바이오매스, 하이브리드와 2차 전지, LED, 스마트그리드 등에 대한 관심은 단순한 열풍을 떠나 기업과 국가의 사활과 직결되는 미래 신기술임에 틀림없다. 원천 기술 확보와 국산화가 주목받고 있는 것도 이 때문이다. 차세대 신성장 동력으로 주목 받고 있는 이들 산업의 현 위치와 시장을 분석해봤다.

차세대 성장동력 4대 키워드

바이오매스, 2차 전지, LED, 스마트그리드 ‘Now & Future’

바이오매스

매년 석유 매장량만큼 생산…에너지 위기 해결 열쇠


안석현 전자신문 기자 ahngija@etnews.co.kr

#1 에너지절약 전문기업(ESCO) 에너지솔루션즈는 최근 건설 폐기물 처리업체 인선이엔티와 공동으로 이천에너지라는 합작회사를 설립했다. 이천에너지는 유가 상승으로 지난 2007년 가동이 중단됐던 한 열병합발전소를 인수한 뒤, 친환경 발전소로 탈바꿈시키고 있다. 친환경 원료인 ‘우드칩’을 발전용 연료로 사용키로 한 것이다. 우드칩은 건설 폐기물 중 목재성분을 걸러낸 것으로 생산비가 저렴하고 이산화탄소 배출량도 적다. 친환경 발전소는 오는 2011년께 재가동과 함께 매년 200억원 안팎의 매출을 올릴 것으로 기대된다. 흉물이었던 열병합발전소가 바이오매스 연료를 만나 새 생명을 얻은 셈이다.

#2 주류용 에탄올 전문업체 창해는 최근 파푸아뉴기니 토지 2만 헥타아르(㏊)를 최장 99년간 대가 없이 사용하기로 계약을 체결했다. 대신 토지 개간과 작물 재배에 현지인을 고용한다는 조건이다. 창해는 이 땅을 이용해 바이오에탄올의 주원료인 카사바를 재배할 예정이다. 바이오에탄올을 일반 휘발유와 혼합해 사용하면 온실가스인 이산화탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다. 가격도 저렴해 동남아 지역 등에서도 친환경 연료로 각광받고 있다.

생명체는 그 자체로 훌륭한 태양전지다. 태양에서 지구로 도착한 에너지는 광합성을 통해 가장 먼저 식물체 내에 축적된다. 나무를 태워 열을 얻는 것도 식물 체내에 포함된 태양 에너지를 이용하는 셈이다. 바이오매스(Biomass)는 이처럼 생물체에 쌓여 있는 에너지를 인간 생활에 이용할 수 있도록 변환된 것을 의미한다. 나무·곡물·식물·가축 분뇨·음식물쓰레기 등이 바이오매스 에너지원에 속한다. 지구상에서 1년간 생산되는 바이오매스량은 석유 매장량과 비슷한 수준으로 추정되고 있다. 우리 주변에 널려 있는 바이오매스를 경제성 있게 추출하는 방법만 개발하면 인류의 에너지 위기와 기후 위기를 동시에 해결할 열쇠가 될 수 있다.

용도 따라 종류도 다양

바이오매스의 가장 큰 장점은 에너지원 종류가 다양하고 부존량이 많다는 데 있다. 원료 종류에 따라 전분질계(곡물·감자류), 셀룰로오스계(초본·임목·볏짚·왕겨), 당질계(사탕수수·사탕무), 동물 단백질계(가축 분뇨·미생물 균체) 등으로 분류된다. 이들은 액체·가스화 기술을 통해 자동차 연료나 발전용으로 사용된다. 현재 국내 바이오매스 가용량은 약 39억TOE(원유 1톤을 연소할 때 발생하는 에너지) 정도로 추정되고 있다. 지난해 석유·석탄 등 국내서 소비된 1차 에너지 소비량이 2억3800만TOE라는 점을 감안하면 그 양이 실로 엄청나다.

