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미국의 신재생에너지 시장 잠재력 점검

최동순 | 2009.06.22

 

 

유럽이나 일본 등 타 선진국들에 비해 그 동안 미진했던 미국의 신재생에너지 시장이 최근의 정권 교체 및 환경에 대한 인식 변화를 계기로 급성장할 것으로 예상되고 있다. 그 시장 확대의 배경과 잠재력을 점검해 본다. 
 
미국의 신재생에너지 정책은 에너지 위기 극복, 환경 친화, 그리고 경기 부양이라는 세 가지 과제의 해결과 연결되고 있다. 화석연료의 고갈과 고유가로 대변되는 에너지 위기, 탄소배출량 증가로 인한 기후 변화 등 환경 문제, 그리고 경기 침체 극복과 새로운 성장 동력의 확보라는 범지구적 과제에 대해 보다 적극적으로 대처하기 시작한 것이다. 
 
올해 초 출범한 오바마 정부는 2012년까지 미국 전체 전력생산량 중 10%, 2025년까지 25%를 신재생에너지로 충당하겠다는 계획을 발표한 바 있다. 그린 뉴딜의 일환으로 향후 10년간 총 1,122억 달러를 투자하고 이 중 70%를 2010년 내에 투입하는 방안도 마련하였다. 이 중 신재생에너지 개발 및 시장 육성에도 약 328억 달러가 배정될 예정이다. 이러한 의욕적인 정책으로 인해 미국의 신재생에너지 시장이 향후 어떠한 형태로 성장할 것이며 그에 따른 파급효과는 어떻게 나타날 것인지 주목된다. 
  
미국의 신재생에너지 시장 현황 
 
미국의 에너지 소비가 이루어지는 곳은 수송, 산업, 주택 및 상업, 그리고 전력발전, 이렇게 크게 네 가지 부문으로 나뉜다(<그림 1> 참조). 이 중 전력발전에 쓰이는 에너지 소비가 전체 에너지 소비 중 40.6%에 달해 다른 부문들을 압도하고 있다. 실제로 신재생에너지의 최종 소비 중 절반이 넘는 51%가 전력발전으로 쓰이고 있으며 그 비중은 계속 늘어날 전망이다. 
 
전체 전력발전 중에서는 수력을 제외한 재생가능 에너지 3% 중 풍력이 절반에 가까운 42%의 비중을 차지하고 있다. 바이오매스의 경우 45.2%를 차지한다. 최근 바이오에탄올 등 바이오연료 부문의 투자가 활발하게 이루어지고 있기는 하지만, 근본적으로 바이오매스는 가공 과정에서의 화석연료 사용과 농업용 및 식용으로서의 본래 용도를 침해받는 등의 태생적인 단점을 가지고 있다. 또한 12.1%의 비중을 차지하는 지열의 경우 현재까지 미국이 다른 국가들을 모든 면에서 압도하고 있지만, 개발장비의 기술적 혁신 및 특수 재질이 요구되는 등 향후의 지속적인 성장을 위한 투자 대비 효율성은 떨어져 전폭적인 육성 가능성이 낮다.  
 
따라서 주목받기 시작한지 얼마 되지 않아 미국 내 에너지 소비에서 차지하는 비중은 미약하지만, 지니고 있는 단점이 충분히 극복 가능하고 잠재력이 풍부한 풍력 및 태양에너지 등의 기타 재생 가능 에너지에 정책의 초점이 맞춰지고 있는 것이다.  
  
풍력시장, 정책효과로 단기간내 급속 성장 예고 
 
신재생에너지 중 전력발전 용량의 비중이 가장 클 뿐만 아니라 최근의 증가세 역시 가속되고 있는 풍력은 현실적으로 비교적 단기간 내에 시장 확대의 가능성이 가장 높은 에너지원으로 평가받고 있다. 정부의 투자 지원 측면에서 보았을 때에도, 앞서 언급한 신재생에너지 개발 및 확대에 투자되는 금액의 절반 수준인 170억 달러를 배분 받는 등 현재까지 계획된 자금투입 규모에서 기타 신재생에너지 부문을 압도하고 있다. 
 
