2022.09.19 (월)

HOT ISSUE

비상전원용 연료전지 도입, 서울 덕에 ‘파란불’ 켜지나

'흐지부지' 비상전원용 연료전지 도입 가능성 커져
전력자립·비상전원·탄소중립 꾀하는 서울시 적극 추진
미국, 일본 등 정전 많은 곳서 연료전지 성능 증명
주관부처 소방청, 긍정적으로 검토 중

URL COPY

 

[월간수소경제 박상우 기자] 지난 2020년 6월 정부는 정부서울청사에서 국무총리가 주재하는 ‘제5차 신산업 현장애로 규제혁신 방안’을 논의·확정했다. 이 방안은 신산업·신기술 분야의 기업들이 규제로 인해 현장에서 직면하고 있는 애로사항을 집중 발굴·해소하는 것이다.


이날 정부는 수소 분야에서 총 8개 과제를 확정하고 순차적으로 정비해 나가기로 했다. 이 중 스프링클러, 소화전, 비상경보장치 등 소방설비 비상전원에 연료전지를 추가하는 방안이 포함됐다.


건설기술진흥법에 따른 국가건설기준 예비전원설비 설계기준에서 ‘자가발전설비용 구동장치는 일반적으로 디젤엔진, 가스엔진, 가스터빈 방식 등이 있다’고 규정돼 있다.


또 산업안전보건법 비상전원의 선정 및 설치에 관한 기술 지침에는 ‘비상발전기의 종류는 원동기 종류에 따라 디젤발전기, 가솔린발전기, 가스터빈발전기, 스팀터빈발전기 등이 있다’라고 명시돼 있다.


그러나 연료전지는 어디에도 없다. 이에 업계는 연료전지 보급 확대와 기술개발 촉진을 위해 비상전원 관련 규정에 연료전지를 포함해야 한다고 목소리를 냈고, 정부는 관련 규정들을 개정하기로 했다.


정부는 당초 2020년 12월에 관련 규정을 개정할 예정이었으나 주관부처인 소방청의 반대로 해당 방안이 폐기됐다. 그런데 서울시의 적극적인 노력으로 비상전원에 연료전지를 포함하는 방안이 도입될 가능성이 커지고 있다.

 


 
장단점 확실한 디젤발전기 
비상전원은 정전이나 단선·단락 등의 전기적 사고 등으로 상용전원 공급이 중단되면 소방시설을 일정 시간 동안 사용할 수 있도록 전력을 공급하는 별도의 전원공급장치다.


비상전원의 종류는 디젤엔진, 가스터빈 등을 기반으로 하는 자가발전설비, 충전이 가능한 배터리를 기반으로 하는 축전지설비, 외부 전기에너지를 저장해두었다 필요할 때 전기를 공급하는 전기저장설비 등이다. 


주로 사용되는 것이 디젤엔진 기반 자가발전설비인 디젤발전기다. 디젤이 다른 연료보다 저렴하고 열효율이 높은 데다 신속한 전원 투입이 가능하기 때문이다. 서울시에 따르면 디젤발전기가 설치된 건물 수는 총 1만6,527개소로, 이들의 총용량은 1GW급 원전 6기와 맞먹는 약 6.4GW다. 이 중 공공기관이 1,145개소(0.5GW), 민간이 1만5,382개소(5.9GW)이다.


그러나 디젤발전기는 소음과 진동이 심하고 전원공급이 불안정하며 대기오염물질과 미세먼지를 많이 배출한다. 


동해종합기술공사와 미코파워가 서울시의 의뢰를 받아 진행한 ‘연료전지 비상전원 적용방안 연구용역’ 보고서에 따르면 시설용량 61MW급 디젤발전기를 24시간 연중무휴로 가동한다고 가정하면 연간 이산화탄소 배출량은 28만6,654톤으로 12만4,078톤을 배출한 연료전지보다 2배가량 많다.

