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KEPCO 오픈 MG 프로젝트 

핵심 기술 <1> P2G



경일대학교 신재생에너지학부 박진남 교수



요즘 들어 ‘Power to Gas’라는 용어가 자주 들립니다. 이를 간단히 줄여서 P2G라고도 부르는데요. P2G란 전기에너지를 이용하여 에너지원으로 사용 가능한 화학물질을 생산하는 기술을 통칭하는 말이랍니다.


한국전력 역시 P2G 기술에 주목하고 있습니다. 한국전력이 추진 중인 미래형 마이크로그리드인 ‘KEPCO 오픈 MG 프로젝트’의 일환으로 P2G 기술을 사용할 계획인데요.




▲ KEPCO Open MG 프로젝트 개요도




‘KEPCO 오픈 MG 프로젝트’란 태양광과 풍력 발전원, 그리고 ESS(에너지저장장치)로 구성됐던 마이크로그리드에 연료전지와 P2G 기술력을 더해 에너지 자립 실현을 꾀하는 프로젝트랍니다. 기존의 마이크로그리드로는 안정적인 전력 공급이 어려웠는데요. 이런 단점을 해결하기 위해 연료전지와 P2G 기술을 추가 발전원으로 사용하는 게 이번 프로젝트의 핵심이죠.


한국전력은 P2G 기술을 활용해 남는 전력을 수소로 전환해 저장하고, 필요할 때 전기에너지로 다시 바꿔서 사용하는 사업모델도 구상했답니다. 이를 통해 기존 마이크로그리드보다 에너지 자립률과 효율을 크게 높일 수 있는데요. 그뿐만 아니라 온실가스를 배출하지 않아 친환경적이랍니다.





P2G, 더 자세히 알아봐요


P2G 기술이 논의되기 시작한 것은 태양광 발전이나 풍력 발전과 같은 재생에너지 보급이 확대되면서부터입니다. 최근에는 의도적으로 P2G를 위해 재생에너지 발전소를 설치하기도 하는데요.





P2G 기술의 원리는 다음과 같습니다. 우선 전력을 이용해 물을 전기 분해하는데요. 이를 통해 수소와 산소를 생산합니다. 전기로 물을 분해하는 기술은 여러 종류가 있는데요. 그중 가장 보편적으로 사용되는 게 ‘알칼리 수전해’ 기술이랍니다.


알칼리 수전해를 통해 수소 1kg을 생산하려면 현재 기술 수준에서는 대략 50~60kWh의 전기가 필요합니다. 우리나라의 경우 전력비용이 대략 100원/kWh 전후이며 P2G를 통해 수소를 생산하면 전력비용이 너무 높아서 해당 기술의 경제성이 낮답니다. 유럽 국가들은 전력 요금이 유동적이며 재생에너지 전력이 남을 경우에는 kWh 당 30원 이하의 가격에 판매하기도 하는데요. 그래서 이런 경우에는 P2G 기술의 경제성 확보가 가능하죠.



유럽에 보편화되어있는 P2G 기술


유럽은 축산 분뇨를 혐기성 발효조에서 처리하는 바아오가스화 플랜트가 많이 보급되어 있습니다. 발효를 통해 생산한 바이오가스에는 메탄뿐만 아니라 이산화탄소도 다량 포함되어 있는데요. 여기에 P2G로 생산한 수소를 공급하면 수소가 이산화탄소와 반응하여 메탄이 된답니다. 탄소 배출량도 감축하고 메탄도 생산하는 일석이조의 기술이죠.


프랑스의 에너지 기업인 Engie사는 2020년까지 재생에너지 사용 비율 23% 달성을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해 수전해를 통한 친환경 수소 생산 및 활용을 지속적으로 추진하고 있죠.





Engie의 자회사인 GRT gaz의 주도로 2015년부터 2018년까지 진행된 ‘Jupiter 1000’ 프로젝트는 프랑스의 첫 번째 상업용 P2G 시범사업인데요. 이 사업은 재생에너지원에서 발생하는 잉여전력을 1MW급 수전해 설비에 공급하여 수소 200 Nm3/h를 생산하며, 이 수소의 일부를 이산화탄소와 반응시켜 25 Nm3/h의 메탄을 생산한답니다.


이 과정에서 25 Nm3/h의 이산화탄소가 제거되며 생산된 메탄과 잉여 수소는 GRT gaz의 천연가스 배관망에 주입하여 활용하죠. 프랑스는 2050년에 연간 약 100만 톤의 메탄을 P2G로 생산할 계획이라는군요.


독일은 유럽의 P2G 개발을 선도하고 있으며, 정부 지원하에 전력회사(TenneT)와 가스회사(Gasunie Deutschland, Thyssengas)가 연계하여 2022년까지 독일 북서부 지역에 100MW급 P2G 파일럿 시스템을 구축할 예정이랍니다. 이는 세계에서 가장 큰 규모의 P2G 설비라고 합니다.





이 설비에 사용할 전력은 북해의 해상 풍력발전 설비에서 공급받을 예정입니다. 수전해로 생산한 수소는 수소충전소에 공급하거나 수소 저장설비에 저장하여 산업에 활용할 예정이며, 수소와 이산화탄소를 반응시켜 메탄을 생산하는 것까지는 고려하지 않고 있다고 합니다.


현재 전 세계적으로 50여 개의 P2G 프로젝트가 진행되고 있는데요. 그중 20여 개는 유럽에서 진행 중입니다. 독일이나 덴마크같이 풍력 발전과 태양광 발전이 많이 보급된 국가에서는 빈번하게 전력 공급이 수요를 초과하여 P2G의 필요성이 커지고 있다. 또한 유럽은 천연가스 공급망이 잘 구축되어 있어 P2G로 생산한 수소 및 메탄을 천연가스 배관에 주입하여 사용하는 것도 수월합니다.






우리나라 역시 ‘재생에너지 3020’ 정책을 시작으로 재생에너지 보급이 지속적으로 확대될 예정인데요. 2MW 규모의 P2G 실증 과제의 진행도 계획되어 있답니다. 앞으로 재생에너지 발전 확대 및 수소 경제 활성화와 연관되어 P2G 기술이 크게 발전될 것으로 예상되는데요. 이런 상황에 발맞춰 한국전력 역시 관련 기술을 선도하기 위해 꾸준히 노력하겠습니다.

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