 같은 나라는 이미 원자력보다 풍력발전 단가가 더 저렴하나 한국은 국토가 좁아 태양광, 풍력 발전도 단위면적 대비 효율이 떨어지고 그나마 70%는 산지여서 비용이 커지는 등 제약이 많다.

땅 크기 못잖게 햇빛의 정도, 바람의 속도 같은 품질 면에서도 경쟁력이 높지 않아 에너지 생산에서 한국은 화석연료에 의존하고 있다. 2014년 국민 1인당 석탄 소비량이 2.29tce(석탄 1톤이 내는 열량을 환산한 단위)로 세계 5위라고 국제에너지기구(IEA)는 집계했다.

최대 석탄 소비국 중국과 미국보다 높다. 비슷한 자원빈국인 일본(1.30tce)보다도 월등히 높다. 석탄 없는 사회를 표방한 유럽연합 평균치보다 3배 이상으로 절대량에서도 지난해 기준 중국, 인도, 일본에 이은 세계 4위 석탄 수입국이다. 특히 한국은 1인당 석탄 소비량이 오히려 증가하는 추세로 경제협력개발기구(OECD)와 반대로 가고 있다.

한국이 신재생 에너지 생태계를 만들어 가야 하는 이유는 온실가스 감축만이 아니다. 이제 신재생 에너지가 환경적으로나 재무적으로 화석연료에 비해 보다 경쟁력이 있기 때문이다. 우리의 경쟁국들이 신재생 에너지를 통해 화석연료 발전의 절반에도 못 미치는 원가로 발전한다면 우리산업의 경쟁력에 문제가 생길 수 밖에 없다.

구조적으로 인허가 비용, 마케팅비용, 자금조달 비용 등의 소프트비용을 어떻게 낮출 것인가에 대하여 고민하고, 변동이 심한 재생에너지 발전에 부응할 발전 및 송배전 시스템을 갖추고 적절한 요금구조를 만드는 신재생 에너지 생태계를 조성하여야만 한다.

 

5. 대규모 에너지저장시스템(ESS)

대량의 에너지를 저장할 수 있게 되면 신재생 에너지의 역할은 커질 것이다. 경제적으로 활용 가능한 수준으로 에너지 저장을 상용화하는 기업은 큰 수익을 거두게 될 것이며 전세계 에너지 생산과 판매 시스템에 향후 수십 년간 획기적 변화를 가져올 것이다.

관련 부문의 기술이 큰 진보를 보이고 있어 머지않아 대규모 에너지 저장장치를 주변에서 쉽게 보게 될 것이다. 대량 에너지 저장방법으로 플라이휠, 압축공기 에너지 저장, 수소저장, 열에너지 저장, 가스저장 등이 있다.

용도별로는 플라이휠, 축전기, 초축전기가 보급되어 5~10년 후 대량 에너지 저장산업은 태양광과 풍력발전과 함께 급속도로 성장하는 산업군이 될 것이다. 전기 에너지의 특성상 생산되지만 소비되지 않는 전기는 자원과 돈의 낭비이다. 대규모 에너지 저장기술은 이 모든 것을 바꿔줄 것이다.

에너지 저장산업은 현재 초기성장 단계에 진입하고 있다. 이는 향후 거대한 글로벌 산업이 될 것이며 기존의 에너지 생산, 송전, 배전 시스템을 보완하는 한편 이와 경쟁할 것이다. 이 산업이 발전하면서 향후 10년 내에 환경에 미치는 피해를 줄이면서도 비용효율적이고 신뢰할 만한 에너지 저장시설을 구축하고 활용하며 운영하는 새로운 비즈니스 모델과 기업이 탄생할 것이다.

또한 전기차 확산이 가속되면서 관련 산업 생태계에 큰 파장을 일으킬 것이다. 급팽창하는 전기차용 전지 시장의 지배권 다툼이 치열해질 것이며 소비자의 행동 특성과 편의성을 고려한 충전 인프라의 구축도 수반될 것이다. 나아가 움직이는 전원인 전기차를 통해 전력 및 에너지 산업에서 새로운 사업모델도 형성될 것으로 보인다.

전기차의 연료탱크로서 수명을 다한 전지를 재활용하는 시장도 함께 성장할 것이다. 5~10년을 굴린 전기차의 전지는 많게는 70~80%의 용량을 다시 쓸 수 있다. 전기차용이었던 전지가 대용량 전력 저장이나 비상용 전원 등 전기차 외의 다른 용도로 재활용할 수 있다.

