[월간수소경제 이종수 기자] 국내 산업단지는 주력 수출품인 자동차·철강·석유화학 등 중후장대형 제조업이 밀집되어 에너지 소비량과 탄소 배출량이 매우 높은 상황이다. 2020년 기준으로 산업단지는 산업부문 에너지 사용의 84%, 온실가스 배출의 78%를 차지한다.
최근 폭스바겐, 애플 등 글로벌 기업이 협력사에 RE100을 요구하는 등 탄소중립 요구가 대기업뿐 아니라 중소·중견기업을 포함한 산업계 전반으로 확산하고 있어 이에 대한 대응이 필요한 상황이다.
국내 처음으로 창원 산업단지 내에 에너지자립형 신재생에너지 발전 인프라가 구축되어 수출기업의 RE100 이행 고민을 해결하는 데 도움이 될 것으로 기대된다. 그러나 신재생에너지의 경제성 확보 어려움 등 현실적인 문제들이 있어 이를 해결하기 위한 고민과 논의가 필요하다는 지적이 제기된다. 이와 연계해 ‘경제성’과 ‘탄소중립’을 모두 얻을 수 있는 분산에너지 사업모델을 개발 중인 기업이 있어 주목된다.
정부, ‘탄소중립 산단’ 조성한다
산업통상자원부는 ‘탄소중립형 산업단지 조성’이라는 윤석열 정부의 국정과제를 이행하기 위해 산업단지 내 신재생 발전 기반시설(인프라)을 구축하고 있다.
정부의 공식 자료에 따르면 산업단지는 산업 관련 시설이 집적된 지역으로, 1970년대 조성을 본격 시작해 국내 경제발전의 중추이자 주력산업의 거점으로 성장해왔다. 2020년 기준으로 산단은 국내 제조업 전체 생산과 수출의 약 2/3, 고용의 1/2을 차지한다. 전국의 산단은 2021년 말 기준 총 1,257개이며, 지정면적은 1,447㎢로 국토면적(10만401.3㎢)의 1.4%, 여의도 면적(8.4㎢)의 170배 수준이다.
산단은 개발·관리 주체에 따라 국가산단, 일반산단, 도시첨단산단, 농공단지 등 4가지 유형으로 구분된다. 총 1,257개의 산단 중 국가 47개, 일반 697개, 도시첨단 37개, 농공 476개이다. 특히 국가산단은 전체 산단 생산·수출의 절반 이상을 담당하고 있어 산단의 고용·생산·수출 등은 주요 경제지표에서 큰 비중을 차지한다.
산단의 ‘지정·개발’은 국토부와 지자체가, 개발이 완료된 산단 ‘관리’는 산업부와 지자체가 담당한다.
산업단지는 대표적인 에너지 다소비, 탄소 다배출 공간이다. 주요국의 저탄소 정책과 함께 RE100, ESG 등이 사실상의(De facto) 규제로 대두되면서 글로벌 탄소 규범에 대한 대응이 불가피하다.
특히 애플 등 글로벌 기업이 협력사에 RE100을 요구함에 따라 이에 선제적으로 대응하지 않으면 수출기업의 수출경쟁력에 치명타를 입힐 수 있다.
글로벌 탄소규범 대응과 NDC 목표 달성을 위해 개별업종 단위의 탄소감축과 산업단지 차원의 저탄소 전환이 시급하다. NDC상 산업부문은 2018년 2억6,050만 톤에서 2030년 2억2,260만 톤으로 14.5%나 온실가스를 감축해야 한다. 산단 입주업종에 따라 주력 에너지원이 상이해 산단별 특성에 맞는 감축 방안이 필요하다.
정부는 지난 2022년 11월 3일 ‘국정현안관계장관회의’에서 관계 부처 합동으로 ‘산업단지 혁신 종합대책’을 발표했다. 이번 대책에서 제시된 5개의 혁신 전략 중 두 번째는 저탄소 산업단지를 구현하는 것이다.
산단을 주된 에너지원, 업종 등에 따라 유형화(화석연료형, 전력중심형, 전력·화석연료 혼합형)하고, 맞춤형 탄소저감 지원을 통해 2027년까지 3개의 대표모델(화석연료형: 여수산단, 전력중심형: 인천남동, 혼합형: 구미산단)을 포함해 총 15개의 탄소저감 산단을 조성하는 한편 열 사용이 많은 산단 중심으로 집단에너지 사업자의 친환경 연료전환, 산단형 마이크로그리드 구축 등 신재생에너지 사용 확대를 추진하고, 지역별 특화 수소 클러스터 구축, 열분해를 통한 청정수소 생산, 산단 내 수소충전소 구축 등을 통해 산업단지형 수소경제를 활성화하는 것이 핵심 내용이다.
