[월간수소경제 이종수 기자] 전 세계적으로 전력소비량이 산업 수요 확대, 전기차 보급 확산, 건물 냉난방 증가 등으로 인해 지속 증가할 전망이다.     

김기환 에너지경제연구원 수소연구실장이 지난 3월 7일 국회에서 개최된 ‘분산에너지 활성화 정책 방향 토론회’에서 발표한 내용에 따르면 탄소중립을 위한 1차 에너지의 전기화 전환으로 국내 전력 수요도 글로벌 트렌드와 유사하게 지속 증가해 2050년 탄소중립 시나리오 기준으로 연간 총 전력소비량이 1,200TWh 수준이 될 것으로 전망된다. 

특히 코로나19에 따른 언택트 문화 확산으로 인한 데이터 트래픽 급증, 반도체 공장의 전력 소비 증가, 전기차 충전 수요 집중, 기후 이상 현상으로 인한 전력 수요 급증 등으로 수도권 전력 수요 집중 현상이 심화될 전망이다.  

이에 따라 전력 생산지와 수요지의 불일치로 인한 수도권의 안정적인 전력 공급이 더욱 어려워질 것으로 예상된다.   

국내 전력공급시스템은 지방 대규모 발전단지(해안가)에서 전력을 생산한 후 대규모 송전선로를 통해 수도권으로 송전하는 중앙집중형 방식이다. 전력 자립도를 보면 인천(영흥도) 247%, 충남(당진·태안) 235%, 경북(고리·월성·울진) 180%, 강원(강릉·동해·삼척) 175% 등 지방은 100%를 훨씬 상회하는 한편 서울의 자립도는 3.9%에 불과해 수도권-비수도권 간 전력 자립도 불균형이 심각하다.   
 
정부, 분산에너지 활성화 전략 마련
그러나 대규모 발전소와 송전선로 건설 관련 사회적 갈등(동해안-수도권 간 HVDC, 당진화력-신송산 345kV 송전선 건설 등)과 비용이 증가함에 따라 분산에너지 공급의 필요성이 커지고 있다. 

또 기상의존도가 높아 발전계획이 어렵고, 자체적인 출력량 조정에 한계가 있는 태양광·풍력 등의 재생에너지 증가로 전력계통의 불안정성이 높아지고 안정적인 전력 수급에도 어려움이 발생하고 있다. 

중앙집중형 수요공급 시스템을 기반으로 하는 현행 관련 법령 및 시장 제도의 정비에 대한 요구도 증가하고 있다. 예를 들어 현재 하루 전 시장에서 전력의 수요·공급을 예상해 결정하고 있으나 당일 기상조건에 따라 재생에너지의 변동성이 확대될 경우 수급 불안정 발생 우려가 있다. 

미국, 일본, 호주, EU 등 주요국은 이러한 문제를 해소하기 위해 분산에너지 체계에 적합한 계통 관리 방안, 잉여전력 해소 대책 등을 마련하고 추진 중이다.

국내 정부도 지난 2019년 6월 발표한 ‘제3차 에너지기본계획(2019~2040년)’을 통해 분산에너지 확대 목표(2040년 발전량 30%)를 제시한 이후 지난 2021년 6월 30일 ‘분산에너지 활성화 추진전략’을 발표했다.  

분산에너지는 소규모 발전소 중심의 분산형 발전으로 지역 내에서 에너지를 생산·소비하는 것을 말한다. 전기사업법에는 ‘전력 수요 지역 인근에 설치해 송전선로의 건설을 최소화할 수 있는 40MW 이하의 모든 발전설비 또는 500MW 이하의 집단에너지, 구역 전기, 자가용 발전 설비’로 정의되어 있다. 

분산에너지가 활성화되면 대규모 송전·발전소가 필요하지 않고, 발전원의 분산화에 따라 중앙계통의 문제가 발생하는 경우 독립적인 에너지의 생산·소비가 가능해 전력 공급의 안정성을 제고할 수 있을 것으로 기대된다. 