분산형 전력 체계 및 신재생 에너지원의 확산과 비상 및 보조 전원 확산 등으로 재활용 전지에 대한 수요 기반은 비교적 탄탄하다. 전기차의 성장은 충전 인프라의 확산을 수반하여 정부, 전력 서비스 기업, 자동차 기업 등이 서로 협력 혹은 경쟁하면서 충전 표준은 물론, 충전 네트워크 구축할 것이다.

전기차 사용자 대부분이 집에서 충전하는 것이 편리하고 하루 이동 거리도 일회 충전 시 주행 거리 내에 들어오지만 활동 지역을 넘어 장거리 이동을 할 때는 곳곳에 마련된 급속충전 네트워크가 필요하다. 전기차가 확산되면서 소비자들의 편의성 및 행동 특성, 충전 공간, 충전 방식의 비용과 경제성 등 다양한 관점을 고려한 해결책이 마련될 것으로 보인다.

전기차는 전력 서비스 사업자에게 새로운 수익원이 될 수도 있다. 도로변이나 주택, 대형 마트, 백화점 등 상업용 빌딩, 공공 기관 등에 설치된 충전기가 소비자와 전력공급자 사이의 연결 채널이 되고 전력 서비스 기업들은 전력망 전체의 안정성을 고려하면서 효과적으로 전기차 충전을 모니터링하고, 때에 따라서는 제어, 관리할 수 있는 체계를 갖추어야 할 것이다.

전력 수요가 높거나 수급이 불안정할 때 충전 수요가 일시에 몰릴 경우 망 전체에 심각한 피해를 줄 수 있기 때문이다. 한번 충전에 필요한 전력량이 전기차 모델에 따라 적게는 10kWh, 많게는 100kWh까지 육박할 수 있다. 문제는 충전 전력의 크기다. 충전기에 따라 적게는 3~7kW, 많게는 50~100kW의 전력 수요를 유발시킨다.

전기차가 수익원으로 자리잡기 위해서는 효율적인 전력망 운영 차원에서라도 전기차 충전에 따른 별도의 요금 및 관리 체계도 만들어져야 할 것이다.

전기차는 에너지를 소비만 하는 존재가 아니라 전기차에 저장된 전기는 전력망 자체의 안정성을 위해 활용할 수 있는 움직이는 분산형 전원으로 전력망에 이상이 생길 경우 비상전원용으로도 활용할 수 있다. 나아가 일정 지역의 수급이 불안정해질 경우 연결된 전기차로부터 전력 서비스 기업이 전력을 구매하여 공급할 수 있다.

이는 소규모 가상 피크발전소 개념으로 다수의 전기차로 부터 전력을 구매하여 상용 전력망에 공급하는 것이다. 이미 전력저장장치(ESS)가 전력 공급원으로서 제도적으로 인정받기 시작했으며, 단독으로 혹은 태양광이나 풍력 등 신재생 에너지원과 결합하여 전력망의 안정화에 활용하는 사례가 빠르게 늘고 있어 전기차의 전지를 통해 쌀 때 전기를 저장했다가 비쌀 때 팔아 차익을 남길 수도 있다.

이미 지역에 따라서는 이웃간 전력거래도 개방하고 있어 제도나 기술적인 문제보다는 전기차를 활용한 전력 수급의 양과 저변이 얼마만큼 확대되느냐가 관건이다. 전기차 대중화가 열리면서 충분히 가능한 사업 형태로 전기차 충전 인프라와 스마트 그리드 및 마이크로 그리드가 통합된 지능형 전력망이 대용량 에너지 저장시스템(ESS)으로 진화할 것이다.

 

6. 동북아 슈퍼 그리드

한국은 분단국가로 육상교통과 에너지망에 있어서 고립된 ‘섬’과 같다. 신재생 에너지를 늘리면 기후 탓에 안정성이 떨어질 수 있어 유럽과 같은 이웃 국가간 전력을 주고 받는 그리드망이 필요하다.

장기적으로 베세토튜브(besetotube) 프로젝트와 연계하여 중국과 몽골의 고비사막, 러시아 연해주의 풍부한 바람을 이용한 풍력발전을 활용하는 것이 바람직할 것이다.

1) 소프트뱅크 손정의 회장의 아시아 슈퍼 그리드(Asia Super Grid) 구상

2016년 11월 소프트뱅크의 재생 에너지 사업부는 몽골의 에너지 개발회사인 뉴컴과 합작으로 고비사막에 50MW급 풍력발전소를 처음으로 건설할 계획을 밝혔다. 소프트뱅크에 따르면 풍력발전소 건설에는 총 1억2천만 달러의 비용이 소요될 것으로 예상되며 이 가운데 70%는 일본국제협력기구(JICA)와 유럽부흥개발은행(EBRD)의 차관으로 충당한다.