전세계 주요국들의 풍력 발전용량 중 미국이 차지하는 비중을 살펴보면 등락을 거듭하다 2000년대 중반 이후 그 증가세가 가속되어 왔다는 것을 알 수 있다(<그림 2> 참조). 실제로 풍력 전력발전 용량은 최근 3년간 두 배 이상 급증해, 2008년 한 해에만 8,291MW가 추가되어 총 발전 용량이 25.17GW를 기록하면서 독일을 근소한 차이로 제치고 처음으로 선두로 올라섰다. 이로 인해 55개의 추가적인 생산 기지가 개설되고 3만5천 개의 풍력산업 관련 일자리가 창출되는 효과를 보기도 했다.  
 
오바마 정부는 3년 내에 신재생에너지 생산을 두 배로 늘리겠다는 공약 내용 안에 미국 에너지성(Department of Energy)이 2008년 5월에 제시한 ‘2030 풍력 비전(The 20 Percent Wind Energy Vision by 2030)’을 반드시 실현시키겠다는 의지를 표명한 바 있다. ‘2030 풍력 비전’이란 2030년까지 미국 내 전체 전력 공급의 20%를 풍력으로 조달한다는 목표를 의미한다. 이를 실현시키기 위해서는 2007년 기준 16.9GW로 전체의 1.3% 수준에 머무르고 있는 발전 용량을 2030년에 10배가 넘는 350GW까지 늘려야 할 것으로 추정된다.  
 
미국 풍력 에너지 협회(American Wind Energy Association)에 따르면 이것은 충분히 달성 가능한 목표이다. 풍력이 현재 지니고 있는 단점들은 충분히 조기에 극복이 가능하기 때문이다. 가장 기본적으로, 높은 초기 설치비용을 절감하는 것이 시급한 문제이다. 하지만 터빈의 소재 및 부품 중 상당 부분을 자체 공급할 수 있고 제조 능력도 확보하고 있는 미국은 이러한 문제점을 충분히 단기간 내에 극복할 수 있을 것으로 보인다. 
 
풍력의 또 다른 단점은 기술적 한계로 인해 서로 동떨어져 있는 공급 지역과 수요 지역 간의 전력 거래를 원활히 성사시키고 있지 못하다는 점이다. 미국은 바람이 많이 부는 지역이 나라 곳곳에 넓게 퍼져 있어 태생적으로 유리하기도 하지만, 인구의 대부분이 바람이 그리 많이 불지 않는 지역에 밀집되어 있어 생산된 전력을 어떻게 효율적으로 소비자들에게 조달할 것인지가 최대 관건인 것이다.  
 
미국의 재생가능 에너지 협회(American Council on Renewable Energy)는 이러한 문제점을 극복하기 위해 미국의 지역적 특성을 고려한 풍력 발전 터빈의 성능과 기능 향상을 추진해야 한다고 지적한다. 실제로 미국 에너지성의 R&D 프로그램은 인구 밀집지역에 풍력에너지원을 원활히 공급하기 위해 두 가지 접근 방식을 취하고 있다. 첫 번째는 육상 풍력(on-shore)을 극대화시키기 위한 터빈 크기의 다양화 및 작동 속도 조절 등 풍력기기 자체의 효율성을 높이기 위한 연구이다. 두 번째는 해상 풍력(off-shore)을 극대화시키기 위해 수중 깊이가 30미터 이상인 지점에 설치되는 터빈이나 수면 위에 뜰 수 있는 터빈을 개발하기 위한 연구이다. 인구가 밀집되어 있는 대도시의 대부분이 해안에 자리잡고 있어 배관거리를 최소화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 바다를 가로지르는 바람이 육상의 바람보다 훨씬 더 강하고 강도의 변동성 또한 적기 때문이다. 
  
