우리나라의 주요 에너지 수급현황 및 전망 우리나라의 대체 에너지 개발 계획 및 현황 문제점 및 해결 방향

1960년대 이후 공업화 추진 현재 GDP 세계 11위의 공업국으로 발전

• 에너지소비 세계 10위 • 석유소비는 세계 6위 • 1인당 에너지소비 세계 14위

에너지 소비의 계속 증가 석유등 화석연료가 주 에너지원

• 에너지 자원 해외 의존도 심화 • 무역 수지에도 부담 • 환경 오염 문제 야기

우리나라 에너지 수급 현황 총괄

구분 1970 1980 1990 1996 1997 1998 1999 2000 2002 2003 2004 2005

에너지소비,천TOE(%)

19,678

(11.9)

43,911

(1.6)

93,192

(14.1)

165,212

(9.8)

180,638

(9.3)

165,932

(-8.1)

181,363

(9.3)

192,887

(6.4)

208,636

(5.2)

215,067

(3.1)

220,238

(2.4)

229,333

(4.1)

GDP성장율,% - -1.5 9.2 7.5 4.7 -6.9 9.5 8.5 7.0 3.1 4.7 4.0

에너지/GDP탄성치 - -1.07 1.53 1.4 1.98 1.17 0.98 0.75 0.74 1.00 0.51 1.03

1인당에너지소비,

TOE(%)

0.61

(8.9)

1.15

(0.0)

2.17

(13.0)

3.63

(8.7)

3.93

(8.3)

3.58

(-8.9)

3.89

(8.7)

4.10

(5.4)

4.38

(4.5)

4.49

(2.5)

4.58

(2.0)

4.75

(3.7)

1인당전력소비량,

Kwh(%)

-

859.0

(3.5) 2,202

4,006

(9.0)

4,366

(9.0)

4,167

(-4.6)

4,572

(9.7)

5,067

(10.8)

5,845

(7.4)

6,126

(4.8)

6,491

(6.0)

6,880

(6.0)

석유의존도,% 47.2 61.1 53.8 60.5 60.4 54.6 53.6 52.0 49.1 47.6 45.7 44.3

에너지해외의존도,% 47.5 73.5 87.9 97.3 97.6 97.1 97.2 97.2 97.1 96.9 96.7 96.4

에너지수입증가율,% - 76.6 45.1 29.9 11.9 -33.1 25.4 65.2 -4.2 18.6 29.5 34.5

총수입에너지비중,%

- 29.5 15.6 16.1 18.7 19.4 18.9 23.4 21.2 21.4 22.1 25.5

자료:산자부 통계 자료

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

0.0

100.0

200.0

300.0

400.0

500.0

600.0

700.0

800.0

900.0석유

LPG

에너지유

비에너지유

우리나라 석유 소비 추이

자료:산자부 자원에너지 주요 통계(2004)

순위 국명 1980 1990 1999 2000 2001 2002 2003 2004 증가율,%

1 미국 1813.2 1966.2 2258.9 2310.7 2256.3 2289.1 2298.7 2331.6 1.4

2 중국 426.9 685.8 770.3 766.0 837.9 1034.9 1204.2 1386.2 15.1

3 러시아 - 873.0 621.1 636.0 637.5 646.6 656.9 668.6 1.8

4 일본 357.8 435.3 508.8 515.9 514.8 506.6 504.9 514.6 1.9

5 인도 102.9 193.4 304.0 320.4 324.2 338.7 350.4 375.8 7.2

6 독일 355.7 349.8 328.5 330.5 335.7 330.3 332.1 330.4 -0.5

7 캐나다 218.2 248.0 284.2 289.8 289.9 296.7 302.3 307.5 1.7

8 프랑스 190.9 219.0 251.5 254.9 257.8 256.7 259.6 262.9 1.3

9 영국 201.7 211.5 222.0 224.0 227.4 221.6 225.4 226.9 0.6

10 한국 38.6 90.3 180.5 191.1 195.9 205.0 211.8 217.2 2.6

11 이태리 90.5 118.7 171.2 176.9 174.1 177.9 180.0 187.7 4.3

12 브라질 39.1 70.0 112.1 119.6 126.0 140.0 147.6 155.5 5.4

13 스페인 144.2 154.7 173.7 176.4 177.2 175.9 181.0 183.6 1.5

14 멕시코 76.3 91.0 122.7 129.2 133.0 134.7 141.2 145.5 3.1

15 우크라이나 78.1 101.6 131.7 135.8 135.3 135.3 140.4 145.3 3.5

16 이란 - 272.5 136.5 136.7 135.9 129.1 139.0 142.8 2.7

17 사우디아라비아 38.7 81.3 108.7 113.6 117.4 121.0 128.8 137.2 6.6

18 남아공 55.8 90.6 107.9 108.4 107.0 110.9 117.3 123.7 5.4

19 호주 68.0 87.6 110.5 111.0 112.9 116.6 114.7 119.0 3.8

20 인도네시아 26.6 53.1 89.1 95.2 101.4 104.4 104.2 109.6 5.2

세계 6640.2 8116.9 8883.6 9097.8 9179.3 9487.9 9800.8 10224.4 4.3

OECD 4133.8 4586.3 5249.1 5359.4 5327.4 5360.0 5414.5 5503.3 1.6

20대 에너지 소비국가 (2004년 기준) 단위 (백만TOE)

