소형열병합발전(Gas Cogeneration) 시스템은 하나의 에너지원으로 전력과 열을 동시에 생산·이용하는 종합시스템으로 전기를 생산하고 발생된 배열을 이용해 냉·난방을 동시에 공급할 수 있어 기존의 화력발전소대비 30% 이상 높은 75~90%까지 에너지 이용효율을 향상시킬 수 있으며 상대적으로 청정한 LNG 사용으로 기존 방식대비 CO2 배출량을 30~40% 감축할 수 있는 녹색성장에 부합하는 친환경 시스템이다.
더불어 소형열병합발전은 계절별 에너지수급합리화에 가장 효과적인 해결방안이 된다. 하절기 잉여 가스 활용으로 냉방전력 피크부하를 감소시켜 막대한 발전소 건설비용과 잉여가스 저장 설비비를 절감하는 등 에너지원간 계절별 수급불균형을 개선하기 때문이다.
또한 분산형 전원으로 안정적 전력수급 및 송전손실 방지로 다각적으로 국가 에너지수요관리에 일조하는 시스템이다. 현 정부에서도 이 같은 소형열병합발전의 효용 가치를 인정해 지속·발전 가능한 기반 구축을 위해 설치 지원금, 시설자금 저리융자제도, 세제감면혜택, 에너지절약 설계 가점 부여, 천연가스요금 할인제도 등을 시행하고 있다.
그러나 녹색성장 정책으로 부각되는 소형열병합발전의 장점 및 정부의 지원 노력에도 불구하고 실제 2005년 이후 설치용량 증가율이 연 10% 수준인 점을 감안하면 보급정책에 대한 실효성 제고가 필요하다고 보여진다.
편향된 보급정책
열병합발전을 용도로 구분하면 수십에서 수백MW급의 집단에너지 사업용 열병합발전과 10MW 이하 단위 건물, 산업체에 적용되는 자가 소형열병합발전으로 구분된다.
1980년대 정부 주도의 신도시 개발과 연계한 대규모 집단에너지사업용 열병합발전 위주로 보급됐다. 국내 열병합발전 보급실적을 보면 2008년 말 기준 집단에너지사업용으로 9,800MW가 도입됐다. 이는 국내 총 발전용량의 13% 정도 차지하는 규모이며 국가 에너지절약 중점 정책에 반영돼 지속 확대될 전망이다.
그에 비해 자가 소형열병합발전 보급용량은 2009년 말 기준 213MW(우리나라 총 발전용량 7만3,470MW의 0.3%)로 아주 미미한 실정이다. 우리나라는 2000년대 이후 기존의 소형열병합발전이 분산형 전원으로서의 에너지 수요관리 및 에너지 절감 효과 등의 장점을 인정받아 제3차 전력수급기본계획 상에서는 2017년까지 총 2,600MW의 소형열병합발전 보급계획이 수립되기도 했다. 그러나 요금변동 및 제도적 미비로 인해 2008년 수립한 제4차 전력수급기본계획에서는 오히려 2019년까지 총 2,182MW로 축소된 바 있다.
우리나라와 위도가 비슷한 일본의 경우 도심지 빌딩군 및 산업체를 대상으로 하는 소규모 열병합발전이 주로 보급돼 전체 전원의 약 15%를 담당하고 있다. 이러한 에너지다소비 상업시설 및 산업체 위주의 10MW 미만의 소형열병합발전은 분산형 전원으로써의 역할과 에너지절감을 통한 대기환경 개선에 크게 기여하고 있다.
우리나라의 열병합발전은 북유럽 평균 2MW, 일본 평균 1.1MW 대비 휠씬 큰 평균 35.5MW 용량의 대규모 집단에너지용 위주로만 보급돼 있다. 또 북유럽 대비 난방도일이 작고 동절기 4~5개월 이외에는 마땅한 배열이용처가 없어 경제적인 운전이 제한될 뿐만 아니라 광범위한 지역을 대상으로 원거리 열 공급으로 인한 방열손실 등의 문제로 인해 오히려 비효율적인 시스템으로 오인 받고 있는 실정이다.
