P2G, 에너지저장·그린수소 생산 등 ‘두 토끼’ 잡아
그린수소 인증제 등 경제성 확보 방안 마련 시급
전력·가스 시장 각종 규제완화 필요성 지적도 나와

[전기신문 정세영 기자] 전력계통에서 변동성 재생에너지 공급이 확대됨에 따라 안정적인 전력 수급을 위한 신규 유연성 자원에 대한 관심이 날로 높아지고 있다. 그 중 하나가 전력과 비전력 부문간 결합을 뜻하는 섹터커플링이다.

최근 정부가 발표한 분산에너지 활성화 추진전략에는 잉여전력 문제 해결을 위한 섹터커플링(Sector Coupling) 활용방안이 담겨 있다. 이에 따르면 잉여전력을 열(P2H), 가스(P2G), 운송(V2G) 등과 결합해 필요할 때마다 상호 전환한다.

특히 재생에너지가 주요 발전원이 될 가능성에 대비해 전력시스템 변동성에 대응할 최적의 수단으로 P2G(Power to Gas) 활용이 각광받고 있다. 수소 공급원 역할과 함께 계통에서 발생하는 출력제한을 흡수하는 에너지저장 장치로서의 가능성을 지녔기 때문이다.

◆에너지저장 & 그린수소 생산, ‘두 마리 토끼’ 잡는 P2G

P2G는 국내 재생에너지 보급 확대에 따라 에너지저장 설비의 증설 필요성이 나오면서 도입 논의가 시작됐다.

에너지경제연구원에 따르면 우리나라는 오는 2030년까지 태양광 발전설비를 36.5GW 규모로 증가할 계획이며, 풍력은 대규모 프로젝트를 통해 추가로 16GW 확대를 추진하고 있다.

이러한 재생에너지 중심의 에너지전환 정책 추진으로 향후 봄, 가을철 재생에너지 공급이 전력 수요를 초과하는 상황이 발생할 수 있어 전력계통에 안전성을 제공할 수단이 필요하다는 것이다. 재생에너지 발전량 비중이 20%에 가까운 제주도에서는 이미 출력제한 횟수가 연간 40회를 초과하고 있다는 점이 이를 잘 뒷받침해준다.

아울러 수소경제 활성화 로드맵에 따라 2040년에 연간 526만t 이상의 수소를 공급하게 돼 있는데, 이를 위한 수소공급설비 확대가 시급하다는 점도 P2G 도입을 부추기고 있다. 특히 P2G는 무공해 그린수소를 생산한다는 점에서 매력적인 기술로 떠오르고 있다.

P2G의 핵심은 전기에너지를 활용해 물을 수소로 전환하는 수전해 기술에 있다.

현재 상용화돼 대규모의 수전해 시설에 도입된 알카라인(AEL) 기술, 전력의 변동성에 잘 대응할 수 있고 수소의 순도가 매우 높은 고분자전해질(PEMEL) 기술, 아직 개발 중이나 수전해 시설과 연료전지의 역할을 동시에 수행하면서 높은 효율을 보일 것으로 기대되는 고체산화물(SOEL) 기술 등이 대표적인 수전해 기술로 거론된다.

플러그파워, 하이드로제닉스 등 해외기업이 수전해 기술력을 보유한 것으로 알려진 가운데 엘켐텍, 수소에너젠 등 국내기업이 도전장을 내밀고 있다.

P2G에는 수전해 기술 이외에도 수소의 저장기술이 매우 중요하다. 현재 우리나라에서 활용되는 저장기술로 고압탱크를 활용한 수소 저장을 비롯해 액화수소, 액상수소, 고체수소 저장기술 등의 개발이 이뤄지고 있다.

P2G의 활용 가능성은 매우 다양하다. 특히 재생에너지 발전이 증가해 잉여전력이 발생하는 경우 수소생산을 늘려 계통에서 필요한 부하를 제공하는 한편, 대기 중에서 포집한 이산화탄소를 수소와 결합해 메탄(CH4)을 생산하는 방식으로 활용을 다양화할 수 있다.

이를 통해 수소차 CNG 차량 등 수송 분야, 연료전지·가스터빈 등 발전 분야의 연료로도 활용이 가능하다.

◆규제 완화, 경제성 확보 방안 등 P2G 활성화 위한 과제 산적

현재 논의되고 있는 P2G 비즈니스 모델은 크게 3가지로 분류된다. ▲계통에 접속하지 않고 P2G를 수소제조 전용설비로 단독 운영하는 방식 ▲배전시스템운영자(DSO) 차원에서 운영하는 방식 ▲송전시스템운영자(TSO) 차원에서 운영하는 방식 등이 그것이다.

단독 운전 방식은 현실적으로 가장 쉬운 방식으로 지리적 이유로 송전선로 확장이 어려운 경우 독립적인 P2G를 활용해 지역사회가 필요로 하는 수소를 생산해 공급할 수 있다.

DSO 차원의 운영은 송배전망의 보강을 최소화하면서 재생에너지 도입을 확대할 수 있다는 장점이 있지만, 수소 생산에 있어 규모의 경제를 실현할 수 없다는 점이 단점으로 지적된다.

반면 TSO 차원의 운영은 DSO 보다 설비 규모를 키울 수 있기 때문에 상대적으로 경제성 있는 수소 생산이 가능하다.

전문가들은 P2G가 성공적으로 안착하려면 전력과 가스시장에 있는 상호배타적인 규제들에 대한 완화가 필요하다고 지적한다.

P2G는 전력의 판매와 구매, 가스의 판매와 구매가 하나의 사업으로 구현되는데, P2G가 자리 잡으려면 기본적으로 전력-가스시장의 규제가 상호보완적으로 조화돼야 한다는 것이다.

또 전력시장과 가스시장 각각에 대해서도 실시간 시장의 도입, 송배전 비용의 분리와 전력구매제도 개선(전력시장)과 수소유통망 운영 기준과 수소품질기준(가스시장)을 마련해야 한다는 지적이 나오고 있다.

무엇보다 P2G 사업모델이 성장하려면 경제성을 확보할 수 있는 방안을 고민해야 한다는 점도 거론된다. 현재로서는 P2G의 경제성이 없다는 점이 가장 큰 문제이기 때문이다.

이태의 에너지경제연구원 연구위원은 “P2G는 전력을 중간재로 사용하는 에너지전환으로 봐야 한다”며 “일반 소비자의 전기요금에 부과된 세금과 각종 부가요금을 P2G 사업자에게도 동일하게 적용할 것인지는 숙고해 봐야 할 문제”라고 지적했다.

수소의 경제성이 매우 낮아 현재 대부분의 수소가 기존의 화석연료를 활용해 생산 중인 점을 떠올려 볼 때 “P2G 프로젝트가 자리 잡으려면 그린수소에 대한 인증제 등 경제성 확보 장치를 도입해야 한다”고 이 연구위원은 덧붙였다.