자료:산자부 통계 자료

1993 1994 1995 1996 1997 1998 2000 2001 2002 2003

ㅇ 세 계 0.937 0.242 0.870 0.888 0.274 0.278 0.617 0.543 0.459 1.177

ㅇ OECD 1.558 0.663 0.718 1.142 0.278 0.206 0.610 0.538 -0.340 0.596

- 미 국 0.746 0.497 0.471 0.695 0.240 0.194 0.668 0.712 -8.347 0.665

- 일 본 1.869 5.655 1.038 0.772 0.599 0.907 5.514 0.361 -2.150 -0.115

- 멕시코 0.083 0.746 0.484 0.599 0.508 0.905 0.354 0.072 -5.738 3.824

- 독 일 0.829 -0.157 0.634 4.354 -0.537 -0.285 -1.048 0.188 3.370 -11.266

- 한 국 2.219 0.935 1.090 1.545 1.635 1.201 0.920 0.744 0.510 0.779

- 중 국 0.417 0.362 0.650 0.451 0.039 -0.067 0.067 0.273 -0.034 1.000

- 대 만 0.922 0.748 0.993 0.869 0.856 1.265 0.773 0.658 -3.286 1.477

- 인 도 0.534 0.430 0.746 0.463 0.817 0.272 0.657 0.691 0.274 0.585

- 인도네시아

1.112 0.276 1.234 0.347 0.889 0.045 5.486 0.496 1.386 1.189

세계각국의 에너지 탄성치 에너지소비 증가율/GDP 증가율

자료: Enertgy Balances of OECD Countries, 2005

Enertgy Statistics and Balances of Non-OECD Countries, 2005

※상한 : 제조업의 GDP 비중 감소 속도가 느린 경우의 산업구조변화 전망

하한 : 제조업의 GDP 비중 감소 속도가 빠른 경우의 산업구조변화 전망

구 분 2001 2003 2005 2010 2020

연평균 증가율(%)

‘02-’10

‘11-’20

‘02-‘20

1차 에너지 수요 (백만TOE)

상한 198.4 215.2 232.3 280.3 353.7 3.9 2.4 3.1

하한 198.4 215.2 229.8 273.4 337.1 3.6 2.1 2.8

일인당 에너지수요 (TOE/인)

상한 4.19 4.49 4.79 5.65 6.98 3.4 2.1 2.7

하한 4.19 4.49 4.74 5.51 6.66 3.1 1.9 2.5

에너지원단위 (TOE/‘95년 백만 원)

상한 0.40 0.40 0.38 0.36 0.30 -1.3 -1.8 -1.6

하한 0.40 0.40 0.37 0.35 0.28 -1.6 -2.0 -1.8

에너지/GDP탄성치 상한 0.73 1.00 0.71 0.75 0.55 0.3 -3.1 -1.5

하한 0.73 1.00 0.67 0.71 0.53 -0.3 -2.9 -1.7

GDP ('95년 불변, 조원)

493.0 539.9 614.8 786.9 1,193.

1 5.3 4.2 4.8

인구수(백만 명) 47.3 47.9 48.5 49.6 50.7 0.5 0.2 0.4

주요에너지 전망 지표

자료:산자부 자원에너지 주요 통계(2004)

구 분 2001 2003 2005 2010 2020 연평균 증가율(%)

‘02-’10 ‘11-’20 ‘02-‘20

1차 에너지 수요 (백만TOE)