풍력, 가격 경쟁력 측면 상당한 우위 
 
풍력에너지의 가장 큰 장점은 낮은 발전단가이다. 지금의 발전단가인 kWh당 5센트가 그대로 유지된다고 해도 4.5센트 내외의 천연가스 등과 비교해 여전히 코스트 면에서 경쟁력을 확보할 수 있는 수준이다. 고무적인 것은 이 비용 안에 풍력에너지를 직접 소비자에게 공급하기 위한 新배관(new transmission lines), 그리고 실시간으로 전력의 공급과 수요를 조율하기 위한 운영상의 코스트까지도 포함되어 있다는 사실이다. 앞으로 이러한 부문에서의 기술 발전이 가시화되고 정책 효과가 본격적으로 나타날 경우 발전단가가 kWh당 3센트 수준까지 낮아질 가능성도 배제할 수는 없다.  
 
결국 미국의 풍력 발전은 적어도 가격 경쟁력 측면에서는 상당한 우위성을 확보할 것이라는 전망이다. 정부 차원의 구체적인 계획 수립과 효율적인 정책 집행은 2030년까지 미국 내 전체 전력 공급의 20%를 풍력으로 조달한다는 목표의 실현 가능성을 더욱 높여준다(<표 1> 참조). 
 
미국 풍력에너지 협회에 따르면, 이 경우 현재 8만5,000명에 달하는 풍력에너지 산업 관련 취업자 수가 50만 명으로 늘어날 전망이다. 탄소 배출량의 감소 효과 역시 상당할 것으로 보여, 2030 풍력 비전이 전혀 시행되지 않을 경우와 비교해 보았을 때 2030년경 약 30% 에 해당하는 10억 메트릭톤 이상의 배출량 감소 효과가 있을 것으로 예상된다. 
  
태양에너지, 잠재력이 가장 풍부한 에너지원 
 
태양에너지는 미국의 전체 전력 발전 중에서 차지하는 비중이 0.16%에 불과하지만 장기적인 잠재력이 가장 풍부한 에너지원으로 평가받고 있다. 남서부 지역에만 최소 64만8,000평방킬로미터 정도의 대지에 잠재적으로 태양에너지 발전소 설치가 가능하다. 이곳에서 확보할 수 있는 태양에너지 중 약 2.5% 정도만 전력으로 전환해도 미국 전체의 에너지 소비를 충당할 수 있는 수준이다. 
 
2008년에는 역대 최대 규모인 342MW수준의 태양광 설비가 신규 설치되기도 했다. 하지만 전세계 주요국들의 태양광 발전용량 중 미국이 차지하는 비중을 살펴보면 그 입지가 오히려 꾸준히 좁아져 왔다는 것을 알 수 있다(<그림 3> 참조). 최근의 전폭적인 정부 지원에도 불구하고 전세계 주요국들 사이에서 차지하는 비중이 낮은 이유는 독일과 스페인, 그리고 일본의 태양광 시장이 상대적으로 더욱 비약적인 성장을 거듭해 왔기 때문이다. 이는 태양광 발전의 핵심 부품인 태양전지 시장을 선점했던 일본과 독일이 최근까지 전지산업의 기술집약적 특성을 살려 과점을 형성하면서 진입장벽을 높여온 데 기인한다. 실제로 2007년 폴리실리콘 공급부족으로 일시적인 전세계적 태양광 시장 침체가 발생하기 이전까지 일본과 독일의 기업들은 전세계 태양전지 시장의 60%를 상회하는 점유율을 확보하고 있었다. 
  
태양에너지, 코스트 절감 위한 기술혁신이 관건 
 
미국에서 태양에너지가 단기간 내에 급속한 시장 확대를 이루기 힘든 것은 과거의 전반적인 정책 지원이 유럽 등의 국가들에 비해서 미약했던 측면도 있지만 기술적 한계에 기인하는 바도 크다.  
 