특히 입주기업의 RE100 이행을 지원하기 위해 산단의 입지 특성과 지역 수요에 부합하는 신재생에너지 인프라를 확충한다는 계획이다.
먼저 신재생에너지 발전 도입 및 RE100 컨설팅 지원을 위해 신재생에너지 지원센터와 산단형 신재생 플랫폼 구축을 추진한다. 신재생 플랫폼은 RE100 이행을 위한 컨설팅 제공 및 에너지 소비 데이터를 통해 에너지 효율을 관리하는 기능을 말한다.
또 전력사용 비중이 높고 태양광 부지 확보가 가능한 구미국가산업단지 등을 대상으로 산업단지형 마이크로그리드 구축 실증을 추진 중이다. 지난 2022년부터 2024년까지 한전, 신재생 설비 기업 등이 참여해 총 380억 원을 투입, 태양광·연료전지 등을 구축해 실증할 예정이다.
아울러 산업단지의 인근 대규모 신재생 발전원에서 생산되는 에너지를 활용해 입주기업의 신재생에너지 사용 확대를 추진한다. 대표적인 사례로 구미산단에서 한전의 전력거래 플랫폼(E-Market)을 활용해 인근(예: 봉화 풍력)의 재생에너지 사업자와 입주기업과의 PPA 계약을 중개해 입주기업의 RE100 이행 지원을 추진할 계획이다.
이밖에 입주기업이 조합을 구성해 이익을 공유하는 ‘산단조합형’ 태양광발전 모델을 RE100 등이 요구되는 수출기업 입주 산단(반월·시화산단 1,055개사, 서울디지털단지 899개사 등)을 대상으로 우선 도입해 산단 내 태양광발전 확산을 추진할 계획이다.
국내 첫 RE100, 창원 산단 신재생 발전 준공
이러한 정부 정책에 따라 최근 창원 산단 내에 준공한 ‘신재생 발전 인프라(경남창원그린에너지센터)’에 대한 관심이 쏠린다. 지난 6월 29일 창원시 의창구 북면 동전일반산업단지 일원에서 경남창원그린에너지센터 개소식이 열렸다.
‘창원 산단 신재생 발전 인프라 사업’은 산업부, 경상남도, 창원시, SK에코플랜트 등이 함께 총사업비 393억 원을 투입해 창원 산단 내 수출기업을 대상으로 RE100 전주기 실증을 하는 사업이다.
신재생 인프라 및 통합 에너지관리시스템을 구축하고, 신재생 발전 인프라를 통해 생산된 전기를 산업단지 내 수출기업에 저렴하게 공급해 RE100 이행을 지원하는 것이다. 이를 위해 수소 연료전지(SOFC 1.8MW), 태양광(2MW), 에너지저장시스템(ESS 3MWh), V2G(전기차 배터리의 잔여 전력을 전력망에 공급) 74kW 등이 구축됐다. 이번 사업에는 창원국가산업단지 내 지붕형 태양광과 ESS도 포함된다.
사업부지별로 동전산단(경남창원그린에너지센터)에는 연료전지 1.8MW, 태양광 0.2MW, ESS 2MWh, V2G 74kW가 설치됐다. 제4아파트형 공장에는 태양광 1.0MW, 현대정밀 본사 공장에는 태양광 0.8MW, ESS 1MWh가 각각 설치됐다.
이번 사업에는 SK에코플랜트(주관), 누리플렉스, 그리드위즈, SK C&C, SK D&D, 한국전기연구원, 한국산업기술시험원 등 총 7개 기업·기관이 참여했다. 이번 사업을 위해 SPC인 ‘창원SG에너지’를 설립했다.
주관기업인 SK에코플랜트의 오승환 상무는 “연료전지는 RPS로 전력거래와 REC 판매를 통해 사업운영비를 조달하고, 태양광은 직접 PPA 계약을 체결해 산단 수요기업에 태양광 전기를 공급함으로써 재생에너지 사용확인서 발급을 통한 RE100 이행을 지원하고 운영보조금 없이 지속 가능한 사업모델을 개발할 계획”이라고 설명했다.
