“탈핵”을 시도한 독일 에너지 관련 이야기가 참으로 많다. 하지만 제대로 된 데이터는 찾을 수 없어 매우 안타까운 수준의 논의만이 진행되고 있는 상황이다.
그런 와중에, 나는 아주 세밀한 통계 출처를 하나 찾을 수 있었다. 태양에너지시스템을 위한 프라우호퍼 연구소 (Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems)가 독일 전력 당국의 각종 통계를 세밀하게 정리해 놓은 다음 사이트가 바로 그곳이다. 이번 주에는 이 통계와 유로스탯의 통계를 활용해 독일의 “탈핵”을 평가해 보도록 하겠다.
전원별 발전량
전체 발전량 추이를 먼저 살펴보자. 가장 많은 사람들이 궁금해하는 것은 원전의 발전량일 것이다. 최대 발전량을 기록한 06년(159TWh)에 비하면, 16년 원전의 발전량은 분명 거의 절반 정도로 줄었다(80TWh). 물론 2011년에 갑자기 원전을 여러 기 닫지 않았다면 이러한 변화는 더 완만하게 이뤄졌을 것이다.
한국에는 잘 알려져 있지 않지만, 독일에게는 석탄이 매우 중요한 발전 연료다. 중간 노란색과 파란색 연료가 바로 그것이다. 독일은 분명 이들도 함께 감축하겠다는 메시지를 국제사회에 보냈다. 하지만 독일은 석탄 의존을 사실상 줄이지 못하고 있다. 원자력의 감소에 비해 석탄의 증대가 큰 편은 아니지만, 발전량의 절반 가까운 물량을 석탄으로 채우고 있다는 점은 변함이 없다. 석탄에서 나오는 전력은 2016년에도 여전히 236TWh에 달한다. 특히 갈탄은 원전 다음가는 기저 연료로 계속해서 활용되고 있으며, 유연탄보다 그 물량과 비율이 더 안정적으로 유지되고 있는 상황이다.
국내에서는 정말로 업계인이 아니면 주목하는 경우가 없지만, 위 그래프를 자세히 보면 바이오매스의 역할에 주목하지 않을 수 없다. 곧 시간당 그래프를 살펴보겠지만, 현재 독일에서 원전을 실제로 대체하고 있는 것은 태양광이나 풍력이 아니라 바이오매스이기 때문이다.
국내에서 떠들썩했던 가스 발전의 역할은 그리 대단하지 않다. 우크라이나 사태로 인해 서방의 대러 제제가 있었던 14년, 15년의 물량은 이전에 비해 절반 수준에 불과하다(30GWh). 16년에는 다시 물량이 회복세를 보이지만, 그 물량은 바이오매스만 못한 상황이다.
2016년 현재 독일의 전력믹스에서 재생가능에너지의 비율은 33%에 달한다. 하지만 이 가운데, 태양광(7%)과 풍력(14%)의 합은 21%라는 점은 잘 알려져 있지 않은 사실이다. 4%의 수력, 그리고 특히 9%의 바이오매스가 하고 있는 기여를 무시하면, 독일 신재생의 실상을 놓치고 말 것이다. 바이오매스와 태양광∙풍력을 구분해서 이해해야 하는 이유는 아래에서 상세히 이야기하겠다. 핵심은 기저 전원과 간헐적 전원 사이의 차이에 있다.
풍력과 태양광: 수출까지 하거나, 아예 모자라거나
풍력과 태양광이 지속적으로 증가하고 있는 것은 사실이다. 하지만 풍력은 2016년 현재 15%, 태양광은 7% 정도의 전력만을 공급하고 있을 뿐이다. 독일 내 풍력에서 얻는 전력은 아직 원자력에서 얻는 전력을 추월하지 못했고, 태양광은 바이오매스보다 그 양이 적다.
그래프의 아래쪽에는 순수출이 함께 표시되어 있다. 신재생에너지가 확대되면서 전력 수출도 증가했다는 것은 분명한 사실로 보인다. 그 이유를 이해하고, 태양광과 풍력 발전기가 어떻게 가동되는지, 정말로 이들이 원전을 대체하고 있는 것인지 파악하기 위해 아래 그림이 필요할 것이다.
