[월간수소경제 성재경 기자] 정부는 지난 6월 세계 최초로 수소발전 입찰시장을 개설했다. 이는 한국전력공사·구역전기사업자 등 전력구매자가 산업부가 고시한 양의 수소 또는 수소화합물(암모니아)을 연료로 생산한 전기를 의무적으로 구매하는 제도다.

수소발전 입찰시장은 ‘일반수소 발전시장’과 ‘청정수소 발전시장’으로 구분되며 올해 처음으로 일반수소 발전의 입찰이 진행됐다. 전력거래소는 제도가 처음으로 시행되는 첫해인 만큼 상·하반기 두 차례로 나눠 입찰 공고를 냈다.  

일반수소 발전시장 1차 공고가 전력거래소 홈페이지에 올라온 건 지난 6월 9일이다. 전력거래소는 입찰제안서를 접수받고 이를 평가해 7월 말에 우선협상 대상자를 선정한 바 있다. 

전력거래소는 외부 전문가로 꾸려진 평가위원회와 수소발전입찰시장위원회 의결을 거쳐 최종 낙찰자를 선정했고, 지난 8월 9일에 상반기 1라운드 입찰 결과를 발표했다. 공고를 낸 지 딱 2개월 만의 일이다. 

 

상반기 입찰시장 승기 잡은 ‘두산퓨얼셀’
올해 상반기 일반수소 발전시장 입찰의 최종 낙찰물량은 입찰개설 물량(650GWh)보다 10% 증가한 715GWh였다. 선정된 사업자들 모두 80~90%의 가동률을 써내 총 설비용량의 규모는 약 90MW에 이른다.

73개 발전소(43개사)가 발전량 3,878GWh(설비용량 518MW) 규모로 입찰에 참여했고, 경쟁률은 5.97대 1을 기록했다. 

 

산업부 관계자는 “이번 입찰 결과 발전 기술 간 경쟁으로 발전단가 인하 효과가 발생했다. 과거 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)와 비교하면 이번에 낙찰된 평균 입찰가격이 10%가량 낮아졌다”고 전했다.

최종 낙찰된 5개 사업자에는 대형 건설사, 에너지 기업, 자산운용사 등이 컨소시엄(SPC) 형태로 참여하고 있다. 그 면면을 보면 △이지스·에퀴스PE(사모펀드), 대륜이엔에스 등이 참여한 이지스자산운용 컨소시엄 △한국플랜트서비스와 SK에코플랜트가 참여한 HPS 컨소시엄 △롯데케미칼, SK가스, 에어리퀴드코리아가 참여한 롯데SK에너루트 △가나이엔지 등이 참여한 광주 첨단 컨소시엄 △SK에너지가 참여한 충북 청주 소재 주유소가 이름을 올렸다.

수소연료전지 발전을 위한 사업비는 1MW당 60억~70억 원 규모로 알려진다. 10MW 발전에 600억~700억 원이 들기 때문에 단일 업체가 사업을 벌이기에는 무리가 있다. 프로젝트 파이낸싱(PF)에 익숙한 건설사나 플랜트 업체가 연료전지 사업의 플레이어로 나선 것도 이와 무관하지 않다.

5개 사업자 중에서는 이지스자산운용 컨소시엄의 규모가 가장 크다. 서울 도봉구에 40MW에 이르는 연료전지 설비를 설치하게 된다. 그 뒤를 이어 HPS 컨소시엄, 롯데SK에너루트가 각각 20MW급 설비를 구축하게 된다. 광주 첨단 컨소시엄은 7.4MW, 충북 청주의 주유소는 2.7MW 규모로 파악됐다.

국내 발전용 연료전지 시장의 구도는 ‘두산퓨얼셀 vs 블룸SK퓨얼셀’로 나뉜다. 이렇게 둘로 양분된 연료전지 업계의 기기 공급 판도도 업계의 큰 관심사였다. SK에코플랜트가 주기기 공급업체로 참여하는 HPS 컨소시엄을 뺀 나머지 사업자는 두산퓨얼셀의 PAFC(인산형 연료전지)를 택한 것으로 알려진다. 