화석연료와 달리 연소 과정에서 다량의 이산화탄소가 배출되지 않기 때문에 환경 친화적이라는 점도 바이오매스가 주목받는 이유 중 하나다. 환경부가 경유에 바이오디젤 1%·3%·5%·20% 씩을 각각 첨가해 대기오염 발생량을 비교한 결과, 대표적 유해물질인 BTEX(벤젠·톨루엔·에틸벤젠·자일렌)는 바이오디젤 사용량이 증가할수록 최대 약 55%까지 감소했다. 바이오디젤은 콩기름·유채기름·폐식물기름·해조유(海藻油) 등의 식물성 기름을 원료로 해서 만든 무공해 연료다. 자체에 휘발성 유기화합물을 포함하지 않기 때문에 경유와 혼합비율이 높아질수록 BTEX의 생성요인이 감소한다. 또 바이오디젤 사용량이 증가할수록 미세먼지·총탄화수소·일산화탄소 배출량도 따라서 감소하는 것으로 조사됐다.

태양광 발전보다 경제성 높아

신재생 에너지가 많은 장점에도 불구하고 널리 보급되지 못하는 것은 화석연료를 이용한 발전 방식에 비해 경제성이 떨어지는 탓이다. 바이오매스의 경우 최근 각광받고 있는 태양광발전과 비교하면 경제성이 높은 편이다. 일본의 한 연구조사에 따르면 태양광발전의 1킬로와트시(㎾h)당 발전 단가는 66엔인데 비해 바이오매스 에너지는 20∼25엔에 불과했다. 신재생 에너지의 대표격인 태양광발전의 경우 태양 에너지가 무한한 반면, 이를 전기로 바꿔주는 태양전지 가격이 매우 비싸다. 최근 세계적 태양전지업체들이 저마다 생산량을 늘리고는 있지만 아직 가격이 높은 편이다.

화력발전 단가와 신재생 에너지 발전 단가가 같아지는 시기를 의미하는 ‘그리드패리티(Grid Parity)’를 달성하기 위해서는 태양전지 모듈(덩어리) 가격이 1W(와트)당 1달러 안팎까지 떨어져야 한다. 태양전지 품귀 현상을 빚었던 작년과 비교하면 최근 가격이 반 토막 나긴 했지만 여전히 1W당 2달러 내외에 거래되고 있다. 최근 각국이 저탄소 발전의 대안으로 꼽고 있는 원자력의 경우 발전 단가가 5.9엔으로 바이오매스보다 저렴하다. 그러나 방사성 폐기물 문제까지 고려하면 잠재적 비용은 오히려 바이오매스가 더 낮다.

문제는 바이오매스가 많은 부존량에도 불구하고 아직 이를 인간생활에 이용할 수 있게 만드는 기술이 성숙되지 않았다는 점이다. 정부는 바이오매스 추출 기술을 신성장 동력으로 육성하기 위해 관련 산업 육성에 나섰다. 일단 2013년까지 신재생 에너지 발전 비율 목표치인 3.78%를 달성한다는 목표로 바이오매스를 적극 활용키로 했다. 전체 목표량 중 5분의 4가 넘는 3.17%를 바이오매스 및 폐자원으로 충당키로 했다.

특히 오는 2012년부터는 런던협약에 의해 바이오매스 중 하나인 가축 분뇨의 해양 배출이 전면 금지된다. 국내 가축 분뇨 발생량은 1년에 약 4200만 톤으로, 이 중 84.3%인 3500만 톤은 퇴·액비로 자원화하고 있다. 그러나 나머지 146만 톤(3.5%)은 여전히 해양 배출되고 있다. 정부는 가축 분뇨를 이용해 바이오가스를 생산하는 등 자원화 사업을 추진, 2012년부터 해양 배출을 원천 금지할 계획이다.

친환경 목질계 연료인 우드펠릿 보급도 확대한다. 우드펠릿은 식물이나 나무를 톱밥과 같은 작은 입자 형태로 ‘파쇄→건조→압축’과정을 거쳐 작은 알갱이 모양으로 성형한 것을 일컫는다. 1㎏당 4500㎉의 열량이 발생해 난방·발전용 연료로 경제성을 확보하고 있다. 우드펠릿은 특히 UN이 공식 인정한 탄소 배출 ‘제로’인 청정원료로 조림사업과 연계하면 거의 무한정 공급이 가능하고 값도 싸다. 정부는 2013년까지 우드펠릿 제조시설 41개소를 설치하고 펠릿 보일러 3만7000대를 보급할 예정이다.