2011년 원전의 급격한 감축 이후 몇 년간 독일은 대부분의 시간동안 전력을 수입해 왔던 것 같다. 하지만 최근 들어 독일은 전력을 활발하게 외국 망에 수출하고 있고, 따라서 프랑스의 원전으로부터 도움을 받는다는 진술은 사실과는 달라 보인다.
하지만 이러한 수출은 한국으로서는 따라 할 수 없는 성격을 가진다는 점도 명확히 해야만 한다. 핵심은 신재생 발전량이 집중되는 시간대에 주로 순수출이 기록된다는 데 있다. 위 그래프에서, 하한선이 0GW 아래로 떨어지는 시간대(전력 순수출이 기록되는 시간대)와 태양광이 대폭 증가하는 시간대가 대체로 일치한다는 사실을 확인할 수 있을 것이다. 독일 내에서 쓰거나 저장할 수 없을 정도로 처치 곤란한 전력이 태양광이나 풍력에서 쏟아져 나오는 시간대가 있고, 이것을 수출로 해결하고 있다는 서술이 이 그래프를 설명하는 데 적절할 것이다.
프라우호퍼 연구소 홈페이지에서 수출입을 빼고 그림을 다시 그려보면, 태양광과 풍력이 쏟아지는 시간대에는 가스나 유연탄, 심지어 갈탄 발전소까지 발전량을 줄인다는 점도 확인할 수 있을 것이다. 원전까지 발전량을 조정하는 시간도 가끔 있다는 사실도 확인할 수 있다(예를 들어 2017년 6월 24일 밤 시간대). 태양광이나 풍력에서 통제할 수 없이 쏟아져 들어오는 전력을 위해 전체 체계를 조정하는 상황이라는 점을 알 수 있다.
한국 전력망은 전력을 수출할 수 없는 고립계다. 그런데 독일의 사례에서, 기저 전원을 내렸음에도 남는 전력의 상당 부분은 수출로 해결하고 있다는 것이 위 분석의 결과다. 결국 한국이 독일만큼 태양광, 풍력 설비를 확충한다고 하더라도, 충분한 전력 저장 설비가 마련되지 않는 이상 태양광과 풍력에서 나온 상당 부분의 전력은 버릴 수밖에 없다.
이 물량을 독일의 경우에 비추어 추정해 보면 이렇다. 독일 순수출 전력(16년 50GWh)의 절반(25GWh)이 신재생에서 왔다고 가정해 보자. 이 물량은 태양광∙풍력 전력(16년 115GWh)의 20% 정도다. 한국에서 태양광∙풍력을 일정 수준 이상 증설하려면, 이만큼의 전력을 저항으로 태우는 것을 각오해야 한다는 말이다. 또, 그만큼 낮은 발전 효율을 감안해야 한다는 뜻이기도 하다. 즉, 독일과 같은 수준의 설비, 같은 수준의 발전량이 확보되더라도, 한국의 태양광∙풍력 발전량은 전체의 16% 수준으로 계산해야 할지 모른다.
물론 이 말을 뒤집어 보면, 신재생 발전량이 부족한 시점에는 어느 정도 화석연료와 기저 발전소를 가동해야 한다는 말이기도 하다. 독일은 가스와 유연탄, 그리고 양수발전소 발전량을 조정해 이런 시점에 대응하고 있다.
전력저장설비의 미래에 대한 장밋빛 전망이 많이 퍼져 있기는 하다. 하지만 2017년 현재 충분히 유용하게, 전국망 규모에서 사용할 수 있는 전력저장설비는 양수발전소뿐이다. 독일도 이 점은 마찬가지로 보인다.
물론 양수발전소는 댐과 인공호수를 건설해야 하는 설비이므로 환경단체들의 강력한 반발을 감수해야 건설할 수 있다. 독일은 지금까지는 양수발전소를 대거 확충하지 못한 듯하지만, 향후 투자를 늘릴 계획은 있는 듯하다.