우선 태양에너지의 가장 기본적인 단점으로 구름이 많이 낀 날이나 밤에는 전력 생산이 너무 적거나 아예 불가능하다는 점을 꼽을 수 있다. 그래서 낮에 에너지를 축적하여 밤의 수요에 맞추는 기술이 필수적인데 현재 이를 위한 전력 저장수단인 대부분의 배터리들은 비용이 너무 많이 들어 비효율적이다. 따라서 낮에 생산된 전력으로 공기를 압축해 지하에 보관해 두었다가 압축되었던 공기를 이용해 밤에 터빈을 돌리는 방식인 복공식 압축공기 지하저장(compressed-air energy storage) 시스템이 대안으로 떠오르게 되었다. 하지만 이 방식은 이미 높은 수준인 기존의 태양광 발전단가를 더욱 높이는 결과를 초래하고 있다. 
 
또 다른 단점은 풍력을 비롯한 거의 대부분의 신재생에너지원이 공통적으로 지니는 송전망의 기술적 한계이다. 석탄, 석유, 원자력 등 전통적인 화석연료 발전소는 에너지가 주로 필요한 도시 근처에 자리잡고 있지만, 넓은 공공 대지를 필요로 하는 태양에너지 발전소의 경우 남서부 지역에 집중적으로 설치되어 있기 때문이다. 현존하는 AC 전송망(alternative-current power lines)으로는 이렇게 생성되는 전력을 실시간으로 전국 곳곳의 소비자들의 수요에 맞춰 공급하기가 역부족인 것이 사실이다. 따라서 새로운 직류방식 전송망 백본(A direct-current power transmission backbone) 기술의 상용화가 시급한 상황이다. 
 
하지만 미국이 조기에 태양에너지 시장을 급속도로 확대하기 힘든 결정적인 이유는 바로 높은 발전단가 때문이다. 태양에너지의 발전단가는 kWh당 18센트 내외로 화석연료나 기타 신재생에너지에 비해 상당히 높은 수준이며 그 격차는 수년 이내에 좁혀지기 힘들 전망이다(<표 2> 참조). 일반적으로 발전 단가를 낮추기 위해서는 기술적인 측면에서 비약적인 진보가 일어나거나 생산량을 늘려 평균생산비용을 하락시키는 규모의 경제가 이루어져야 한다. 규모의 경제에 대한 인식은 항상 시장에 반영되어 있다는 점을 감안할 때, 기술 혁신의 발생 여부 및 그 시점이 미국의 태양에너지 시장을 좌우한다고 해도 과언이 아니다. 결국 정책적 지원의 초점은 기술의 혁신에 맞추어져 있는 것이다. 
 
따라서 미국 정부는 발전 단가를 낮추기 위한 기술 혁신을 촉진하는 정책에 주력할 것으로 보인다. 탄소나노튜브(CNT)를 이용한 저가격의 유기재료 계열 태양전지 개발이나 발전 비용을 크게 절감할 수 있는 새로운 분말합성법의 개발 등이 예가 될 수 있다. 과거의 추이를 볼 때 R&D 투자의 효과가 당장은 가시화되지 않을지라도 중장기적으로는 태양에너지 시장에 커다란 임팩트를 가져올 가능성은 충분하다. 실제로 태양광의 발전 단가는 20년 전인 1990년 당시 kWh당 60센트에 육박했었다. 미국 에너지성에 따르면 수년 내에 있을 효율적인 생산 기술 및 발전 장치의 개발, 그리고 새로운 나노 소재의 등장과 함께 발전 단가는 2025년까지 kWh 당 8센트 수준으로 낮아질 전망이다.  
  
인위적인 수요 창출 통해 태양에너지 육성 강화 
 
2006년 당시 독일은 미국의 7배에 달하는 태양에너지 발전용량 규모를 달성한 바 있다. 실제로 2004년 이후 독일은 시장 수요를 자극하기 위해 안정적인 인센티브 정책을 적극적으로 시행해 왔으며 2008년 스페인에 이어 2위를 기록하기 전까지 전세계 태양광 발전 총량의 절반 이상을 점유하고 있었다.  
 