정부는 △전력 다소비 사업자에 대해 분산에너지 설치 의무 부과 △중소규모 재생에너지를 모아 시장에 입찰하는 통합발전소(VPP) 제도 도입 △분산에너지에 대해 급전·제어를 수행하는 배전망 운영자(DSO) 제도 도입 △자급 자족형 시스템 실증을 위한 마을 단위 마이크로그리드 구축 △분산에너지 특구 지정 등 다양한 방안을 추진할 계획이다.

이를 위해 국회에서 ‘분산에너지 활성화 특별법’ 제정을 논의 중이다.
 
분산전원 중 연료전지 ‘부각’
현재 거론되는 분산전원으로는 태양광, 연료전지, ESS가 대표적인데, 그중 연료전지가 분산전원으로서 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 

김기환 에너지경제연구원 수소연구실장은 “분산형 전원 중 전력 소비가 많은 도심지에서 전력 수요에 안정적으로 대응할 수 있는 솔루션은 연료전지가 유일하다”라며 “연료전지는 발전만 가능한 재생에너지원과는 달리 열에너지 생산이 가능하고, 높은 이용률과 확장성, 짧은 건설 기간, 적은 설치 면적 등을 고려하면 도심지 건물과 공동주택 등에 적용할 수 있는 소형 지역 열병합 발전으로 기능할 수 있다”고 밝혔다.  

김 실장은 “정전이 많은 국가인 미국은 연료전지를 발전용뿐만 아니라 데이터센터, 상업시설 등의 백업전원 및 정전 대응용 자가발전으로 활용 중이고, 일본도 동일본 대지진 이후 원전 안전성 문제로 열병합 발전 및 연료전지 중심의 분산발전 도입 정책을 추진해 2030년 530만대 보급 목표로 가정에 연료전지(에네팜)를 보급 중”이라고 설명했다.  

김 실장은 국내 분산전원 수요처로 데이터센터, 반도체 산업, 에너지슈퍼스테이션을 제시했다.   

산업부의 자료에 따르면 2022년 12월 기준 국내 147개의 데이터센터 전력 수요는 1,762MW이며, 오는 2029년까지 732개 4만9,397MW로 전망된다. 데이터센터 입지의 60%, 전력 수요의 70%가 수도권에 집중되어 있고, 이 비율은 2029년까지 80%대로 확대될 것으로 예상된다. 

김 실장은 “국내의 경우 수도권에 집중적으로 들어서는 데이터센터의 적기 가동을 위해서는 자가소비형 분산전원이 유일한 해결 방안이다. 대표적인 전력 다소비 산업인 반도체 제조업의 전력 수요도 초미세공정에 필요한 극자외선(EUV) 노광장비 보급 확산으로 더욱 증가할 것으로 예상되어 전력망 부담 경감을 위해 분산전원의 역할이 중요해지고 있다”라며 “또 전기차 보급확대로 인한 전력 수요 대응을 위해서는 에너지슈퍼스테이션과 같은 분산전원이 필요하다”고 밝혔다.

연료전지가 분산전원의 역할을 다하기 위해선 현재 국회에서 논의 중인 분산에너지 활성화 특별법 제정이 시급하다.  

배성준 SK에코플랜트 에너지전략 담당 상무는 지난 3월 7일 ‘분산에너지 활성화 정책 방향 토론회’에서 “현재 연료전지는 다른 발전설비 대비 높은 CAPEX(Capital expenditures)로 인해 발전단가(LCOE)가 높다. 국내는 낮은 전기요금을 감안하면 별도 지원 없이는 경제성 확보가 힘들다”라며 “분산에너지 특별법에 자가소비형 분산전원에 대한 지원 및 일정 규모 이상 사업자에 대한 자가소비형 발전원 적용 의무화 내용이 포함되어 있는데, 분산에너지법 시행 시 미국과 같이 국내에서도 데이터센터 등 도심 내 대규모 전력 수요가 필요한 시설에 전력을 공급하는 발전원으로 연료전지의 역할이 확대될 수 있을 것”이라고 밝혔다.  
 