소프트뱅크는 장차 몽골에서 풍력발전 용량을 7GW 수준으로 확대한다는 것이 이 회사의 궁극적 목표로 풍력발전소 건설은 몽골의 이산화탄소 배출을 줄이는 데 기여할 것으로 보인다. 세계은행 자료에 따르면 몽골의 전원구성은 석탄화력 88%, 디젤 6%, 수력 2% 등이다.

소프트뱅크는 2011년 발생한 후쿠시마 원전 사고를 계기로 재생 에너지 사업에 본격적으로 뛰어들었고 손정의 그룹 회장도 이 사업에 열성적이다..

소프트뱅크 손정의 회장은 일본과 아시아 각국에 값싸고 청정한 에너지를 공급하는 송전망을 연결하는 이른바 ‘아시아 슈퍼 그리드(Asia Super Grid)’ 구상을 제시했으며 한국, 중국, 일본, 러시아 등 4개국 전력회사의 참여를 이끌어냈다.

소프트뱅크와 한국전력, 중국 국가전망(電網)공사, 러시아 전력망회사 로세티가 지난 3월 다국간 송전망 연결 사업에 대한 타당성 조사를 하기로 합의한 것이 구체적 성과물이다. 소프트뱅크는 남아도는 태양광 전력을 나가사키 인근 섬의 비축기지에 저장하는 시범 사업에 참여하여 에너지 저장 관리 사업도 검토하고 있다.

이대로 가면 한국은 신재생 에너지 시대에도 다른 국가에게 끌려가는 처지가 될 공산이 크다. 이미 유럽은 물론 미국, 중국까지도 에너지 대전환 시대를 대대적으로 맞이하고 있다. 에너지 자급률은 약 10%에 머물고, 신재생 에너지 투자까지 늦은 한국은 진퇴양난에 빠진 모습이다.

2) 유럽의 슈퍼 그리드

유럽의 슈퍼그리드 프로젝트는 신재생 에너지 이용 확대를 통해 EU의 온실가스 감축목표 달성뿐만 아니라 단일전력시장(Internal Electricity Market) 구축을 통한 EU 회원국의 복리후생 향상을 위해 추진되고 있다.

유럽의 슈퍼그리드 구상은 북해연안의 해상풍력, 육상풍력, 수력 등을 활용하는 ‘북유럽 슈퍼그리드(Nord-EU Supergrid)’와 북아프리카와 중동 지역의 태양・풍력 에너지 전원을 활용하는 ‘남유럽-MENA 슈퍼그리드(Sud EU-MENA Supergrid)’로 구분된다.

북유럽 슈퍼그리드 프로젝트가 안정적으로 추진되고 있는 것은 무엇보다 참여국 정부의 정책적 의지가 확고하고, 사업 추진을 위해 설립된 전담기구가 효율적이고 투명하게 운영되기 때문이다.

북유럽은 다른 슈퍼그리드 프로젝트가 진행되고 있는 지역보다 정치적, 사회적으로 안정되어 있는 것이 사업 추진에 유리한 조건이 되고 있으며 역내 국가 간 전력망 구축・운영과 관련하여 단일 비전 및 목표를 설정함에 따라 각 이해당사국간에 정책조율이 가능했다는 점이 성공요인으로 분석되고 있다.

 

7. 시사점

다(多)국가간 광역 전력망을 연계를 통해 전력자원을 상호 공유하는 것을 의미하는 슈퍼그리드는 대규모 신재생 발전기술, 고압직류(HVDC) 송전기술, ICT 기술의 발전에 따라 ‘전력융통의 슈퍼 하이웨이(Super Highway)’개념이다.

동북아 슈퍼그리드가 성공적으로 추진되기 위해서는 역내의 국제정치 안정과 국가들의 정책적 일관성, 사업추진 로드맵 및 효과적인 재원조달 방안 수립 등이 필요하나 무엇보다 관련국 정부의 전향적 인식과 적극적인 협력활동이 요구된다.