HPS 컨소시엄이 낙찰 받은 20MW의 설비용량을 뺀 나머지 70MW가 두산퓨얼셀의 PAFC였다. 블룸SK퓨얼셀의 SOFC(고체산화물 연료전지) 대비 발전효율이 낮은 PAFC가 승기를 잡은 이유는 입찰 기준에 있다. 

일반수소발전 입찰은 가격요소(60%)와 비가격요소(40%)로 나눠 평가를 진행한다. 이 둘을 합쳐 고득점 순으로 우선협상 대상자를 정한다. 가격요소는 고정비와 연료비의 합으로 평가하며 최저가를 기준으로 한다. 

당락을 가른 핵심은 비가격요소에 있다. 비가격요소는 분산전원 확대 기여도, 계통 안정성, 사업 이행력 등에 대한 정량·정성 평가로 이뤄진다. 발전기 성능, 송배전 연계(이상 계통평가), 산업·경제 기여도, 사업 신뢰도, 환경 기여도, 주민수용성 및 사업 진척도(이상 일반평가)를 기준으로 평가를 내렸다. 

이중 ‘산업·경제 기여도’ 항목이 영향을 미쳤다는 분석이다. 핵심부품 등 국내 공급망 안정화, 국내 투자와 고용 효과 등을 평가하는 항목이라 두산퓨얼셀 쪽에 유리했다는 것이다.

두산퓨얼셀은 지난 2017년에 준공한 익산공장을 중심으로 국내 최대 규모의 연료전지 생산공장을 운영하고 있다. 주력 모델인 440kW급 연료전지 제품을 국내에서 생산하고 있으며, 1차 협력업체 구매액 기준으로 98% 이상을 국산화한 것으로 알려진다.

 

하지만 하반기 입찰에서도 두산퓨얼셀의 우위가 이어질지는 지켜봐야 한다. 산업부와 전력거래소가 올해 하반기 일반수소 발전시장 입찰에서 일부 평가지표를 조정하기로 했기 때문이다.

앞서 말한 가격 평가점수 60점, 비가격 평가점수 40점 중에서 ‘비가격’ 평가점수의 배점을 일부 조정할 계획이다. 상반기 경쟁입찰에서는 열과 부생수소가 가격지표와 비가격지표에 모두 영향을 미쳐 당락을 결정했다는 지적이 있었다. 이에 열 판매, 부생수소에 대한 가점을 1~2점 정도 조정하는 안을 검토 중이라는 말이 들린다.

 

하반기 입찰시장 반격 노리는 ‘SOFC’
롯데SK에너루트는 롯데케미칼과 SK가스가 각각 45%, 에어리퀴드코리아가 10%의 지분으로 출발한 수소사업 합작법인이다. 부생수소 기반 발전사업과 수송용 수소사업 등을 위해 지난해 9월에 설립됐다.

이번 입찰에 선정된 사업자는 계약 체결일로부터 2년 안에 상업운전을 시작해야 한다. 준공 기한까지 상업운전을 못하면 지연기간에 따른 가중 페널티가 부과된다. 

롯데SK에너루트는 20MW급 수소연료전지 발전소를 롯데케미칼 울산공장 부지에 설치해 2025년부터 20년간 운영하게 된다. 롯데SK에너루트는 다른 사업자와 달리 천연가스(도시가스)가 아닌 수소 전용 모델을 설치해 운영한다. 두산퓨얼셀은 2020년에 세계 최초로 부생수소 연료전지 발전소인 대산 수소연료전지발전소에 PAFC 모델 114기를 공급한 이력이 있다. 이 모델에는 개질기가 들어가지 않는다.

롯데SK에너루트는 롯데화학군과 SK가스 계열사로부터 부생수소 공급망을 확보했다. 배관을 통해 수소를 공급받아 발전 비용을 낮출 수 있다. 또 향후 해외에서 청정수소를 들여올 경우 추가 설비 변경이나 개조 없이 연료 전환이 가능하다. 연료전지의 폐열을 활용해 온실가스 감축에도 기여할 수 있다.