분산전원 모델 ‘에너지슈퍼스테이션’ 부상
최근 분산전원 사업 모델로 연료전지와 재생에너지를 활용하는 ‘에너지슈퍼스테이션’이 대두되고 있다. 정부는 ‘분산에너지 활성화 추진전략’을 통해 전력계통의 관리·수용 능력 강화 방안 중 하나로 에너지슈퍼스테이션을 제시했다. 

기존 내연기관차 중심의 수송 분야가 전기차·수소차 중심으로 전환됨에 따라 화석연료 기반 주유소의 좌초 자산화가 우려되고 있다. 또 전기차 확산에 대응하기 위해서는 초급속충전 인프라의 확산이 필요하나 충전 수요 증가로 인한 계통부담 발생 가능성이 있다. 초급속 충전기(350kW 이상) 1,500대 보급 시 석탄발전소 1개(약 525MW)의 전력 부담이 야기된다. 

이에 따라 주유소 또는 인근에 태양광·연료전지 등의 분산전원을 설치해 전기·수소차 충전과 자가발전이 가능한 복합 충전소(에너지슈퍼스테이션)로 전환하자는 것이다. 

정부는 관련 규제들을 개선해 에너지슈퍼스테이션 확산을 추진할 예정이다. 향후 인근 지역의 분산에너지(태양광, 연료전지, DR 등)를 모집해 통합발전소(VPP)를 거쳐 전력시장 또는 소비자와의 직접 거래도 추진할 계획이다.  

민간기업 중 SK이노베이션의 석유사업 자회사인 SK에너지가 에너지슈퍼스테이션 구축을 선도하고 있다. SK에너지는 주유소의 유휴부지에 연료전지와 태양광 발전설비를 설치해 생산된 전기를 한전에 판매하거나 전기차에 충전하는 사업 모델을 테스트하기 위한 실증특례를 산업부에 신청해 지난 2021년 5월 31일 승인받았다. 

이후 박미주유소(서울 금천구), 개나리주유소(서울 양천구), 신길동주유소(경기 안산) 등 수도권 3곳에 에너지슈퍼스테이션을 구축해 경제성과 안전성을 검증하고, 정부와 함께 관련 제도개선을 추진해 나갈 계획이다.  

SK에너지는 올해 수도권 지역 주유소 100여 곳으로 에너지슈퍼스테이션 구축을 확대할 계획이다. 또 서울지하철 7호선 천왕차량기지를 비롯한 국·공유지 등 도심 유휴부지에 연료전지 발전시설을 설치해 전기차 충전기와 인근 배전망에 전력을 공급하는 사업 개발에 나설 예정이다.

이를 위해 SK에너지는 지난 2022년 12월 한국남부발전, LS일렉트릭, 대한그린파워, 삼천리자산운용과 함께 ‘도심형 연료전지 융복합 사업’의 공동개발 양해각서(MOU)를 체결한 바 있다. 

SK에너지는 지난해 두산퓨얼셀과 업무협약(MOU)을 맺고 수소·전기·열을 동시에 생산할 수 있는 연료전지(트라이젠)와 수소 고순도화 설비(SK에너지 독자 개발)를 활용해 전기차와 수소차의 동시 충전이 가능한 상업용 온사이트(on-site) 복합에너지 스테이션 구축 사업을 추진하고 있다. 

두산퓨얼셀은 한국가스공사와 함께 ‘트라이젠’을 개발하고, 한국가스공사의 발안 천연가스 정압관리소(경기도 화성)에 구축된 ‘복합에너지 허브’에 설치해 실증 운전 중이다. 트라이젠은 두산퓨얼셀의 440kW 인산형연료전지(PAFC)를 활용한 제품이다. 