하이브리드&2차 전지

2차 전지 손에 넣으면 미래 자동차 산업 장악

최윤섭 톱기어 편집장

하이브리드카가 다가오기 시작했다. 그 동안 렉서스 RX450h나 혼다 시빅 하이브리드 등이 있었지만 수입차인데다가 가격도 비싸고 구동방식도 생소해 별다른 주목을 끌지 못했다. 현대 아반떼 및 기아 포르테 LPi 하이브리드카의 등장과 함께 좀 더 친숙해지면서 국내 하이브리드카 영역이 더욱 커질 것으로 보인다.

하이브리드카가 주목을 받게 된 계기는 친환경이 전 세계적인 대세가 되면서부터다. 친환경은 이제 영역을 따지지 않는다. 자동차 메이커들도 여기에 동참하기 시작했다. 모두들 친환경 차 만들기에 열을 올리게 된 것. 이를 반영하듯 모터쇼는 친환경이 주제가 된 지 오래다.

친환경, 친환경을 외치는데 그렇다면 어떤 종류의 친환경 차가 대안이 될 수 있을까? 청정 디젤? 하이브리드? 수소연료전지차? 전기차? 이중에서 전기차를 주목하는 사람들이 많다. 배출가스와 에너지 효율성을 따져야 하고, 무엇보다 화석연료가 무한정 있는 게 아니기 때문이다. 물론 전기차를 위해 해결해야 할 과제들이 산더미다. 이런 과제들이 배출가스를 없애거나 효율성을 높이는 일보다 더 큰 문제일 수도 있다. 1시간 타기 위해 24시간 충전이 필요하다면 탈 필요성을 느끼지 못한다. 제작비용, 내구성에 문제가 있다면 상용화되기도 힘들다. 해결해야 할 문제들이 상상을 초월한다는 말이다. 그래서 전기차 양산에는 좀 더 많은 시간이 필요하다. 이런 이유로 현재는 화석연료를 바탕으로 한 내연기관에서 전기차로 가는 중간 단계인 하이브리드카가 대안으로 뜨고 있다.

2차 전지 분야에서 한국 기업 두각

하이브리드카란 휘발유와 디젤 등을 연료로 쓰는 내연기관과 전기모터를 결합한 자동차를 말한다(사전적 의미로 ‘하이브리드(hybrid)’는 잡종 또는 혼성물을 뜻한다). 엔진과 모터는 주행 상황에 따라 필요할 때에만 작동하므로 연료 소모는 최소한으로 줄어든다. 최소한의 연료를 사용한 덕분에 오염물질 배출도 줄어든다. 이런 점 때문에 하이브리드카는 지금은 대안을 뛰어넘어 주류 자리를 넘보고 있다.

하이브리드는 크게 두 종류로 나뉜다. ‘스트롱 하이브리드’는 전기모터와 엔진의 역할이 대등하다. 전기모터만으로도 달릴 수 있기에 연료 소모를 최소화할 수 있다. 프리우스나 캠리 하이브리드 등 도요타 모델이 스트롱 하이브리드의 대표적인 예다. ‘마일드 하이브리드’는 모터가 보조적인 역할을 한다. 혼다와 현대 등 도요타를 제외한 대부분 메이커가 이 방식이다.

하이브리드 시스템은 전기모터와 배터리, 인버터, 컨버터 등 대부분이 전기 관련 부품으로 돼 있다. 배터리는 전기 에너지를 저장한다. 인버터는 배터리의 고전압을 구동모터로 공급하고 제어한다. 컨버터는 배터리의 고전압을 자동차의 전자장치를 작동하는 데 쓰이는 12볼트 전원으로 바꿔준다. 이 중에서 가장 중요한 게 배터리다. 전기모터를 움직이는 동력원이기 때문이다. 하이브리드에 쓰이는 배터리는 충전해서 다시 쓸 수 있는 2차 전지다. 하이브리드카의 발전은 곧 2차 전지의 발전이라고 할 수 있다. 그만큼 배터리의 역할이 중요하다는 얘기다. 특히 2차 전지는 하이브리드카뿐만 아니라 미래 자동차로 개발 중인 전기차에도 필수다.

