세계와 한국의 재생 에너지 생산: 에너지 믹스에서 수력, 풍력, 태양력의 비율

산업 혁명 이후, 전 세계의 대부분의 국가의 에너지 믹스*는 화석 연료에 의해 지배되어 왔다. 이것은 지구 기후와 인간의 건강에 큰 영향을 미친다. 전 세계 온실가스 배출량의 4분의 3은 에너지 생산을 위한 화석 연료 연소로부터 발생한다. 그리고 화석 연료는 매년 최소 5백만 명의 조기 사망을 초래하는 많은 양의 지역 대기 오염의 주범이다. CO2 배출량과 지역 대기 오염을 줄이기 위해 세계는 저탄소 에너지원, 즉 핵 및 재생 기술로 빠르게 전환해야 한다.

*환경부 용어사전에 따르면 에너지 믹스(energy mix)는 에너지원을 다양화한다는 의미를 가지고 있다. 석유나 석탄 같은 ‘기존 에너지’의 효율적 활용과 태양광 같은 ‘신에너지원’의 융합을 통해 폭발적으로 증가하는 에너지 수요에 적절하게 대응한다는 내용을 포함하고 있다.

재생 에너지는 향후 수십 년 동안 에너지 시스템의 탈탄소화(decarbonization)에서 중요한 역할을 할 것이다. 하지만 재생 가능 에너지의 생산은 얼마나 빠르게 변화하고 있을까? 에너지 믹스를 혁신하는 데 있어 가장 유망한 기술은 무엇일까?

일차 에너지 중 얼마나 많은 에너지가 재생 에너지에서 나올까?

아래 지도와 차트는 수력, 태양, 풍력, 지열, 파력(wave), 조석(tidal) 및 현대 바이오 연료의 믹스인 재생 가능 기술에서 나온 일차 에너지 소비량을 표시한다(저소득국에서 중요한 에너지원이 될 수 있는 전통적인 바이오매스는 포함되지 않음).

아래 도표에서 보듯 세계 재생에너지의 일차 에너지 점유율은 1965년 6.04%, 1990년 6.77%로 큰 변화가 없었지만, 2019년에는 11.4%로 급증했다. 이는 고소득국가의 재생에너지 점유율 증가와 관련이 있다. 덴마크의 경우는 재생 에너지의 일차 에너지 점유율이 1965년 0.04%에서 1990년 1.17%, 그리고 2019에는 30.16%로 급증했다. 이에 반해 한국 재생 에너지가 일차 에너지에서 차지하는 비율은 1965년 2.64%, 1990년 1.23%, 그리고 2019년 2.54%로 미세한 변화만 있었다.

이 데이터는 화석 연료 생산의 비효율성을 교정하기 위한 '대체 방법'에 의해 계산된 일차 에너지를 기반으로 한다. 이것은 화석 연료의 비화석 연료원을 '입력 등가물'로 변환함으로써 이루어지는데, 화석 연료에서 나오는 것과 동일한 양의 에너지를 생산하는 데 필요한 일차 에너지의 양이다.

2019년에는 전 세계 1차 에너지의 약 11%가 재생 가능한 기술에서 나왔다. 이것은 재생 가능 에너지의 에너지 믹스 점유율에 기초한다는 점에 유의할 필요가 있다. 에너지 소비는 전기, 운송 및 난방의 합을 나타낸다.

에너지 믹스에서 각 재생 에너지가 차지하는 비율

아래 차트는 수력, 태양, 바람, 그리고 다른 요소들에 의한 재생 가능 기술을 세분화해 보여준다. 세계적으로 수력(전통적인 바이오매스는 여기에 포함되지 않기에)은 현대식 재생 에너지 중 가장 큰 부분을 차지한다. 하지만 풍력과 태양력 또한 빠르게 성장하고 있음을 알 수 있다.

한국의 2000년 태양력 발전은 0.01 테라와트시(TWh) 미만, 풍력은 0.02TWh, 수력은 3.97 TWh, 기타 재생에너지는 0.09TWh였다. 2020년에 태양력 생산은 17.67TWh, 풍력은 2.94TWh, 수력은 3.98TWh, 그리고 기타 재생에너지는 5.75TWh로 증가했다. 

전력 생산에서 재생 에너지가 차지하는 비율은?

위의 섹션에서는 총 에너지 믹스에서 재생 에너지의 역할에 대해 살펴보았다. 이것은 전기뿐만 아니라 운송과 난방도 포함한다. 전기는 에너지 소비의 한 요소일 뿐이다. 운송 및 난방은 오일과 가스에 더 의존하기에 탈탄소화가 어려운 경향이 있다. 따라서 재생 에너지는 총 에너지 믹스에 비해 전력 믹스에서 더 높은 비중을 차지하는 경향이 있다. 전 세계적으로, 전력의 약 4분의 1(28.98%)이 재생 에너지에서 나온다. 아래 도표에서 보듯이 독일, 스웨덴, 덴마크, 미국 등 주요국가들의 재생 에너지의 전력생산 점유율은 1985년 이후 점진적 혹은 급속도로 증가했다. 하지만 한국의 경우 재생 에너지의 전력 생산 비율은 1985년 5.08%에서 2020년 5.66%로 미세하게 증가했을 뿐이다.

수력 발전

수력 발전은 가장 오래되고 가장 큰 저탄소 에너지 자원 중 하나였다. 규모의 수력 발전은 1세기 이상 거슬러 올라가며, 여전히 가장 큰 재생 가능 자원으로 전통적인 바이오매스를 제외하면 여전히 재생 가능 발전의 60% 이상을 차지한다. 그러나 아래 차트에서 보듯 수력 발전의 규모는 전 세계적으로 현저하게 다르다. 수력 발전에서 나오는 일차 에너지 점유율은 2019년에는 지구 에너지의 약 7%를 차지했다.

