기후 위기 시대, 제2의 전기 인프라 혁명이 온다

조천호(기후변화 특임교수, 『파란하늘 빨간지구』 저자)

*** 빌 게이츠 ‘올해의 책’ *** 《월 스트리트 저널》, 《커커스 리뷰》 극찬 *** 과학 전문지 《사이언스》 추천 도서 *** 아마존 에너지 정책 분야 베스트셀러 *** 조천호 기후변화 특임교수 추천 도서 *** 이소영 국회의원, 윤상직 전 장관 강력 추천 기후 위기는 돌이킬 수 없고, 전기 인프라의 붕괴는 불가피하다. 최신 연구들에 따르면, 우리가 지금과 같이 탄소 배출을 지속할 경우 21세기 말에 지구 기온은 4.5도 상승하고, 탄소 배출을 당장 중단하더라도 우리는 2도 수준의 지구 가열에 직면한다. 그리고 지구 기온이 2도만 올라도 많은 도시들에서 사람이 살 수 없게 되고, 4억 명 이상이 폭염과 물 부족으로 죽어가게 된다. 이렇게 기후 위기가 피할 수 없는 현실인 만큼, 기후 재앙은 우리로 하여금 재생에너지 사용을 불가피하게 만들고 있다. 그러나 놀랍게도, 현재 우리는 재생에너지를 사용할 수 있는 전기 공급 시스템, ‘그리드’를 갖추고 있지 않다. 20세기의 그리드는 바람과 태양광 같은 가변성 전원이 아닌 석유, 석탄, 플루토늄, 천연가스에 맞춰 건설되었기 때문이다. 그리고 그리드가 없다면, 당연히 전기도 없다. 전기 없이는 스마트폰도 없고, 에어컨도 없고, 온라인 강의도 없다. 가상 화폐는 당연히 없을 것이고, 공장, 경찰, 군대, 병원이 위험에 처하게 된다. 따라서 현대사회를 지탱하는 전기를 포기할 것이 아니라면 우리는 결국 그리드를 바꾸어야 하며, 실제로도 그리드는 급격히 뒤바뀌고 있다. 이 책은 재생에너지 발전량 및 전력 수요의 증가, 분산형 전원의 확대, 전력 산업의 탈중앙화를 둘러싸고 오늘날의 그리드가 지닌 문제가 무엇인지 보여주며, 21세기 전기 인프라 혁명과 그에 따른 기술 및 산업의 지각변동이 어디서, 어떻게 일어날 것인지를 구체적으로 예측한다.

들어가며

1장 바람이 불어오는 길목 앞에서
2장 그리드가 전선을 얻었을 때
3장 인설의 법칙, 그리고 법칙의 종말
4장 카디건을 입은 미국
5장 붕괴 위기에 처한 그리드
6장 돌 하나로 새 두 마리 잡기
7장 두 폭풍 이야기
8장 성배를 찾아서
9장 시대정신