상한 198.4 215.2 232.3 280.3 353.7 3.9 2.4 3.1

하한 198.4 215.2 229.8 273.4 337.1 3.6 2.1 2.8

석 탄 상한 45.7(23.0) 51.1(23.7) 52.0(22.4) 67.2(24.0) 76.0(21.5) 4.4 1.2 2.7

하한 45.7(23.0) 51.1(23.7) 51.1(22.2) 64.9(23.7) 70.7(21.0) 4.0 0.9 2.3

(무연탄) 상한 3.7 4.5 3.6 3.8 3.7 0.3 -0.1 0.1

하한 3.7 4.5 3.5 3.6 3.4 -0.2 -0.7 -0.5

(유연탄) 상한 42.0 46.6 48.4 63.4 72.2 4.7 1.3 2.9

하한 42.0 46.6 47.6 61.3 67.4 4.3 0.9 2.5

석 유 상한 100.4(50.6) 102.5(47.6) 111.9(48.2) 125.9(44.9) 146.3(41.4) 2.5 1.5 2.0

하한 100.4(50.6) 102.5(47.6) 110.8(48.2) 122.5(44.8) 139.1(41.3) 2.2 1.3 1.7

LNG 상한 20.8(10.5) 24.2(11.2) 31.1(13.4) 35.8(12.8) 54.6(15.4) 6.2 4.3 5.2

하한 20.8(10.5) 24.2(11.2) 31.0(13.5) 35.5(13.0) 53.1(15.8) 6.1 4.1 5.1

수 력 상한 1.0(0.5) 1.7(0.8) 1.1(0.5) 1.3(0.5) 1.5(0.4) 2.7 1.2 1.9

하한 1.0(0.5) 1.7(0.8) 1.1(0.5) 1.3(0.5) 1.4(0.4) 2.5 0.9 1.7

원자력 상한 28.0(14.1) 32.4(15.1) 32.8(14.1) 44.8(16.0) 66.8(18.9) 5.3 4.1 4.7

하한 28.0(14.1) 32.4(15.1) 32.6(14.2) 44.0(16.1) 64.1(19.0) 5.1 3.8 4.4

신 재생 에너지

상한 2.5(1.2) 3.3(1.5) 3.4(1.4) 5.3(1.9) 8.6(2.4) 9.0 4.9 6.8

하한 2.5(1.2) 3.3(1.5) 3.4(1.5) 5.3(2.0) 8.6(2.6) 9.0 4.9 6.8

1차 에너지 전망

자료:산자부 자원에너지 주요 통계(2004)

에너지수요 장기 전망 • 2020년까지 1차 에너지 수요는 경제성장률

(4.2%)보다는 낮은 연평균 2.4% 증가 전망

• 석유소비 비중은 감소하는 반면 청정연료인 LNG와 원자력 비중 증가

※ ( )내 구성비임, 총계지수는 90년 100일 때 상대지수

구 분 ‘90 ‘95 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘90-’01

1차 에너지수요 93,192 150,437 165,932 181,363 192,887 198,409 7.1

(백만TOE) (100) (161) (178) (195) (207) (213)

1인당에너지소비 2.17 3.34 3.58 3.89 4.10 4.19 6.2

(TOE/인) (100) (154) (165) (179) (189) (193)

온실가스 배출량 84,738 123,445 123,974 135,542 144,259 148,038 5.2

(백만TC) (100) (146) (146) (160) (170) (175)

1인당온실가스배출량 1.98 2.74 2.68 2.91 3.07 3.13 4.3

(TC/인) (100) (138) (135) (147) (55) (158)

GDP (‘95가격, 10억원)

263,430 (100)

377,350 (143)

394,710 (150)

437,709 (166)

478,533 (182)

493,380 (187)

6.9

온실가스 배출 현황 (단위 : 천TC, %)

자료:산자부 자원에너지 주요 통계(2004)

부문별 온실가스 배출 현황

※ ( )내 구성비임, 총계지수는 90년 100일 때 상대지수

구 분 ‘90 ‘95 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 ‘90-’01

에너지부문

67,567 101,490 102,335 111,528 119,601 123,540 5.6

(79.7) (82.2) (82.5) (82.3) (82.9) (83.5)

산업공정 5,428 12,747 12,393 14,933 15,886 15,755

10.2 (5.4) (10.3) (10.0) (11.0) (11.0) (10.6)

폐기물 6,495 4,291 4,425 4,425 4,254 4,337

-4.2 (8.2) (3.5) (3.3) (3.3) (3.3) (2.9)

농축산 4,798 4,917 4,821 4,656 4,519 4,405

-0.8 (5.7) (4.0) (3.9) (3.4) (3.1) (3.0)

총배출량 84,738 123,445 123,974 135,542 144,259 148,038

5.2 (100) (146) (146) (160) (170) (175)

토지이용 /임업

△ 6,476 △ 5,793 △ 9,949 △10,422 △10,156 △8,448 3.5

(-7.6) (-4.7) (-8.0) (-7.7) (-7.0) (-6.4)

순배출량 78,262 117,651 114,025 125,120 134,102 138,590

5.3 (100) (150) (146) (160) (171) (177)

자료:산자부 자원에너지 주요 통계(2004)

(단위 : 천TC, %)

‘90

'97 ‘98 ‘99 ‘00 ‘01 90-'01

비중 비중 증가율 증가율

전세계 21,210 100.0 22,915 22,916 23,236 23,842 24,002 100.0 0.7 1.1

AnnexⅠ 국가

13,822 65.2 13,519 13,461 13,560 13,820 13,926 58.0 0.8 0.1

OECD 11,111 52.4 12,119 12,104 12,218 12,495 12,594 52.5 0.8 1.1

미국 4,852 22.9 5,422 5,440 5,536 5,702 5,689 23.7 -0.2 1.5

중국 2,421 11.4 3,191 3,163 3,167 3,213 3,167 13.2 -1.4 2.5

러시아 - - 1,492 1,449 1,498 1,518 1,524 6.3 0.4 0.5

일본 1,049 4.9 1,161 1,135 1,159 1,179 1,183 4.9 0.3 1.1

인도 605 2.9 882 926 970 1,028 1,046 4.4 1.8 5.1

독일 969 4.6 873 867 834 840 862 3.6 2.6 -1.1

영국 569 2.7 539 542 542 542 556 2.3 2.6 -0.2

카나다 421 2.0 480 488 495 516 513 2.1 -0.6 1.8

한국 237 1.1 425 371 404 445 444 1.8 2.1 5.9

이탈리아 397 1.9 411 421 421 427 425 1.8 -0.5 0.6

프랑스 364 1.7 344 372 362 354 373 1.6 5.4 0.2

우크라이나 373 355 350 347 353 1.5 1.7 -1.4

멕시코 297 1.4 339 357 359 360 369 1.5 2.5 2.0

국가별 탄산가스 배출량(에너지 부문)