독일 등의 사례는 아직 초기 단계에 머물고 있는 미국의 태양에너지 정책의 벤치마킹 대상이 되고 있다. 실제로 미국 정부는 2005년 ‘태양광발전 로드맵 2030(PV Roadmap 2030)’의 내용 수립에 있어 독일의 정책을 참조했다. 또한 2006년 ‘태양에너지 발의안(Solar America Initiative)’이 발표되는 계기가 되기도 하였다. 이 제안의 목적은 2015년까지 코스트 절감을 통해 태양에너지의 경쟁력을 확보하는 것이다. 
 
2007년에는 ‘2050 에너지 계획(U.S. Plan for 2050)’이 발표되면서 태양에너지 부문의 육성 대책이 구체화되었다. 이 계획에 따르면 미국은 2050년까지 전체 전력공급 중69%를 태양에너지로 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 이것이 현실화될 경우 전체 에너지의 35%를 태양에너지로 조달하게 된다. 이를 위해서 2011년부터 2050년까지 40년간 4천 200억 달러의 대규모 정부 투자가 이루어질 전망이다. 
 
그 주요 내용을 살펴보면, 우선 2011~ 2020년 사이의 기간을 제1단계, 2020년~2050년 사이의 기간을 제2단계로 구분하여 계획하고 있음을 알 수 있다(<표 3> 참조). 제1단계 시기의 중점은 정부 차원에서 인위적으로 수요를 창출하고 이에 대응하는 인센티브 제도를 효율적으로 운영하여 미국 내 생산자(manufacturers)와 설치자(installer)들로 하여금 공격적으로 시장을 창조하도록 유도하는 것이다. 전력이 시장에서 거래될 수 있는 환경을 조성하기 위해 정부가 30년짜리 대출(30-year loans)을 보조금 형태로 지원해주는 것이 한 예가 될 수 있다. 태양에너지 기술이 그 자체로서 관련 경제 주체들에게 일정한 시장 가치를 인정받을 수 있도록 메리트를 제공해주어야 하기 때문이다.  
 
2020년부터 2050년까지의 제 2단계에서는 시장 인센티브 제도가 완전히 정착되어 정부의 도움을 거의 벗어나 자율적으로 성장하는 국면(self-sustained growth)에 접어들 것으로 보인다. 이 기간 중에는 연간 에너지 수요 증가율 1%를 가정하는데, 아이러니하게도, 태양에너지 발전 계획은 전반적으로 에너지 소비를 오히려 줄여줄 것으로 기대된다. 화석연료 가공 과정 및 탄소 배출 조정 과정에서 소요되는 부수적인 에너지 소비가 거의 사라지게 되기 때문이다. 
  
단기적으로는 풍력, 장기적으로는 태양에너지가 주도 
 
결론적으로, 미국 신재생에너지 시장 규모의 가장 기본적인 척도인 발전용량에서 풍력과 태양에너지는 기타 재생가능 에너지를 압도할 전망이다. 하지만 시장 확대의 경로는 풍력과 태양에너지가 상이한 모습을 보일 것으로 예상된다. 풍력의 경우 시장 확대의 관건은 기술 진보 그 자체보다는 포괄적인 정책의 실효성인 반면, 태양에너지의 경우 정책의 포괄적인 시행과 함께 기술 혁신의 조기 도래가 시장 확대의 최대 관건이라고 할 수 있는 것이다.  
 