설비용량과 이용률
설비용량을 살펴보자. 여기서, 풍력의 성장세는 꾸준한 반면 태양광의 성장세는 비교적 최근에 있었다는 점을 알 수 있다. 발전량에서는 매우 중요한 기여를 하고 있는 바이오매스 발전소의 발전용량은 그리 많이 늘지 않았다는 사실도 확인할 수 있다. 원전은 지속적으로 감축하고 있는 반면, 유연탄과 갈탄의 발전용량은 거의 줄어들지 않았다는 점도 주목할 만하다.
다음 그림은 설비별 평균 이용률이다. 이 값은 실제 발전량을 설비용량을 100%로 가동했을 때 얻을 수 있는 최대의 발전량으로 나누어 구하는 값이다.
원전의 가동률이 가장 높고, 그다음으로 높은 가동률은 갈탄, 그리고 2010년까지 지속적으로 상승해 70%대에 진입한 바이오매스 발전소가 기록하고 있다는 사실을 알 수 있다.
이들 세 연료가 현재 독일의 기저 전원을 구성하고 있다. 유연탄은 40% 정도의 가동률을 기록하고 있으며, 천연가스 발전소의 이용률은 풍력과 같은 18%까지 떨어졌다. 태양광의 이용률은 10% 수준이다. 태양광과 풍력의 이용률이 조금씩 증가하고 있는 것은 사실이지만, 급격히 증가하고 있다고 볼 수는 없다.
그렇다면 설비 용량의 측면에서, 독일은 오직 원전만을 줄였다고 평가할 수 있다. 2011년 원전의 감소가 극적인 것 처럼 보이지만, 석탄발전소의 용량은 거의 변화하지 않았으며 태양광과 풍력을 제외한 여러 조절 가능 전원의 전체 물량은 2011년 이후 계속 늘어났다. 결국 독일의 전력 설비는 원전을 배제했지만 나머지나 총량 면에서는 크게 변화하지 않은 조절 가능 전원 위에 태양광과 풍력 설비가 덧붙어 있는 구조로 되어 있다고 말할 수 있다.
독일의 발전 부분 탄소배출량
나는 저번 주에 한국이 탄소배출량을 감소시키려면 원전을 적절히 활용할 필요가 있으며, 원전을 축소하는 발전 믹스로는 신재생에너지를 20% 사용하는 믹스의 경우에도 탄소를 충분히 감축할 수 없다고 주장했다. 독일은 이런 주장이 정말인지 확인해 볼 수 있는 적절한 사례일 것이다.
여기서 나는 앞서 소개한 IPCC 계수를 활용하여 독일의 탄소배출량을 계산해 보았다. 여기서 값을 소개하자면 이렇다. 태양광 48g/kwh, 풍력 12g/kwh, 천연가스 490g/kwh, 유연탄 820g/kwh, 갈탄 877.4g/kwh(유연탄의 107%), 원전 110g/kwh, 바이오 230g/kwh, 수력 24kwh. 원전을 제외한 모든 발전방식은 IPCC가 계산한 중앙값을 사용했으며, 원전만은 의구심을 감안하여 최대치로 설정했다.
계산의 결과는 위 그림과 같다. 딱 잘라 말해, 독일은 발전부분 탄소배출량을 거의 줄이지 못했다. 최근 석탄이 미약하게 감소했지만, 막대한 물량을 감안하면 전혀 성공적인 감축이 아니라는 점은 누구나 확인할 수 있을 것이다.
영어로 된 다른 글을 살펴보면, 독일은 한국보다 훨씬 더 큰 탄소배출량 절감을 국제사회에 약속한 것으로 보인다. 2030년까지 현재(약 9억 톤)의 60% 수준인 5.63억 톤까지 탄소배출량을 줄인다는 것이 그 내용이다. 하지만 석탄의 탄소 배출량이 답보 상태인 이상, 발전 부분에서 이런 목표량을 채우는 데 충분할 정도의 탄소배출량 감축을 달성하는 것은 불가능해 보인다.
