수소연료전지발전소를 설치해 산촌에 도시가스를 공급한다면

이종호 기자 / 기사승인 : 2022-03-12 09:12:09
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울산연구원 <도시가스 소외지역 연계 수소연료전지 발전 보급 방안> 발간

[울산저널]이종호 기자= 울산광역시 도시가스 보급률은 95.9%에 달한다. 울산시는 4.1% 미보급 도시가스 소외지역에 수소연료전지발전소 설치를 통한 도시가스 보급 방안을 모색하고 있다. 울산연구원이 최근 <도시가스 소외지역 연계 수소연료전지 발전 보급 방안>을 펴냈다. 연구책임을 맡은 울산연구원 시민행복연구실 전문위원 김형우 박사는 “도시 외 지역의 경제성이 떨어져 도시가스 보급률 향상에 한계가 있는 상황에서 미보급 지역 5%에 대한 대책이 필요하다”면서 “2030년까지 수소연료전지 250MW를 보급할 계획인 울산시의 수소연료전지 보급 목표를 달성하고 주민 수용성을 확보할 가능성이 높은 지역과 연계한 수소연료전지발전 보급 방안을 마련할 필요가 있다”고 제안했다.

 

천연가스가 우리 집에 올 때까지

 

▲가스 공급 흐름도. 경동도시가스 제공.

값싼 도시가스는 우리 집까지 어떻게 들어오는 걸까? 액화한 천연가스는 LNG 운반선으로 운송돼 하역설비를 거쳐 LNG 저장탱크에 담긴다. 한국가스안전공사는 수입 LNG를 인수기지에서 고압으로 기화시켜 주변 화력발전소에 공급하거나 정압기지를 거쳐 압력을 낮춘 다음 도시가스사에 공급한다. 도시가스 회사에 공급된 천연가스는 각 지역 정압기에서 감압한 뒤 지하 배관망을 통해 단독주택이나 공동주택에 공급된다. 천연가스 배관망은 제주지역을 포함해 전국 4931km가 깔려 있다. 한국가스안전공사의 중앙통제실은 배관망을 총괄 감시·통제한다.

 

울산광역시에서는 경동도시가스(주)가 LNG를 공급한다. 경동도시가스는 경남 양산시 전역에도 도시가스를 공급하고 있다. 2020년 경동도시가스의 도시가스 공급량은 18억8595만6000㎥로 전국 주요 도시가스사 가운데 세 번째로 많다. 2020년 45만7465가구에 도시가스를 공급했다. 공급량은 산업 부문이 12억5123만9000㎥로 가장 많아 전체의 74.0%를 차지했다.

2020년 울산의 도시가스 보급률은 95.9%로 전국 보급률보다 11.2%p 높았다. 배관은 195만1055m가 깔려 있는데 울산시는 2025년까지 222만3835m로 도시가스 공급관을 늘릴 계획이다.

 

수소연료전지발전의 원리

 

수소연료전지는 수소와 산소의 화학반응으로 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학적 발전장치다. 양극과 음극에 수소와 산소를 공급해 전기를 연속해서 생산한다. 산업통상자원부에 따르면 연료전지는 전력이나 열 손실 등을 감안하더라도 발전효율이 35~60% 이상이고 열병합발전까지 고려하면 전체 시스템 효율은 80% 이상이다. 특히 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기를 생산하기 때문에 부산물로 물과 열만 발생한다는 장점이 있다. 지금은 주로 LNG 같은 화석연료를 개질해 수소를 생산하지만 앞으로 재생에너지로 물을 전기분해해 수소를 생산하면 이산화탄소나 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx) 같은 대기오염물질이 배출되지 않는다. 연료전지는 수W급 휴대용 전원부터 수십MW급 분산발전까지 다양한 분야에 적용할 수 있다는 장점도 있다.

 

2030년까지 세계 최고 수소도시를

 

정부는 2019년 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 수립했다. 울산광역시도 정부의 로드맵에 맞춰 그해 ‘울산 세계 최고 수소도시 육성전략’을 수립하고 ‘2030 세계 최고 수소도시’ 비전과 목표 달성을 위한 10대 프로젝트를 제시했다. 

