[월간수소경제 이종수 기자] 지난 7월 31일 기준 국내 발전용 연료전지는 정부의 정책적 지원에 따라 948.91MW가 보급되어 세계 최대 규모의 발전용 연료전지 시장을 유지함과 동시에 GW 시대를 눈앞에 두고 있다. 

지난 2012년 1월부터 총 발전설비용량 500MW 이상을 보유한 발전사업자를 대상으로 시행 중인 신재생에너지공급의무화(RPS) 제도에 따른 신재생에너지공급인증서(REC)의 높은 가중치(1.9~2.1)와 고효율, 전기·열 동시 생산 등의 연료전지 장점으로 인해 발전 공기업을 중심으로 한 발전사업자들이 연료전지 발전설비를 선호했기 때문이다.   

다만 정부가 지난 2019년 1월에 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’상 발전용 연료전지 보급목표인 2022년 1GW를 달성하지는 못했다는 점이 아쉽다. 2040년 보급목표는 8GW이다.

정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 발전용 연료전지 설치 확대를 통한 경제성 확보와 수출산업화를 발전용 연료전지 보급 전략으로 내세웠다. 

발전용 연료전지 보급 확대는 결국 발전용 연료전지의 수요자인 발전사업자들이 구매·설치를 위한 투자를 해주어야 가능하고, 이는 투자의 기대수익을 결정하는 발전단가 인하가 전제되어야 한다.  

이에 따라 2022년 누적 1GW 보급 시 규모의 경제를 통한 생산단가 절감이 가능하고, 2040년(8GW)에는 2018년 대비 설치비 35%, 발전단가 50% 수준을 달성할 것이라는 시나리오였다. 

 

 

연료전지 설치 확대를 위해선 우선 발전단가에 포함되는 연료전지 제품가격 인하가 중요하다. 이를 위해 2022년까지 연료전지 핵심부품 국산화율 100%를 달성한다는 목표였다. 국내 대표적 발전용 연료전지 제조회사인 두산퓨얼셀(PAFC)은 국산화율 100%에 근접한 수준이다. SK에코플랜트의 연료전지 제품 생산법인 블룸SK퓨얼셀도 SOFC 제품의 국산화율을 높이는 데 집중하고 있다.  

또 새만금 연료전지(100MW) 등 국내외 대규모 사업을 추진한다는 계획이었지만 아직 실현되지 않고 있다. 

연료전지는 높은 초기 투자비용(설치비용) 외에도 태양광·풍력 등의 재생에너지와 달리 연료인 LNG의 가격 변동에 따른 연료비 리스크가 추가로 발생한다. 연료전지 발전단가 중 연료비가 차지하는 비중이 50~70%로 상당히 높은 수준이다. 

정부는 지난 2019년 5월 연료전지 전용 LNG 요금제를 신설해 기존에 적용받았던 열병합용보다 LNG 요금을 낮게 유지해 경제성을 확보하도록 했다. 

정부는 또 일정 기간 연료전지 REC를 유지해 투자 불확실성을 제거하고, 중장기적으로는 그린수소를 활용한 경우 REC를 우대키로 했다. 발전용 연료전지를 RPS 제도를 통해 계속 육성하겠다는 것이었다. 
 
발전용 연료전지 새 변화
하지만 연료전지에 대한 REC 우대 정책은 정부가 2020년 10월 ‘제2차 수소경제위원회’에서 수소발전 의무화제도 도입을 처음 언급하면서 사라졌다. RPS 제도에서 연료전지를 분리해 육성하는 것으로 선회한 것이다. 

발전용 연료전지는 높은 이용률과 REC 가중치로 인해 수소경제 로드맵에 따라 보급 확대 시 RPS 내 연료전지 비중이 급증해 재생에너지와의 균형적인 보급 확대에 어려움이 예상되고, 연료전지의 비용(LNG 가격)과 매출(REC 가격)의 불확실성이 매우 커 REC 기반의 RPS 제도에서는 안정적인 수익창출이 곤란하다는 이유에서다. 

또 RPS가 총량적인 신재생에너지 공급의무만 부과하고, 발전원별 의무는 부과하지 않아 연료전지의 계획적 보급에는 한계가 있다는 판단도 작용했다.  

 

 

특히 정부가 2021년 6월 ‘분산에너지 활성화 추진전략’을 발표하면서 분산형 전원으로서 연료전지의 역할이 대두됐다.  

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. 

