청정수소로 발전 분야 탄소중립 시동 건다

월간수소경제 = 이종수 기자 | 발전 부문 탄소중립과 대규모 수소 수요 창출을 위한 청정수소 발전시장이 열린다. 

정부는 ‘2050 탄소중립 시나리오’, ‘2030 국가온실가스 감축목표(NDC)’ 등으로 청정수소의 역할이 크게 대두됨에 따라 지난 2021년 11월 ‘청정수소 공급체계 전환’을 주요 내용으로 한 ‘제1차 수소경제 이행 기본계획’을 발표했다. 청정수소발전 의무화제도(CHPS), 청정수소 인증제 등을 통해 발전·산업·수송용 등 다양한 분야에 청정수소 공급·활용을 확대한다는 계획이다. 발전 분야는 석탄발전에 암모니아 20% 혼소, LNG 터빈에 수소 50% 혼소 후 각각 혼소 비율을 확대할 예정이다. 

산업통상자원부는 지난해 1월 ‘제10차 전력수급기본계획(2022~2036년)’을 통해 청정수소·암모니아 발전 비중을 2030년 2.1%, 2036년 7.1%로 설정했다. 수소 50% 혼소와 암모니아 20% 혼소 발전을 도입해 2030년 13.0TWh(수소 6.1TWh, 암모니아 6.9TWh), 2036년 47.4TWh(수소 26.5TWh, 암모니아 20.9TWh)의 청정수소·암모니아 발전량을 공급한다는 계획이다. 

‘2030년 국가온실가스 감축목표(NDC)’를 감안하면 2030년 혼소 발전량(13.0TWh)은 청정수소 환산 시 약 80만 톤에 해당한다. 이는 정부의 2030년(누적) 수소차 보급 목표인 30만 대(수소수요 최대 40만 톤)의 2배인 60만 대가 사용하는 양이다. 이처럼 발전 분야가 대규모 수요를 창출해 수소생태계 확산에도 기여할 것으로 기대된다. 


청정수소발전 입찰시장 개설 

산업부는 지난해 6월 세계 최초로 수소를 발전 연료로 사용해 생산된 전기를 구매·공급하는 제도인 ‘수소발전 입찰시장’을 개설했다. 수소발전을 신재생에너지공급의무화제도(RPS)에서 별도로 분리해 연료전지 외 수소터빈, 수소엔진, 암모니아 혼소 등 다양한 수소발전 기술들이 경쟁해 보급될 수 있도록 한 것이다. 

수소발전 입찰시장은 ‘일반수소’와 ‘청정수소’로 구분되는 데, 올해 처음으로 청정수소발전 입찰시장이 개설된다. 이 시장에는 국내 청정수소 인증기준(수소 1kg당 온실가스 배출량 4kgCO2e 이하)을 충족한 연료를 사용하는 발전기만 참여할 수 있다. 

정부는 지난해 12월 18일 ‘제6차 수소경제위원회’를 열고 청정수소 인증제 운영방안을 확정했다. 배출량 산정범위를 Well-to-Gate(원료채굴~수소생산)로 하고, 배출량 기준은 수소 1kg당 4kgCO2e 이하(선박배출량 등 제외)로 정했다. 단계적 온실가스 감축 유도를 위해 청정수소 인증등급을 4단계로 구분했다. 

청정수소 인증운영기관으로 에너지경제연구원, 청정수소 인증시험평가기관으로는 KTR(한국화학융합시험연구원)과 KTC(한국기계전기전자시험연구원)를 선정했다. 

올해 입찰물량은 6,500GWh, 계약기간은 15년이다. 실제 발전은 사업 준비 기간을 3년으로 부여해 2028년까지 개시토록 했다. 첫 시장임을 고려해 준비 기간을 1년 유예한 것이다. 

청정수소발전의 입찰공고 기간은 발전사가 연료도입 계약에 드는 시간을 고려해 24주로 정했다. 최종 낙찰자는 입찰 제안서 마감 후 발전단가인 가격 지표와 청정수소 활용 등급(4개 등급), 연료도입의 안정성, 산업·경제 기여도 등의 비가격 지표를 종합적으로 평가해 오는 12월 중에 선정할 계획이다. 