주 : Annex1 국가 : 기후변화협약상 구속력 있는 감축의무를 부담하는 국가 (OECD 국가 및 동구권 국가 등 총 38개국, 한국은 제외) 자료 : CO2 Emissions from Fuel Combustion 2003(IEA)

(단위 : 천TC, %)

2001년 온실가스배출량은 1990년 대비 연평균 5.2% 증가

• 다만, 천연가스 보급확대, 에너지 저 소비 산업 확대, 에너지절약 등으로 GDP(연평균 6.9%)보다는 적게 증가

온실가스 배출량 중 에너지, 산업공정 부문이 비중 증가

• 배출비중(‘90, ’01; %) : (에너지) 79.7, 83.5 (산업공정) 6.4, 12.8

CO2 배출량은 세계 9위, 1인당 CO2 배출량은 세계 27위

산자부 자료

우리나라 에너지 소비 구조와 문제점

•선진국 1,2차 석유파동 후 에너지 절약형 경제구조로 개편

•우리는 지속적 경제성장을 위해 에너지 공급 안정화 정책 계속 유지

•낮은 가격으로 에너지공급(특히 산업부분)

•에너지 다소비 경제구조가 지속됨

•세계 기후 협약에 의한 탄산가스 배출 규제

바람직한 에너지 정책 •석유는 대체 에너지 사용으로 소비증가가 약간 둔화 예상되나

여전히 40% 이상 차지

•계속적인 에너지 소비절약이 요구되나 낮은 에너지 가격 정책

모순

에너지 절약 투자에 과감한 추진

고효율 에너지 기자재 산업 육성

부문별 에너지 절약 방안 강화

저 에너지 소비 경제로 전환 및 대체에너지 개발 노력 필요

대체에너지 정의 (대체에너지개발 및 이용보급촉진법 제2조)

• 태양열, 태양광, 풍력, 바이오, 소 수력, 연료전지, 해양에너지, 석탄액화․가스화, 폐기물, 지열, 수소에너지 등 11개 분야

<대체에너지기술개발기본계획>

* 2006년 기준 총 에너지의 2%(4,640천 toe)를 공급 * 일본은 2001년에 2%, 2010년에 3%를 공급목표로 책정

구 분 제1단계 제2단계 제3단계 제4단계

계획기간 88~91 92~96 97~2001 2002~2006

개발목표 연구기반 구축 실용화 기반 구축 중점기술 개발 기술의 상용화

보급목표 (총 에너지 중 대체 에너지 비중)

금융지원 (0.5%)

수요개발, 시범보급 (0.6%)

시장형성과 관리 (1.3%)

확대보급, 정책개발 (2.0%)

총 사업비 302억 원 709억 원 2,033억 원 3,237억 원

산자부 자료

기술개발 추진 방향 • 중점기술개발 : 선진국과의 기술경쟁력, 보급 후 에너지 수요가

큰 기술을 중점프로그램으로 선정 개발

4분야 : 태양열, 태양광, 연료전지, 석탄가스화 복합발전

• 일반기술개발 : 기반기술과 기초기술분야로 중점기술분야를

제외한 7개 분야

7분야 : 바이오, 폐기물, 석탄이용, 소 수력, 풍력, 수소, 기타

우리나라의 대체 에너지 개발 계획 및 현황

대체에너지 이용 보급 현황 99년 대체에너지 공급 비중은 총 에너지 사용량의 1.05%인 1,901천 toe를 공급

선진국의 대체에너지 공급비중 : 신탄, 바이오, 폐기물, 풍력 등이 주요 대체에너지 공급원임 (수력은 제외된 수치, 1996년 기준) - 미국 4.0%, 일본 1.2%, 프랑스 4.3%, 덴마크 6.9%

분야 보급실적 공급량(천toe)

(공급비중)

태양열

태양광

바이오

풍 력

폐기물

소 수력

태양열 온수기, 급탕 설비 등 18만여기 도서지방 4개소 등 약 3,710kW 운영 대체 탄 이용, 메탄가스 이용(104 개소) 제주지역 등 7개 약 6.5MW 설치 가동 서울, 경기, 부산, 대구 등 484기 설치 영월 등 23개소 42MW 설치 운영

42.1( 2.2) 4.5( 0.2) 64.9( 3.4) 1.5( 0.1) 1,760.5(92.7) 27.1( 1.4)