나가며
감사의 글
옮긴이 해제
주

■ 오늘날 에너지는 뜨거운 이슈다. … 에너지원을 바꾸면 (아무런 경고도 아무런 자비도 없이 파괴적인 결과를 몰고 오는) 석유 유출, 폭발 사고, 인공 지진, 광산 붕괴 사고를 줄일 수 있다는 것은 사실이다. 초강력 폭풍과 강력한 눈보라의 위험을 줄이고, 높아지는 조수와 녹아내리는 만년설을 통제하기 위해서라도 우리는 전기 공급 체계를 보다 지속 가능한 형태로 바꿔야 한다. 오늘날, 에너지가 만들어지고 사용되는 방식을 바꾸는 일은 그 어느 때보다 중요하다.-p.6, 들어가며■ 아주 중요한 문제는, 그리드가 이처럼 거대한 재생에너지 확장 계획의 시야에서 벗어나 있다는 데 있다. 많은 사람은 그리드가 마치 존재하지도 않는 것처럼 취급한다. 다시 말해, 당신과 나, 주 의원, 연방 의원, 기업가, 스타트업 대표, 기후변화 전문가 모두가 희망찬 꿈을 꾸고 커피 머신을 돌리고 멋진 일몰 사진을 찍으며 미래를 구상하고 있으나, 우리가 마음속에 그리는 모든 것을 구현하기 위해서는 그리드라는 기술적인 기념비를 그에 맞춰 변형하는 중대한 과제를 완수해야만 한다는 사실을 무시한 채 미래의 과장된 목표를 설정하고 있다. 지금까지 그랬듯, 그리드는 미래에도 존재할 것이다. 명백하지만 모두가 잠시 망각했던 바로 이 사실에 주목해야 할 때다. 이 기계가 가진 놀라울 정도의 복잡성을 파악해 이를 변화시키지 못하는 한, 우리는 낮과 밤을 더 밝게 밝힐 수도, 기상이변을 줄이고 지구 가열을 어느 선 이하로 억제하는 데 성공한 미래로 나아갈 수도 없다.-p.23, 들어가며■ 이제 그리드를 향한 새로운 관점, 전체 시스템의 재발명이 필요한 시점이다. 그리드의 일부는 다시 건설되어야만 한다. 풍력과 태양광이 대규모로 도입되지 않더라도, 결국 일어날 일이다. 재생에너지는 그리드가 변화해야 한다는 사실을 더 빨리 깨닫게 만든 계기가 되었을 뿐이다. 《로스앤젤레스타임스》에 실린 기사의 문장을 빌리자면, “문제는 재생에너지가 지난 세기에 설계한 그리드에 전례 없는 수준의 부담을 더한다는 데 있다”.-pp.68-9, 1장 바람이 불어오는 길목 앞에서■ 1956년, 나이아가라폴스 발전소는 이 시설이 자리 잡고 있었던 절벽의 가장자리가 붕괴하면서 사라졌다. 이 사고는 그때까지 미국에서 가장 큰 산업재해 중 하나였다. 당시 발전소에서 경비로 근무했던 존 해니의 이야기를 들어보자. “물이 시설 안으로 역류해 들어왔습니다. 발전기에 물이 닿으면 큰일이 날 것이니, 발전기가 물에 닿지 않도록 온갖 노력을 했던 것이 기억나는군요. 발전소 건물에는 엄청난 압력이 가해졌던 것 같습니다. 강물 쪽으로 나 있던 창문은 펑 하는 굉음을 내며 깨져버렸고, 콘크리트 바닥도 완전히 뒤틀려, 저는 그 위를 점프해 다녀야만 했었죠. 그때, 폭포 쪽으로 난 벽이 무너져 내렸습니다. 저는 엘리베이터 쪽으로 움직였습니다. 물과 돌이
