열병합발전 시스템의 필요성 및 효과

열병합발전 시스템

미국의 석탄 혹은 원자력 발전소는 전기 생산 측면에서 약 34퍼센트의 효율성을 보이는데, 이는 에너지와 3분의 2가 굴뚝을 타고 올라가 대기를 덥힌다는 의미다. 결국 미국의 발전 부문은 일본의 전체 에너지 예산에 상응하는 양의 열을 낭비하고 있다. 엔진이 구동 중일 때 자동차의 배기관 뒤에 손을 대보라. 이와 같은 원리라지만, 더 최악은 내연기관에서 발생하는 에너지의 75~80퍼센트가 폐역이라는 것이다. 석탄과 단일 사이클 가스발전소는 열병합발전을 통해 낭비되는 에너지를 포집하는 데 가장 적합한 후보다.

 

버려지던 에너지를 열병합발전을 통해 난방 및 냉방 또는 추가 발전에 사용하게 되었다. 열병합발전 시스템은 전기 생산 시 발생하는 과도한 열을 포집하여 지역난방 및 기타 목적에 열에너지를 사용한다. 전력 생산 과정에서 발생하는 특유의 저효율성 때문에 열병합을 통해 배출량을 줄이고 비용을 절감할 기회는 매우 중요하다.

 

현재 가동 중인 열병합발전 시스템은 산업 분야에서 많이 발전된다. 미국에서는 87퍼센트가 화학, 제지, 금속 제조업, 식품 가공 등과 같이 에너지 집약적인 산업에서 사용된다. 덴마크와 핀란드 같은 국가에서는 열병합발전이 주로 지역난방 시스템에 사용되면서 전력 생산에서 상당한 비중을 차지한다.

 

열병합발전의 필요성

덴마크와 핀란드처럼 전체 세대에서 열병합발전 비율이 높은 국가에서는 에너지 안보를 해결해야 할 필요성이 결정적인 역할을 했다. 덴마크에서는 대개 정부 정책 덕분에 진척이 이뤄졌고, 핀란드에서는 더욱 시장 주도적이었다. 핀란드는 거대한 제지업과 임업의 규모 덕분에 목재 에너지 자원의 현장 가용성에 따라 자연스럽게 바이오매스 기반 열병합발전을 활용하게 되었다. 게다가 핀란드의 한랭기후는 난방 공급 인프라에 대한 근거를 제공하며 높은 투자 수익률을 보였다. 2013년 기준, 핀란드 지역난방의 69퍼센트는 열병합발전 시스템으로 공급되고 있다.

 

덴마크는 정책 중심으로 에너지 공급에 접근한다. 열병합발전을 사용한 것은 1903년으로 거슬러 올라가지만, 본격적으로 박차를 가하기 시작한 것은 1970년대 석유 위기 무렵이었다. 그 이후로 지역 당국이 에너지 효율적인 열 생산을 위한 기회를 발견하고, 발전소를 중앙집중식 네트워크에서 분산형 네트워크로 이전하며, 특히 조세 정책을 통해 열병합발전소와 재생에너지 기반 시스템의 사용을 장려하는 정책을 펼쳤다. 또한 덴마크는 유엔 기후변화 협의에 적극적으로 참여했고 온실가스 배출량을 줄이는 데 괄목할 만한 진전을 이뤘다. 현재 지역난방의 약 80퍼센트와 전기 수요의 60퍼센트 이상이 열병합발전으로 충족되고 있으며, 가정에서도 소형 열병합발전 장치를 이용할 수 있다. 이들 장치는 보통 천연가스를 연료로 사용하며, 전기, 난방, 환기, 냉방 장치를 공급하는 연료전지나 열방생기 역할을 한다. 매우 효율적인 방식이지만, 가격과 몇몇 요인이 적극적인 도입에 방해 요소가 되고 있다.

 

열병합발전에서 미국은 오랫동안 유럽에 뒤쳐졌는데, 유틸리티 기업의 반발에서 원인을 얼마간 찾을 수 있다. 때는 20년 전, 매사추세츠공과대에서 고안한 열병합발전 계획이 지역 유틸리티 기업의 반발에 부딪혔다. 소송이 뒤따랐고, 결국 법원은 대학의 손을 들어줬다. 오늘날처럼 에너지에 대한 의식이 제고된 환경에서 이 같은 방해는 드물다. 게다가 좋은 소식은 매사추세츠공대의 최첨단 열병합발전 시스템이 거의 완성 단계에 있다는 것이다.

 

열병합발전의 효과

우리의 분석에서 열병합발전이란 상업, 산업 및 교통 부분에서 천연가스를 주로 사용하는 분산형 열병합발전을 말한다. 2014년 천연가스를 사용한 산업용 열병합발전량은 전 세계 발전량의 약 3.2퍼센트, 열발전의 1.7퍼센트를 차지했다. 열병합발전의 채택으로 2050년까지 발전량이 5.4퍼센트, 열발전량이 3.3퍼센트로 증가한다면, 4기가톤의 이산화탄소 배출을 피할 수 있다. 평균 설치 비용이 킬로와트당 1851달러라고 할 때 총 설치 비용은 2790억 달러가 될 것으로 예상된다. 전력망 기반 전기와 분산 열발전을 더 효율적이고 덜 비싼 기술로 대체함으로써, 열병합발전 성장은 30년 동안 5670억달러의 운영 비용을 절감할 수 있고 수명이 다할 때까지 1조7000억 달러를 절감할 수 있다.