 

울산시는 2030년까지 1조2500억 원을 들여 250MW 규모의 수소연료전지발전소를 설치할 계획이다. 수소배관을 통해 석유화학공정에서 나오는 부생수소를 건물과 충전소에 공급하는 수소 시범도시 조성도 계획하고 있다. 율동공공주택지구 국민공동임대주택, 비비요양병원, 현대차 문화회관, 양정동 행정복지센터, 상수도사업본부 북부사업소, 마이스터고 등에 수소연료전지발전기를 설치하는 사업이다.

 

울산광역시 제6차 지역에너지계획에는 도시가스 소외지역 연료전지 보급과 시민참여형 수소연료전지발전 등이 포함돼 있다. 2020년 수립한 울산형 뉴딜사업 추진계획에도 2030년까지 수소차 50만 대 생산기반 구축, 수소기업 200개 이상 육성 등의 내용이 담겼다.

 

울산 9브릿지에도 ‘전국에서 가장 많은 수소차가 달리고 절반 이상의 수소를 생산하는 울산, 2030년까지 세계 최고 수소도시 조성’이라는 목표 아래 수소전기차 6만7000대, 수소충전소 60개소, 수소배관망 200km, 수소차 50만 대 생산, 수소연료전지발전 250MW 등의 사업이 들어 있다. 울산의 수소연료전지 누적보급량은 2019년 현재 3577kW다. 

 

도시가스 소외지역 

 

도시가스 소외지역 주민의 소득수준이 도시지역 주민들보다 낮은데도 취사와 난방에 들어가는 연료비 지출액은 약 2배에 달한다. 이는 지역 간 에너지복지 불균형의 주요 요인으로 지적되고 있다. 이에 도시가스 소외지역 인근에 수소연료전지발전소를 설치하고 주 연료인 도시가스의 공급 배관을 연결한 뒤 인근 마을 소외지역 가구에 보조 배관을 통해 도시가스를 공급하는 방안이 제시되고 있다. 경제성이 부족해 소외지역에 배관을 까는 데 어려움을 겪어온 도시가스 공급사도 연료전지발전소가 연중 일정하게 도시가스를 사용해 안정적인 수요처를 확보할 수 있고, 인근 마을에도 도시가스를 공급할 수 있어 경제성도 높일 수 있는 이점이 있다.

 

울산의 구·군별 도시가스 보급 현황을 살펴보면 동구는 보급률이 수요를 초과해 100.5%이고, 중구, 남구, 북구는 각각 94.5%, 97.5%, 98.1%다. 울주군은 85.3%로 가장 낮다. 

 

울산연구원이 도시가스 미공급 지역인 울주군 삼동면 주민 100명을 대상으로 설문 조사한 결과 취사를 위해 LPG 등 가스류를 사용하는 주민이 52.0%로 가장 많았고, 전력이 41.0%, 등유 등 석유류가 4.0%를 차지했다. 

 

난방 연료로는 등유 등 석유류가 67.0%, 전력 21.0%, LPG 등 가스류와 나무류가 각각 4.0%를 차지했다. 난방 연료에 대한 만족도 조사에서는 만족이 20,0%, 불만족이 36.0%로 나타났다. 취사와 난방 연료를 사용함에 있어 가장 중요하게 생각하는 것은 안전성 37.0%, 경제성 35.0%, 편리성 13.0%, 친환경성 9.0%, 공급안정성 6.0% 순을 보였다.

 

도시가스를 공급받기 원하느냐는 질문에 응답자의 96.0%가 그렇다고 답했다. 도시가스를 사용하지 못하는 것에 대해 상대적 박탈감을 느끼는 응답자도 75.0%에 이르렀다. 