발전소 앞에 펼쳐진 만으로 떨어지고 있더군요.”-p.113, 2장 그리드가 전선을 얻었을 때■ 오늘날 재생에너지 발전기의 설비용량은, 미국이 보유한 전체 전력 설비용량의13% 정도다. 하지만 이것이 중요한 것은 아니다.182 정말로 주목해야 할 것은, 2014년 한 해 미국에 설치된 새로운 재생에너지 발전기 용량의53.5%가 풍력이나 태양광이라는 사실이다. 텍사스주는 2050년까지 전체 발전량의 75%를 재생에너지에서 이끌어내겠다는 목표를 세웠다. 미국 전체를 기준으로는 2030년까지 20%대다. 하지만 카터가 그 설립에 크게 기여했던 국립재생에너지연구소는 기존의 기술만으로도 미국에서 필요한 전력의 80%를 재생에너지로 충당할 수 있다고 말한다.-p.190, 4장 카디건을 입은 미국■ 무효전력은 와트보다 더 이해하기 어려운, ‘존재하지 않는 것’이다. 그렇지만 에너지정책법이 그리드를 활용해 이익을 얻을 수 있도록 변경하기 전에, 와트를 만드는 발전소를 운전하던 모든 유틸리티는 점점 더 적은 무효전력을 생산하고 있었다. 이는 무효전력으로 전압을 유지하는 한편, 전류의 주파수를 동조화하고 있었기 때문이다. 돈의 흐름이 발전소에서 멀어지고 생산 전력을 수송하는 일에 집중되자, 2000년 이후 모든 사업자가 무효전력을 만드는 일에서 벗어나 와트 시장에 역량을 집중하기 시작했다. 무효전력 생산이라는 임무는 점차 방기되었다. 무효전력이 점점 그리드에 부족해진 이러한 사태는, “2003년 8월 미 동북부 대정전”을 결정한 핵심 요소, 그리고 1996년 여름 미 서부 인터커넥트에서 발생한 일련의 블랙아웃 사태를 결정한 요소로 알려졌다.-p.244, 5장 붕괴 위기에 처한 그리드■ 미국의 그 어떤 도시도, ‘스마트그리드시티’로 알려진 콜로라도주 볼더보다 고객의 지향점과 유틸리티의 지향점의 격차가 크지 않았을 것이다. 총 8개 주에서 서비스를 제공하는 중서부 지역의 유틸리티인 엑셀은, 첨단 기술을 동원함으로써 에너지 소비를 줄이려는 시도에 크게 호응할 만한 지역 주민들을 대상으로 미래 그리드의 시범 모델을 구현하겠다고 판단했다. 볼더와 미네소타주의 세인트클라우드가 후보지였는데, 볼더가 최종 낙점되었다. 엑셀은 스마트미터를 설치했을 뿐만 아니라 그리드를 철저하게 개량하기로 결정했다. 엑셀은 진정한 스마트그리드를 건설하는 야심 찬 청사진을 가지고 있었다. 이 새로운 그리드는 스마트 전선, 스마트 가전 기기, 상호 통신 가능한 스마트 온도 조절 장치, 그리고 궁극적으로는 가정용 태양광발전 시스템, 전력 저장 장치, 그리드 연계 전기차까지 갖출 것이다.-pp.264-5, 6장 돌 하나로 새 두 마리 잡기■ 미국 남서부나 북서부나 하와이나 할 것 없이 사람들은 남쪽 방향을 바라보는 모든 고정 시설물(집, 차고, 사무 빌딩, 차고지, 공터, 심지어 캠핑카)에 태양광 패널을 설치하고 있다. 실리콘밸리를 가득 채운 컴퓨터 서비스 산업이나 전기 의존적인 사업체들, 여러 대학교 캠퍼스, 군 기지, 감옥, 심지어는 코네티컷주 정부도 그리드 전체에 위기가 발생하는 순간 그리드로부터 고립시켜 운영할 수 있는 소규모 그리드, 즉 마이크로그리드를 만들고 있다. 이렇게 상대적으로 큰 마이크로그리드는 그리드와 마찬가지로 계획부터 건설, 설치, 관리에 이르는 모든 영역에서 전문 지식에 의존한다. 그러나 분산형 태양광발전의 경우, 제3자 소유권(이는 가정이나 차고 또는 다른 시설물에 패널을 설치하는 사기업이 해당 패널을 리스해 주는 것을 뜻한다)이 원칙으로 자리 잡고 있다. 캘리포니아의 가정용 태양광 시스템 가운데75%가 이 방식으로 설치된 것들이다.-p.304, 7장 두 폭풍 이야기