분산전원으로는 태양광, 연료전지, ESS 등이 대표적으로 거론되는데, 그중 연료전지가 분산전원으로서 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 

정부가 지난 2021년 11월 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 통해 밝힌 것처럼 발전용 연료전지는 수요 창출, 분산자원 등의 측면에서 새로운 성장기회를 맞을 것으로 보인다.    

초기에는 추출·부생수소 등의 그레이수소를 활용하되 향후 청정수소 도입 여건 마련 시 시행되는 ‘청정수소발전구매공급제도(CHPS)’를 통해 청정수소 활용을 확대함으로써 연료전지 수요를 창출하는 것이다. 

또 열·전기 동시 활용, 송전선로 건설 최소화 등을 위해 데이터센터, 산업단지, 대형건물, 신규 아파트 단지, 도심 내 주유소 등에 연료전지 설치를 통해 분산자원 역할이 강화될 전망이다. 

 

 

대규모 연료전지를 기존 석탄발전소와 같이 수요처와 거리가 먼 해안 지역 등에 설치할 경우 터빈발전 등에 비해 발전비용이 높고 전력계통과 송배전망 부담이 가중되는 문제가 있다. 

연료전지는 발전용량과 부지면적이 상대적으로 작아 입지 제한이 거의 없고, 소음과 환경 유해물질(NOx, SOx 등) 배출이 거의 없는 등의 장점이 있어 도심 내 수요지 인근 연료전지를 설치함으로써 분산형 전원으로서의 장점을 극대화하고 송배전망 부담을 최소화할 수 있다. 

상시발전이 가능한 연료전지는 수소 저장기술 등과 결합해 시간·계절별 에너지 수요 편차와 재생에너지 간헐성에 따른 수급 불균형을 해소하는 데도 기여할 전망이다.  

 

안정적 연료전지 물량 확보   
정부는 지난 6월 세계 최초로 CHPS와 관련해 ‘수소발전 입찰시장’을 개설했다. 수소발전 입찰시장은 ‘일반수소 발전시장’과 ‘청정수소 발전시장’으로 구분되는데, 청정수소 시장과 발전용 연료공급 인프라가 아직 형성되지 않은 점을 고려해 올해는 일반수소 발전시장부터 개설했고, 내년부터는 청정수소 발전시장도 개설할 예정이다. 

 

 

현재 수소 가격은 다른 연료보다 비싼 수준이다. 연료전지의 연료인 LNG 가격도 국제 도입가격에 따라 변동성이 크다. 발전사업자가 수소·LNG 연료 비용에 큰 부담을 가질 수밖에 없다. 수소발전 시장이 확대되려면 발전사업자의 수소발전 비용을 낮추는 게 급선무다. 연료전지 외 수소터빈, 수소엔진, 암모니아 혼소 등 다양한 수소발전 기술 간 경쟁을 통해 발전단가 인하를 유도하는 게 수소발전 입찰시장 개설 이유 중 하나다.   

특히 연료전지가 중심인 일반수소 발전시장은 분산전원 확대를 목적으로 한다. 

산업부에 따르면 2023년 상반기 일반 수소발전 경쟁 입찰 결과 과거 RPS와 비교 시 낙찰된 평균 입찰가격이 약 10% 정도 낮아졌다. 선정된 발전설비 용량이 40MW 미만으로 전기사업법에 따른 분산형 전원 기준에 들어맞았고, 전력수요 대비 공급이 부족한 수도권 등 수요지 인근에 있는 발전소가 선정되어 분산형 전원으로 설치가 유도되는 효과도 발생했다.

수소발전 입찰시장 도입으로 예측이 가능한 안정적인 연료전지 시장을 제공한다는 긍정적 면이 있고, 이번 상반기 입찰 결과 발전단가 인하와 분산전원 유도 효과가 나타난 만큼 발전용 연료전지 시장의 확대 가능성이 있지만, 실제로는 입찰 물량이 적어 관련 기업들의 수익성 악화가 우려된다는 지적이 나온다. 

한국무역협회는 최근 ‘주요국 수소 활용 정책 비교와 개선방안’ 보고서를 통해 2026년 이후의 수소발전 입찰 물량을 결정하는 ‘제11차 전력수급기본계획’ 수립(2025년) 시 연료전지의 연도별 보급물량을 상향하고, 이에 따라 수소발전 입찰시장 물량도 확대해야 한다고 제언했다.