직접 PPA(전력구매계약)는 재생에너지 전기공급사업자와 소비자가 전력시장을 통하지 않고 직접 거래하는 제도로, RE100 이행 수단에 해당한다.
정부는 지난 2021년 4월 직접 PPA 도입 근거를 마련하기 위해 전기사업법을 개정했고, 2021년 6월에는 신재생에너지 발전전력의 제3자 간 전력거래계약(제3자 PPA)에 관한 지침(고시)을 제정했다. 이후 RE100 REC 거래시장 개설(2021년 8월), 재생에너지 전기공급사업자의 직접 전력거래(직접 PPA) 등에 관한 고시 제정(2022년 9월), 제3자 PPA 또는 직접 PPA 사용고객 보완전력요금(한국전력) 마련(2023년 1월) 등이 진행됐다.
이에 따라 재생에너지 발전사업자이면서 전기공급사업자인 창원SG에너지는 폭스바겐 등 글로벌 기업에 제품을 납품하는 경한코리아, 태림산업, 한국NSK, 현대정밀 등 창원 산업단지 중소·중견 수출기업 4개 사와 이번 사업을 통해 직접 PPA 계약을 체결했다.
2022년 9월 재생에너지 전기공급사업자의 직접 PPA 제도가 도입된 이래 단일 공급사업자와 단일 사용자 간 동일 부지 내 1:1 직접 전력거래계약 사례는 있었지만 단일 공급사업자가 한전의 전력망을 이용해 부지 외부에 있는 다수의 수요기업에 재생에너지 전력을 공급하는 1:N 유형은 이번이 국내 최초 사례이다.
아울러 2022년 12월 산업부 규제유예 통과를 통해 V2G 기술을 통한 전기차의 양방향 충방전을 실증할 수 있게 됐다.
산업부 관계자는 “국내 기업들의 RE100 이행을 통한 수출을 지원하기 위해 이번 창원 산단을 비롯해 반월시화, 구미, 인천남동, 여수, 광주첨단, 부산녹산, 청주, 군산, 대구성서 등 9곳의 주요 산업단지 내 신재생 발전 인프라 구축사업을 추진하고 있다”고 밝혔다.
연료전지의 고민
이번 창원 산단 사례는 연료전지가 분산전원의 기저부하 역할을 하지만 현재로서는 RE100 이행을 지원하지 못함을 보여준다.
사실상 RE100은 필요한 전력의 100%를 태양광·풍력 등의 재생에너지로 공급하는 개념이다. 한편 영국 민간이 만든 글로벌 RE100은 그린수소를 사용한 연료전지도 포함한다. 국내 한국에너지공단의 KRE100에는 그린수소 활용 연료전지가 포함되지 않는다. 여하튼 향후 재생에너지 기반 그린수소가 본격 유통되면 이를 활용하는 연료전지도 RE100에 포함될 가능성이 높다는 전망이 제기된다.
당초 창원 산단 신재생 발전 인프라 사업은 연료전지를 기저부하로 하고, RE100 이행 지원을 위해 수소 직공급형 연료전지를 설치하는 것으로 기획했다. 300kW급 SOFC 6대 중 5대는 부생수소, 1대는 SOEC를 통한 수전해 그린수소 공급형으로 구축하려고 한 것이다. 그러나 울산에서 튜브트레일러로 도입하려고 했던 수소는 이미 수소전기차용으로 판매되고 있어 조달하기가 힘들었고, RE100 이행 수단인 직접 PPA가 재생에너지에만 한정되는 현행 제도에 따라 결국 천연가스 개질형 연료전지로 변경했다.
또 그린수소를 이용한 연료전지의 전력생산단가가 kWh당 500~700원 정도로 워낙 비싸 산단 입주기업들이 연료전지 전기를 구매하기 힘들다는 점도 고려했다.
이에 따라 연료전지에서 생산한 전력은 창원 산단 기업들이 구매하지 않고 전력거래소에서 판매된다.
창원 산단 신재생 발전 인프라 사업의 주관기업인 SK에코플랜트는 향후 RE100 이행 지원을 위해 자체 투자로 창원 산단 사업부지에 120kW급 고체산화물 수전해기(SOEC)를 설치하고, 지난 7월부터 2024년 6월까지 1년간 수소 순도를 높이는 실증 운전을 진행한다.