SK에너지는 올해 1월 한국수력원자력과도 업무협약을 체결하고 SK에너지의 주유소, LPG 충전소, 내트럭하우스 등 주요 고객 접점과 유휴 국공유지를 활용해 도심형 에너지슈퍼스테이션 사업을 추진할 계획이다. 

트라이젠 기반 온사이트(on-site) 수소충전소 구축 사업도 함께 진행할 계획이다. 수소상용차 충전 수요가 많은 SK에너지 내트럭하우스에 시범 설치하고, 단계적으로 전국 고속도로 휴게소, 버스차고지 등으로 확대할 예정이다.
 
2035년 에너지슈퍼스테이션 1,500개소 구축 목표

정부는 지난 2022년 11월 ‘제5차 수소경제위원회’에서 에너지슈퍼스테이션 보급 목표 및 규제개선 계획을 밝혔다. 올해 1월 발표된 ‘제10차 전력수급기본계획’에서도 기존 주유소와 LPG 충전소의 에너지슈퍼스테이션 전환이 주요 분산전원 활성화 방안으로 포함됐다. 

정부는 전력수급기본계획에 포함된 연료전지 설비 용량 범위 내에서 2035년까지 에너지슈퍼스테이션 1,500개소(연료전지 약 450MW)를 구축한다는 목표를 세우고, 우선 올해 3가지 법령 개선을 통해 사업확산을 지원키로 했다. 

현재 관련 법령(위험물안전관리법, 액화석유가스법)에 따라 주유소와 LPG 충전소 내에 연료전지 설치가 불가하다. 이들 법령을 개선해 주유소와 LPG 충전소 내에 연료전지 설치를 허용할 예정이다. 

우선 주유소 내 연료전지 설치 허용을 위해 ‘위험물 안전관리에 관한 세부기준’(소방청 고시) 개정 절차가 진행 중이다. LPG 충전소 내 연료전지 설치는 지난해 12월 실증특례를 승인받아 진행 중으로, 일정 기간 운영을 통해 안전성 여부 확인 후 관련 규정(액화석유가스법) 개선을 추진한다는 게 산업부의 계획이다.   

현재 전기차충전사업자는 한전으로부터 전기를 공급받아 전기차 충전 수요에 대응하고 있다. 이를 개선하기 위해 전기사업법을 개정해 자체 연료전지, 태양광발전설비 등을 활용한 전기차 충전사업을 허용할 예정이다. 지난해 9월 노용호 국회의원이 전기사업법 개정안을 발의해 국회에서 논의 중이다. 

정부는 전기안전관리 업무 대행 규모의 현실화도 추진하고 있다. 현재 전기안전관리법상 연료전지는 원격감시·제어기능을 갖춘 경우 300kW 미만 설비에 대해서만 전기안전관리업무 대행이 가능하다. 

주유소 내 전기차 충전소 이격거리 완화의 필요성도 제기되고 있다. 
 
에너지슈퍼스테이션, 석유업계 생존과 직결
에너지슈퍼스테이션은 분산에너지 활성화뿐만 아니라 석유업계의 생존과도 직결되어 있다. 석유업계는 이미 시장경쟁이 포화 상태인 동시에 친환경차 보급확대로 경영난이 심화하고 있어 돌파구 마련이 시급하다. 

김태환 에너지경제연구원 석유정책연구팀 연구위원의 연구자료에 따르면 최근 10년간 주유소 사업의 평균 영업이익률은 2.2%로, 다른 도소매업종 대비 절반 수준으로 낮은 상황이다.

 
전국 주유소 수도 2010년 1만3,004개소를 정점으로 매년 감소하는 추세다. 2022년 기준 전국 주유소 수는 1만1,144개소로, 최근 10년간 연평균 약 160개소(1.4%)씩 감소한 것으로 나타났다. 