지금까지는 하이브리드카 배터리로 니켈수소 배터리가 주로 쓰였다. 세계 최대 자동차 메이커이자 하이브리드카 선두주자인 도요타는 여전히 니켈수소 배터리를 쓰고 있다. 일본 메이커들이 하이브리드카 보급에 적극적으로 나서면서 배터리 또한 일본 업체들이 시장을 선점하고 있다. 도요타는 파나소닉과 합작한 파나소닉EV 에너지로부터 배터리를 공급 받는다. 그리고 늘어나는 수요에 대비해 산요와도 배터리 공급 계약을 맺었다. 산요는 니켈수소 배터리를 혼다와 포드에도 공급하고 있다. 파나소닉EV는 내년부터 배터리 생산을 현재의 두 배인 100만 개 수준으로 늘릴 계획이다. 파나소닉EV 이외에 닛산과 NEC가 합작한 AESC, 산요 등이 배터리 분야를 이끌고 있다.

니켈수소 배터리만 있는 건 아니다. 최근에는 리튬-이온 배터리가 새로운 하이브리드 배터리로 주목 받고 있다. 리튬-이온 배터리는 가볍고 에너지 밀도가 높을 뿐만 아니라 출력 전압도 높다. 휴대전화나 PDA, 노트북 등 우리 주변에서 쉽게 볼 수 있는 것으로써 휴대전화 배터리의 크기를 키워서 자동차에 쓴다고 생각하면 된다. 아반떼와 포르테 하이브리드는 리튬-이온 폴리머 배터리를 세계 최초로 적용했다고 밝히고 있다. 최근 선보인 벤츠 S400 하이브리드는 압축 리튬-이온 배터리를 사용한다.

리튬-이온 배터리 분야에서는 한국 기업의 활약이 두드러진다. LG화학이나 SK에너지 등 한국 업체들은 니켈수소보다 우수한 리튬-이온 배터리를 주력으로 삼아 일본 업체에 맞서고 있다. 특히 한국 업체들은 휴대전화 산업의 우위를 등에 업고 세계 리튬-이온 시장의 4분의 1을 점유하고 있다. LG화학은 미국 GM에 전기자동차용 리튬-이온 배터리를 단독으로 공급하는 계약을 맺어 그 우수성을 인정받았다. 2010년 양산이 예정된 시보레 볼트에도 LG화학이 만든 리튬-이온 배터리가 들어간다. 이 배터리는 니켈수소 배터리보다 효율이 50% 정도 높다. LG화학은 현대와 기아에서 내놓은 아반떼와 포르테 하이브리드에도 리튬-이온 배터리를 공급하고 있다. 삼성SDI는 보쉬와 2차 전지 합작사를 설립해 하이브리드 배터리 시장에 뛰어 들었다.

이런 가운데 일본 업체들도 리튬-이온 배터리 개발에 열을 올리고 있다. 도요타에 니켈수소 배터리를 공급하는 파나소닉EV도 리튬-이온 배터리를 병행 생산하고 있다. 스바루는 히타치와 손잡고 리튬-이온 배터리 개발에 나섰다. 미쓰비시는 자사의 전기차용 배터리를 만들기 위해 GS유아사와 합작사를 설립했다. 폭스바겐은 산요를 통해 리튬-이온 배터리를 공급 받는다.

올 10억달러에서 2014년 23억달러 시장으로 성장

2010년 배터리 시장은 니켈수소 배터리가 100만 개, 리튬-이온 배터리가 30만 개 수준이 될 것으로 보인다. 2015년까지 올라가면 니켈수소 배터리 150만 개, 리튬-이온 배터리가 190만 개로 역전될 것으로 예상된다. 배터리 시장은 해마다 큰 폭으로 증가할 수밖에 없는 환경이다.

올해 약 10억달러 수준인 하이브리드카와 전기자동차용 리튬-이온 배터리 시장은 2014년이면 23억달러까지 성장할 것으로 전망된다. 하지만 리튬-이온 배터리는 니켈수소 배터리보다 제조 단가가 3배 이상 비싸다. 자동차 원가에 영향을 미친다는 뜻이다. 리튬 매장량의 70% 이상이 칠레에 집중돼 있어서 수급 불안정이라는 위기를 맞을 가능성도 크다. 즉, 앞으로는 가장 강력하고 효율적인 리튬-이온 배터리를 만들어 내는 기업이 하이브리드카 및 전기자동차 산업의 성공을 위한 열쇠를 손에 넣게 된다는 의미다.