베세토튜브(besetotube, 北首东管, ベセトチューブ)프로젝트는 중국, 한국, 일본국 수도인 베이징(北京,Beijing)↔서울(首尔, Seoul)↔도쿄(东京,Tokyo)구간을 진공자기부상 튜브로 육상과 해저에 건설한 후  시속 1,000 ~ 2,000km의 극(極)초고속 자기부상 튜브셔틀을 운행하여, 동북아  韓·中·日국민·인민·신민의 친선과 우의를 증진하는 국제협력 프로젝트로 서울↔베이징 (도쿄)간 약 30분~1시간 주파와 베이징↔도쿄간 약 1~2시간대 주파를 목표로 한다.

베세토튜브(besetotube) 프로젝트는 러시아·몽골에 풍력·태양광 단지 만들고 한·중·일의 전력망을 연결해 안정적이고 효율적인 전력수급체계를 구축하는 동북아 광역전력망인 슈퍼그리드(Super Grid)와 사할린 시베리아 유전가스 지대를 연결하는 송유관과 천연가스 공급망과 연계할 수 있는 대규모 기반시설 구축 프로젝트이다.

신재생 에너지를 기반의 ‘슈퍼그리드’는 장래 경제적으로도 합리적인 수준인 그리드 패리티(Grid Parity)를 확보하고 이산화탄소 배출 감축에도 크게 기여할 것이다.

그러나 한중일 3국의 위상은 경제분야 상호 의존도가 높아지는 반면 내재하는 숙적관계와 역사 문제 등 정치·안보 갈등은 심화되는 소위 ‘아시아 패러독스’로 갈등의 골이 깊어지고 있다.

한·중·일 3국은 기술과 경제강국으로 총 인구 20억명과 GDP·수출입·세계경제 기여도에 비해 국제사회에서 미국·EU에 비해 현저히 저평가되고 있으며, 글로벌 무대에서 ‘아시안 디스카운트’ 현상이 노정되고 글로벌 거버넌스 역량부족으로 서구 국가인 미국과 유럽 국가들보다 국가 위상이 평가절하되고 있는 것은 부정할 수 없는 현실이다.

중국, 한국, 일본은 전통적으로 석유・가스공급을 중동지역에 크게 의존하고 있어 에너지공급의 안정성을 높이는 방안으로 공급선 다변화를 추구하고 있다. 또한 러시아는 극동지역의 지정학적 위치와 에너지자원 공급 잠재력을 바탕으로 극동지역 경제발전을 도모하는 한편, 새로운 에너지시장 개척을 위한 에너지 허브(Energy Hub)로 블라디보스토크(Владивосто́к, Vladivostok, 海參崴)를 발전시키는 구상을 추진하고 있다.

러시아 푸틴 대통령은 21세기 러시아의 진출방향은 동방지역으로 향해야 한다고 강조하면서, 동시베리아 및 극동지역 개발을 정부의 중요 국정목표로 설정할 것임을 발표하여 아・태지역 국가와의 경제협력을 확대하는 신동방정책을 추구하고 있다.

중국 시진핑 주석의 일대일로(一帶一路) 구상은 에너지・자원의 안정적인 수송로 확보와 국가 간 에너지 인프라의 상호연계성 제고를 위해 송유관・가스관 등 파이프라인과 역내 전력망 확충과 개량・개선 작업에 적극 협력하는 것을 주목적으로 하고 있어 한중일 3국과 러시아를 포함하는 물류(베세토튜브, besetotube)와 에너지(송유관, 가스관, 전력망 등) 부문의 협력 가능성은 점점 확대되고 있다.

아시아 패러독스’와 ‘아시안 디스카운트’를 극복하기 위해서 한중일 3국은 폐쇄적인 전통과 자국문화 중심적이고 국가 중심적인 내셔널리즘을 조금씩 완화하고, 민족과 문화, 가치와 전통이 상호 인정되고 다원적으로 공존하는 느슨하게 결합되는 열린 네트워크를 형성하여야 한다.

각국이 내부적으로 다원적인 가치와 삶의 방식을 허용하고 인정하고 배려하는 열린 시민사회의 규칙을 확산시켜 동북아 지역의 평화와 안전 및 번영을 공동체의 이념으로 하는 시민기반의 공동체(civil community)를 형성하여야 할 것이다.

이와 같은 미래 기반시설 프로젝트는 이집트의 피라미드, 중국의 만리장성, 인류를 달과 화성에 보내는 일과 같이 인류의 성취목표와 다음 세대의 목표 기준을 높일 것이다. 지구와 문명, 사회, 그리고 우리의 삶을 바꿀 수 있는 상기 프로젝트는 우리세대에서 시작해야 탈석유 시대와 생태사회를 맞이할 우리 후손들이 완성할 수 있는 과업이 될 것이다.

Post Author: besetotube

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