산자부 자료

ㆍ 태양 광 주택 1,000호 건설(3,000㎾), 도서지역 태양광발전 보급(4000㎾, 2010년) ㆍ 풍력단지(5개 단지, 50MW) 조성, 제주도 전력수요의 10% 공급(2010년) ㆍ 수도권매립지(김포) 등 12개 매립지의 LFG(Land Fill Gas:매립가스)이용 단지조성 * 제5차 장기 전력수급 계획상 대체에너지 보급계획(한전) ․ 풍력 및 태양광 발전 : 4만㎾ (2003 ~ 2012) ․ 석탄청정기술발전(CCT): 30만㎾×3기 (2007~2014) * CCT : Clean Coal Technology : 석탄청정기술)

2006년까지 목표 보급량

산자부 자료

40

60

75

90

50

7075

85

70

80

60

80

50

70

50

70

25

50

0

20

40

60

80

100

태양열 태양광 연료전지 바이오 폐기물 석탄이용 소수력 풍력 수소

代替에너지 分野別 技術水準 目標(2006年)

1999年

2006年

산자부 자료

대체에너지 장기 보급 목표

10%

5%

3%

2%

1%

년 도 별 2000 2006 2010 2015 2020

총 에너지(백만TOE) 194 232 260 283 309

대체에너지( " ) 2.0 4.6 7.8 14.2 30.9

산자부 자료

기술 별 국 내 국 외

해 양 ㅇ 파력 발전 개발연구(기계 연) ㅇ 가로림만 조력발전타당성 조사(한전)

ㅇ 파력 : 일본, 영국, 덴마크 개발 및 가동 중 ㅇ 조력 : 카나다, 프랑스, 중국 가동 중

폐기물

ㅇ 대형 도시쓰레기 소각장 건설 운용 ㅇ 산업 폐기물 소각장치 상용화 (고려소각로) ㅇ 폐프라스틱 열분해 상업화 공정시험 중 (LG화학) ㅇ 폐타이어 오일화(에기연) ㅇ 도시폐기물 고형연료화 장치개발 (기계연, 고려자동차)

ㅇ 일본 : 수십 기의 상용 유동층 소각로 기술 상용화 ㅇ 일본,독일 : 폐타이어, 폐프라스틱 처리기술 상용화 ㅇ 미국, 일본, 독일 : 고형연료화 기술개발 상용화

지 열 ㅇ 마산, 창원, 제주도 지열조사 (자원연)

ㅇ 지역 난방 및 열수이용 실용화 (미국, 일본, 프랑스, 뉴질랜드)

수 소 ㅇ 기초연구단계(대학, 연구소, 흥창) ㅇ 우주 개발, 군사용 등 특수목적개발 상용화

국내 · 외 대체에너지 기술 개발 비교

산자부 자료

기술별 국 내 국 외

태 양 열

ㅇ 저온용 주택용 태양열온수기 상용화 (에기연) ㅇ 중온용 집열장치 개발 중(에기연) ㅇ 발전용 기반기술 연구 중

ㅇ 저온용 저가 고효율 집열기 상용화 보급 중 (일본 : 약 500만기 보급) ㅇ 중온용 집열장치 상용화 단계 ㅇ 발전, 우주용 실용화 단계

태 양 광 ㅇ 변환효율 15% 단결정 Si태양전지 개발 (실트론, 에기연) ㅇ 주변장치국산화(LG산전, 세방전지)

ㅇ 변환효율 18% 단결정Si 태양전지 상용화 (미국, 일본, 유럽 등) ㅇ 다결정, 비정질 태양전지 상용화(미국)

바 이 오

ㅇ 연료용 알콜 생산기술 (알콜조합, 삼성Eng) ㅇ 메탄가스전환기술 개발 (현대Eng, 대우, 동아건설) ㅇ 미래 바이오 에너지기술 기초연구

ㅇ 전분질계 연료용 알콜 상용화 (미국, 브라질) ㅇ 메탄발효기술 상용화 (EU국가, 일본, 미국) ㅇ 바이오 디젤 상용화(EU국가) ㅇ 바이오 수소 응용연구(일본)

풍 력 ㅇ750㎾급 풍력발전시스템 개발중 (한국 화이바, 효성, 전기연)

ㅇ ㎿급 대형시스템 상용화 보급 (미국, 독일, 네델란드, 덴마크 등)

소 수 력 ㅇ 저낙차용 수차 개발(에기연) ㅇ 미국 : 3,420㎿, 일본 538㎿, 중국 : 13,250㎿ 가동 중

연료전지

ㅇ 인산형 : 50㎾시스템 개발 ( 에기연, LG정유) ㅇ 용융탄산염형 : 100㎾급 시스템 개발 중 (한전, 삼성중공업, KIST)