이번에 낙찰된 수소발전량은 10~20년 중장기 계약에 해당해 발전사업자가 안정적인 수익을 올릴 수 있다. 경쟁률이 6대 1에 이를 정도로 치열했던 만큼 입찰에서 떨어진 기업이나 사업자는 불만이 클 수밖에 없다.

정부가 하반기 발전시장 입찰을 앞두고 평가지표를 일부 보완하기로 한 것은 업계의 이런 요구 때문이다. 

 

반발이 가장 큰 곳은 SK그룹이다. 그룹 내에서 수소사업을 주도하고 있는 SK E&S가 밝힌 수소사업 투자금만 18조5,000억 원에 달한다. 액화수소 플랜트, 블루수소 생산기지, 연료전지·수소터빈 발전사업, 이산화탄소 운송선, 수소모빌리티 충전소 등 사업범위가 가치사슬 전반에 걸쳐 있다. 

하반기 입찰을 앞두고 SK디앤디가 한화솔루션과 손을 잡은 점도 주목해야 한다. 양사는 지난 7월 11일 수소연료전지와 태양광 발전 사업 추진을 위한 전략적 업무협약(MOU)을 맺었다.

두 회사는 수소발전 입찰시장 참여를 목표로 수소연료전지 발전사업을 함께 추진하기로 합의했다. 한화솔루션은 연료전지 발전을 위한 부지 확보와 인허가 신청을 맡고, SK디앤디는 연료전지 주기기 공급과 발전소 운영·관리(O&M) 업무를 맡는다. 한화솔루션이 수도권에 조성 중인 산업단지에 20MW급 SOFC 발전소를 건설할 예정으로 2025년 1분기에는 착공에 나설 계획이다.

SK디앤디는 SK디스커버리의 부동산 개발 계열사로 종합 부동산, 신재생에너지 사업에 주력하고 있다. 또 블룸에너지의 연료전지 판권을 SK에코플랜트와 공동으로 보유하고 있다. 

 

SK디앤디는 청주에코파크(20MW), 음성에코파크(20MW)를 포함해 40MW급 수소연료전지 발전소를 운영하고 있다. SK에코플랜트와 컨소시엄을 꾸려 20MW 규모의 칠곡에코파크를 건설하면서 EPC(설계·조달·시공)를 맡게 된다. 칠곡에코파크가 준공되는 내년에는 약 60MW, 연간 500GWh에 이르는 전기를 생산하게 된다.

 

다만 SK의 SOFC 기술은 블룸에너지에 크게 의존하고 있다. 지난 2020년 블룸에너지와 합작법인을 설립하고 경북 구미에 블룸SK퓨얼셀 제조공장을 구축, 작년 말 기준으로 국내에서만 약 380MW 규모의 수주 실적을 올렸다. 그 기세에 밀려 두산퓨얼셀의 발전용 연료전지 사업이 크게 위축된 것이 사실이다.

두산퓨얼셀도 블룸SK퓨얼셀에 대응하기 위해 전북 군산 새만금산업단지에 연 50MW 규모의 SOFC 공장을 짓고 있다. 올해 완공을 목표로 하고 있으며 내년부터 연료전지 생산에 들어간다.

두산퓨얼셀은 지난 2020년 영국의 세레스파워와 기술협약을 맺고 발전용 SOFC 셀과 스택에 대한 양산기술과 생산설비 개발에 힘써왔다. 공장 완공 후 내년부터 발전용 SOFC를 출시하고, 2025년에는 선박용 SOFC 제품을 시장에 선보일 계획이다. 

지난 2008년부터 SOFC 소재, 단전지 제조기술을 개발해온 미코파워도 발전용 연료전지 시장 진출을 위해 25kW급 모듈 6개를 적용한 150kW급 TUCY 모델을 개발 중이다. 