SK에코플랜트는 지난 2022년 경북 구미에 있는 자회사 블룸SK퓨얼셀 제조공장에서 국내 최초로 SOEC를 활용해 수소를 생산하는 실증에 성공한 바 있다. 둘 다 한전의 일반 전기를 사용했지만 향후 재생에너지 전기를 활용할 경우 전 과정에서 탄소 배출이 전혀 없는 그린수소 생산이 가능해진다.
SK에코플랜트는 2024년 2분기 착공 예정인 제주도 재생에너지 기반 그린수소 생산 실증사업에 참여해 다른 수전해 타입과 함께 SOEC 실증을 할 예정이다.
현재 태양광 발전의 전력판매가격도 kWh당 160~180원으로 기업 입장에선 부담이다. 창원 산단 신재생 발전 인프라 사업에서는 연료전지 운영 수익(RPS를 통한 전력거래 및 REC 판매)으로 태양광발전의 전력판매가격을 떨어뜨려 kWh당 140원에 제공하는 것으로 계약을 맺었다. 이 정도 가격이면 기업에는 부담스럽지 않다. 한전이 공급하는 산업용 전기요금 평균판매단가는 올해 4월 기준 134.22원/kWh이다.
이처럼 신재생에너지 전기요금이 비싸다 보니 기업들이 RE100 이행을 위해 신재생에너지를 활용하고 싶어도 엄두가 나지 않는 게 현실이다. 이번 창원 산단 신재생 발전의 경우 연료전지 운영 수익으로 한전 전기요금 수준으로 낮추었기에 직접 PPA 계약이 가능했다.
산단 내 기업들은 전기뿐만 아니라 열(스팀)도 많이 사용한다. 열은 중유, 석탄 등 화석연료를 연소하는 과정에서 나오는데, 다량의 온실가스도 함께 배출되는 문제점이 있다. 단순히 RE100 이행을 위한 재생에너지 전기 사용만으로 끝나서는 안 되는 이유다. 재생에너지 솔루션만으로는 ‘경제성’과 ‘탄소중립’이라는 두 마리 토끼를 잡지 못한다고 판단한 SK에코플랜트가 분산에너지 기반 종합 솔루션을 들고 나온 배경이 여기에 있다.
SK의 분산에너지 차별화 전략
SK에코플랜트는 창원 산단 신재생 발전 인프라 사업을 계기로 파트너사와의 협력을 통한 분산에너지 밸류체인을 구축해 경제성과 탄소중립 측면에서 경쟁력이 있는 SK만의 차별화된 종합 솔루션을 개발할 계획이다.
오승환 SK에코플랜트 상무에 따르면 SK그룹이 분산에너지에 주목한 것은 지난 2016~2017년부터였다. 당시 SK하이닉스가 용인에 공장 설립을 추진 중이었는데, 삼성전자가 송전탑 이슈 때문에 반도체 공장을 설립해놓고 가동하지 못하는 사례를 보고 분산에너지를 주목한 것이다.
이미 애플은 RE100을 선언해서 준비하고 있었기에 SK하이닉스의 부담은 커져만 갔다. 이에 분산에너지 사업모델을 연구하면서 ‘에너지원’과 ‘공급 방식’이 중요하다는 결론을 내렸다. 재생에너지는 간헐성 등의 문제로 한계가 있지만 재생에너지 개발은 계속하되 공급 방식을 직접 PPA 방식으로 변경하고, 기저부하를 책임질 발전원을 우선 연료전지로 선택했다.
그래서 2018~2019년에 블룸에너지의 SOFC를 도입하게 된 것이다. 당시 SK 입장에서는 RPS제도를 통해 REC를 받는 연료전지 사업을 브릿지 비즈니스로 판단했다. 실질적으로 향후 LNG 개질 수소가 아닌 그린수소 등 순수소(직접 수소)를 사용하는 시대가 올 것이고, 탄소중립도 달성해야 한다는 관점에서 그 전단계로 연료전지, 태양광, ESS 등을 조합한 마이크로그리드 구축사업을 추진하게 됐고, 그 첫 프로젝트가 창원 산단 신재생 발전 인프라 사업이다.
