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[집중분석] 바이든의 기후변화 정책 '2050 넷제로'

미국, 태양광PV·풍력 신재생에너지의 거대 시장

[블루이코노미 김태연 기자] 바야흐로 신재생에너지 전성시대다.

태양광PV(Photovoltaics)와 풍력발전 등 신재생에너지 프로젝트는 에너지인프라 투자의 틈새시장으로 출발해 이제 보편적인 인프라투자의 한 축으로 성장했다. 해상풍력이 그 바톤을 이어받고 있다.

미국은 태양광PV와 육상풍력 모두 세계최대 수준의 설치용량을 보유하고 있다. 바이든 당선자의 정책 어젠다 제시는 이런 자신감의 발로이자 이를 기반으로 한 신에너지산업 동력화를 염두에 둔 결과다.
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주요국 태양광PV 연누적 설치용량, 자료: IRENA
바이든의 기후변화 대응정책 목표는 2050년 탄소배출 전면 '0'(Net ZeroEmissions)과 2035년 전력부문(Power Sector) 탄소 무공해(Carbon Pollutionfree)로 요약된다.

향후 4년간 청정에너지와 지속가능 인프라 분야에 대한 2조달러 투자집행은 목표 달성을 위한 수단으로 제시됐다. 이는 바이든이 발표한 10년 간 1.7조달러에서 크게 늘어난 규모다. 지금까지 트럼프 행정부에서도 수 많은 인프라투자 계획이 있었지만 의회의 제동으로 실현되지 못했다.
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주요국 육상풍력 연누적 설치용량, 자료: IRENA
따라서 바이든 계획에서 실물 인프라투자에서 큰 비중을 차지하는 발전부문 시장재편의 윤곽을 그려보는 것은 유의미한 작업이다.

바이든의 2050년 탄소배출 '0' 계획은 여타 주요국의 배출량 목표와 마찬가지로 순배출량 0(Net Zero Emissions) 개념을 채택하고 있다.

'Net Zero Emissions'이란온실가스 절대 배출량을 완전히 제거하는 것이 아니다. 총 배출에 해당하는 양을흡수하는 자산을 설치해 '순 0(Net Zero)' 즉 탄소중립(Carbon-neutral) 상태에이르는 것을 의미한다.

이는 미국 사회의 기후변화 대응에 있어서 중대한 방향전환으로 매우 도전적인 계획으로 평가된다. 그러나 사실 시기적으로 30년 후의일이라 계획보다는 비전에 가깝다.

바이든은 보다 가까운 미래의 구체적인 계획으로 2035년 발전부문 탄소 무공해(Carbon Pollution-free) 수준을 제시했다.

여기서 2050년 비전에서 사용된 배출(Emissions)과 같은 명확한 개념을 쓰지 않고 다소 모호한 개념인 공해(Pollution)란 표현을 사용한 점이 지적된다.
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왼쪽부터 현 성장률 유지 시나리오(2035, 총 4,914TWh)와 탄소무공해 추진 시나리오(2035, 총 5,772TWh), 자료: IHS, 신한금융투자
이는 계획-건설-운영까지 매우 긴 호흡이 필요하고 기술 검증과 상용화가 더딘 인프라투자 시장에서 앞으로 15년이 채 남지 않은 2035년까지 전력부문 내 'Net ZeroEmission'달성이 현실적으로 쉽지 않기 때문이다.

신재생에너지는 구조적인 간헐특성으로 전력공급 불안 초래현재까지 설치된 신재생에너지 자산의 대부분을 차지하고 있는 태양광PV와 육상풍력은 기후변화 대응의 주된 전력생산 수단으로 기능하고 있다.

그러나 아이러니하게도 전체 전력시장에서 차지하는 이들 자산의 공급 비중이 증가하면서, 신재생에너지의 간헐발전(Intermittency) 특성이 전력생산의 궁극적인 'Net ZeroEmissions'으로 가는 데 걸림돌로 작용하고 있다. 간헐발전은 전력생산이 자연현상에 기초함에 따라 수요변화에 맞춘 능동대응이 불가능하다.

전통적인 공급곡선(Dispatch Curve)에서는 기저부하(Base Load)와 첨두부하(PeakLoad) 영역에 원자력∙석탄∙가스 발전자산들이 고효율에서 수요대응성까지 그 역할과 경제성 순서대로 배치된다.

그런데 이 곡선의 기저영역에 기저발전의 성격에 맞지 않는 신재생에너지 자산 비중이 급증하면서 간헐발전 특성에 의한 수급불일치와 공급불안 현상이 증폭되고 있기 때문이다.

태양광PV에 의한 공급비중이 높은 전력시장은 한낮 시간에 집중되는 태양광 발전 공급량이 수요곡선과 불일치해 일어나는 순수요 급등·급락과 망불안정이 커지는 덕커브현상(Duck Curve)라는 문제가 두드러진다.
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PJM전력시장 공급곡선 예시, 자료: PJM
한낮에 집중되는 태양광PV전력공급 과잉으로, 송전망 혼잡이 심할 경우 출력제약(Curtailment)까지 나타난다. 일몰 직후 19시 경에는 순전력 수요가 급등해 신속대응이 가능한 가스 첨두발전 수요폭증 현상이 나타나기 때문이다.

이는 미국 CAISO전력시장과 같은 경우 대규모 신재생투자 이후에도 하루 중 19~21시 나타나는 순수요 대응을 위해10GW 이상 대규모 화력발전 설비를 따로 보유 운영해야 하는 상황을 초래한다.

풍력발전에 의한 공급비중이 높은 지역은 풍황에 따른 전력생산량의 불규칙적인시장 진출입에 따라 전력품질이 떨어지고 공급곡선 전체가 좌우로 흔들리는 빈도가 증가한다.
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미국 CAISO, 하루 중 전력수급(2019년 6월), 자료: CAISO, 신한금융투자 / *순수요 = 수요 - 신재생
공급곡선과 수요가 만나는 한계지점 인근에 위치하는 전통적 첨두부하 발전자산(Peaker)은 급전지시 예측 가능성 급락과 경제성 악화로 자발적으로 시장 참여를 줄이거나 부득이한 경우 시장에서 퇴출되게 된다.

이렇게 공급곡선상 한계지점 인근의 시장참여 자산들이 줄어들게 되면, 자연히 공급곡선은 기울기가 급해지고 종국적으로 전력가격은 극단적인 변동성이 나타나면서 가격 수준이 급등할 수 있다.

김태연 기자 taeyeon2@blueconomy.kr
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