또 2018년 3월에 사우디 합작법인으로 설립된 에프씨아이(FCI)도 SOFC 양산기술을 기반으로 45kW급 RevGEN 연료전지를 개발하고 있다. 올해 RevGEN45의 개발을 완료하고 내년에는 240kW급 SOFC 제품을 시장에 내놓을 계획이다.

 

에이치앤파워의 경우 발전용량은 작지만 국내 기술로 만든 ‘3kW 직접수소 SOFC 시스템’의 실증을 진행 중이다. SPG수소로부터 제철소에서 나온 부생수소를 공급받아 500시간 실증운전을 하고 있다.  

수소입찰시장은 일반수소 발전시장과 청정수소 발전시장으로 나뉜다. 결국 청정수소 발전을 확대하기 위해 한시적으로 개질수소나 부생수소를 활용하는 일반수소 시장을 열었다고 볼 수 있다. 일반수소시장은 청정수소 발전이 안정화되는 시점에 축소되거나 폐지될 예정으로, SOFC나 PEMFC(고분자전해질 연료전지)의 경우 향후 수소 전용 제품이 시장을 주도할 가능성이 있다. 그러자면 수소 공급량이 늘고 가격은 떨어져야 한다.

SOFC 스택 기술은 수전해용 SOEC(고체산화물 전해전지) 기술과 그 뿌리가 같다. 블룸에너지만 해도 캘리포니아에 있는 미 항공우주국(NASA)의 에임스 연구센터에서 SOEC 시스템으로는 세계 최대 용량인 4MW 규모로 실증을 진행 중이다. 

미코파워, 에프씨아이도 수전해와 연계한 SOEC 기술을 개발 중이다. 저온 수전해에 해당하는 알칼라인, PEM, AEM(음이온교환막)과 직접 경쟁 관계에 있는 기술로, 고온의 증기를 전기분해해 수소생산 효율이 높은 것으로 알려진다. 
 

청정수소 발전시장으로 가는 과도기
수소발전은 태양광, 풍력 발전과 달리 전기를 만드는 데 기체 연료를 쓴다. 수소는 천연가스 가격 상승 등에 큰 영향을 받는 만큼 ‘신재생에너지 공급의무화제도(RPS)’로 묶어서 관리하는 데 한계가 있다. 

정부는 수소경제 산업 기반을 구축한다는 명분으로 기본 RPS에서 연료전지를 분리하면서 청정수소발전의무화제도(CHPS)를 도입했다. CHPS를 통해 수소발전 구매 대상과 가격을 정하고 시장 경쟁을 유도해 발전단가를 낮추겠다는 것이다.

내년에 청정수소 발전시장 입찰이 처음 열린다. 2027년부터 시작되는 청정수소 발전시장의 입찰개설 물량은 3,500GWh가 예정돼 있다. 

연료전지, 수소엔진 등 다양한 수소발전 기술이 경쟁하는 청정수소 발전시장이 제대로 돌아가려면 청정수소 인증에 대한 명확한 기준이 필요하다. 수소생산에 따른 이산화탄소 배출량을 기준으로 등급을 정하고 여기에 대한 지원이 확정돼야 기업들이 투자 계획을 세울 수 있다.

김성우 김앤장 법률사무소 환경에너지연구소장은 수소발전 입찰시장에 대한 기업들의 관심을 두고 이렇게 말했다.

“국내 기업들은 2026년부터 연간 25만 톤 규모의 청정수소를 생산하고, 2027년부터 화석연료 발전소에 청정수소(또는 암모니아)를 섞어서 발전할 예정이다. 수소가 청정한 정도에 따라 보조금이 달라지는 청정수소 인증제가 확정되지 않은 상태에서, 청정수소로 발전한 전기를 파는 입찰시장의 지원 방향이나 금액을 결정하기는 어렵다. 청정수소 물량을 확보하기 위해 어떻게 투자해야 할지, 운송·저장·배기·전환 인프라 투자는 얼마나 해야 할지, 발전설비 투자를 어떻게 진행할지를 결정하기가 어려운 상황이다.”