특히 청정수소발전의 목적이 온실가스 감축인 만큼 1~2등급 청정수소에 월등히 높은 점수를 배정했다. 


낙찰 최대 관건은 ‘입찰가격’ 

청정수소발전 입찰 참여를 준비하는 발전사업자들은 상세 입찰 내용을 세밀하게 분석해 대응전략을 마련할 필요가 있다.

주요 내용을 보면 먼저 입찰대상 발전설비 요건의 경우 석탄-암모니아 또는 LNG-수소 혼소 발전설비, 전소 수소발전설비가 대상 설비다. 입찰공고 마감일(2024년 11월 8일)까지 RPS 등록 이력이 있는 전소 설비는 입찰에 참여할 수 없다. 

전력거래소의 급전지시에 따라 운전하는 중앙 급전 발전기 요건을 준수하고, 안정적인 계통운영을 위한 유연성 자원으로 활용할 수 있는 설비여야 한다. 다만 설비용량의 제한은 없다.

또 입찰공고 마감일까지 발전사업허가를 취득한 발전설비 또는 발전사업허가(변경) 신청을 완료한 설비여야 한다. 

환경적인 요건으로는 활용 연료는 청정수소인증 운영기관(에너지경제연구원)의 청정수소 인증서 취득 또는 취득 예정(예비검토 컨설팅 결과 제출 권고)인 청정수소이다. 자체 산정 등급 제출 시 국내 청정수소 인증 관련 법령 및 고시 등을 준수하고, 국내 인증운영기관의 예비검토 컨설팅 신청서류에 준하는 증빙서류를 첨부해야 한다.

기준 혼소율은 고위발열량 기준 20% 이상이어야 한다. 혼소발전 후 잔여탄소배출량이 혼소발전 전 탄소배출량을 초과하지 않는 수준의 발전기 이용률을 산정해야 한다. 판매하고자 하는 연간 수소발전 전력거래량 산출에 활용한 연 단위 이용률을 말하며, 과거 5개년 개별발전기 평균 이용률(송전단 기준)을 기준으로 한다. 다만 과거 발전 이력이 없는 신규 혼소설비의 경우 동일 클래스 이용률 상위 50% 발전기의 과거 5개년 평균 이용률을 활용한다. 

입찰에 참여할 발전사업자는 오는 10월 21일부터 11월 8일까지 수소발전입찰시장시스템(https://kchps.kmos.kr)을 통해 입찰 제안서와 증빙서류를 제출하면 된다. 

청정수소 발전시장 운영기관인 전력거래소는 발전사업자가 제출한 입찰서류를 평가한 후 오는 11월 22일에 우선협상대상자를 발표할 예정이다. 가격평가와 비가격평가를 실시해 종합 평가점수(가격평가 60점 + 비가격평가 40점 = 100점)의 고득점순으로 우선협상대상자를 선정한다. 

비가격평가는 △온실가스 감축 기여도(45점) △산업·경제기여도(15점) △사업 신뢰도(22점) △주민 수용성 및 사업진척도(13점) △계통 수용성(5점) 등 총 5개 항목으로 구분된다. 

종합 평가점수가 동점인 경우에는 가격 평가점수가 높은 경우를 1순위, 비가격평가 항목 중 온실가스 감축 기여도 ‘생산-청정수소 등급’ → 온실가스 감축 기여도 ‘발전-배출계수’ → 사업 신뢰도 ‘연료도입의 안정성’ 순으로 평가점수가 높은 경우를 2순위로 해 선정한다. 

우선 종합평가를 좌우하는 최대 요소는 가장 낮게 제시한 입찰가격(원/kWh)이다. 청정수소 간 비용 경쟁을 통해 경제성 있는 가격으로 청정수소를 조달하는 게 청정수소발전 입찰시장 도입의 취지이기 때문이다. 입찰가격은 거래 기간 중 투자비 및 운영비를 고려한 고정비 성격의 ‘고정입찰가격’과 거래 기간 중 연료 활용 관련 입찰가격인 ‘변동입찰가격’을 합산한 것이다. 