ㅇ 인산형 : 미국 200㎾ 상용화 ㅇ 용융 탄산염형 : 미국, 일본 100㎾급 개발완료 및 시스템 운전시험 중

석탄가스화

ㅇ 벤치급(3톤/일) 석탄가스화 장치개발 및 운전(고등기술원, 대우, 한전) ㅇ 탈황, 탈질기술개발중

ㅇ 미국 : 160㎾급 실증연구 ㅇ 네덜란드 : 250㎿실증운전 중 ㅇ 일본 : 250㎿개발 중

산자부 자료

화석에너지에 비해 초기 투자비 과다로 인한 경제성 미흡

<화석연료 대 대체에너지 발전비교>

* 주 : 대체에너지원은 IEA자료, 화석연료는 97 한전자료

구분 석유 유연탄 원자력 태양열 태양광 풍력 폐기물

투자비($/㎾) 909~980 1,200 1,900 3,000 7,000 900-1400

1700-2000

발전단가(￠/㎾h) 6-7 4-5 4 20-25 30 5-10 7-15

수급 구조의 문제점 •에너지 해외 의존도 심화

•국제무역 수지 부담 증가

•기후협약 등 국제 환경규제 부담 증가

•신 에너지 기술개발 미흡으로 국제경쟁력 감소

해결방향 •에너지 절약을 위한 과감한 투자

•고효율 에너지 기자재 산업 육성

•부문별 에너지 절약 방안의 강화

•환경개선을 위한 신 에너지 기술 개발 적극 추진

석탄의 생성 및 성분

석탄의 조성과 등급

석탄의 세계 매장량과 수급 현황

석탄 이용 기술

석탄의 생성 •식물이 퇴적물 아래에 매장되어 오랜 세월이 흐르면서 상층부에서 가해지는 중량과 지열에 의해 산소, 탄소, 수소가 치밀하게 모여 석탄이 됨

석탄의 성분 구성 •섬유소, (C 6H10O 5)n

•헤미-셀룰로오스(Hemi-cellulose), (C 5H8O 11)n

•목질소(木質素,리그린(lignin))

•기타 황, 질소 등의 화합물

* Hemi : “반”의 의미를 갖고 있음

등급에 따른 조성 및 발열량

Class(등급) Carbon,%

(탄소)

Hydrogen,%

(수소)

Fixed Carbon,%

(고정탄소)

Calorific Value(열량), MJ/kg

Anthracite(무연탄) 95-98 2.9-3.8 91-95 >32.5

Low volatile

bituminous(저휘발성의 역청질)

91-92 4.2-4.6 80-85 >32.5

Medium volatile

bituminous 87-92 4.6-5.2 70-80 >32.5

High volatile

bituminous 82.5-87 5.0-5.6 60-70 26.7-32.5

Sub-bituminous

(아 역청탄) 78-82.5 5.2-5.6 55-60 19.3-26.7

Lignite(갈탄) 73-78 5.2-5.6 50-55 <19.3

물리적 조성

• 비트레인(vitrain): 흑색광택이나 유리 같은 띠가 있음 패각상(조개껍대기 모양) 또는 작은 입방체로 부서짐. 맨눈으로는 결정구조 볼 수 없음

• 크라레인(clarain): 검은 수평 줄무늬 층 또는 수정체 형태, 은빛광택, 파쇄 시 광택 면 볼 수 있음

• 듀레인(durain): 층이나 수정체 형태, 짙은 흑 회색, 파쇄 시 흐린 광택 면을 볼 수 있음

• 퓨제인(fusain): 숯과 유사 쉽게 파쇄되어 섬유소나 분말 형태

화학적 조성

• 공업분석: 수분, 휘발 분, 고정탄소 및 회분함량으로 분석(ASTM: American Society of Testing

Material에 따름)

수분함량:석탄시료 0.5~1g을 107+-4℃의 진공이나 질소 같은 불활성기체에서 1시간 동안 가열 후 시료의 감량 측정

휘발 분 함량은 석탄 시료 분말 1g을 950+-20 ℃ 무산소분위기하 7분 가열 후 시료의 감량 측정

회분함량1~2g의 석탄시료를 725+-25 ℃의 산소 하에 완전연소 후 잔량 측정

고정탄소 시료에서 기 측정한 수분 휘발 분 회분함량을 제외한 값

• 원소분석

원소분석기(Elemental Analysis)이용 탄소(C), 수소(H), 질소(N), 유기 황(S) 값을 결정 후 산소(O)의 값은 100%에서 각 원소의 함량 %값을 빼주어 결정

• 발열량분석

원소분석 결과를 듀롱식(Dulong Formula)에 대입 발열량 결정함

듀롱식 발열량 Q[BTU/lb] = 145.4(wt% C) + 620.3(wt% H) + 40.5(wt% S)-77.5(wt% O)

* wt% : weight%(웨이트%) , 예 소금물 100g 중에 소금의 함유량이 10wt%라면 소금의 양은 10g이란 뜻

구 분 국 가 별 매 장 량 비 중 지속년수(년)

석 탄 (10억톤)