배터리 기술의 발달로 하이브리드카 성능은 계속해서 좋아지고 있다. 또한 친환경 차에 대한 인식의 변화로 세계적으로 하이브리드카에 대한 관심도 높아지고 있다. 이미 미국에서 데뷔 이후 100만 대가 넘게 팔리며 성공을 거둔 도요타 프리우스는 그 인기가 더욱 높아지고 있다. 일본에서도 올해 상반기 프리우스 판매가 11만6000 대를 넘어 1위를 차지하기도 했다. 신차 판매에 있어서 점유율은 9%에 달한다.

한국에서는 아반떼 하이브리드카가 한 달에 1000대 이상 팔렸지만 현재는 조금 주춤한 상태. 하지만 도요타가 10월 말 프리우스를 들여옴에 따라 국내 하이브리드카 시장은 더욱 커질 것으로 보인다. 특정 메이커의 이미지 메이킹 모델로 취급 받던 하이브리드카는 이제 당당히 시장의 한 영역을 차지할 기세다. 그리고 전기차나 수소연료전지차 등의 미래 자동차가 정착되기 전까지 하이브리드카가 주류로 올라설 게 분명하다.

LED

에너지 산업의 핵심…매년 40% 이상 고성장


길재식 디지털타임스 기자 osolgil@dt.co.kr

1879년 에디슨이 대나무를 탄화한 필라멘트와 함께 백열전구를 발명했다. 이는 산업시대의 급속한 발전에 빛을 밝힌 일대 혁명으로 기록됐다. 이후 셀룰로오스를 사용한 탄소 필라멘트가 발명돼 대중화로 접어들었다. 1960년 텅스텐 필라멘트 개발로 인류는 자연광에 가까운 빛을 얻게 됐고, 100년 넘게 진화한 인류의 조명은 형광등, 할로겐램프, 각종 가스램프 등 다양한 종류의 조명을 활용하다 21세기 들어 반도체를 사용한 발광다이오드(LED)의 등장으로 빛의 역사를 새롭게 쓰고 있다.

낮은 휘도와 색깔 표현의 한계로 일부 분야에만 적용됐던 LED가 이제 생활의 패러다임을 바꿀 차세대 빛으로 급부상하고 있다. LED 산업은 광소자 제품과 LED를 이용한 조명제품, 응용제품을 만드는 산업이 중심이다. 최근에는 조명 산업뿐만 아니라 LED를 이용한 정보가전, 대형 LCD 백라이트유닛(BLU), 자동차, 조선, 해양수산, 농업, 정보통신에 이르기까지 ‘차세대 융합 산업’으로 재조명받고 있다.

저탄소 녹색성장의 정부 기조에 발맞춰 에너지 산업이 신성장 동력으로 떠오름에 따라 LED 산업 또한 백열전구와 할로겐램프, 형광등을 대체할 차세대 광원으로 떠오르고 있다. 미국 및 유럽, 일본 등도 백열등 퇴출 및 이산화탄소 저감 정책의 일환으로 LED 보급사업에 나서면서 그야말로  차세대 빛의 시장이 열리고 있는 것이다.

백열전구 및 할로겐램프, 형광등 등의 전통 조명의 쇠퇴가 지난해부터 본격화하고 있다. 할로겐램프, CFL전구, 형광등 생산업체의 국내 생산력과 시장 규모는 매년 30%씩 감소하고 있다. 이에 대한 대안으로 LED 산업은 고유가, 친환경 산업이라는 경쟁력을 통해 높은 성장속도를 보이고 있다. 여기에는 일본, 미국 등 선진국의 친환경 에너지 정책이 맞물려 있기 때문이다.

2015년 1000억달러 시장 예견

일본은 교토의정서 비준국으로 2012년까지 지구 온난화 가스 배출을 감축하기 위해 에코조명에 대한 소비자 관심을 고조시키는 데 주력하고 있다. 미국 또한 연방 상하원이 에너지 절약과 환경보호를 위해 2014년까지 백열전구의 단계적 퇴출을 위한 초당적 법안을 마련하고 있다.