 


또 디젤발전기의 질소산화물(NOx) 연간 배출량은 연료전지보다 187배 많은 562톤, 일산화탄소는 무려 1,000배나 많은 2,390톤을 배출하는 것으로 나타났다.


무엇보다 대기환경보전법상 비상발전기는 배출가스 점검·규제 대상이 아니어서 정확한 배출량을 파악하기 어렵다. 여기에 디젤발전기는 건물 규모와 용도에 따라 1~4주마다 30분 정도 점검가동을 하는데 이때 점검은 발전기가 제대로 작동하는지에만 중점을 둔 무부하운전이라 디젤의 불완전 연소로 대기오염물질이 더 많이 배출될 수 있다.


반면 연료전지는 기존의 발전 방식보다 배출가스와 소음이 현저히 적고 수소를 직접 이용하면 무공해 발전이 가능하다. 또 낮은 에너지 손실과 높은 효율로 전기와 열을 동시에 생산할 수 있고 적은 설치 면적과 다양한 설치 조건에 유연하게 대응할 수 있다. 


여기에 발전과정에서 높은 압력과 연소 과정이 필요 없는 안전한 기술인 데다 자연재해 또는 계통 문제로 정전이 발생하면 즉시 독립운전 상태로 전환되어 안정적인 전력과 열 공급이 가능하다. 그래서 지진, 태풍 등 자연재해가 많은 미국과 일본에서는 비상전원용 연료전지를 많이 활용하고 있다.
 
美·日서 증명된 연료전지 성능
미국 캘리포니아 수소기업위원회(CHBC)의 고정식 연료전지 협동조합이 지난해 1월에 발표한 비상전원용 연료전지 관련 자료에 따르면, 지난 2018년 550개 이상의 시설에서 정전이 발생했을 때 해당 시설들에 설치된 블룸에너지의 연료전지 마이크로그리드가 전력을 공급했다. 2019년 8월에는 뉴욕과 뉴저지에서 대규모 정전사태가 발생했는데 해당 그리드가 설치된 대형상점들은 어려움 없이 운영을 계속했다.


지난 2020년 9월 허리케인 샐리가 미 남동부를 강타했을 때 51대의 플러그파워 젠슈어 연료전지시스템은 상용전력이 복구될 때까지 총 1,573시간 동안 통신장비에 전력을 공급해 54만 명의 주민들이 안정적으로 연락할 수 있었다.

 


두산퓨얼셀아메리카의 전신인 클리어에지파워의 연료전지 전원공급장치는 지난 2011년 허리케인급 강풍을 동반한 눈폭풍으로 미 동북부 지역에서 열흘간 대규모 정전이 발생했을 때 3곳의 지역 긴급 대피소에 무정전 전력을 공급했다. 허리케인 샌디가 미 동부 해안을 강타해 대규모 정전이 발생한 2012년에도 해당 시설에 전력을 공급했다.

 

미국뿐만 아니라 일본에서도 자연재해로 정전이 발생했을 때 연료전지로 전력을 공급한 사례가 있다.


지난 2018년 9월 일본 북단 훗카이도 남부에서 규모 6.7의 강진이 발생했다. 이 지진으로 화력발전소의 가동이 중단되자 훗카이도 내 295만 가구에 전력공급이 끊겼다. 


이에 삿포로시와 무로란시는 연료전지 비상발전기와 도요타의 수소전기차 미라이를 동원해 이틀간 주민들에게 전자기기 충전 서비스를 제공했다. 또 마을환경보전센터 연구동과 철갑상어 사육시설에서는 연료전지 비상발전기와 수소지게차로 전력을 공급하기도 했다. 


지난 2011년 3월에는 일본 동북부 태평양 연안에서 규모 9.1의 강진이 발생했다. 이 지진으로 후쿠시마 원자력발전소 등 열도 전역의 전력을 책임졌던 발전소들이 피해를 봤다. 이에 일본 정부는 가정용 연료전지인 ‘에네팜(Ene-Farm)’ 보급 확산에 나섰다. 에네팜은 도시가스나 LPG에서 추출한 수소와 공기 중 산소를 화학 반응시켜 전기와 열을 생산해 가정에 공급한다.