미국

246.6 27.1% 245

러시아

157.0 17.3% *

중국

114.5 12.6% 59

인도

92.4 10.2% 229

호주

78.5 8.6% 215

남아공

48.8 5.4% 201

우크라이나

34.2 3.8% 424

카자흐스탄

31.3 3.4% 360

브라질

10.1 1.1% *

(세계규모) 909.1 100.0% 164

자료 : BP Statistical Review of World Energy 2005

연 도 주 요 내 용

BC315 그리스 서적에 석탄을 대장간이 연료로 사용한 사실이 기록

4세기 중국에서 석탄이란 글자가 나타남

9세기 영국에서 발견됨

10세기 독일에서 발견됨

12세기 중국 송나라 때 석탄을 채굴해서 가정연료로 이용하고 이에 세금을 부과함

1735년 영국에서 제철에 사용한 목탄대신 코크스가 제조되기 시작

1769년 와트의 증기기관이 발명되어 동력원으로서 석탄수요 증가

1792년 영국의 퍼도르가 석탄가스 제조

1807년 런던에서 처음으로 가스등이 점등

1856년 석탄가스에서 타르 및 암모니아를 회수하는 방법을 성공(개발)

1958년 영국의 마틴이 콜타르를 이용한 합성연료를 만드는데 성공

1906년 독일인 하버가 역시 석탄가스에서 암모니아의 공업적 합성법을 발명

1913년 독일의 베르가우스가 석탄의 수소첨가 액화법에 의한 인조석유 발명

1923년 독일에서 석탄을 가스화하여 얻은 일산화탄소와 수소에서 메탄올을 합성

1926년 같은 일산화탄소와 수소를 연료로 하여 석유를 합성

1960이후 합성화학공업의 원료로서 석탄은 석유와 천연가스로 대체되기 시작했다

세계의 석탄 산업사

에너지원료

직접 또는 혼합 원료

발전 전기에너지, 회 이용(Fly ash, 정수용)

연소 열에너지, 회 이용(경량골재, 시멘트)

석탄화

원료

고체

코크스 제철, 주물용, 일반연료, 카바이트, 아세틸렌, 가스화 연료, 합성화 원료

부 활 활성탄(기상, 액상흡착제)

탄 화 전극, 탄소 재, 탄소계 분자 / Carbon Blank)

산 화 휴민산, 방향족캘빈산

기체

건류 가스 도시가스, 합성천연가스(SNG), 연료, 가스화 발전, 아세틸렌(Plasma 가스화), 합성화학원료, 액체연료

가스화

액체

건류 Tar 특수연료(Jet연료, 고로분사), Tar화학, 합성화학원료, 염료

액화 액체연료(가솔린, Jet연료), 용제 처리탄(STC), SRC, Binder, 탄소섬유, 방향족 chemicals

할로겐화 윤활유, 유기불소화합물

용제처리 팽윤탄, 방향족 chemicals

석탄의 이용 현황

SNG (합성천연가스) : Synthetic Natural Gas

STC (용제처리탄) :

SRC (스테로이드 수용기 활성제) : Steroid Receptor Coactivator

석탄가스화 이용기술 • 석탄가스화 방법 • 석탄가스화 공정 분류 • 석탄가스화 복합 발전

석탄액화 이용기술

• 석탄의 액화 방법 • 석탄액화물의 특성

석탄의 가스화 • 석탄의 화학결합(고분자구조) 절단 CO, H2, CH4, CO2등의 저 분자로 분해

• 도시가스, 합성천연가스(SNG), 연료, 가스화 발전, 아세틸렌, 합성화학원료, 액체연료로 이용

가스화 방법 • 가열에 의한 증발 • 열분해(pyrolysis) • 공기나 산소와의 연소 • 수증기와의 반응(수성 가스화) • 수소와의 반응(수소화 반응) • CO2와의 반응

석탄 가스화 반응

• 건류 열분해(>350 ℃ )

석탄 → C(char) + 휘발분 (H2O, H2, N2, O2, CO2, CH4, H2S, NH3,) + 액상(분해유분, 타르,CmHn)

• 연소

C(char) + O2 → CO2 : 수성가스화 반응에 필요한 열 공급

C(char) + O → CO : 수성가스화 반응에 필요한 열 공급

회분 → slag → clinker

• 가스화(>815 ℃)

C + H2O = CO + H2 : 수성가스화 반응, 간접수소첨가반응, 고온 저압반응

C + 2H2O = CO2 + 2H2 : 수성가스화 반응, 간접수소첨가반응, 고온 저압반응

C + CO2 = 2CO :

C + 2H2 = CH4 : 직접 수소 첨가 반응

CO + H2O = CO2 + H2 : 수성 가스 전환반응, 고온

CO + 3H2 = CH4 + H2O : 고 에너지화 2차 반응에서 중요

• 가스화 반응기 내에서 복합적으로 일어남

최종 생성가스의 발열량에 따른 분류 • 저열량 가스화 공정(<3,000kcal/Nm3) 가스화제: 공기, 수증기

가스화로 주성분 : 수소, 일산화탄소, 질소(37~63%)

공정단순 제조용이 비용저렴 발전용 연료로 사용, 가정용은 유독가스로 곤란

• 중열량 가스화 공정(5,000~6,000) 가스화제: 산소, 수증기 사용

가스화로 주성분: 수소, 일산화탄소 등

범용 공업연료, 암모니아 합성, 합성화학 공업 연료로 사용

• 고열량 가스화 공정 (8,500~10,000) 중열량 가스 메탄화 반응을 거쳐 개질 후 CO2제거

천연가스와 성능이 유사한 합성 또는 대체 천연가스(주성분 메탄) 생산

무독성으로 가정용 연료로 적합

가스화 공정 및 반응조건 복잡 하여 제조원가가 비싼 단점

반응물의 접촉방식에 따른 분류 • 고정층(석탄:5~0.3cm), 유동층(1~0.5cm), 분류층(<1.5cm),

용융층 (<0.3cm)