미국 캘리포니아의 경우 2005년부터 신축 주택 조명의 50% 이상을 고효율 조명으로 사용하고 있다. 호주 또한 백열전구 판매금지법을 3년 내에 마련해 호주 전역에서 백열전구를 퇴출시킬 계획이다. 이처럼 선진국들의 다양한 환경 정책과 맞물려 LED조명기기의 보급이 본격화할 전망이다.

이러한 세계적인 추세에 따라 LED 산업은 2015년 세계 시장 1000억달러, 연평균 성장률 41%의 고성장이 예견된다. 국내 시장 또한 2015년까지 약 15조원의 시장을 형성할 것으로 예상된다. 이 중 LED광소자 산업은 2015년 세계 시장 200억달러, LED조명 산업 380억달러, LED응용 산업 420억달러에 달하는 거대 시장 형성이 전망되고 있다.

LED 산업의 가장 큰 강점은 바로 조명 연출에 의해 소비자 만족을 극대화시키는 이른바 ‘조명 콘텐츠’의 성격을 갖고 있다는 점이다. 조명 제품의 부가가치를 높이고, 고가 제품으로 시장 침투가 용이해 단순한 백열전구와는 기능적으로 차이가 난다.

아직 독자 산업으로 조명 콘텐츠 산업이 존립하지 못하고 있지만, 그 잠재력은 가공할 만하다. 이미 니치아, 토요타고세이, 루미레즈, 오스람 등 많은 LED패키지 및 조명업체들이 웜 화이트(Warm White), 쿨 화이트(Cool White) 등 이른바 감성조명을 출시하여 시장을 선점하려는 이유도 여기에 있다.

NEC 등은 LED와 음성인식, 무선통신기술을 결합해 사용자의 목소리 톤에서 정서를 감지해 LED의 색상을 변화시키는 LED조명기기를 선보인 바 있다. 그러나 국내의 경우 LED를 이용한 디스플레이 휘도 보정, 화상 연출을 위한 연구개발이 일부 진행된 바 있지만 감성조명 상용화에는 미치지 못하는 상황이다.

LED 산업 육성 토양 잘 갖춰져

현재 LED의 가장 큰 수요처는 휴대전화 키패드 조명과 LCD 백라이트유닛이라고 할 수 있다. 이에 소요되는 화이트 사이드 뷰 LED가 가장 많이 생산되고 있다. 그러나 LED의 가격 하락과 휴대전화의 시장 포화, LED광소자의 효율 향상으로 CCFL(냉음극형광램프)이 주도하던 LCD BLU 시장과 일반 조명 시장으로 LED 진입이 가속화하고 있다.

이는 국내 LED 전방산업의 발달로 인해 LED응용(융합)조명 제품의 비약적 확대가 예상되고 있다. 휴대전화 LED모듈 산업 외에 잠재 시장으로 손꼽히는 시장은 대형 LCD, 자동차, 조선 시장을 꼽을 수 있다.

또 LED광소자 산업의 경우 세계 시장의 9%를 한국이 점유하고 있다. 그동안의 연구개발을 통해 블루 LED 중심에서 레드, 그린 LED 생산이 가능해졌다. LED조명업체들은 주로 경관조명, 사인조명, 건축조명 등을 중심으로 사업을 해왔다.

국내는 대규모 아파트 재개발, 신도시 구축 등으로 외국에서는 찾아보기 힘든 LED조명 내수시장을 갖고 있다. 이명박 정부 주도 아래 행복도시 등 신도시 개발에 에너지 절감 LED조명기기의 사용이 채택될 전망이다. 또 녹색성장 산업의 국가발전지표에 LED 산업이 당당히 주요 산업으로 낙점 받아 보급사업도 활발히 전개되고 있다.

스마트그리드

효율적 전력 인프라 구축…2030년 3조달러 시장 형성


박종선 현대증권 리서치센터 기술정보팀장

최근 정부가 스마트그리드의 핵심이라 할 수 있는 스마트미터의 보급계획을 발표했다. 2020년까지 1조4740억원을 투자해 약 1800만 호의 계량기를 교체한다는 계획이다. 이에 앞서 한국전력은 스마트그리드 등을 포함한 8대 녹색기술에 2조8000억원을 투자한다는 전략을 수립하고, 본격 실행에 들어갔다. 또 스마트미터 관련업체인 누리텔레콤과 LS산전은 각각 미국의 GE, 실버스프링네트웍스와 사업제휴를 통해 미국 진출을 선언하고 나섰다.

