탄소중립을 위한 에너지 전환: 주요 재생에너지 키워드 TOP 5

탄소 중립을 위한 에너지 전환에 대하여 주요 재생에너지 TOP5 키워드에 대해 포스팅해 보겠습니다.

<목차> 1. 재생에너지룰 향한 각국의 야심찬 목표, RE100 2. 확대되는 ESS 시장(리튬 이온 배터리) 3. 마이크로그리드와 인공지능의 만남 4. 블록체인과 사물인터넷(loT) 5. 그리드 패리티 도달로 확인된 경제성

1. 재생에너지를 향한 각국의 야심찬 목표, RE100

전 세계 많은 국가, 도시, 기업에서 온실가스 감축과 기후변화 대응을 위해 도전적인 목표를 설정하고 달성하고자 노력 중입니다.

RE100은 기업들이 사용하는 전력량의 100%를 재생에너지로 대체하기 위한 국제 캠페인입니다. 이 캠페인은 2050년까지 기업이 사용하는 전력량의 100%를 풍력, 태양광 등의 재생에너지 전력으로 충당하는 것을 목표로 합니다.

RE100은 2014년 영국 런던의 비영리 기구인 '더 클라이마트 그룹'에서 시작되었으며, 석유화석연료를 대체할 수 있는 재생에너지인 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 지열 등에서 발생하는 에너지를 지칭합니다. RE100은 정부가 강제하지 않고 기업들이 자발적으로 참여하는 글로벌 캠페인입니다. 이 캠페인은 기업들이 환경적, 경제적, 사회적 이점을 동시에 추구할 수 있도록 도와주며, 소비자들, 투자자들, 사회전체들의 관심을 높일 수 있는 중요한 영향력을 가지고 있습니다.

RE100을 실현하기 위해서는 크게 태양광 발전 시설 등의 설비를 직접 만들거나 재생에너지 발전소에서 전기를 구매하는 방식이 있습니다. RE100 가입을 위해서는 신청서를 제출한 후, 본부인 더 클라이마트 그룹에서 검토를 거친 후 가입이 최종 확정됩니다. 가입 후 1년 안에 이행 계획을 제출하고 매년 이행 상황을 점검받게 됩니다. 현재 국내 기업 중에서는 SK그룹 계열사 8곳(SK㈜, SK텔레콤, SK하이닉스, SKC, SK실트론, SK머티리얼즈, SK브로드밴드, SK아이이테크놀로지)이 2020년 11월 초 한국 RE100 위원회에 가입 신청서를 제출하여 참여하고 있습니다. 이러한 기업들의 참여는 환경보호와 지속가능한 경제 성장을 추구하는 것이 중요하다는 것을 보여주는 좋은 예시입니다.

우리나라에서는 2021년부터 기업 및 전기 소비자가 재생 에너지를 선택적으로 구매해 사용할 수 있는 K-RE100 제도가 도입되었습니다. 이러한 조치는 친환경적이고 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음입니다. 또한, 이러한 제도는 기업들이 친환경적이고 책임 있는 시민으로서 자신들의 이미지를 조성할 수 있도록 도와줍니다. 이는 미래 세대를 위한 투자로서도 중요합니다.

 

2. 확대되는 ESS 시장(리튬 이온 배터리)

에너지저장장치(ESS)는 재생에너지의 안정적 전력 공급을 가능하게 하는 핵심 기술입니다.

리튬 이온 배터리는 충전해서 사용할 수 있는 2차 배터리로, 기전력은 3.6V입니다. 컴퓨터나 휴대전화 등 일상에서 자주 사용하는 배터리 중 하나입니다. 가장 큰 장점은 가벼움입니다. 리튬 금속은 다른 금속보다 가볍기에, 이 배터리도 매우 가볍고 에너지 밀도가 높습니다. 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 160Wh/kg로, 니켈카드뮴 배터리의 약 2배, 납축 배터리의 6배 정도입니다. 또한, 기전력이 크기 때문에 휴대전화 하나를 작동시키는 데에도 3.6V 배터리 하나면 충분합니다.