변동입찰가격은 ‘인덱스 적용(탄소포집수소 활용 사업자 한정 선택 가능)’과 ‘인텍스 미적용(거래 기간 중 고정되는 변동 입찰가격)’으로 구분되는데, 인덱스 적용 변동 입찰가격은 사후 인덱스를 적용해 조정하므로 기준 시점 연료 단가를 고려해야 한다. 이번 입찰에서 제시된 사후 조정 인덱스 기준 연료비는 최근 10년(2014년 5월~2024년 4월) 월별 헨리 허브(Henry-Hub) 천연가스 현물 평균가격인 mmbtu당 3.21달러이다. 


청정수소 등급·연료도입 안정성도 당락 좌우

또 비가격 평가(100점) 중 가장 많은 비중을 차지하는 ‘청정수소 등급(35점)’도 낙찰을 크게 좌우하는 요소다. 온실가스 배출 수준이 가장 낮은 1등급(수소 1kg당 온실가스 배출량 0.1kgCO2e 이하)에 가장 높은 35점을 배정해 4등급(2~4kgCO2e) 1점과는 무려 35배나 차이가 난다. 2등급(0.1~1kgCO2e)은 32점, 3등급(1~2kgCO2e)은 8점이다. 사실상 1~2등급의 청정수소를 제시하지 못하면 낙찰되기 힘들 것으로 보인다.  

‘청정수소 등급’ 다음으로 안정적인 연료도입을 위한 투자 계획, 계약 진행 상황 등 에너지 안보 기여도와 연료조달 신뢰도를 평가하는 ‘연료도입의 안정성’ 항목이 20점으로 높다. 해외에서 전량 수입하는 천연가스 산업의 특성을 참고했다. 국내에서 필요한 청정수소는 대부분 해외에서 생산해 수입해야 하는 상황을 반영한 것이다. 

특히 계약 진행도와 장기 연료도입의 지속 가능성을 평가하는 ‘연료조달 신뢰도’에 20점 중 15점을 배정해 입찰자들이 상당히 신경을 써야 할 것으로 보인다. 

이 항목은 △공급선 다변화(국지적 분쟁과 일부 생산설비 차질 등의 발생에 대비한 청정수소 공급 안정성 제고) △사업 완성도(청정수소 개발 프로젝트 진행 단계별 점수 차등) △계약 완성도(연료도입 협상 및 계약 단계별 점수 차등) △사업여건 신뢰도(정치외교적 불안 등 지정학적 리스크, 국가·기업의 프로젝트 신용평가등급, 연료도입 위험요인 분석 및 대응방안 등) △계약조건의 유연성(도착지 조항 완화, 물량 인수 조건(Take-or-Pay) 적용비율, 증량·감량권 등 계약조건 유연성 확보) △가격 안정성(총 입찰가격 중 인덱스 적용 변동 입찰가격 비중) 등 총 6개 평가지표로 구성됐다. 

나머지 5점은 ‘에너지 안보’에 배정됐는데, 수소 생산 프로젝트(수소 추출, 이산화탄소 포집·저장, 암모니아 전환 등)의 국내 기업 참여 지분율을 평가한다. 직접 개발과 20% 이상 지분투자에 가장 큰 점수(5점)를 부여했다. 단순구매는 0점으로 낙찰에 아무런 도움이 되지 않는다. 

‘연료도입의 안정성’ 다음으로 ‘산업·경제기여도’가 15점으로 높다. 청정수소 발전사업을 통해 기대되는 생산-운송-활용 단계별 인프라·기자재·밸류체인의 국내 거시경제·산업기여도 및 수소생태계 확장성을 평가하는 항목이다. 수소경제 활성화의 취지에 탄소중립 외에도 국가의 신성장 동력 확보가 포함되어 있기 때문이다. 