20세기에 오일쇼크가 있었다면,
21세기에는 전기쇼크가 있을 것이다!에너지 이슈가 뜨겁다. 여기저기서 ‘에너지’라는 말이 끊이지 않는다. 2021년, 미국 정부는 2030년까지 온실가스를 최소 50% 감축하기로 약속했다. 이에 따라 캘리포니아주는 2030년까지 전력의 50%, 하와이주는 2032년까지 전력의 100%를 재생에너지로 생산하겠다고 선언했다. 덴마크는 지금도 전력 생산량의 53.4% 이상을 재생에너지로 충당하고 있지만, 2050년까지 풍력만으로 100%를 달성하겠다고 밝혔다. 그리고 현재 비슷한 움직임이 전 세계적으로 이례적인 속도와 규모로 일고 있다.
재생에너지는 정치적으로 올바른 판단일 뿐만 아니라, 경제적으로도 더 합리적인 선택이 되어가고 있다. 한 가지 예로, 환경에 그다지 관심을 기울이지 않던 이들까지도 이제는 경제적인 이유로 자기 집에 태양광 패널을 설치하고 있다. 이 작은 ‘발전소’를 설치해 전기를 만들면, 전체 전력 공급량에 기여한 만큼 전기 요금에서 그 대가를 돌려받기 때문이다. 결과적으로 재생에너지 발전소 없이 그리드에 전적으로 의존하는 사람들이 기존의 그리드를 유지하는 데 필요한 비용을 대부분 부담해야 하기 때문에, 가정용 태양광 시스템은 더욱 가파르게 증가하고 있다.
그러나 이렇게 ‘녹색’ 에너지를 더 많이 사용할수록, 그리드는 더 취약해진다. 재생에너지 발전소는 불안정하며 가변적인 전류를 그리드로 흘려보내 그리드를 잠식하고 파괴하기 때문이다. 그 결과는 이미 텍사스 정전 사태와 같은 대규모 블랙아웃으로 나타나고 있다.
재생에너지의 거대한 확장은 그리드를 전면적으로 재구성해야만 가능하다. 그런데 그리드는 스마트폰 배터리부터, 입출력포트, 충전기, 플러그, 콘센트, 전선, 변압기, 전봇대, 저전압 배전선, 변전소, 싱크로페이저, 스위치, 퓨즈, 고압 송전선 그리고 발전소에 이르는, 그야말로 모든 곳에 뻗어 있는 인프라다. 따라서 그리드의 위기는 현대 산업과 사회의 위기이기도 하다. 그러나 뒤집어 생각해 보면, “이러한 구조적 변화는 제대로만 수행된다면 엄청난 기회일 것”이다.제주도에 상륙한 에너지 위기,
2025년, 다가오는 미래와 기회!구글과 애플은 이미 미래를 준비하고 있다. 구글은 본사와 데이터 센터를 ‘마이크로그리드’로 운용하고 있으며, 애플은 기존의 그리드와 단절되어도 서비스를 제공할 수 있도록 자체 시스템을 구축하고 있다. 미군도 미국 내에서 사용하는 전력망을 모두 마이크로그리드로 전환하고 있고, 세부 내용만 다를 뿐 코네티컷주 정부와 뉴욕주 정부 역시 동일한 사업을 진행 중이다. 그 밖의 시티뱅크, 비즈니스위크, 에디슨일렉트릭인스티튜트 등 굴지의 기업들도 지금까지 전력을 생산하고 관리하던 방식이 머지않아 막을 내릴 것이라고 예측한다.
재생에너지의 높은 변동성으로 인해, 열 저장(P2H), 그린 수소(P2G), 에너지 저장 시스템(ESS) 등 에너지 저장 기술에 대한 수요와 연구도 급증하고 있다. 전기차는 바퀴 달린 큰 배터리나 다름없기 때문에, 그에 발맞추어 보다 강력하게 권장되거나 빠르게 확대될 예정이다. 현재 햇빛, 물, 바람은 길거리의 전선을 없애고, 이동식 전기 생산 설비를 확장하며, 스마트 기술 간 통합으로 나아가고 있다.
재생에너지 위기가 비단 미국과 유럽의 이야기는 아니다. 제주도에서도 재생에너지 발전에 따른 과잉 전력을 전력망이 수용하지 못하는 사태가 일상적으로 벌어지고 있다. 대규모 풍력 시설과 태양광발전 시설이 과잉 생산한 전기를 어디로도 보낼 수 없기 때문에, 재생에너지 발전소를 전력망과 차단하는 일이 빈번해지고 전력망의 붕괴를 걱정하는 날이 잦아지고 있다. 전문가들은 2025년이면 내륙에서도 똑같은 문제가 나타날 것이라고 말한다. 그러나 지연된 위기는 늘 준비된 기회로 삼을 수 있다. 이 책의 ‘옮긴이 해제’에서는 바로 이러한 상황에 맞춰 전문가들이 미래를 전망한다.

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