 


에네팜의 강점은 효율이 높다는 것이다. 기존 화력발전소 등을 통해 전기를 발전하면 열 손실과 송전손실로 인해 가정에서 사용하는 에너지는 발전량의 35~40%에 그친다. 반면 에네팜은 생산된 전기와 열을 70~90% 사용할 수 있는 데다 태양광발전으로 잉여전력을 생산하면 전력회사에 판매할 수 있다. 


이 에네팜을 1년간 사용하면 석유, 천연가스 등의 1차 에너지 사용량을 23% 줄이고 이산화탄소 배출량을 38% 줄일 수 있다고 일본 연료전지보급추진협회는 설명한다.

 

이 때문에 에네팜 보급 대수는 판매 첫해인 2009년에는 3,000대에 그쳤으나 동일본 대지진의 영향으로 보급이 확대되면서 지난 2019년 33만 대를 돌파했다. 일본 정부는 에네팜 보급 대수를 2030년 530만 대, 2050년 5,300만 대로 점차 확대할 계획이다.


국내의 경우 현대모비스가 충북 충주에 있는 연료전지 생산공장에 차량용 연료전지 모듈 5개를 병렬로 연결해 제작한 450kW급 발전용 시스템이 대표적이다. 지난 2019년 2월부터 가동되고 있는 이 시스템은 공장 정전 시 비상전원, 계절별 전력 사용량 증가에 대비한 보조전력으로 활용되며 발전량은 전체 전력 소요량의 약 7% 수준이다.


이같이 국내에서도 연료전지를 비상전원으로 활용하는 곳이 있으나 관련 규정이 미비해 대부분은 디젤발전기를 활용하고 있다. 
 

 

연료전지로 ‘일석삼조’ 노리는 서울시
이런 가운데 최근 서울시가 비상전원에 연료전지를 추가하는 방안을 적극적으로 추진하고 있다.


서울시는 지난해 4월 보도자료를 내고 “건물마다 의무적으로 설치되어 있는 비상발전기를 대기오염물질과 미세먼지를 많이 배출하는 디젤발전기에서 연료전지로 대체하기 위한 연구용역에 착수한다”라고 밝혔다.


서울시는 “디젤발전기가 서울 전체 건물에 약 6.4GW 설치·운영되고 있는데, 이를 연료전지로 전환하면 상당량의 대기오염물질과 미세먼지 발생을 줄일 수 있고 상시 가동도 가능해 서울의 전력자립을 위한 분산형 전원으로도 활용할 수 있다”라며 “대기오염물질 배출이 거의 없는 연료전지를 비상발전기로 설치할 수 있도록 관련 연구용역을 시행해 관련 규정 개정안 및 기술기준을 마련하고, 환경·경제·산업 부문별 효과를 분석해 그 필요성을 객관적으로 자료화해 제도개선을 추진할 계획”이라고 밝혔다.


또 업계와 협업하여 비상발전기용 연료전지 시제품 개발 및 실증을 추진해 제도개선과 제품 상용화가 완료되면 신축 건물에 비상발전기의 일정 비율을 연료전지로 설치하도록 의무화할 계획이다.


서울시가 이같이 비상전원에 연료전지를 추가하는 방안을 적극적으로 추진하는 것은 연료전지를 24시간 상시 가동해도 대기오염물질 배출량이 거의 없어 탄소배출량을 줄일 수 있는 데다 전력 자급률을 높이기 위한 분산전원으로 활용할 수 있기 때문이다.


동해종합기술공사와 미코파워가 서울시의 의뢰를 받아 진행한 ‘연료전지 비상전원 적용방안 연구용역’ 보고서에 따르면 디젤발전기가 설치된 건물 수는 1만6,527개소이며 이 중 2,000kW를 초과하는 대용량 디젤발전기가 설치된 곳은 311곳으로 이들의 총용량은 전체 용량의 24%인 약 1.6GW다.


