재생에너지를 완벽하게 만드는 마지막 퍼즐 조각, ESS와 태양광 발전

"세계 어느 곳이든 고대에 태양을 숭배하는 문화가 발달한 곳이 많았다 ." 고대 이집트의 ‘ 태양신 라 ’ 부터 그리스 신화의 ‘ 태양신 아폴로 ’ 같은 사례 등 이런 태양 숭배 문화는 우리에게 친숙하다 . 해외뿐만 아니라 한국의 고대 문화에서도 태양 숭배는 중요했다 . ‘ 위서 ’ 에는 고구려를 세운 주몽은 자신이 ‘ 일자 ( 日子 )’, 곧 태양의 아들이라고 주장했다고 기록되어 있고 , 고구려의 ‘ 모두루 ’ 라는 사람의 무덤에서 나온 유물을 보면 임금을 ‘ 일월지자 ( 日月之子 )’, 다시 말해 해와 달의 자식이라고 부르고 있다 . 이를 미루어보아 태양을 위대함의 상징으로 여기는 문화가 한국에도 뿌리 깊었음을 알 수 있다 . 사실 태양은 과학적으로 따져 봐도 위대한 대상이다 . 태양빛을 받아서 광합성을 하는 작물과 과일 등 우리가 먹고 , 생활하기 위해 필요한 모든 것에 햇빛이 필요하다 . 사람뿐만 아니라 동물들도 광합성을 하는 식물을 뜯어 먹고 살거나 , 그 식물을 먹는 동물을 사냥해서 살아간다 . 그러니 따지고 보면 지구상 모든 생물의 삶은 태양에 얽매여 있는 셈이다 . 실제로 태양이 지구에게 주는 에너지 양은 막대하다. 지구가 하루에 받는 태양 에너지의 양은 대략 1 조 7 천억 MW(* 메가와트 ) 정도로 추정되는데 , 어지간히 큰 원자력 발전소 하나에서 생산되는 에너지가 1 천 MW 쯤인 것과 비교해 보면 그 에너지가 엄청남을 알 수 있다 . 최근 인류는 화석 연료 사용으로 인한 탄소 탓에 심각한 기후 변화를 겪고 있다 . 게다가 이 화석연료는 한정적이기 때문에 언제 고갈될지도 모르는 상황이다 . 하여 인류는 태양의 어마어마한 에너지를 활용해 한정적인 자원의 한계를 극복하고 , 지구온난화에 대응하는 방안을 생각했다 . 그리고 1950 년대 말 , 인공위성에 활용된 태양광 발전 장치가 성공을 거두며 이러한 생각을 현실로 만들었고 , 본격적으로 개발 및 상용화가 진행되었다 . 이후 꾸준한 개발을 통해 태양광은 기후 변화에 대응하는 유망한 재생에너지로 성장했다 . 재생에너지 중에서도 태양광은 몇 가지 독특한 장점을 갖고 있다 . 우선 ① 태양광은 다른 재생에너지에 비해 공간의 제약이 적다 . 수력 발전은 강수량이 많음과 동시에 물이 잘 흐를 수 있는 가파른 곳에만 설치할 수 있다 . 풍력 역시 마찬가지다 . 바람이 많이 불어야 하는 것은 물론 , 발전기의 크기와 소음 때문에 사람이나 동물이 적은 곳을 골라서 설치해야 한다 . 그러나 태양광 발전은 햇빛만 있으면 어디든 설치할 수 있다 . 그러니 굳이 햇빛이 들지 않는 동굴이나 그늘진 곳을 고르지만 않는다면 지구 어디서나 태양광으로 전력을 생산할 수 있다 . ② 태양광 발전의 효율이 빠르게 증가 하고 있는 점도 주목해 볼 만한 장점이다 . 태양광 발전이라고 하면 값비싼 설치 비용과 이에 반해 전력은 잘 생산되지 않을 것이라는 고정 관념이 있다 . 하지만 이는 사실이 아니다 . 최근 20 년간 태양광 발전 기술을 개발하기 위해 많은 투자와 격렬한 기술 경쟁이 이루어진 덕에 태양광 발전 설비의 가격은 급격히 하락했다 . 땅값이 저렴하고 볕이 잘 드는 곳에 설치된 태양광 설비의 전기 생산 비용은 다른 발전 방식보다 더 싼 경우도 흔해졌다 . "점점 기술이 발전하며 , 태양광 발전 패널의 크기도 조절할 수 있게 되어 다양한 응용이 가능해지고 있다 ." 작은 태양광 전지로 충전하여 사용하는 시계나 전자계산기처럼 손바닥보다 작은 태양광 발전부터 패널을 지붕이나 베란다에 설치하여 가정용으로 사용하는 모습도 드물지 않게 볼 수 있다 . 이런 소소한 활용 외에도 거대한 평야나 부지를 활용해 전력을 대량 생산하는 태양광 발전 단지도 세계 곳곳에 있다 . 이처럼 수요와 용도에 맞게 태양광 발전 설비를 설치하고 , 활용할 수 있어 그 상용화가 빨라지고 있다 . 국내에서도 작년 여름 , 크고 작은 태양광 설비들이 활약한 바 있다 . 기록적인 폭염으로 에어컨 사용량이 급격히 많아져 전력이 부족할 때쯤 전국 곳곳에 설치해 둔 태양광 설비들이 전체 전기 수요의 20% 를 감당하며 , 전력 부족을 막을 수 있었다 . 이와 같이 소규모의 발전 설비들이 활약하는 것은 ‘ 분산에너지 ’ 가 점점 활성화되는 지표로 볼 수 있어 긍정적이다 . 