반면, 니켈 기반 배터리는 기전력이 1.2V이기 때문에, 리튬 이온 배터리 한 개의 기전력을 얻으려면 3개의 배터리를 직렬 연결해야 합니다. 또한, 리튬 이온 배터리는 관리가 쉽습니다. 기억 효과가 없어서, 완전히 방전되어도 충전이 잘 됩니다. 또한, 자가 방전에 의한 전력 손실이 적습니다. 리튬 이온 배터리의 자가 방전율은 5%로, 니켈 기반 배터리의 1/4 정도입니다. ( '기억효과' : 충전하기 전에 배터리가 완전히 방전되어 있어야 하는 성질 )

하지만 이처럼 장점만 있는 게 아니라, 단점도 여러 가지가 있습니다. 리튬 이온 배터리는 제조된 직후부터 열화가 시작됩니다. 이 말은 사용하든지 사용하지 않든지 시간이 지남에 따라 노후화가 된다는 것입니다. 대개 리튬 배터리의 수명은 2~3년 정도입니다. 또한, 리튬 이온 배터리는 온도에 민감합니다. 온도가 높을수록 노후화가 빨리 진행됩니다. 연간 약 6% 감소하는데, 25℃에서는 약 20%, 40℃에서는 약 35%의 수명이 감소됩니다. 만약 리튬 이온 배터리를 잘못 취급해 너무 고온이나 장시간 햇볕이 쬐는 곳에 두면 폭발할 위험이 있습니다.

그러나, 최근에는 리튬 이온 배터리의 기술이 발전하면서, 이전보다 더욱 발전된 제품이 출시되고 있습니다. 예를 들어, 더욱 강력한 보호장치를 갖춘 배터리가 출시되어, 폭발 위험성이 크게 감소했습니다. 또한, 더욱 높은 에너지 밀도를 갖는 제품도 출시되어, 더욱 오래 사용할 수 있게 되었습니다.

리튬 이온 배터리의 발전으로 인해, 이제는 전기 자동차나 드론 등에도 적용되고 있습니다. 전기 자동차의 경우, 연비가 높아서 연료를 절약할 수 있고, 환경에도 좋습니다. 또한, 전기 자동차는 가속력이 빠르고, 소음이 적습니다. 드론의 경우, 가벼움과 높은 에너지 밀도로 인해 더욱 오래 사용할 수 있게 되었습니다.

현재 우리가 사용하는 디바이스나 운송 수단의 발전과 함께, 리튬 이온 배터리의 기술도 더욱 발전할 것으로 보입니다. 이제는 더욱 안전하고 오래 사용할 수 있는 제품을 기대할 수 있습니다.

 

3. 마이크로그리드와 인공지능의 만남

마이크로그리드는 재생에너지를 중심으로 전력을 자급자족하는 전력망입니다.

마이크로그리드(Microgrid)는 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 기존 전력시스템과는 달리, 분산된 독립적인 전원 시스템을 중심으로 국소적인 전력 공급 및 저장 시스템을 갖추어, 개인이 전력을 생산해 저장하거나 소비할 수 있는 형태를 말합니다.

마이크로그리드는 전력 공급 및 저장 시스템을 지역 단위로 구축하며, 최근에는 지속 가능한 에너지 소스인 태양광, 풍력, 수력 등의 신재생 에너지를 활용하여 구축되는 경우가 많습니다. 이를 통해 지역 내 전력 수요와 공급의 균형을 맞추고 에너지 자급자족이 가능해집니다.

마이크로그리드는 스마트그리드의 발전으로 더욱 발전하고 있습니다. 스마트그리드는 전력망에 정보통신 기술을 접목하여 전력 수요와 공급을 최적화하는 시스템입니다. 마이크로그리드는 이러한 스마트그리드의 기술을 접목하여 전력 공급과 수요를 관리하며, 에너지 효율성을 높이고 에너지 사용 패턴을 분석하여 더욱 효율적인 에너지 관리가 가능해집니다. 또한, 스마트그리드와 마이크로그리드는 전력 공급과 수요의 균형을 맞추기 위한 발전량 조절 기술을 공유하고 있습니다.

마이크로그리드는 전력망의 구성이 작아 전력 공급과 수요의 안정성을 유지하기 위해 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)을 사용합니다. ESS는 전력망에서 발생하는 에너지 불균형을 조절하고 전력 공급의 안정성을 유지하는 역할을 합니다. ESS는 대용량의 축전지, 슈퍼커패시터 등을 이용하여 에너지를 저장하고 필요할 때 공급합니다. 이를 통해 전력 공급의 안정성을 유지하며, 에너지 효율성을 높일 수 있습니다.

마이크로그리드는 전기차 충전소, 스마트 홈, 스마트 빌딩 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 전기차 충전소에서는 마이크로그리드를 이용하여 전기차 충전 시스템을 구축할 수 있으며, 스마트 홈 및 스마트 빌딩에서는 마이크로그리드를 이용하여 에너지 효율적인 시스템을 구축할 수 있습니다. 또한, 마이크로그리드는 재난 대비 시스템으로도 활용될 수 있습니다.