“외부 환경이 많이 변했습니다. 기존에는 RPS, 녹색건축물 설계 시 신재생에너지 의무화 등의 제도가 있었지만 지금은 분산에너지법, 제로에너지건축물 의무화, 직접 PPA, 재생에너지 입찰제도 등의 정책들이 생겨났어요. 핵심 고객도 발전 공기업과 민간 REC 수요자에서 RE100 활성화와 기업의 ESG 경영에 따라 다종다양한 민간 영역으로 확대됨에 따라 이들의 요구에 대응할 수 있는 유연한 비즈니스 모델 구축이 필요했습니다. 또 친환경적이고 안정적인 에너지수급을 위해 연료전지라는 단일 솔루션이 아닌, 기저부하와 낮은 LCOE(균등화발전비용)의 전력을 혼합해 경제성과 탄소중립을 고려한 통합 솔루션 패키지를 제공할 필요가 있었죠.”
오승환 SK에코플랜트 상무의 설명이다.
SK에코플랜트가 구축 중인 분산에너지 밸류체인은 크게 연료, DG(분산발전), 에너지저장, EMS(에너지관리시스템), Eaas(모듈·ESS 등 에너지 관련 제품이나 유지관리·설계 등의 서비스가 결합된 패키지)로 구분된다.
이를 위한 솔루션을 SOFC(NG, H2), SOEC(수전해), PV(태양광), VPP(가상발전소), 그린·핑크·바이오 수소, 마이크로 터빈, ESS(폐배터리 재사용 포함), 트레이딩 플랫폼 등으로 확대해 나가고 있다.
고객 특성에 따라 기존 화석연료 에너지부터 탄소중립까지 단계별로 달성할 수 있는 주력 솔루션과 마스터플랜을 고객들에게 제공한다는 계획이다. 화석연료에서 바로 RE100(무탄소 에너지)을 실현하기 어려운 만큼 중간 단계로 RE50(저탄소 에너지)을 구성했다. RE50은 예를 들어 SOFC 50%, 태양광 30%, ESS 10%로 구성하는 것이다. 창원 산단 신재생 발전 인프라가 RE50의 한 모델인 셈이다.
마지막으로 연료전지, 수전해, 태양광, 에너지플랫폼 등 이미 투자해서 확보한 기존 자산의 활용을 극대화해 수익성을 제고하고, 건물·산단 등의 고객이 요구하는 사업지에 SK에코플랜트의 유관 비즈니스 유틸리티(BU)와 연계할 수 있는 사업을 확대해 시너지를 창출한다는 전략이다.
SK에코플랜트는 최근 분산에너지 모델로 소형모듈원전에 상당한 관심을 기울이고 있다. 실제로 지난 4월 현대엔지니어링, 초소형 모듈원전(MMR) 전문 기업 USNC(미국)와 수소 마이크로 허브(H2 Micro Hub) 구축을 위한 3자 업무협약(MOU)을 체결하고 연구개발에 나섰다.
‘수소 마이크로 허브’는 MMR에서 발생하는 전기와 고온 증기에 SK에코플랜트의 고체산화물 수전해기(SOEC)의 고온수전해 공정을 적용해 수소(핑크수소)를 생산하는 설비다. 원전에서 나온 전기로 물(수증기)을 분해해 수소를 뽑아내는 방식이다.
사업 솔루션으로 확정한 상태는 아니지만 순수소(직접 수소) 시대 도래에 대비해 수소엔진 발전도 들여다보고 있다. 소형모듈원전과 수소엔진은 연료전지가 대규모 산단에 적용하기에는 한계가 있다는 판단에 따른 솔루션이다.
SK에코플랜트는 이러한 종합적인 사업전략을 통해 LCOE(균등화발전비용)를 2026년 그리드 패리티 달성(한전소비자 가격과 동일한 수준의 LCOE), 2027년 한전 소비자 가격의 97% 수준, 2030년 한전 소비자 가격의 92% 수준으로 매년 5% 정도의 가격 인하를 달성한다는 목표다.
아울러 2027년 기준 약 17조 원 규모로 성장이 예상되는 국내 분산에너지 시장을 목표로 분산에너지 전체 밸류체인에서 EPC, 제조, 서비스를 제공해 수익성을 제고하겠다는 청사진이다. 탄소중립 산단, RE100 수요기업, 제로에너지건축물, VPP, 에너지 슈퍼스테이션 등이 주요 타깃 시장이다.
SK에코플랜트의 분산에너지 사업 모델이 국내 분산에너지 활성화에 크게 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