앞서 그래프로 확인했듯, 독일은 2015년에 신재생에너지 발전 비율 34%를 달성했으며, 그 가운데 21%는 태양광과 풍력이기도 한 나라다. 하지만 보다시피 발전 부분 탄소배출량은 견고하기 짝이 없는 상황이다. 그 핵심에는 독일이 탈석탄을 할 생각이 사실상 없다는 사실이 있다. 바이오매스가 나름대로 갈탄을 감축하기 위해 분투하고는 있으나, 석탄의 벽은 견고하다.
독일이 이토록 석탄을 포기하지 못하는 이유는, 독일 국내에서 석탄, 특히 갈탄이 대량으로 채굴되고 있기 때문이다. 갈탄이 원전 다음 단계 기저 전원으로 사용되고 있다는 점은 이미 그래프로 확인한 대로다. 그런데 갈탄은 유연탄보다도 탄소배출량이 높은 연료다. 다시 말해, 갈탄을 계속 사용하는 것은 실질적으로 탄소 감축을 할 의지가 없다는 뜻일 수 있다. 그럼에도 갈탄에 계속해서 중요한 역할을 맞기는 데는, 이 연료가 외국 수입 연료나 신재생보다 훨씬 더 안정적이고 신뢰할 만하다는 판단이 배경에 깔려 있는 듯하다.
독일의 사례는, 재생가능 에너지가 전체 발전량의 1/3에 달하더라도 이른바 ‘에너지 안보’를 매우 중요하게 고려하지 않을 수 없다는 점을 보여주는 사례인 셈이다.
전력 가격
여기서는 통계 출처를 바꾸어 유로스탯의 정리를 사용하기로 한다. 이 기관은 EU의 다양한 통계자료를 수집 분석하는 EU의 공식 통계 기관이니, 통계를 믿어도 좋을 것이다.
다음 두 장의 그림 가운데, 위쪽 그림은 2016년 하반기 가정용 전력가격, 아래쪽은 같은 기간 산업용 전력 가격이다. 1유로는 약 1,300원이며, 한국의 전력 소매가격(2016)은 1kwh당 105(산업)~120(가정)원 수준이니 여기서는 대략 0.08(산업)-0.09(주택) 유로/kwh 수준이라고 생각하면 된다.
독일의 전력 가격은 가정용, 산업용 모두 EU에서 2위 수준을 기록하고 있다. 다시 말해, 독일의 전력은 상당히 높다. 특히 한국 가정용 전력의 소매가와 비교하면 독일 가정용 전력가격의 수준은 3배에 달하고 있다. 한국 가정용 전력의 소매가는 불가리아와 같은 수준으로, EU에서 가장 저렴한 수준이다.
한편 독일의 산업용 전력 가격은 한국의 2배에 조금 미치지 못하는 수준이다. 한국의 산업 소매가격은 폴란드와 유사한 수준으로, EU 국가 사이에 줄을 세워 놓으면 중간보다 조금 낮은 구간에 배치되는 수준이다.
이들 자료는 모두 독일의 전력 가격에 대량의 세금 또는 준조세가 포함되어 있다는 점을 명확히 보여주고 있다는 점도 빼놓을 수 없을 것이다. 가정용이든 산업용이든, 부가세를 감안하면 전력가격의 절반이 조세나 준조세다. 세금의 용처에 대해서는 별도로 확인해야겠으나, 이는 결국 신재생에 필요한 자금을 지원하는 데 쓰일 것으로 보인다.
물론 전력 가격의 추이, 조세 또는 준조세로 모인 돈의 흐름을 별도로 추적해야 하는 과제가 남아 있으나, 독일과 EU 주요국의 전력가격 현황을 비교하기만 해도 독일의 신재생 드라이브가 어떤 귀결을 가지고 올 것인지 말하기는 어렵지 않을 듯하다. 독일의 전력가격에 붙는 조세 또는 준조세는 가정용 및 산업용 공히 유럽 최대 수준이다. 가정용 전력에 더 많은 조세를 붙이는 덴마크는 독일보다도 더 강력한 신재생 드라이브를 걸고 있는 나라로 유명하다. 산업용 전력에 막대한 조세가 붙는 이탈리아는 아예 원전이 없는 상태에서 신재생 투자를 늘리고 있는 나라다.
