[에너지플랫폼뉴스 지앤이타임즈] 도시가스 개질을 통한 수소연료전지 사업이 도시가스업계 새 먹거리로 부상할 수 있을까?

이 사업은 전국 도시가스 배관망 인프라를 그대로 활용할 수 있어 ‘도시형 분산전원’으로서 최적합이라는 평가를 받고 있다.

도시가스사들은 정부의 수소경제 활성화 대책 수립 이전부터 연료전지를 신수요 창출의 기회로 보고 대응전략을 모색해 왔다. 한때 일부 도시가스사는 전담조직까지 꾸려 보급사업을 펼치기도 했지만 LNG 가격 경쟁력 상실로 제자리 걸음을 해온 것이 사실이다.

하지만 정부의 수소경제 로드맵 활성화와 함께 지난해 연료전지 전용 가스요금이 신설되며 다시 활기를 찾기 시작했다.

특히 산업부는 2017년 12월 ‘재생에너지 3020 이행계획(안)’ 수립을 통해 도시가스 낙후·소외지역에 ‘연료전지발전소’를 세워 연료전지 보급을 확대하는 에너지신산업 육성방안을 제시했다.

이 방안은 도시가스의 공급 확대를 연료전지 보급과 연계한 것으로 도시가스 소외지역 인근에 수소연료전지 발전시설을 설치해 주 연료인 도시가스의 공급배관을 연결한 후 인근 소외가구에 보조배관을 통해 도시가스를 공급하는 것이다.

◆ 온실가스 기존 화력발전 대비 현저히 낮아

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전장치로서 연소과정을 거치지 않고 전기와 열을 생산하는 친환경 발전방식이다.

연료전지 발전을 위한 핵심적인 원료는 수소이며 수소의 이상적인 생산방식은 물의 전기분해를 통한 방식이다.

하지만 경제성이 떨어져 도시가스(CN₄) 등의 화석연료를 기반으로 수소를 추출하는 방식이 일반적으로 활용되고 있다.

도시가스에서 추출한 수소와 산소의 화학반응을 통해 열과 전기를 발생시킬 경우 종합효율 82%이상, 이산화탄소 저감효과가 40%에 달하는 고효율 친환경 신재생에너지원으로 평가된다.

하지만 화석연료 개질을 통한 수소 생산의 경우 그 과정에서 수소와 함께 이산화탄소가 배출되기 때문에 국내의 연료전지 방식이 완전한 친환경성을 갖지 못한다는 문제도 제기되고 있다.

그럼에도 불구하고 CO₂를 비롯한 주요 온실가스(NOx, SOx) 및 미세먼지 배출량이 기존 화력발전에 비해 현저히 낮아 환경적 측면에서 보급 타당성이 뒷받침 돼 국내에서 꾸준히 확대되는 추세이다. 

연료전지의 NOx 발생량은 가스엔진 및 가스터빈 발전설비에 비해서 1/100∼1/45 수준으로 적은 양을 발생하며 디젤발전기에 비해서는 1/1400 수준까지 적은 양을 발생시킨다. 

NOx는 미세먼지 발생의 주요 요인으로 지목되고 있어 정부는 2016년 ‘석탄화력발전 대책회의’를 통해 미세먼지 저감 대책의 일환으로 노후 석탄화력발전소 폐기 및 성능개선을 시행하는 정책을 발표한 바 있다.

SOx의 경우에도 기존 가스엔진 및 터빈 발전기에 비해 1/4500 수준, 디젤 발전기의 1/2만5000 수준의 낮은 배출량을 보이며 환경적 측면에서 높은 경쟁력을 보인다. 

또한 신규 발전소 건설의 주민 수용성 문제와 직결되는 소음 측면에서도 기존 화석연료 발전시설의 절반 수준을 나타내며 상당한 경쟁력을 보이고 있다. 

사업성에 있어서도 연료전지는 발전사업자의 안정적인 수익과 RPS 이행에도 유리하게 작용한다.