사실, 집단에너지사업용 중대형 열병합발전 위주의 보급은 설비 집중화에 따른 관리 및 운영상의 이점이 있지만 대규모 택지를 대상으로 건설돼 주택의 계절 요인으로 인한 배열이용 한계, 건설부지, 자원문제 및 원거리 열효율 손실로 인해 효율적 운영에 한계가 있다.
반면 소형열병합발전은 에너지밀도가 높은 단위 건물에 적합한 용량으로 도입·운영해 배열이용률을 최대한으로 높일 수 있으며 방열손실 및 송전 및 배전에 투입되는 비용을 최소한으로 줄이는 장점이 있다. 이러한 장점들로 소형 열병합발전은 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위해 시행되는 에너지목표관리제도에서 단위 건물 에너지사용량 절감을 위한 최적의 설비로서, 스마트그리드 구축을 위한 소형 분산형 전원으로서 그 보급의 필요성이 더욱 강조될 전망이어서 국가 에너지절약시스템으로 실용화 될 수 있도록 실제적인 보급 대책 마련이 절실하다.
현안과제
소형열병합발전의 보급에 직접적인 영향을 주는 요소는 에너지요금(가스요금, 전기요금)이다. 유가와 환율에 절대적으로 영향을 받는 가스요금은 2005년 대비 50% 이상 상승한 반면 전기요금은 지난 5년 동안 거의 변동이 없었다.
이러한 현행요금 체계 하에서는 소형열병합발전 운전으로 에너지사용량은 감소되나 에너지비용이 절감되지 않는 기이한 현상을 나타내며 기존에 도입된 수요처조차도 수익성이 없어 발전기 가동을 줄이거나 중단하는 사례가 발생하고 있어 안타까울 따름이다.
이에 소형열병합발전 보급을 위해 국가적 편익에 부합하는 지원제도가 마련돼야 한다. 에너지수요관리 측면에서 LNG 저장탱크 건설비용 및 대형발전소 건설비용 절감 등 국가적 편익비용이 요금에 반영돼 하절기 연료가스 요금을 정책적으로 인하할 필요가 있다.
또한 현재 소형열병합 설치보조금은 5만원/kW(1억원 한도)으로 설비비용의 5% 이하 수준으로 실제 보급 확대에 크게 기여하지 못하고 있다. 유럽의 경우 열병합발전설비를 도입하지 않았을 경우 피크(peak) 전력의 증가에 따른 발전소 건설비용이 추가로 증가하고 각종 환경 및 민원이 발생하기 때문에 그 건설비용의 일부를 열병합발전 보조금으로 지원하고 있다. 가까운 일본의 경우도 국가적인 차원에서 보급 활성화를 도모해 설비자금의 1/3~1/2 수준까지 무상지원하고 있다. 우리나라에서도 전력산업기반기금 등을 이용해 분산형 전원으로서 국가적 편익에 부합하는 보조금을 지원하는 것이 필요하다.
인천대 산학협력단의 연구결과에 따르면 소형열병합발전 도입 시 전력피크 경감에 따른 발전소 건설 회피비용, 송전손실 회피비용, LNG 저장 비용 절감 등의 도입 효과를 고려할 때 국가적인 편익을 보조금으로 산정하면 20~30만원/kW이며 이 정도까지 보조금을 지급하는 것이 타당하다는 결과를 발표한 바 있다.
그리고 소형열병합발전 보급을 저해하는 규제가 완화돼야 한다. 집단에너지공급지역내에서 소형 열병합발전을 설치할 경우 허가 의무사항으로 진입을 규제하고 있다. 제17차 국가경쟁력강화위원회에서도 이러한 규제는 사업자의 신규진입 제한, 소비자의 열원선택권 박탈, 에너지자원의 효율적 배분을 저해한다며 법령정비 항목으로 지적되기도 했다. 집단에너지사업자와 소형열병합발전을 기반으로 하는 에너지공급자가 서로 열 거래를 하는 형태로 연계할 경우 모든 사업자에게 이득이 된다는 연구 결과 발표를 고려할 때 상호 협력해 국가 에너지정책에 도움이 되는 방향으로 규제가 완화돼야 할 것이다.
마지막으로 무엇보다도 시급하다고 여겨지는 것은 소형열병합발전 보급을 위해 정책을 주도하고 구심점이 될 수 있는 정부 주무관청이 필요하다는 것이다.