어떻게 재생가능 에너지의 발전비용은 급속하게 저렴해졌는가

발전에 사용되는 에너지원을 기존의 화석연료에서 재생가능 에너지로 전환하는 것은 기후변화에 대한 영향을 최소화하고 지속가능한 사회를 실현하는 데 중요합니다. 최근에는 태양광발전이나 풍력발전 등의 비용이 크게 떨어지고 있습니다. 글로벌 문제에 대한 데이터를 공개하는 미디어 Our World in Data의 창시자인 Max Roser 씨가 신재생에너지를 이용한 발전비용이 급속하게 저렴해진 이유에 대해 설명합니다.

Why did renewables become so cheap so fast? And what can we do to use this global opportunity for green growth ? - Our World in Data
https://ourworldindata.org/cheap-renewables-growth

Why did renewables become so cheap so fast? And what can we do to use this global opportunity for green growth?

현재 전 세계의 에너지원의 79%를 화석연료가 차지하고 있다고 합니다만, 화석연료는 지속가능하지 않을뿐더러 안전성도 부족하다고 Roser 씨는 지적합니다. 다음의 그래프는 왼쪽이 '1테라와트시의 에너지를 만들어내는 것으로 인해 사망하는 인명 수'를, 우측은 '1기가와트시의 에너지를 만들어내는 것으로 인해 배출되는 탄 소량'을 나타내며, 위에서부터 석탄 · 석유 · 천연가스 · 바이오매스 · 수력 · 원자력 · 풍력 · 태양광 순으로 나열되어 있습니다. 그래프를 보면, 석탄 · 석유 · 천연가스 등의 화석연료는 많은 사망자를 내면서 탄소배출량도 많은 것을 알 수 있습니다. 또한 전력은 어디까지나 에너지의 여러 형태 중 하나이며, 이 그래프에서 나타내는 '에너지'는 전력만을 가리키는 것은 아닙니다.

화석연료로 인한 사망자가 많은 이유는, 화석연료를 연소하는 데 따른 대기오염이 다양한 질병을 일으키기 때문입니다. 화석연료에 의한 대기오염을 원인으로 사망한 사람은 연간 360만 명으로 추정되어, 살인이나 전쟁, 테러 공격을 포함한 사망자 수의 6배에 달한다고 합니다. 대조적으로 바이오매스 · 수력 · 풍력 · 태양광 등 신재생에너지는 화석연료에 비해 안전하고 친환경적이어서 미래의 에너지원으로 매우 유망하다고 전망되고 있습니다.

그러나 여전히 화석연료는 발전을 포함한 많은 영역에서 주요 에너지원이 되고 있으며, 세계의 전력공급에서 차지하는 석탄의 비율은 37%, 가스는 24%를 차지하고 있습니다. 화석연료를 전기와 열을 생산하기 위해 연소시키는 경우가 전 세계 온실가스 배출량의 30%를 차지하고 있다고 합니다. Roser 씨는 과거 화석연료가 지구를 지배한 것은 다른 모든 에너지원보다 저렴했기 때문이라고 지적합니다. 신재생에너지가 화석연료를 대체되기 위해서는 '발전비용'이 저렴해질 필요가 있다고 주장합니다.

다음의 그래프는 가스나 석탄, 원자력을 에너지원으로 발전한 1메가와트당 전력가격이 2009년~2019년에 걸쳐 어떻게 변화했는지를 보여줍니다. 전력가격은 발전소 건설비용 및 수명, 지속적인 운영비용으로부터 적자가 되지 않기 위해, 고객이 지불해야 하는 최소한의 가격을 산출한 '균등화 발전원가(LCOE)'로 나타납니다. 그래프를 보면 석탄발전(흑색) 비용은 10년 동안 거의 변하지 않았고, 가스발전(보라색)의 비용은 감소하였으며, 원자력발전(녹색)의 비용이 증가하고 있는 것을 알 수 있습니다. 발전사업자는 가능한 한 저렴하게 전기를 만들지 않으면 시장경쟁에서 이길 수 없기 때문에 LCOE는 새롭게 발전시설을 건설하는 데 있어서 중요한 지표입니다.

위의 그래프에 태양광발전(주황색), 솔라 업드래프트 타워를 이용한 발전(노란색), 지열발전(적색), 육상풍력발전(파란색)의 LCOE를 포함한 다음의 그래프. 2009년의 시점에서는 태양광발전 비용이 화력발전보다 229%, 육상풍력발전이 22%나 높았지만, 불과 10년 만에 가격이 크게 하락하여 태양광과 육상풍력이 상대적으로 저렴해진 것을 알 수 있습니다. LCOE가 하락함에 따라 태양광발전이나 풍력발전에 대한 수요가 크게 증가하고 있으며, 2019년에 새로 만들어진 발전시설의 용량에서 차지하는 태양광 · 풍력발전의 비율은 72%에 달한다고 합니다.