아울러 친환경차 보급확대에 따라 국내 석유유통시장 규모의 축소도 가속화하는 상황이다. 증가하는 전기차가 내연기관차를 대체한다고 가정 시 2024년에는 2020년 대비 휘발유 수요가 연간 약 3,400만 배럴 감소할 것으로 예상된다. 

한편 주유소 운영이 어려워 폐업하고 싶어도 지하 저장탱크 등의 철거와 토양 복구에 약 2억 원에 가까운 큰 비용이 발생해 운영도, 폐업도 못 하는 신세가 되어 방치되는 경우도 많다. 심지어 이들 주유소는 불법 석유유통 근거지로 악용되기도 한다.  

상황이 이렇다 보니 석유업계는 주유소 기반 신사업으로 에너지슈퍼스테이션에 주목하고 있다.  

김태환 에너지경제연구원 석유정책연구팀 연구위원은 “에너지슈퍼스테이션은 기존 주유 사업 외 친환경차 충전 수익, 전력 판매 수익 등으로 주유소의 좌초자산화를 방지하고 친환경차 확대에 따른 주유소의 매출 감소 상쇄와 신에너지 산업으로의 단계적 진출을 가능케 할 것”이라며 “대표적인 탄소산업인 주유소가 친환경 충전 인프라 및 분산발전의 허브로 진화함에 따라 탄소중립 이행기에 전통 에너지산업의 안정적인 전환의 선도적 사례가 되는 것은 물론 데이터센터와 전기차 확대 등으로 전력 수요가 급증하는 대도시의 전력계통 부담완화에도 기여할 것”이라고 밝혔다.  

허성윤 서울과학기술대학교 미래에너지융합학과 교수도 “주유소를 자가발전이 가능한 에너지슈퍼스테이션으로 전환하는 것은 주유소 업계의 생존과 국가 에너지시스템 건전성 제고 측면에서 당위성을 확보하고 있다”라며 “주유소·충전소는 에너지슈퍼스테이션 사업을 통해 오랜 기간 많은 자원이 투입되어 구축된 기존 주유소·충전소 네트워크의 좌초자산화를 방지하고,  수소경제 이행과 분산전원 활성화에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다. 
 
에너지슈퍼스테이션 활성화 방안
신영대 더불어민주당 의원은 지난 2월 14일 국회의원회관에서 ‘에너지슈퍼스테이션 구축 확대 방안 모색을 위한 토론회’를 개최한 바 있다. 

먼저 김태환 에너지경제연구원 석유정책연구팀 연구위원은 에너지슈퍼스테이션 관련 중장기 지원 제도 수립을 주문했다. 

김 연구위원은 “도심형 소규모 분산발전의 초기 생태계 조성을 위해 청정수소발전 제도 내에 소규모 발전사업자 전용 입찰 시장을 개설하고, 자가발전 전력을 전기차충전용으로 사용 시 사회적 비용 절감의 일부를 인센티브로 제공하는 등의 정책적 지원이 필요하다”고 제언했다. 

김 연구위원은 또 “에너지슈퍼스테이션으로 전환하는 데 큰 투자가 수반되기에 자영주유소 사업자의 참여를 위한 보조금 등 예산 지원책 마련을 검토할 필요가 있다. 예컨대 석유산업이 크게 기여하는 회계자원 등을 활용한 재원 조성을 고려할 수 있을 것”이라며 “에너지슈퍼스테이션의 기대효과는 분산에너지 활성화와 친환경성이라는 정부의 에너지 정책 방향에 부합하기에 일부 공적 기능을 부여받은 알뜰주유소를 선도적으로 에너지슈퍼스테이션으로 전환해 민간 사업자의 참여를 유도하고 미래형 융복합 주유소의 마중물 역할을 하도록 해야 한다”고 밝혔다.   

허성윤 서울과학기술대학교 미래에너지융합학과 교수는 도심형 소규모 연료전지에 대한 배려를 주문했다. 