수력발전의 1차 에너지 생산 점유율은 일본의 경우 1965년 11.86%에서 2019년 3.53%로 큰 변화가 있었다. 한국의 경우 같은 기간 수력발전의 점유율은 2.64%에서 0.20%로 떨어졌다.

풍력 발전

아래 차트는 매년 풍력으로 생산하는 에너지의 양을 표시한다. 여기에는 육상과 해상 풍력 발전소가 모두 포함된다. 수력과 비교했을 때 규모 면에서 풍력 발전은 비교적 현대적인 재생 에너지원으로 전 세계 많은 국가에서 빠르게 성장하고 있다. 아래 지도를 보면 풍력발전은 중국, 북아메리카, 유럽, 브라질, 인도, 호주 등지에서 비교적 활발하게 이용되고 있다.

아래 차트를 보면 풍력발전량은 1997년 부터 2019년까지 7.62 기가와트에서 622.70 기가와트로 80배 이상 증가했다. 같은 기간 풍력 발전은 유럽에서 40배 이상, 미국은 60배 이상 급증했다. 한국의 풍력 발전 역시 급증했지만 발전량 자체는 1.51 기가와트로 미미한 형편이다.

풍력발전이 일차 에너지 생산에서 차지하는 점유율은 지난 20년 간 빠른 속도로 성장 중이다. 덴마크의 풍력 발전의 일차 에너지 점유율은 2000년~2019년 사이 3.44%에서 20.66%로 급성장했다. 한국의 경우는 같은 기간 풍력 발전 점유율이 0.01% 미만에서 .020%로 성장했다.

에너지 아웃풋은 전력(설치 용량)과 발전 시간을 곱한 함수다. 위의 차트는 육상과 해상 모두를 포함한 전 세계에 설치된 풍력 용량을 보여준다. 2019년에는 전 지구 에너지의 약 2%를 생산했다. 이는 1999년 0.6%에 비하면 비약적인 성장이다. 가장 높은 성장율을 보인 곳은 덴마크다. 아래의 차트는 풍력 발전의 전력 생산 점유율 추이인데, 역시 덴마크의 성장은 놀랍다. 덴마크는 전체 전력의 약 56.34%를 풍력으로 생산한다. 전 세계으로 풍력은 1990년 0.03%의 전력 생산 점유율에서 6.15%로 급성장했다. 한국의 풍력 발전량은 2020년 전체 전력 생산의 0.55%로 아직 극소량이지만 급속히 증가할 것으로 전망된다.

태양력 발전

아래 차트는 전 세계에 설치된 태양력 발전 용량을 보여준다. 태양력 발전은 2000년~2010년 동안 느리게 성장했다. 그러나 2010년 이후에는 빠른 속도로 성장했다. 한국도 같은 기간 0.01 TWh의 태양력 발전량이 17.67 TWh로 비약적으로 늘어났다. 전 세계 태양력 발전량은 2000년 1.07 TWh에서 2020년 현재 844.39 TWh로 급성장했다.

2019년에는 전 세계 에너지의 약 1%,가 태양력에 의해 생산됐다.

아래 도표는 태양력 발전이 본격화 된 2006년 부터 2019년 사이 전 세계와 주요 지역 및 국가들의 태양력 발전이 전력 생산에서 차지하는 점유율의 변화를 보여준다. 전 세계적으로 태양력은 2006년 전체 전력 생산의 0.03%에 불과했지만 2019년에는 2.72%로 증가했다. 가장 빠른 속도로 태양열 발전이 성장한 곳은 이탈리아와 칠레, 호주다. 이들은 같은 기간 동안 태양력 발전 점유율이 0.01% 미만에서 각각 8.50%, 7.82%, 5.60%로 성장했다.

바이오 연료

숯, 유기 폐기물 및 농작물 잔류물을 태우는 전통적인 바이오매스는 오랜 인류 역사에서 중요한 에너지 원이었다. 그것은 오늘날 저소득국에서 여전히 중요한 원천으로 남아 있다. 그러나 이러한 소스에서 에너지 소비에 대한 고품질 추정치를 찾기는 어렵다. 에너지 관련 주요 데이터 소스인 BP의 세계 에너지 통계 리뷰는 상업적으로 거래되는 에너지에 대한 데이터만 발표하므로 전통적 바이오매스는 포함되지 않는다. 그러나 현대의 바이오 연료는 이 에너지 데이터에 포함된다. 바이오에탄올과 바이오디젤(옥수수, 사탕수수, 삼베, 카사바와 같은 작물로 만든 연료)은 현재 많은 국가에서 중요한 운송 연료다.

아래 그래프에서 보듯 1990년 전 세계 바이오 연료 발전량은 91 TWh에서 2019년 현재 1,143 TWh로 10배 이상 성장했다. 아프리카를 제외한 북미, 유럽, 아시아에서 바이오 연료 발전량은 급속도로 증가했다. 한국의 경우도 바이오 연료는 2019년 현재 약 5 TWh로 빠르게

지열

지열을 이용한 발전은 꾸준히 증가 중이지만 앞 서 언급했던 재생에너지와 비교할 때 그 발전량은 아직 미미하다. 2019년 현재 지열을 이용한 발전은 전 세계적으로 약 1만4천 메가와트에 불과하다.

* 이 글은 Hannah Ritchie와 Max Roser가 Our World in Data에 기고한 'Renewable Energy'의 일부를 번역한 것이다.