필요성 • 우리나라 석탄 발전 비중 ~30% • 현재 미분탄 연소 방식 환경문제 야기 • 2005년 이후 신규 석탄화력 건설 중단 • 석탄화력 대체 LNG 복합 발전원가 비쌈 • 저가 석탄을 이용한 환경친화적 신 발전 방식 개발 필요

원자력

화력

수력

평균 기력(수입탄)

기력(LNG겸용)

국내탄 LNG복합

25.17 29.46 37.38 50.97 56.21 42.06 33.49

1995 발전원가 비교(원)

석탄을 산소와 함께 고온, 고압(1200~1500℃, 25kg/cm2)의 가스화기에서 가스화(주로 CO, H2) 집진 및 탈황장치(가스 정제 설비)를 거친 청정 석탄가스로 발전 열효율이 우수하고 환경 보존성 탁월 선진국 차세대 석탄 신 발전기술의 하나로 상용 또는 실증 단계

대기 배출물 단위

국내환경규제치

’99.1.1이후

(석탄화력설비)

보령화력

#3~#6*

순환 유동층

동해화력

IGCC

Demlolec

(253MW)

IGCC

Wabash

(260MW)

황산화물 Ppm

기존>500MW: 270

기존<500MW: 150

모든 신규설비:120

334

(150) 150 15이하 7이하

질소산화물 Ppm 350 177 250 63이하 32이하

먼지 Mg/Sm3 50 30 40 1.5이하 5.5이하

효율 Net,% 38.03 36.5 41.5 39.0

각 발전기술간의 대기 배출물 및 열효율비교

괄호안은 탈황설비 설계치, *’96. 1~ ’96.6 측정 평균치

IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) : 석탄가스화 복합발전

석탄 가스화 복합(IGCC) 발전 시스템 구성: 교과서 참조

석탄의 액화

• 석탄의 주성분인 수소/ 탄소비를 증가시키면 고체상태에서 액체상태로 변함. 이를 위해 수소를 첨가하거나 탄소를 감소시키는 방법이 있다.

원소 무연탄 역청탄(중) 갈탄 아스팔텐 톨루엔 원유 가솔린 메탄

C 93.7 88.4 72.7 87 91.3 83~87 86 75

H 2.4 5.0 4.2 6.5 8.7 11~14 14 25

O 2.4 4.1 21.3 3.5

N 0.9 1.7 1.2 2.2 0.2

S 0.6 0.8 0.6 0.37 1.0

H/C 0.31 0.67 0.69 0.9 1.14 1.76 1.94 4

석탄과 액체 탄화수소의 대표적 조성

액화 방법

•직접액화: 석탄을 고온, 고압 하에서 열분해 후 수소 에 의하여 안정화시켜 탄화수소 생성. 상대적으로 경제적임 용매 추출법(solvent extraction),

촉매수소화법(catalytic hydrogenation)

열분해법(pyrolysis)

•간접액화: 석탄을 가스화한 후 생성된 CO로부터 탄화 수소제조 피셔-트롭시(Fischer-Tropsch)형 촉매 합성법

석탄 전처리

H2 생산 고체

용 해 고체분리

후 처리공정 액체연료

고화 고체연료(SRC)

H2 생산 고체

촉매수소화 고체분리 SNO제거,H2첨가, ASPHALTENE 전환

열분해 옥탄가증가 가솔린

용매순환 액체연료

가 스 화 가스정제 피셔-트롭시 합성 후처리 공정 화학물질, 가솔린

기체생성물

탄 화 SNO제거 열분해 옥탄가증가 가솔린

Char 액체연료

석탄 액화물: 가스, 액체, 고체 • 기체 중 유황, 산소, 질소 정제과정에 제거

• 고체는 미반응 탄소(CHK), 액화가 완전히 이루어 지면 탄내 광물질이 고체로 남음

• 액화 생성물과 연료유와의 비교

원소(wt%) SRC H-Coal Synthoil 연료유 잔사유

C 87.93 89.00 87.62 86.40 83.88

H 5.72 7.94 7.97 11.20 9.97

O 3.50 2.12 2.08 0.30 0.48

N 1.71 0.77 0.97 0.41 0.40

S 0.57 0.42 0.43 1.69 4.19

최근 액화 기술 동향

-석유가에 비해 액화유가 2배

-공동 액화법 개발 : 석탄 폐고무폐플라스틱 함께 액화 SRC(SRC) : 용매개질탄, 고체연료

H-Coal : 미국 HRI사에서 개발한 석탄직접액화 공정

CHK(CHK) : 미반응탄소

Synthoil : 합성유 잔사유(殘 渣 油) : 찌꺼기유