그러나 대기환경보전법상 비상발전기는 자가측정 대상 시설물이 아니어서 배출가스 양을 측정하는 측정공이 없거나 측정공이 있어도 현장 진입이 힘들어 측정할 수 없는 곳이 더러 있는 것으로 나타났다.

 


또 비상전원의 특성상 정전 또는 점검할 때만 운전하기 때문에 배출가스를 정확하게 측정하기가 어렵고 대부분 비상주 안전관리업체에 관리를 맡기기 때문에 디젤발전기에 대한 관심이 적다.


여기에 연식이 오래된 시설 중 일부는 도면이 없거나 훼손된 도면을 보관하고 있어 발전기실 규격을 알 수 없고 시설을 점검하는 무부하운전 위주로 작동되기 때문에 소모품 교체나 수리·보수가 이뤄진 곳이 거의 없어 디젤발전기 운영실태와 유지보수 비용을 조사하기가 어렵다.


이같이 디젤발전기의 실태를 정확하게 파악하기가 어려워 디젤발전기에서 얼마나 많은 대기오염물질과 미세먼지가 배출되는지 정확하게 분석하기가 쉽지 않다. 


또 한국전력공사의 ‘2019년 한국전력통계’에 따르면 서울시의 전력 자급률은 3.9%로 대전(1.8%), 충북(6.0%), 광주(6.5%)와 함께 최하위권이다. 반면 전력 자급률이 가장 높은 곳은 인천(247.3%)이며 이어 충남(235.4%), 부산(180.4%), 경북(180.1%) 순으로 나타났다.


이같이 서울시는 전력 수요량의 대부분을 서울 외부의 대규모 발전소에서 공급받고 있다. 이로 인해 막대한 송·변전 손실과 대형 송전탑 건립·유지에 따른 사회적 갈등을 야기하고 있어 전력 수요지 인근에서 전력 생산이 가능한 분산전원 확보가 필요하다.


연구용역 보고서에 따르면 2023년 비상전원 연료전지를 도입해 2025년부터 매년 61MW씩 공급한다고 가정하면 2025년 비상·분산전원 연료전지 추가 전력 생산량은 481GWh이며 2050년에는 1만3,893GWh까지 확대될 가능성이 있다. 이는 서울시 연료전지 전력 생산량 목표 대비 176%를 초과하는 것이다.


또 연료전지의 서울시 전력 소비량 분담률은 올해 5%에서 2030년 14%, 2050년 30%까지 늘어날 것으로 예상된다. 이를 통해 서울시는 전력자립률을 높일 수 있고 정부는 전력관리 부담을 줄일 수 있다.


서울시는 6.4GW에 달하는 디젤발전기를 연료전지로 전환해 24시간 상시 가동하면 전력 자급률을 높일 수 있는 데다 대기오염물질 배출량을 줄이면서 기본 목적인 비상전원 역할을 잘 수행할 수 있다고 판단해 관련 방안을 적극적으로 추진하는 것이다.

 


소방청 결정만 남았다
이를 위해선 비상전원 관련 규정에 연료전지를 추가하고 비상전원에서 생산된 전력을 상용전원 계통으로 역송전할 수 있는 관련 규정이 필요하다.


이에 서울시는 지난 3월 대통령직인수위원회, 국토교통부, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부, 소방청, 한국산업안전보건공단 등에 ‘연료전지 비상전원 적용 허용을 위한 제도개선 건의서’를 전달했다.


서울시는 이 건의서에서 “연구용역 결과 서울시에 설치되어 있는 6.4GW에 해당하는 비상발전기는 대부분 디젤발전기로 발전 시 오염물질을 배출할 뿐만 아니라 안정적 전력공급에 따라 사용빈도가 거의 없어 이를 연료전지로 대체해 활용하는 방안을 제시하고 있다”고 밝혔다.