A 연료전지 제조사의 관계자는 “중국 PV 모듈 사례와 같이 규모의 경제 실현을 통해 생산비용을 낮추기 위해서는 일정 수준 이상의 제품생산 확보가 필수적”이라며 “정부가 CHPS 제도를 통해 연료전지 사업을 지원하는 취지도 규모의 경제를 달성하기 위한 것이므로 수소발전 입찰시장에서 충분한 수준의 입찰량 확보가 필요하다”고 밝혔다.  

 

 

특히 발전용 연료전지의 새로운 시장인 청정수소 발전시장이 활성화되기 위해선 우선 청정수소 인증기준이 정립되어야 한다. 산업부는 올해 안으로 청정수소 인증제를 마련하고 관련 법령을 마련할 예정이다. 특히 청정수소의 생산단가가 일반수소보다 비싸기에 청정수소 생산과 활용을 유도하기 위한 인센티브를 마련하는 것도 필요하다. 산업부는 청정수소 인증제 설계와 관련해 인센티브안도 마련해 검토할 예정이다. 

향후 일반수소 발전시장은 점진적으로 축소하고, 청정수소 발전시장을 확대해 나간다는 게 정부의 계획이다. 그런데 사실상 정부는 청정수소 발전시장을 석탄·LNG 발전소의 수소터빈(수소·암모니아 발전)에 무게를 두는 것으로 보인다. 수소발전 입찰시장 운영기관인 전력거래소는 지난 2월 CHPS 제도 설명회에서 일반수소 발전시장은 연료전지, 청정수소 발전시장은 수소터빈 중심이라고 밝힌 바 있다.    

발전용 연료전지가 청정수소 발전시장에서 경쟁력을 발휘하기 위한 전략과 기술개발이 절실한 배경이다. 실제 두산퓨얼셀, SK에코플랜트, 에스퓨얼셀 등의 연료전지 제품 제조사들은 청정수소를 활용한 연료전지 제품 개발을 진행 중이다.  

A 연료전지 제조사의 관계자는 “현재 연료전지는 LNG를 연료로 활용하고 있는데, 이는 경쟁력 있는 가격으로 수소 확보가 곤란하기 때문이고 기술적 문제는 아니다. 향후 경쟁력 있는 가격으로 그린수소 확보가 가능하면 무탄소 분산전원으로서 연료전지 활용이 가능하고, 이미 관련 제품 개발도 완료한 상태”라며 “당분간 LNG를 사용해야 하기에 연료전지 발전소에서 이산화탄소를 포집하는 솔루션을 개발 중이다. 실증을 거쳐 실제 적용할 경우 EU 택소노미 또는 K-택소노미 기준을 충족할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.  

무엇보다 지난 6월 13일 공포된 ‘분산에너지 활성화 특별법’이 내년 6월부터 시행 예정임에 따라 세부 제도 설계가 어떻게 이루어질지 주목된다. 현재 산업부는 시행령·시행규칙 등 세부 제도설계를 진행 중이다.  

분산에너지 활성화 특별법에 근거한 사업 유형으로는 전기사업법과의 정합성을 고려해 태양광·풍력 등 재생에너지뿐만 아니라 소형모듈원자로(SMR), 연료전지를 포함한 수소발전사업, 에너지저장장치(ESS) 등이 포함됐다.

특히 분산전원의 경제성 확보를 위한 인센티브를 마련할 필요가 있다. 산업단지·데이터센터 등의 분산전원 운영자는 경제성을 최우선으로 선택할 가능성이 높다. 

 

 

미국·독일·일본 등 주요국은 분산전원의 경제성 확보를 위해 분산전원 세액공제, 연료전지 자가발전 인센티브, 자가소비용 열병합 분산전원 보조금, 분산전원 시장가격 연동 보조금 지원 등의 인센티브 제도를 운영하고 있다. 

분산전원 사례의 대표적 국가인 미국은 연료전지를 발전용뿐만 아니라 데이터센터·상업시설 등의 백업전원과 정전 대응용 자가발전으로 활용 중으로, 천연가스뿐만 아니라 블루수소·바이오가스 등 친환경성을 고려한 연료로 전력을 생산하고 있다.      

“수소연료전지는 소규모 용량으로 변전소에 바로 접속할 수 있고 별도의 송전선로 구축이 필요하지 않습니다. 지역에 전기와 열(난방)을 공급할 수 있는 분산에너지에 최적화된 에너지원이죠. 에너지 다소비 업종이 입주한 산업단지·데이터센터 등은 연료전지를 통해 자체 전력시스템을 구축할 필요가 있습니다. 일정 기간 수소연료전지가 경제성을 갖출 수 있도록 설치·운영 등에 있어 분산 편익 등을 지원하는 제도가 필요합니다.” 