허 교수는 “향후 1~2년 내 본격적으로 도입될 청정수소발전제도(CHPS) 안에 반드시 소규모 분산전원 활성화를 고려해야 하고, 도심형 소규모 연료전지에 대한 배려가 필요하다”라며 “CHPS 시장 도입·운영 시 상대적으로 비용경쟁력이 낮은 소규모 발전사업자용 입찰 시장(예: 설비 용량 1MW 이하 등)을 따로 개설하는 등 소규모 연료전지의 사업생태계 조성을 위한 제도가 포함되어야 한다. 용량에 대한 고려 없는 통합 입찰을 진행할 경우 대규모 발전사업자가 유리할 수밖에 없고, 이는 분산전원 활성화의 장애 요인이 될 것”이라고 밝혔다. 

김광찬 서울시 녹색에너지과 신재생에너지팀 팀장도 “에너지슈퍼스테이션 확대를 위해서는 사업의 경제성 확보 방안이 필요하다”라며 “CHPS 내에서 소규모 연료전지 발전은 높은 편익에도 불구하고 규모의 경제에 따라 대형 연료전지 발전설비 대비 원가 경쟁력 열위로 인해 에너지슈퍼스테이션과 같은 소규모(1MW 이하) 시설은 입찰 시 낙찰 가능성이 떨어짐에 따라 소규모 입찰 시장을 별도로 개설해 낙찰 가능성을 높여 경쟁력을 갖추도록 해야 한다”고 밝혔다. 

김 팀장은 이어 “현재 LPG 충전소 대상 에너지슈퍼스테이션 확산을 위해 LPG 충전소 내 연료전지 설치 실증 특례(2022년 12월 승인 완료)가 진행 중인데, 이미 주유소 내 연료전지 실증 특례가 추진된 바 있기에 사업자의 원활한 투자 실행과 재원 조달을 위해 LPG 충전소 연료전지 실증 특례의 조기 종료와 조속한 규제개선이 필요하다”고 덧붙였다. 

박상희 산업통상자원부 신산업분산에너지과 과장은 에너지슈퍼스테이션의 그린수소 활용을 위한 기술개발 노력을 주문했다. 

박 과장은 “주유소·LPG 충전소 내 연료전지 설치 허용, 생산전력 전기차충전 활용, 전기안전관리자 대행 규모 현실화 등의 에너지슈퍼스테이션 관련 규제개선을 진행 중”이라며 “현재 운영 중인 에너지슈퍼스테이션은 천연가스 개질을 통해 전력과 수소(그레이수소)를 생산하는 모델로, 수소보다는 전력 생산에 특화된 연료전지를 사용 중이다. 제한적인 태양광 발전 시간을 고려해 상시 전기차 충전이 가능하도록 별도의 저장장치(ESS) 활용방안(현재 주유소 내 ESS 설치 불가)을 검토하는 한편 향후 청정수소 생산을 위한 전력 공급, 충전설비 운영 등 그린수소 공급원으로써 기술개발·실증 등 다각적인 노력이 필요하다”고 밝혔다. 

심재명 한국주유소협회 팀장은 자영주유소에 대한 지원을 강조했다. 

심 팀장은 “에너지경제연구원에 따르면 2040년에는 현재 영업 중인 국내 주유소1만1,509개 중 약 74%에 해당하는 8,529곳이 시장에서 퇴출할 것으로 전망된다. 에너지슈퍼스테이션은 주유소의 새로운 수입원(임대료 또는 발전수익, 전기차충전 수익)을 제공하고 수송 연료 시장 환경변화에 대응할 수 있도록 하므로 주유소 업계의 생존을 위해 필요한 사업 모델”이라며 “자금력이 있는 대기업 직영주유소의 경우 에너지슈퍼스테이션 등 신규사업 전환에 필요한 막대한 투자가 가능하지만 영세한 자영주유소는 그럴 여력이 없어 에너지슈퍼스테이션 구축을 위한 구조보강 비용 등 시설자금에 대한 정부의 재정 지원이 필요하다”고 밝혔다.