다시 말해, 신재생 드라이브가 강력할수록 전력 소매가격에 더 많은 조세 또는 준조세가 붙게 될 것이라고 예상하는 것이 유럽의 사례로 보아 합리적이다.
마치며
지금까지의 논의로부터, 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.
1. 독일의 재생가능에너지 발전량은 1/3을 넘었다. 하지만 이 가운데 태양광과 풍력은 2/3이다.
1.1 바이오매스는 국내 논의에서는 지금껏 무시되었지만 실제 독일에서는 (기저 전원이라는 의미에서) 가장 중요한 신재생 에너지원으로 그 역할을 하고 있다.
2. 독일은 바이오매스, 원전, 갈탄(독일 국내탄임)으로 기저 전원을 유지하는 한편, 태양광과 풍력에서 나오는 전력의 급격한 변동에 대응하기 위해 가스와 유연탄 발전소, 그리고 수출을 활용하고 있다.
2.1 2017년 여름 현재 실질적인 전력 저장능력은 양수발전소(pumped storage)에게만 있기 때문에, 태양광과 풍력 전원이 부족할 때 가스와 유연탄을 활용하지 않는다면 대응할 방법이 없다.
2.2 한국과 같은 폐쇄 전력망은 수출을 활용할 수 없다는 점에서 태양광과 풍력의 효율을 극대화할 수 없는 조건이다.
2.3 태양광과 풍력의 설비 이용률 증가는 그렇게까지 빠르지 않다.
2.4 원전을 실제로 대체하고 있는 것은 기저 전원으로 활용 가능한 바이오매스이며, 간헐 전원인 태양광과 풍력이라고 볼 수 없다.
3. 설비 면에서, 독일은 단지 원전만 일부 끄고 있을 뿐, 화석연료 감축은 전혀 이뤄지지 않았다. 재래식 연료 가운데 오직 원전만 배제하는 것이 대체 무슨 의미가 있는지에 대해, 신중히 답해야 한다.
4. 독일은 충분한 탄소배출량 감축에 실패했다.
5. 유럽 국가와 비교해 보면, 전력 가격에 상당히 높은 조세와 준조세가 붙는 것으로 보인다.
이런 결론으로부터, 한국사회가 꼭 기억해야 할 내용을 다음과 같이 정리할 수 있을 것이다.
- 재생가능에너지 발전량이 1/3에 달하더라도, 탄소배출량을 미미한 수준밖에는 감소시킬 수 없었다는 점을 독일은 실증적으로 보여준다. 정말로 탄소배출량을 줄이고자 한다면, 원전을 유지하면서 재생가능에너지 비율을 늘리는 길을 모색해야 한다.
- 바이오매스 투자에 적극 나서야 한다. 이 연료는 기저 전원으로 활용하는 것이 가능하기 때문이다. 독일에서도 태양광이 아직도 바이오매스의 발전량을 넘지 못했다는 데 주목해야만 한다. 지금처럼 태양광과 풍력에만 주의를 기울일 경우 재생가능에너지를 실질적으로 확대하기는 어려울 것이다.
- 태양광과 풍력의 간헐성을 보조하기 위해서는 화석연료 발전소와 양수발전소가 다수 필요하다는 점을 널리 알려야 한다.
- 독일에서는태양광과 풍력의 총발전량이 21% 수준에 불과함에도, 때로 전기가 남아서 수출해 처리하는 순간이 있다는 점을 알려야 한다. 이것은 외국과 망이 연결되어 있을 때는 장점이지만, 한국 같은 폐쇄 망에서는 기껏 생산한 전기를 버려야 하는 경우도 생긴다는 뜻에 불과하다.
- 독일은 국내탄인 갈탄을 포기하지 않고 있으며, 천연가스는 총발전량에 그리 기여하지 않고 있다. 천연가스 발전소의 이용률은 18%까지 떨어진 상태다.
- 신재생을 확대하면 조세와 준조세가 전력가격에 꽤 많이 붙게 되는 것은 피할 수 없다.
실질적인 데이터를 사용해 독일의 전력 현황에 대해 논의한 경우는 내가 알기로는 많지 않다. 내 조사를 바탕으로, 앞으로 더 많은 논의가 있었으면 한다.