전 세계적으로 전력망 효율화 나서

스마트그리드는 현재의 전력을 사용하는 데서 발생하는 각종 문제들을 해결하고, 효율화하는 것이다. 그래서 일부에서는 스마트그리드를 ‘전력2.0’이라 일컫기도 한다. 현재 전력은 약 130여 년 전에 만들어진 기술을 바탕으로 하고 있다. 그런 까닭에 방대해진 전력망은 상당히 비효율적으로 운용되고 있다. 우선, 전력은 실제 사용량보다 항상 10% 정도 많이 생산돼 최대 소비량에 대비하지만 결국 초과전력은 버려진다. 혹시 모르는 피크전력 상승을 위해 국가별로 5~15% 정도의 대기발전소도 유지해야 한다. 또 발생된 전력은 원거리 전송 및 가정, 빌딩에서 사용을 위해 송·배전 등 이용 과정에서 직류와 교류를 거치면서 상당량의 전력이 소멸된다.

특히 우리나라는 아직까지 전력소비에 대한 가정에서의 실시간 사용량을 제공하지 않아 소비자의 선택권이 거의 없다. 그리고 최근 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 이용한 발전소가 늘어나고 있지만 상대적으로 비싼 구입비에 비해 사용자의 지역적인 문제, 품질 등으로 효율적인 사용이 어렵다. 따라서 전력사업자나 소비자 입장에서 효율적으로 에너지를 사용하지 못하고 있는 것이 현실이다.

스마트그리드는 이러한 문제를 해결하고, 보다 효율적인 전력 인프라를 구축하는 것을 의미한다. 크게는 스마트송전, 스마트배전, 스마트미터, 스마트가전, 에너지 저장 등으로 나뉜다. 송배전에서 일어나는 전력의 소멸을 줄이고자 초고압직류전송(HVDC) 및 초전도케이블을 개발해 채택하고, 일부 전력선에서 장애가 발생할 경우 우회전력으로 자동으로 전환되는 시스템을 구축하는 것이 스마트송배전의 기본이다. 스마트미터는 가정에서 사용하는 다양한 가전 및 조명 등에서 사용하는 전력을 실시간으로 측량 분석해, 소비자는 물론 전력사업자에게 제공한다. 스마트가전이란 다양한 가전이 실시간으로 사용하는 전력 사용량을 스미트미터에게 보내고, 스마트미터를 통해 실시간 제어를 통해 전력을 효율적으로 사용하도록 하는 기능을 제공하는 것이다. 에너지 저장 시스템을 이용해 가정, 기업, 빌딩에서의 전력을 저장하고, 전력사업자는 실제 사용량보다 더 생산한 전력을 저장해 재사용한다.

결국 스마트그리드는 전력사업자에게는 전력 송배전의 효율화는 물론 실시간 전력 사용량을 파악해 수요를 정확히 예측할 수 있게 하고, 남는 전원은 저장해 재사용할 수 있어 비용을 감소시킬 수 있다.

또 실시간 가격제에 기반을 두어 피크전력의 수요를 제어하는 효과를 거둘 수 있다. 소비자는 가전별로 사용 시간 및 사용 방법을 통제해 전력요금을 줄일 수 있게 된다. 국가적으로는 에너지 사용을 효율화해 사용량을 감소시킬 수 있고, 미래 에너지인 신재생 에너지를 수용할 수 있는 기반을 다질 수도 있다.

지금 전 세계가 저탄소 녹색성장을 외치고 있어 스마트그리드의 부상은 어쩌면 당연한 것이다. 미국은 이미 2000년 전력대란, 2001년 및 2003년의 대규모 정전사태를 겪으면서 대응을 시작했다. 2003년 7월에 ‘Grid 2030’을 발표, 21세기 전력 시스템에 대한 최초 국가 비전으로 차세대 송전, 초전도체, 전력 저장, 분산 시스템 등을 미래 기술로 선정, 국가적 통합 스마트그리드 구축을 위한 계획을 수립했다. 이어 미국 에너지국(DOE)의 지원 아래 전력연구원(EPRI)을 중심으로 미국의 스마트그리드를 대표하는 ‘인텔리그리드(IntelliGrid)’ 프로젝트를 수행하게 된다. 특히 최근 오바마 정부가 출범하면서 스마트그리드를 녹색뉴딜정책 차원에서 재정 지원은 물론 기술 유치와 표준안 마련 등의 다양한 지원책 등이 쏟아지고 있다.