청정수소의 경우 중동이나 호주 같은 해외에서 암모니아로 수입하는 방안이 적극 추진되고 있지만, 수요처의 인증기준이 모호해서 투자 의사 결정에 영향을 미치고 있다. 김 소장은 “지금 투자를 결정한다고 해도 건설까지 최소 3~4년이 걸리기 때문에 최대한 빠른 정책 시그널이 나와야 한다”고 강조한다. 

기업 입장에서도 수소 정책이 불확실하다고 마냥 손을 놓고 기다릴 순 없다. 시장의 분위기를 알아보기 위해서라도 입찰시장에 한시라도 빨리 도전하는 것이 유리하다.  

한화솔루션이 SK디앤디와 손을 잡은 배경도 여기에 있다. 한화솔루션은 그린수소 생산을 위한 수전해 기술을 개발 중이다. 또 큐셀부문을 통해 태양광 발전 사업을 영위하고 있다. SK디앤디는 수소연료전지, 한화솔루션은 태양광 발전과 수전해 쪽에 강점이 있는 만큼 청정수소 발전시장 진입 시 서로 부족한 점을 보완할 수 있다.

 

이제 막 시작된 하반기 일반수소 발전시장 입찰을 단순히 ‘두산퓨얼셀 vs 블룸SK퓨얼셀’의 경쟁구도로만 봐서는 곤란하다. CHPS, 청정수소 인증제와 긴밀히 엮여 있는 청정수소 발전시장이 국내외 에너지 시장의 변화와 어떻게 맞물려 돌아가는지 함께 살펴야 한다. 

정부는 작년 9월부터 ‘재생에너지 직접 PPA(Power Purchase Agreement, 전력구매계약)’ 제도를 시행하고 있다. 또 산업부는 최근 재생에너지 전력사용자가 한전의 전력망을 이용해 원거리에 있는 재생에너지 발전소의 전력을 구입하는 ‘제3자 PPA제도’ 개정안을 고시했다. 

전기사용자 요건을 1MW에서 300kW 이상 일반용·산업용 고압 전기사용자로 확대해 진입 문턱을 낮췄다. 또 제3자 PPA 거래 개시 요건을 전기위원회 심의와 산업부 인가제에서 산업부 신고제로 바꿨고, 전기사용자와 재생에너지 전기판매자가 1대 1, N대 1, 1대 N 공동계약이 가능하도록 변경했다. 종전에는 초과 발전한 전력을 전력사용자가 전량 구매해야 했지만 앞으로는 전력시장에 파는 것도 가능하다.

이는 분산에너지 활성화 특별법과 관련이 있다. 태양광과 풍력 등 변동성이 큰 재생에너지가 확대되면서 전력계통 배전망의 전력수급 균형이 매우 중요해졌다. 전력 과잉생산에 따른 계통 부담을 덜기 위해 풍력이나 태양광의 출력제한 조치에 들어가는 제주의 사례만 봐도 알 수 있다. 이렇게 버려지는 전기를 수소로 전환한 뒤 수소모빌리티 충전 등에 활용할 수 있다. 

 

정부는 에너지저장장치(ESS), 수소연료전지, 수소엔진, 소형모듈원전(SMR) 등 신규 분산자원의 시장 진입을 촉진하는 법적 근거를 마련하면서 탄소 배출이 없는 분산전원 확대 방안을 함께 모색하고 있다. 수소발전시장의 지향점은 여기에 맞춰져 있다. 

청정수소를 얼마나 저렴하게 생산(수입)해서 발전효율을 높여가느냐, 분산전원의 장점을 살려 탄소 배출을 최소화하면서 열과 전기를 얼마나 효율적으로 활용하느냐가 중요한 시점이 됐다. 그러자면 정책과 제도가 바로 서야 한다. 공정한 기준으로 경쟁을 이끌어야 분산에너지 시장이 살아날 수 있다.