분산에너지란 이전 대규모 발전 시설을 통해 먼 거리까지 전기를 보내는 방식의 ‘ 중앙 집중 ’ 전력 공급 체계에서 탈피하여 , 각 지역 단위로 필요한 만큼 에너지를 생산하고 소비하는 시스템을 말한다 . 이는 대규모의 발전 시설을 증설할 필요가 없어 경제적이며 , 송전 시간 역시 크게 단축할 수 있어 효율적이다 . 게다가 기후 변화로 인해 재생에너지 활용 및 주목도가 넘넘 높아지는 추세다 . 재생에너지는 지형과 날씨 등의 영향을 받기 때문에 각지로 흩어지게 된다 . 이와 같은 이유로 분산에너지 체계가 차세대 에너지 시스템으로 부상하며 , 가상 발전소 (Virtual Power Plant, 이하 VPP) 도 주목을 끌고 있다 . VPP 란 흩어진 소규모 에너지 자원을 통합해 하나의 발전소처럼 관리하는 가상 발전소를 말한다 . 이 VPP 는 기존 전력망에 정보통신 기술을 접목해 정확한 데이터를 기반으로 수요를 예측할 수 있는데 , 이를 기반으로 불필요한 전력 생산 등을 막을 수 있다 . 게다가 발전소를 건설하거나 전력망을 추가로 구축할 필요가 없이 , 다양한 발전소에서 생산된 전기를 하나로 통합하여 관리할 수 있으니 경제적이다 . 이 VPP 를 활용해 전력을 거래하는 발상 역시 점점 인기를 끌고 있다 . 이렇게 유망한 태양광에도 숙명적으로 하나 , 결코 극복할 수 없는 한계가 있다 . 바로 햇빛이 없는 밤에는 발전이 불가능하다는 점이다 . 햇빛이 약하고 구름이 많거나 안개가 껴 그늘이 지는 날 역시 전력 생산 효율이 떨어진다 . 그러나 보통 전기는 밝은 낮보다 어두운 밤에 더 많이 사용한다 . 전등을 켜 주변을 밝히거나 , 하루를 마치고 영화나 TV 를 보는 등 모두 태양이 없는 저녁 시간에 주로 이루어지는 일들이다 . 가장 전기가 필요할 때 쓸 수 없는 치명적 한계를 극복하기 위해 많은 전문가가 태양광 발전 초창기부터 노력을 기울였다 . 그리고 최근 이 한계의 극복 방법으로 언급되고 있는 것이 에너지 저장 장치 (Energy Storage System), ESS 다 . ESS 는 쉽게 말하자면 보조 배터리와 유사하다 . 거대한 배터리를 활용해서 낮에 태양광을 통해 충분히 전기를 많이 만들어서 배터리를 충전해 두고 , 전력 발전이 힘든 밤에는 이 배터리를 활용해 전기를 사용하는 것이다 . 이러한 이유로 ESS 는 태양광 및 재생에너지의 상용화를 위한 중요한 수단으로 주목받고 있다 . 일례로 미국의 인플레이션 감축법 (Inflation Reduction Act, 이하 IRA) 의 시행으로 태양광을 비롯한 재생에너지의 주목도가 높아지고 있다 . 이 IRA 에는 재생에너지 관련 기업과 태양광 패널 설치 등 재생에너지를 활용하는 기업에 대한 혜택 등이 포함되어 있기 때문이다 . 그 혜택과 금액이 막대하여 재생에너지 전환 속도는 점점 빨라지는 추세다 . 그러나 앞서 설명한 바와 같이 재생에너지는 균일한 발전이 불가능하다는 한계가 있어 이를 극복하게 도와주는 ESS 의 상용화가 빨라지는 추세다 . 미국 에너지관리청 (EIA) 은 미국 ESS 시장 규모가 2019 년 6 억 9,200 만 달러에서 2025 년 82 억 6,100 만 달러 규모로 6 년 동안 약 12 배 성장 할 것으로 내다보기도 했으니 , 그 성장세가 엄청난 것을 알 수 있다 . 실제로 최근 ESS 와 태양광을 함께 활용하는 사례가 점점 늘어가고 있다 . 일례로 한화큐셀은 미국 카터스빌 등지에서 미국 기업 이상의 규모와 속도로 태양광 설비 생산 공장을 건설한 바 있다 . 이와 더불어 햇빛이 언제나 강하게 내리쬐는 캘리포니아의 드넓은 황무지에 50MW 급 대형 태양광 단지를 ESS 와 함께 건설해서 , 실리콘밸리의 대표적인 빅테크 기업 ‘ 메타 ’ 에 한화큐셀이 전기를 공급할 예정이다 . IRA 등의 영향과 세계적으로 탄소 중립이 의무가 되며 , 서버 냉각 등 전력 사용량이 많은 빅테크 기업들은 재생에너지를 활용한 전력 생산에 주목하고 있는데 이러한 니즈를 정확히 충족시켜 준 것으로 보인다 . 우리가 자주 사용하는 인스타그램을 운용하는 전기를 우리나라가 만들어 제공하는 셈이라 말할 수 있겠다 . 심각한 기후 변화로 인해 기록적인 폭염이 지속되는 등 지구가 따뜻해지는 수준을 넘어 뜨거워지고 있다 . 이런 상황에서 세계는 기존 에너지 습관을 빠르게 개선하고자 노력 중이며 , ESS 등으로 재생에너지의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다 . 이후 완벽한 재생에너지로의 전환을 통해 지구의 열병이 차츰 나아지기를 소망해 본다 .