 

마을에 수소연료전지 보급을 연계해 도시가스를 공급하는 사업을 추진하는 것에 대해 찬성하는 응답자는 89.0%였다. 이유는 친환경성이 30.3%로 가장 많았고 비용 절감 23.6%, 편리성 18.0%, 지역발전 15.7%, 안전성 10.1% 순으로 나타났다.

 

수소연료전지 보급과 연계해 도시가스를 공급하는 사업을 추진함에 있어 우선적으로 해결해야 하는 사항에서는 수소연료전지에 대한 안전성 확보가 33.0%로 가장 많았고, 다양한 정보 제공이 20.0%, 지역주민 의견수렴이 17.0%, 배관 설치 수용가 부담 최소화가 12.0%였다.

 

연료전지 연계 도시가스 공급 방안

 

도시가스 소외지역에 수십MW급 수소연료전지발전소를 설치하려면 세밀한 과정 설계가 필요하다. 김형우 박사는 이를 단계별 과제로 제시했다. 

 

사업타당성 검토 단계에서 가장 우선되는 것은 사업 추진 대상자를 선정하는 것이다. 김 박사는 울산광역시에 본사가 있는 한국동서발전과 본사가 울산 인근 경주시에 있는 한국수력원자력을 수소연료전지발전과 도시가스를 연계한 에너지복지사업을 추진할 수 있는 신재생에너지 공급의무자로 꼽았다. 취사와 난방 열원으로 전기를 사용하는 비율이 늘면서 도시가스 판매량이 줄어들고 있는 경동도시가스는 대규모 수요처를 발굴할 필요가 높아 공급회사로 고려된다. 여기에 연료전지 제작사와 발전소 설계, 조달, 시공 등을 수행할 건설회사들로 특수목적법인을 설립할 수 있다.

 

사업을 추진할 대상 마을의 목록을 작성하고 주민설명회와 현장 견학을 실시하는 것, 부지와 입지 조건을 검토하는 것도 이 단계 과제다. 입지 조건에서는 개발행위, 환경영향평가, 재해영향평가, 계통연계 등을 검토해야 한다. 이 과정을 거쳐 사업을 추진할 대상 마을과 사업 규모를 선정한다.

 

사업허가 단계에서는 발전사업허가와 개발행위허가를 받고 나서 주민들의 이해도를 높이고 부담을 해소하는 주민 수용성을 확보하기 위해 노력해야 한다. 김 박사는 발전사업 수익을 주민이 공유할 수 있는 방안을 적극 모색해야 한다며 발전소주변지역지원에관한법률에 따라 연료전지발전소 설치 주변 지역에 대한 지원 사업을 추진할 수 있다고 강조했다. 열 사용이 많은 스마트팜, 스마트축사 같은 스마트농업이나 마을 공공시설의 온수 공급 등과 연계해 주민 수용성을 높이는 방안도 제시했다.

 

삼동면에는 17개 마을 약 1500세대가 있다. 김형우 박사는 도시가스 공급을 위한 배관투자비로 약 220억 원, 20MW 규모의 수소연료전지발전소를 설치하는 데 들어가는 총 투자비를 약 1400억 원으로 추산했다. 김 박사는 경제성 분석 결과 11년이면 투자비를 회수할 수 있을 것으로 전망했다.

 

‘개질수소는 회색(그레이)수소’ 비판도

 

수소연료전지발전소가 LNG(액화천연가스)발전소에 견줘 이산화탄소를 1.4배 많이 배출한다는 비판도 나온다. 양이원영 국회의원(더불어민주당)은 지난해 10월 국내 수소연료전지발전소 현황을 조사한 결과 연료전지발전이 환경성과 경제성에서 문제가 심각하다고 지적했다. 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시키는 개질수소가 온실가스 배출이 많은 그레이수소이고 발전단가도 LNG발전보다 비싸다는 지적이다. 양이원영 의원은 “그레이수소를 이용한 국내 수소연료전지발전을 청정에너지라고 정의할 수 있는지 의문”이라며 “그린수소 생산기반 계획이 마련될 때까지 전면 재검토해야 한다”고 주문했다.

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