또한 시기적인 관점에서 보았을 때에도 풍력은 단기적으로, 태양에너지는 중장기적으로  시장의 성장이 극대화될 것으로 보인다. 풍력의 경우 정부의 전폭적인 지원에 힘입어 매년 30%이상 증가하고 있는 누적 발전용량의 확대 추세는 향후 더욱 가속화되어 단기간 내에 전체 전력 발전에서 차지하는 비중을 급속히 높일 수 있을 것으로 판단된다. 반면, 태양에너지의 경우 시장 확대의 관건은 발전 단가를 낮추기 위한 기술 혁신이 언제 도래하느냐에 달려있다. 따라서 전체 전력 발전에서 차지하는 비중은 한동안 미진한 수준에 머물러 있을지 모르나 일단 저가격의 태양전지 개발 등 기술 혁신이 일어난 이후에는 전력 시장을 거의 잠식할 정도의 압도적인 비중을 보일 것으로 예상된다. 
 
한편 작년 하반기 이후 미국發 금융위기의 여파로 인한 세계 경기 침체와 유가의 하락으로 태양광 시장 자체의 거품이 붕괴되는 것 아니냐는 우려가 나타나기도 했다. 하지만 이러한 일시적인 현상 때문에 미국이 중장기적인 계획 자체를 수정하지는 않을 것으로 보인다. 
  
신재생에너지 시장의 잠재력을 극대화시킬 스마트그리드 
 
이러한 측면에서 보았을 때, 미국이 최근 분산형 신전략망인 스마트그리드 구축을 강력하게 추진하고 있다는 사실은 주목할 만하다. 스마트그리드 구축은 곧 에너지 수급의 자율적인 조정 기능과 함께 신재생에너지 시장 확대의 핵심이라고 할 수 있는 전력 전환 및 저장 방식, 그리고 인공지능형 실시간 수급 상황 모니터링 등의 기술 발전을 의미하기 때문이다. 코스트 절감 효과 뿐만이 아니라 공급의 안정성 및 효율성을 높여 정책적 보조금 지원의 부담을 결과적으로 줄일 수 있는 효과 등이 기대되고 있는 것이다. 
 
실제로 스마트그리드 구축의 중요한 척도로 인용되는 스마트미터기는 향후 5년간 전세계 규모의 50%인 약 7,500만대가 북미시장에 설치될 전망이다. 스마트미터기란 소비자들이 가정에서 사용하는 전기의 에너지원과 요금, 탄소발생량을 실시간으로 모니터링할 수 있는 일종의 데이터 전송시스템이다. 스마트미터기의 보급이 활성화됨에 따라 신재생에너지의 활용도가 더욱 높아지고 다양해질 전망이다. 
 
미국 신재생 에너지 시장의 특징은 그 잠재력에 비해 상당히 미미한 수준의 성장만이 이루어져 왔다는 점이다. 그동안 범국가적 차원에서 전폭적인 육성책을 강구해 온 유럽이나 일본과는 달리 미국은 에너지 문제에 대한 심각성을 국가 차원에서 깨닫기 시작한지 얼마되지 않았다. 따라서 미국 정부가 전폭적인 재정 지원 및 기술 지원책을 동원하여 신재생에너지 뿐만 아니라 스마트그리드 관련 시장 및 산업의 동반 성장도 노릴 경우 그 파급효과는 전세계적으로 상당할 수 있다. 
 
결국, 미국의 신재생에너지 시장은 장·단기별로 주축이 되는 에너지원을 위주로 그 규모를 크게 확대시켜나갈 것으로 보인다. 이 과정에서 전력시장 활성화를 위한 각종 정책 요인 뿐만 아니라 발전단가를 획기적으로 낮추기 위한 저가격의 태양전지 개발 등 기술 요인도 중요한 역할을 할 것으로 판단된다.  
 
대외 에너지 의존도가 높은 우리나라로서는 미국과의 R&D 협력 및 정책 공조 등을 통해 신재생에너지 시장을 효율적으로 확대시켜 나가는 방안을 모색해 볼 필요가 있다. 동시에 신재생에너지 관련 각종 기자재 및 소프트웨어 등에서의 미국 시장 개척에 주력하면서 미국발 기술 혁신의 향방을 예의주시할 필요도 있다.   <끝> 

 

표나 그림은 PDF 파일 참조

LGBI1046-45_20090622085240.pdf

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