이어 “서울시는 연료전지를 관련법에서 비상발전기 발전원으로 편입시켜 평시 비상발전기 가동을 통한 전원공급으로 분산전원 역할을 통해 대형 발전소 건설비, 송배전비 등 사회경제적 비용을 대폭 절감하면서 비상 시 즉시 구내에 전기를 공급하는 비상발전기의 본래 목적을 달성하게 함으로써 정부의 탄소중립 목표를 조기에 달성하는 데 기여할 것”이라고 덧붙였다.


이에 중앙정부는 긍정적으로 답변했으나 비상전원 주관부처인 소방청은 아직도 답변하지 않은 것으로 알려졌다. 


박상현 서울시 녹색에너지과 주무관은 “인수위와 관련 부처에 해당 방안을 건의했고 긍정적인 답변을 받았다”라며 “소방청에서는 아직 답변이 없으나 중앙정부가 소방청에 검토를 요청했고 긍정적인 반응을 보인 것으로 알고 있다”라고 말했다.


이어 “그동안 소방청에 여러 차례 건의했으며 곧 소방청을 방문해 해당 방안을 논의할 예정”이라며 “소방청에서 긍정적인 답변을 내놓아도 고쳐야 할 법안이 22개에 달하기 때문에 바로 반영되기는 어려울 것”이라고 덧붙였다.


이와 관련해 황창혁 소방청 소방분석제도과 소방경은 “국무조정실에서 비상전원에 연료전지를 추가하는 방안을 제안해서 한국에너지기술연구원과 검토했더니 도시가스 개질로 수소를 공급해 연료전지를 가동하기까지 40분에서 1시간 정도 소요됐다”라며 “이는 상용전원이 중단되는 즉시 전력을 공급해야 하는 비상전원에 적합하지 않은 것이어서 비상전원에 연료전지를 추가하지 않았다”라고 밝혔다.


이어 “그런데 이번에 서울시가 24시간 상시 가동하는 내용을 포함해서 해당 방안을 제안했다”라며 “연료전지가 상시 가동되기 때문에 상용전원이 중단되는 즉시 전력을 공급하는 데 문제가 없다고 보고 해당 방안을 긍정적으로 검토하고 있다”라고 덧붙였다.

 


의무화 폐지로 상심한 업계에 위로될까
서울시는 지난 3월 24일 ‘건축물 및 정비사업의 환경영향평가 항목 및 심의기준’ 개정 고시안 행정예고를 했다. 건축물 사업에 대한 환경영향평가의 중점평가항목 중 온실가스 항목의 평가기준 중 하나인 ‘신재생에너지 등 에너지 생산시설 설치계획’에서 태양광 발전시설 및 연료전지 설치 의무비율을 삭제하는 것이 주요 내용이다.  


현재 연료전지의 경우 한국전력공사와 맺은 계약전력 총용량의 5% 이상 용량을 설치하도록 규정되어 있다. 이는 지난해 6월 24일 ‘건축물 및 정비사업(재개발·재건축)의 환경영향 평가항목 및 심의기준)’ 개정 고시 때 신설된 내용이다. 


전력자립률을 높이고 대기오염물질 배출을 감소시킨다는 목적으로 도입한 연료전지 설치 의무화가 제대로 시행되지 못하고 1년도 안 돼 폐기 절차에 들어간 것이다. 이에 업계는 공공의무화 시장과 함께 안정적인 시장으로 여겨진 민간의무화 시장이 사라짐에 따라 큰 아쉬움을 나타내고 있다.


이런 가운데 서울시가 비상전원에 연료전지를 추가하는 방안을 적극적으로 추진하고 있다. 이 방안이 도입되면 서울시는 신축건물에 비상발전기의 일정 비율을 연료전지로 설치하도록 의무화하고 인근 도시들과 협력해 비상전원용 연료전지 보급을 확대할 수 있다.


이 때문에 건물용 연료전지 설치 의무화가 폐기되더라도 관련 업계가 위축되지 않을 것으로 예상된다. 

 





배너

배너

배너

배너

배너

배너

배너

배너




배너
배너