유럽도 EU 차원에서 스마트그리드를 구축하는데 2030년까지 약 1조유로를 투자할 계획이다. 이들은 ‘범 유럽 연구개발 프로그램’을 통해 IT를 기반으로 에너지 집약, 에너지 디자인, 에너지 소비 등의 효율화를 적극 추진하고 있다. 이를 통해 2020년까지 에너지 효율 20% 감소, 온실가스 20% 감축, 전체 에너지의 20%를 재생 에너지로 대체하는 ‘트리플 20(Triple Twenty)’ 전략을 시행 중이다. 일본도 이미 2007년 12월에 ‘쿨 어스(Cool Earth)’ 정책을 수립했고, 2008년 3월에 ‘Cool Earth -에너지 혁신기술계획’을 통해 2050년까지 온실가스 배출량을 반감하기로 했다고 발표했다. 특히 국가 차원에서 신전력 네트워크를 시험하고, 시범적으로 실시할 수 있는 10여 개 단지를 구축해 분산전원 통합실증시험을 추진하고 있다.

물론 우리나라도 2005년부터 ‘전력 IT’라 부르며 관련 10대 국책과제를 선정, 진행 중에 있다. 6월에는 한·미 양국 정부 간 스마트그리드 등 에너지 분야 협력의향서를 체결했고, 7월에는 기후변화주요국회의(MEF)에서 우리나라가 이탈리아와 함께 스마트그리드 기술의 선도국가로 지정되기도 했다. 정부는 이러한 국내외의 기대와 목표를 담아 올해 11월 말에 ‘스마트그리드 로드맵’을 확정, 발표할 예정이다.

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 스마트그리드 관련 세계 시장 규모는 2030년까지 최소 3조달러 수준에 달할 것으로 전망된다. 또 전력 분야 전문조사기관인 SBI는 스마트그리드 관련 시장 규모는 2009년에 693억달러에서 2014년 1714억달러로 연평균 16% 성장할 것으로 예상했다. 우리나라는 2030년까지 약 68조원 규모의 스마트그리드 관련 내수 시장을 창출할 것으로 전망되고 있다.

스마트그리드 세계화 상품 가능

이러한 시장의 급팽창으로 한국 기업들에게도 기회가 주어질 것으로 보인다. 우리나라의 발전 산업은 전 세계 주요국가가 저성장에 머물 때 내수 시장을 통해 기술개발을 지속해 경쟁력을 확보했다. 지금은 전 세계에서 발전 플랜트 수주가 끊이질 않고 있으며 시장을 확대하고 있다.

특히 스마트그리드 분야에서는 더더욱 기회 요인이 많다. 특히 우리나라는 스마트그리드를 구현하기 위한 기반이 되는 통신 인프라, IT 인프라가 뛰어나고, 발전에서 소비로 이어지는 송전·배전·가전 관련 기업의 기술력 또한 뒤지지 않는다. 전력사업자도 많지 않고, 주요 추진 국가들에 비해 상대적으로 국토도 좁아 체계적인 적용이 용이하다.

한국 기업들도 세계 시장 진출을 서두르고 있다. 누리텔레콤은 지난 9월 미국 GE와 사업협력을 통해 미국에 진출할 계획을 밝혔고, LS산전도 미국의 AMI 분야 1위 업체인 실버스프링네트웍스(SSN)와 함께 미국의 스마트미터 시장 진출을 선언하고 나섰다. 한국 기업과 정부는 지속적으로 스마트그리드 선도국으로서의 기술개발과 표준화를 주도하고 나설 것으로 예상된다. 스마트그리드는 세계 주요 국가들이 중장기적으로 이끌어갈 저탄소 녹색성장 산업의 하나다. 우리나라는 향후 2~3년간 내수 시장을 기반으로 기술력을 확보하고, 이를 기반으로 미국 시장을 통해 북미 시장, 호주 시장까지 진출할 수 있는 정부와 기업의 전략을 강화하고 나선다면 스마트그리드를 충분히 세계화 상품으로 성장시킬 수 있을 것으로 본다.

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