신재생에너지의 가격이 화석연료보다 저렴해진 이유를 알려면 발전비용에 주목해야 합니다. 화석연료와 원자력을 이용한 발전비용은 발전에 사용하는 연료의 가격과 발전소의 운영비용에 크게 의존합니다. 한편 신재생에너지를 이용한 발전은 기본적으로 연료비용이 들지 않는 데다가 운영비용도 비교적 저렴하기 때문에 실질적인 발전비용을 좌우하는 것은 '발전기술 자체의 비용'이라고 합니다.

태양광발전의 비용이 급격히 저렴해진 이유에 대해 Roser 씨는 태양광발전의 역사를 되돌아볼 필요가 있다고 말합니다. 먼저 태양광발전 기술이 실용화된 1956년 시점에서는 1와트당 비용은 현대의 가격으로 환산하면 1865달러 정도로, 전혀 화석연료를 이용한 발전과 경쟁할 수 없었습니다. 이대로라면 '태양광발전은 수익성에 맞지 않는다'고 연구가 멈출 위기였지만, 태양광은 '우주공간에서 발전이 가능하다'는 이점이 있었기 때문에 위성에 전력을 공급할 목적으로 연구가 계속해서 진행되었습니다.

작지만 태양광발전의 수요가 존재했기 때문에 태양광발전 모듈이 반복 생산되면서 점차 생산공정이 개선되어 갑니다. 이에 따라 태양광 모듈 생산비용이 낮아져 결과적으로 태양광발전 비용이 저렴해져 갔다고 Roser 씨는 지적합니다. 초기에 비해 가격이 크게 하락한 1970년대에는 '전력망에 연결하는 비용이 높은 원격지'에 있는 등대와 철도시설에 태양광발전이 채택되었습니다.

우주뿐만 아니라 지상에서도 태양광발전 시설이 배치되어 갈수록 더욱 태양광 모듈 가격은 낮아져 갔습니다. 다음의 그래프는 1와트당 태양광 모듈 가격을 현재의 가격으로 환산한 것으로, 세로축이 가격, 가로축은 전 세계의 태양광발전 시설의 누적용량을 보여줍니다. 전세계 누적용량이 0.3메가와트에 불과했던 1976년의 태양광 모듈의 가격은 와트당 106달러였지만, 누적용량이 10만 메가와트를 초과한 2019년에는 불과 0.38달러로, 반세기만에 99.6%나 하락했습니다.

이 그래프는 태양광발전 설비의 용량이 기하급수적으로 증가함에 따라 태양광 모듈의 가격이 기하급수적으로 낮아지는 경험곡선효과를 나타내고 있어, 누적용량이 2배가 되면 모듈 가격이 20.2% 낮아진다는 관계가 보인다고 Roser 씨는 지적합니다.

또한 태양광 모듈의 가격이 저렴해졌을 뿐만 아니라 태양광발전의 LCOE도 급격히 감소하고 있다는 것. 다음의 그래프는 세로축이 LCOE, 가로축이 발전설비의 누적용량을 나타낸 것으로, 태양광발전(주황색)의 LCOE는 누적용량이 증가함에 따라 낮아진 것을 알 수 있습니다. 그뿐만 아니라 해상풍력발전(하늘색)과 육상풍력발전(진한 파란색)도 경험곡선효과가 보이는 한편, 원자력발전의 LCOE는 누적용량이 증가할수록 높아졌고 석탄화력발전소는 보합세입니다.

Roser 씨는 석탄화력발전소에서 LCOE가 경험곡선효과에 따르지 않는 이유에 대해 '발전소의 효율을 크게 개선할 여지가 없다', '연료가격에 크게 의존한다'는 점을 듭니다. 그리고 원자력발전은 석탄과 같은 제한 외에도 안전문제로 인해 규제가 강화된 영향으로 LCOE가 상승했다고 합니다. 화석연료 중에서도 가스를 이용한 발전은 예외적으로 LCOE가 낮아지고 있습니다만, 이것은 가스 가격 하락에 의한 것으로, 앞으로도 계속 떨어질지는 불확실하다고 합니다.

Roser 씨가 강조하는 점은 '재생가능 에너지는 경험곡선효과에 따르는 한편, 화석연료는 그 경향을 볼 수 없다'는 것입니다. 즉, 재생가능 에너지를 더 확장하는 것은 탄소배출량을 감소할 뿐만 아니라 발전비용의 감소를 일으키며, 재생가능 에너지의 도입은 환경과 경제 양면에 메리트가 있다는 것입니다.

신재생 에너지의 비용이 싸지는 것은 사람들이 더 저렴하게 전력을 얻을 수 있게 되어, 평균소득이 낮은 개발도상국에서 재생에너지의 수요가 높아지는 것을 의미합니다. 최근에는 일조량이 풍부한 아프리카와 아시아의 개발도상국에서 태양광발전의 수요가 급속히 높아지고 있어, 앞으로도 신재생 에너지를 이용한 발전비용은 낮아질 전망입니다. "신재생 에너지를 이용한 발전소 건설은 온실가스 배출을 신속하게 줄일 수 있는 열쇠입니다. 또한 대기오염으로부터 사람들을 구할 수 있고, 에너지 가격이 낮아지는 효과로 인해 사람들의 소득이 증가하고 빈곤이 감소합니다"라고 Roser 씨는 말합니다.