연료전지 사업자의 경우 발전사업 자체로도 수익을 기대할 수 있을 뿐만 아니라 REC(신재생에너지공급인증서)를 발급받아 거래시장에 참여해 수익을 기대할 수 있다. 더욱이 연료전지는 신재생에너지원 중 가장 높은 가중치를 적용받는다는 강점을 지니고 있다.

국내 연료전지 발전설비의 용량은 2018년 기준으로 주택·건물용 연료전지 약 4.7MW, 발전용 연료전지는 약 251MW에 달하며 연료전지용 자동차는 약 400대로 추정되고 있다.

◆ 연료전지, 수소차와 함께 수소경제 핵심축

울산연구원은 지난달 보고서를 통해 도시가스 공급 소외지역을 중심으로 연료전지 발전소를 설치한다면 ‘에너지 복지증진’과 ‘연료전지 보급확대’라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다는 의견을 제시했다.

도시가스 소외지역 인근에 수소연료전지 발전시설을 설치해 도시가스를 공급하면 에너지복지를 증대에 기여할 수 있다는 것.

울산연구원 관계자는 “소외지역 대상 수소연료전지 보급을 통해 에너지 복지, 주민수용성을 확보할 수 있다”며 “다만 배관투자에 대한 경제성 재검토와 보전대책을 위한 사업자 간의 상생 협력이 필요하다”고 밝혔다.

대성에너지의 경우 지난 7월 ‘도시가스 미공급 지역에 연료전지를 연계한 도시가스 공급 서비스 제공 방법’에 대한 BM(Business Method) 특허를 취득한 바 있다.

이번 BM특허는 도시가스를 공급받기 힘들었던 도심 외곽지역에 중소규모 연료전지를 구축해 신규 도시가스 공급관 설치의 투자 효율성 문제를 해결하고, 이 공급관을 통해 인근마을에 도시가스도 공급하는 방식이다. 

이 사업모델을 활용하면 도심에서 거리가 멀리 떨어지고 가구수가 많지 않아 도시가스 보급이 어려웠던 소외지역에도 도시가스 공급이 좀 더 용이해질 것으로 대성에너지는 전망했다.

대구시는 올해 정부의 에너지 전환정책에 맞춰 도시가스 미공급 지역에 적합한 연료전지 분산전원 보급사업의 일환으로 2030년까지 10개 마을에 총 60MW급 연료전지를 구축할 계획이다. 

대성에너지는 이번 BM특허 모델을 활용해 대구시, 한국서부발전과 함께 공급권역 내 도시가스 소외마을에 연료전지를 연계해 도시가스 공급사업을 추진하고 있다. 

또한 현재 한국동서발전은 경기도 파주시에서 도시가스 미공급 농촌지역에 소규모 연료전지발전소 및 도시가스 공급 배관망을 설치해 전기와 도시가스를 공급하는 ‘농촌 상생형 친환경 연료전지 시범사업’을 추진 중이다.

한편 정부는 발전용 연료전지를 지난 2018년 307.6MW에서 오는 2022년 1.5GW로 늘리고 2040년까지 15GW로 확대할 계획이다. 

이 기간까지 연료전지 핵심부품 100%를 국산화하고, 2040년에는 8GW의 발전용 연료전지를 보급해 경제성 확보 및 수출 산업화를 달성하겠다는 목표를 수립했다.

특히 2025년까지 중소형 LNG 발전과 대등한 수준으로 발전단가가 하락하면 중장기적으로 설치비 65%, 발전단가 50% 수준으로 하락할 것으로 전망했다.

가정·건물용 연료전지는 설치장소와 사용유형별 특징을 고려한 다양한 모델을 출시하고, 공공기관이나 민간 신축 건물에 연료전지 의무화 검토 등을 통해 2022년까지 50MW를 보급하고 2040년까지는 2.1GW까지 보급을 확대한다.