전 세계적으로 마이크로그리드는 지속 가능한 에너지를 활용하여 지역의 전력 수요와 공급을 균형 있게 유지하고 에너지 자급자족이 가능한 형태로 발전하고 있습니다. 앞으로 더욱 많은 지역에서 마이크로그리드가 활용되어 지속 가능한 에너지 관리가 이루어질 것으로 기대됩니다.

 

4. 블록체인과 사물인터넷(loT)

블록체인기술을 통한 에너지 직거래로 에너지 불균형과 비효율성 문제를 해결 할 수 있으며, 사물인터넷(loT) 기술로 각 기기의 에너지 수급을 분석하면 최적의 타이밍에 에너지를 거래할 수 있습니다.

개인 간 에너지 거래는 혁신적인 아이디어로, 전 세계적으로 관심을 받고 있습니다. 이러한 거래는 온라인 장터와 비슷한 구조를 가지고 있습니다. 각 가정에서는 태양광 패널을 통해 낮에 에너지를 모으고, 이 에너지를 이용해 개인들은 파워 플랫폼에서 직접 판매 또는 구매 가격을 설정할 수 있습니다. 이러한 구조는 매우 간단하고 유연하며, 에너지 사용자와 생산자 간 직접적인 거래를 가능하게 합니다.

이러한 개인 간 에너지 거래는 블록체인 기술로 구현됩니다. 이를 통해 모은 에너지 양과 가격 선정 모두가 블록체인에 기록되기 때문에 거래 과정에서의 신뢰성과 투명성이 확보됩니다. 또한, 블록체인 기술은 거래의 안전성을 보장하고, 거래 과정에서의 중개 역할을 수행하는 제3자의 역할을 대체합니다.

이러한 구조는 현재 전 세계적으로 적용 가능하며, 전력 회사의 전력망과 함께 사용될 수 있습니다. 이것은 기존 전력 회사의 전력망을 이용하면서도 태양광 발전기의 생산된 에너지를 소비자에게 제공할 수 있기 때문입니다. 이러한 구조는 전력 회사가 전력을 제공하는 방식을 혁신적으로 변화시키고, 지속 가능한 에너지 생산과 사용을 촉진합니다.

개인 간 에너지 거래 구조는 전 세계적으로 인기가 있으며, 에너지 생산과 사용의 변화에 큰 역할을 합니다. 이러한 구조가 더욱 발전하면서, 더 많은 에너지 생산자와 사용자가 참여할 것으로 예상됩니다. 이것은 지속 가능한 에너지 사용을 촉진하고, 에너지 생산과 사용의 혁신적인 변화를 가져올 것입니다.

 

5. 그리드 패리티 도달로 확인된 경제성

태양광, 풍력 발전의 경우 이미 그리드 패리티에 도달한 지역이 많습니다.

그리드 패리티는 석유 및 석탄과 같은 화력발전과 태양, 바람 등의 신재생 에너지 발전 원가가 동등해지는 시점으로, 기술 개발이 더 진보하면서 부담이 줄어들었습니다. 이는 신재생 에너지 발전이 경제적으로 가능해지는 시점으로, 많은 국가에서 신재생 에너지 발전을 적극적으로 지원하고 있습니다.

특히 최근 몇 년 동안, 태양광 발전 기술은 빠르게 발전하면서 성능 향상과 함께 제조 비용도 크게 감소했습니다. 2012년 10월에는 태양광 발전소 설치 비용이 1W당 1달러로 하락했으며, 이전까지는 설비 시공 비용을 포함한 모든 가격이 3-4달러 대로 유지되다가 1달러 아래로 내려왔습니다. 이제는 한국도 태양광 발전 효율을 높여 그리드 패리티를 실현할 수 있을 것으로 보입니다.

그리드 패리티의 실현은 신재생 에너지 발전 산업을 더욱 발전시킬 것으로 예상됩니다. 이는 기존의 화석 연료 에너지 발전 방식에서 신재생 에너지로의 전환을 가속화할 것입니다. 또한, 그리드 패리티는 전기 요금을 더욱 저렴하게 만들어 주며, 에너지 안정성과 환경 보호에도 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

그리드 패리티와 함께 발전하는 다른 신재생 에너지 기술로는 풍력 발전이 있습니다. 최근에는 풍력 발전소 건설 비용이 크게 감소하면서, 전 세계적으로 많은 국가에서 풍력 발전 소개를 적극적으로 추진하고 있습니다. 또한, 바이오매스와 지열 발전 등도 그리드 패리티를 달성하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다.

그리드 패리티를 실현하기 위해 더 많은 기술 개발과 정책 지원이 필요합니다. 전 세계적으로 많은 정부와 기업이 신재생 에너지 산업에 투자하고 있으며, 이는 그리드 패리티를 더욱 가속화할 것입니다.