발전 효율 향상·입지 제한 완화·높은 활용도 장점…높은 투자율·상용화 눈앞
전력망 안정화 위한 E-STATCOM 개발·바나듐 배터리 상업운전 추진
고금리에 전 세계적 에너지분야 R&D 투자 위축…전력망·화석연료는 투자 증가
자료제공 : 한전경영연구원.
[에너지플랫폼뉴스 박병인 기자] 발전 분야를 이끌 차세대 기술로 탠덤 태양전지, 50MW급 부유식 해상풍력, SMR(Small Modular Reactor)가 급부상하고 있으며 실제로 투자가 집중되고 있는 것으로 나타났다.
특히 고금리에 대한 영향으로 국제적으로 에너지분야에 대한 연구개발 투자는 위축되고 있지만 SMR, 전력망, 화석연료에 대한 투자는 지속되고 있는 것으로 확인됐다.
한전경영연구원 이정환 선임이 IEA의 ‘The State of Energy Innovation’을 인용해 발표한 보고서에 따르면 발전부문의 차세대 에너지 혁신 기술은 재생에너지와 원자력 등 무탄소 기술이 대세를 이루고 있는 것으로 나타났다. 이를 기반으로 무탄소 전원이 다각화 되고 있다는 분석이다.
실제로 차세대 재생에너지 분야에서는 ▲페로브스카이트 탠덤 태양전지(페로브스카이트를 결합하여 넓은 파장대의 빛을 더 효율적으로 흡수하는 차세대 태양전지) ▲50MW급 부유식 해상풍력 ▲인공 저류층 지열시스템(EGS : 전통적 지열 발전이 불가능한 단단한 암반층에 인위적으로 물을 주입해 열을 추출하는 기술) 등의 발전이 가장 탄력을 받고 있는 것으로 나타났다.
이러한 기술들이 각광 받는 이유는 ‘탠덤 태양전지’의 경우 기존 태양전지 대비 효율성이 크게 향상된다는 점이다. ‘부유식 해상풍력’의 경우 수심의 영향을 받지 않고 발전이 가능하며 이에 연안 지역에 국한되는 해상풍력의 문제점을 해소할 수 있을 것으로 기대된다. 인공 저류층 지열시스템의 경우 특정 지질 조건에 의존하던 입지 제약을 해소할 수 있다.
원자력분야의 경우 SMR이 미래 기술로 가장 손꼽히고 있다. SMR은 GW급의 대규모 수주에 성공하며 상용화 단계 진입을 눈앞에 두고 있다. 이외에도 핵융합 발전의 경우 기술적 한계를 돌파하며 대규모 투자를 유치할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
전력계통 부문에서는 재생에너지의 변동성, 관성 부족 해소를 위한 신기술들이 대거 개발될 것으로 기대된다. 특히 전력망 안정화 장치, 대규모 장주기 배터리의 상업 운전이 본격화 될 것으로 기대된다.
재생에너지의 변동성으로 유발되는 전력계통 관성 부족에 대응하기 위한 전력망 안정화 장치인 ‘E-STATCOM’ 기술이 급부상하고 있다. E-STATCOM은 전압, 주파수 변동성을 실시간으로 감지, 보상해 계통 안정성과 신뢰도를 제고하는 제어 설비다.
차세대 배터리분야에서는 핵심 광물 의존도를 낮출 수 있는 나트륨 이온 배터리가 상용화 단계에 진입했다. 여기에 GWh 급 바나듐 흐름 배터리(바나듐 전해액의 산화·환원 반응을 이용하여, 용량 확장이 쉽고 화재 위험이 적어 대규모 장주기 에너지 저장에 최적화) 역시 대규모 상업 운전이 개시됐다.
수요부문에서는 탈탄소를 위한 차세대 냉각 시스템이 실증단계에 접어들었으며 수소 활용 상용화, 이산화탄소 제거 인프라 구축 등 핵심 기술들의 현장 적용이 향후 확대될 것으로 기대된다.
차세대 냉각 시스템의 경우에는 kW급 고체 냉각 시스템(유해 냉매 없이 형상기업합금 등 고체 소재를 활용해 높은 효율 제공)이 현장 실증에 성공했다. 수소부문에서는 수소 환원 제철의 상업운전 개시, 암모니아 선방 운용 등 관련 기술이 본격적인 상용화에 돌입했다. 탄소 감축부문에서는 공기중 탄소 직접 포집해 영구적으로 제거하는 기술인 ‘DAC’는 캐나다 등에서 대규모 실증이 진행되고 있다.
◇전 세계적 에너지 투자 위축 속 전력망·화석연료 투자 증가
고금리 영향으로 세계적으로 투자가 위축되면서 재생에너지분야에 대한 투자가 감소한 반면 전력망과 화석연료 부문의 투자는 오히려 증가하면서 이를 상쇄한 것으로 나타났다.
보고서는 전 세계 기업부문에서 금리 인상으로 자본 조달 비용이 상승해 기업 투자가 위축되면서 2024년 기업의 에너지 R&D 지출은 전년 대비 1% 증가한 약 1600억 달러에 그쳤다고 설명했다.
이러한 영향으로 지속적인 성장을 거듭하던 재생에너지 분야에 대한 투자가 2024년을 기준으로 사상 처음으로 감소하게 됐다는 설명이다. 반면 전력망, 화석연료 부문의 투자 증가가 이를 상쇄했다.
벤처 투자 R&D 분야에서도 에너지부문에서의 위축은 지속되고 있지만, 투자 영역의 변화가 존재한다고 보고서는 설명했다. 기존에는 전기차에 대한 투자가 중점적으로 이뤄졌다면 현재는 7대 기술인 핵융합, SMR, 차세대 지열, 핵심광물, CDR, 저탄소 중공업, SAF(차세대연료)에 대한 투자로 비중이 옮겨갔다고 보고서는 밝혔다.
지난 2015년부터 2019년까지 에너지 부문 벤처 투자의 5%에 불과했던 7대 분야는 2025년에는 1/3 수준으로 급증해 에너지 벤처 시장의 핵심 성장 동력으로 부상했다.
7대 분야는 큰 자본과 긴 개발기간이 요구됐기 때문에 벤처부문에서 위축됐었으나 최근에는 AI가 급부상하고 이를 뒷받침할 전력 확보를 위해 빅테크와 정부가 적극적으로 지원하면서 7대 분야 관련 스타트업기업의 개수가 증가하게 됐다고 보고서는 설명했다.
한편 국가/지역별 에너지 혁신 투자를 보면 미국의 경우에는 벤처 국가 전략 기술 및 차세대 확보를 위한 정책 지원 체계 재편하고 있으며 재생에너지보다는 핵심 광물, 전력망, 차세대 지열, 차세대 원자력, AI에 투자를 집중하고 있다.
중국은 막대한 자본력을 바탕으로 2023년 기준 미국과 유럽을 제치고 국제 에너지 특허 출원 1위를 기록했으며, 최근 출원된 특허의 대다수가 에너지 저장, 에너지 효율 등 저배출 기술 분야에 집중되고 있다.
유럽은 주요국 최고 수준의 공공 R&D 투자를 통해 초기 창업 생태계는 활성화됐지만 대규모 상용화를 이끌 후속 투자 자본 확보에는 한계점을 노출하고 있으며 일본의 경우에는 배터리 분야에 연구개발 역량을 집중해 경쟁력을 강화하는 한편 대규모 정부 기금을 조성해 차세대 신흥 기술 확보를 위한 장기적인 투자를 병행하고 있다.
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