<사진. KISTI 미리안 자료 사진
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

캘리포니아의 풍력, 수력 및 태양 발전 등을 동력 전환 방안에 대한 고찰

전기 자동차가 조용히 고속도로를 누비고, 태양 전지판 블랭킷 옥상과 지열로 운영되는 발전소, 풍력 및 사막 일광을 이용하는 스모그가 없는 로스앤젤레스를 상상해보라.

스탠퍼드 대학(Stanford University) 소속의 연구진이 수행한 새로운 연구는 캘리포니아 주(California)의 다목적의 에너지 인프라를 기술적 및 경제적으로 실현 가능하고 청정한 재생 에너지(renewable energy)로 전환하는 방안에 대하여 연구했다. Energy 저널에 게재된 이 연구는 계획이 캘리포니아 주에서 저렴하고, 실용적이며 지속 가능한 에너지 공급 방안이 수많은 일자리를 창출하고, 수십 억 달러에 이르는 오염과 관련된 건강 비용을 절감할 수 있다는 것을 보여주었다.

만약 수행된다면, 이 계획은 대기 오염 사망률과 캘리포니아 주로부터 지구 온난화 배기가스를 제거하고, 에너지 가격을 안정화시킬 뿐 아니라 일자리를 창출할 것이며, 불리한 점은 전혀 없다고 이 연구의 주저자이며, 스탠퍼드 대학 도시 환경공학과(civil and environmental engineering) 소속의 교수인 Mark Z. Jacobson은 밝혔다. 또 그는 스탠퍼드 대학 대기/에너지 프로그램 책임자이며, 환경을 위한 스탠퍼드 우즈 연구소(Stanford Woods Institute for the Environment)와 PIE(Precourt Institute for Energy) 소속의 선임 연구원이다.

Jacobson의 연구는 캘리포니아 주의 수송, 전기 동력, 산업, 난방 및 냉방 에너지 등 모든 것이 2050년까지 재생 에너지를 충족하는 것을 수행하는 계획에 대한 윤곽을 제시했다. 이 연구는 ① 새로운 장치의 수, ② 생성된 직업의 수, ③ 필요한 토양과 해양 지역 및 ⑤ 기반 시설 변화를 위하여 요구되는 정책 등을 산출했다. 또 이 연구는 ① 대기 오염 사망률(air pollution mortality), ② 유병률 영향(morbidity impact) 및 ③ 다년간의 대기 질 자료를 기반으로 하는 비용 등에 대한 새로운 추정을 제공했다. 계획은 Jacobson과 다른 연구진이 뉴욕 주에 대하여 개발했던 계획과 유사하다.

연구는 풍력, 수력 및 일광 전환이 재생 에너지 발전소를 건축하는 비용과 같은 초기 자본 비용(capital cost)의 증가를 초래하고, 이러한 비용은 연료비용의 제거에 의하여 시간에 따라 더 많은 부분을 구성할 수 있을 것이다. 전반적으로 이러한 전환은 연료비용이 제로가 된 이후 캘리포니아 주의 최종 소비 동력 수요를 약 44% 가량 감축할 수 있으며, 에너지 가격을 안정화시킬 수 있다고 동 연구는 밝혔다.

또 이 연구는 화석 연료와 원자력 에너지 일자리 소실이 산정된 후 약 220,000에 이르는 제조업, 설치 및 기술 구축, 운영 일자리에 관한 순수익(net gain)을 생성할 것이다. 그 위에, 캘리포니아 주는 연간 120억 달러 가량 이러한 일자리로부터 순수입(net earnings)을 수확할 수 있을 것이다.

연구진의 계산에 따르면, 한 가지 시나리오가 캘리포니아 주의 2050년 동력 수요 모두가 다음과 같은 자원의 혼합으로 충족할 수 있다고 제안하고 있다.

1) 25,000개의 해안 5-메가와트 풍력 터빈
2) 1,200개의 100-메가와트 집중식 태양 발전
3) 1,500만 개의 5-킬로와트 주거용 루프톱 광전지 시스템
4) 72개의 100-메가와트 지열 발전소
5) 5,000개의 0.75-메가와트 파력 장치
6) 3,400개의 1-메가와트 조력 터빈

이 연구는 만약 캘리포니아 주가 재생 에너지를 위하여 풍력, 수력 및 일광으로 전환한다면, 대기 오염과 관련된 사망은 연간 약 12,500건 가까이 감소할 것이며, 주는 1,030억 달러의 절감 또는 매년 관련된 건강 비용에서 캘리포니아 주의 2012년 국내 총생산(GDP; gross domestic product)의 약 4.9%를 절감할 것이라고 언급했다. 또 연구는 그 결과로 발생한 배기가스 감소가 해안 부식과 극심한 기후 피해 등과 같은 2050년에 지구 기후 변화 비용을 감축할 수 있다고 추정했다. 이러한 비용은 연간 480억 달러에 이르는 것으로 추정된다.

가장 흥미로운 결과는 이 계획이 2050년에 연간 약 1500억 달러 가까이 기후 변화와 대기 오염과 관련된 사회 비용(social cost)을 감축할 것이며, 이러한 절감이 단 7년 내에 모든 새로운 에너지 생성을 보상하게 될 것이라고 이 연구의 공동 저자인 캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스(University of California, Davis) 소속의 Mark Delucchi는 밝혔다.

전면적인 재생 에너지 기반의 주 전체 에너지 시스템으로의 신속한 전환에 요구되는 기술은 오늘날 이용할 수 있다고 이 연구의 공동 저자이며 코넬 대학(Cornell University) 교수인 Anthony Ingraffea는 밝혔다.

현재 캘리포니아 주의 에너지 대부분은 오일, 천연가스, 원자력 에너지 및 소량의 석탄 등으로부터 유래한다. Jacobson과 그의 동료 연구진의 계획 하에, 캘리포니아 주의 다용도 에너지의 55.5%는 태양 발전으로부터 유래할 것이며, 35%는 풍력 발전, 나머지는 수력, 지열, 조력 및 파력 에너지의 조합으로부터 유래할 것이다.

모든 자동차는 배터리-전기 동력 및 수소 연료 전지로 운영될 것이다. 전기로 동력을 공급받고, 공기 및 지상 공급원의 열펌프, 지열, 열 교환기 및 백업 전기 저항 히터(electric resistance heater) 등이 가정용 난방과 냉방을 위하여 천연가스와 오일을 대체할 수 있을 것이다. 공기 및 지상 공급원 열펌프 열 히터는 전기로 동력을 공급받고, 일광 온수 예열기가 가정용 온수를 제공할 수 있다. 산업 공정을 위한 고온은 전기와 수소 연소로 얻어질 수 있다. 그리드 신뢰성을 확보하기 위하여, 계획은 풍력, 수력 및 일광 자원의 가변성을 완화시키고, 수요와 재생 에너지 공급을 연계하는 몇 가지 방안에 대한 개요를 제공했다.

새로운 에너지 인프라를 위한 지상 위 자취는 캘리포니아 주 토양 면적의 약 0.9%를 차지하며 주로 태양 발전소로 구성된다. 풍력 터빈 사이의 공간은 농업과 방목장 등 다수의 목적을 위해 사용될 수 있으며 약 2.77%를 차지한다.

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