김용채 한국수소연료전지산업협회 상근부회장의 말이다. 

 

 

B 연료전지 제조사의 관계자도 “연료전지는 데이터센터·대형병원·쇼핑몰 등과 같이 도심 내 위치하면서 안정적 전기 수급이 필수적인 시설에 대한 전력 공급원으로 활용할 수 있지만 다른 발전설비 대비 높은 투자비용(CAPEX)으로 인해 발전단가(LCOE)가 비싸 자가소비형 분산전원의 경제성 확보를 위한 지원이 필요하다”고 말했다.  

연료전지 제조사들의 자구노력도 필요하다.

김기환 에너지경제연구원 수소연구실장은 “‘수소 기술개발 로드맵(2019년 10월)’에 따라 발전용 연료전지의 발전단가를 241원/kWh에서 2030년까지 141원/kWh로 낮추는 목표를 달성하기 위해 연료전지 제조사의 주기기 가격과 장기유지보수계약(LTSA) 단가 인하 노력이 필요하다”라며 “기술적인 측면에서도 발전용 연료전지의 종합효율을 2030년까지 90% 수준으로 높이고, 온수·냉난방·공정용 스팀 등 다양한 수요처에서 원하는 품질의 열을 공급하기 위한 추가적인 기술개발 노력이 요구된다”고 밝혔다. 

 

발전용 연료전지 수출산업화 ‘시동’
발전용 연료전지의 해외수출도 새로운 기회다. 두산퓨얼셀이 지난 2021년 9월에 최초로 발전용 연료전지(440kW급 4기, 총 1.8MW)를 중국에 수출한 바 있다. 포산시 수소에너지 시범사업의 일환으로 수출된 연료전지는 중국 광동성 포산시에 분산형 전원으로 설치되어 7개동(400가구)의 아파트와 1개동의 상업 건물에 전기와 냉·난방용 열을 공급하고 있다.  

두산퓨얼셀은 이번 프로젝트를 시작으로 베이징·산동 등 다수의 수소시범도시에 연료전지를 보급해 중국 내 연료전지 발전시장을 선점한다는 계획이다. SK에코플랜트도 싱가포르 등 동남아 지역을 중심으로 한 수출을 추진하고 있다.  

 

 

정부도 해외수출 지원에 팔을 걷어붙였다. 산업통상자원부와 한국수소연료전지산업협회는 지난 3월 23일 서울 양재 엘타워에서 ‘연료전지 수출산업화 비전 선포식’을 개최하고, 비전과 지원 전략을 제시했다. 

2030년까지 연료전지 수출물량 누적 1GW와 수출액 누적 30억 달러를 달성한다는 목표로 △자가발전 수요 기반 신규 시장 창출 △포항 연료전지발전 클러스터 조성과 특화단지 지정 △금융·세제 지원 확대 △고효율·고내구성 핵심기술 확보 △수출시장·품목 다변화 등 7개 과제를 추진할 계획이다. 

산업부 관계자는 “연료전지는 세계 최고 수준의 제조기술과 운전 역량을 축적해온 분야”라며 “수소연료전지산업협회를 창구로 해서 무역금융, 마케팅 지원, 수출 애로 해소 등 업계의 수출 확대 노력을 뒷받침하기 위해 앞으로 필요한 정책과 지원을 아끼지 않을 것”이라고 밝혔다. 

앞으로 한국수소연료전지산업협회의 역할이 중요해질 전망이다. 협회는 연료전지산업발전협의회가 전신으로 지난해 11월 산업부 인가를 받았고 두산퓨얼셀이 회장사, SK에코플랜트가 부회장사로 활동하고 있다. ‘연료전지 수출산업화 비전 선포식’에서 현판식을 열고 새롭게 출범함으로써 정부와 함께 연료전지 산업의 지속성장을 지원할 계획이다.   

김용채 한국수소연료전지산업협회 부회장은 “국가온실가스감축목표(NDC)에 부합하고 전력공급 안정성에도 기여하면서 연료전지 시장을 확대해 나갈 수 있는 해법을 찾는 것이 업계와 협회의 가장 큰 목표”라며 “수소연료전지 관련 기업들의 해외수출 확대를 위해 국제 네트워킹을 강화하는 등 해외시장 개척에도 노력할 것”이라고 밝혔다.