기자재·기술 부분에서는 국내 기업의 EPC 참여, 국내 조선·해운 활용, 국산 기술·기자재 활용 등을 평가함으로써 국내 여러 우수 기업들과의 컨소시엄 구성이 중요할 것으로 보인다. 신규 고용창출과 수소 공급망 구축 확대 가능성, 지자체 수소생태계 구축 계획 연계성, 발전 외 수소 수요처 다변화 여부 등도 평가한다. 

온실가스 감축 기여도와 계통 수용성을 제외한 3가지 평가항목(산업·경제 기여도, 사업 신뢰도, 주민 수용성 및 사업진척도)의 평가점수가 최소점수요건을 충족하지 못하는 경우 낙찰자 선정과정에서 제외된다. 

결국에는 청정수소 발전시장의 가장 큰 세 마리 토끼인 ‘경제성(가격)’, ‘환경성(청정수소)’, ‘에너지 안보(연료도입 안정성)’를 모두 잡는 사업자가 입찰 시장에서 우위를 점할 것으로 보인다. 

전력거래소는 우선협상대상자를 발표(11월 22일)한 이후 이의신청 및 우선협상대상자 등록을 거쳐 올해 12월 중에 낙찰자를 발표하고 계약을 체결할 예정이다. 낙찰자는 수소법 및 운영규칙에 따라 관리기관(전력거래소), 구매자(한국전력, 구역전기사업자, RE100 기업 등 자발적 구매자)와 수소발전 전력거래계약을 체결한다. 

청정수소발전 입찰 흥행할까?

지난해 두 번에 걸쳐 진행된 연료전지 발전 중심의 일반수소 발전시장 입찰(상·하반기 각 650GWh 개설)은 흥행한 것으로 평가된다. 상반기는 5.97대 1 경쟁률로 5개사 5개 사업(총 715GWh), 하반기는 4.74대 1의 경쟁률로 5개사 19개 사업(총 715GWh)이 각각 낙찰되면서 발전단가 인하와 분산전원 유도 효과가 발생했기 때문이다. 

올해 처음 개설된 청정수소발전 입찰시장도 흥행할 수 있을 지 주목된다. 정부의 지원이 중요한 대목이다. 우선 경쟁력 있는 가격으로 청정수소를 안정적으로 조달하는 게 최우선이다. 발전사를 비롯해 한전, 한국석유공사, 롯데케미칼, 포스코홀딩스, 삼성엔지니어링, SK가스 등 다양한 기업들이 청정수소 시장을 선점하고, 자체 수요 조달 등을 위해 동남아·중동·호주 등 수소생산사업 환경이 양호한 국가들을 중심으로 청정수소 생산 프로젝트를 추진하고 있다. 

특히 국내 기술과 자본 주도의 청정수소 해외생산 거점을 확보하기 위한 민관 합동 시범사업이 말레이시아(암모니아 60만 톤)와 UAE(암모니아 20만 톤)에서 진행 중으로, 2027년부터 국내 도입이 가능할 것으로 예상된다. 이번 시범사업은 정부 출자와 예비·시범인증 최우선 적용을 통해 리스크를 완화하고, 경쟁력 있는 프로젝트를 선점했다는 데 의미가 있다. 

또 정부는 해외 청정수소 개발 촉진을 위한 금융지원을 신설했다. 해외자원개발 융자사업(에너지공단) 지원대상에 ‘청정수소’를 추가해 사업비의 30% 이내로 일반·특별융자 지원이 가능하도록 할 예정이다. 

해외생산 수소 수입을 위해 한국석유공사를 중심으로 서해·동해·남해권 3개 지역을 거점화해 대규모 암모니아 인수기지·저장설비(2027년 110만 톤, 2030년 400만 톤)를 구축할 계획이다. 

국내 청정수소 사업도 지원할 예정이다. 지난해 수전해 기반 청정수소 생산기술, 탄소포집 청정수소 생산기술 등 6개 수소기술이 국가전략기술에 포함되어 최대 50% 세액공제(R&D, 시설투자) 지원을 받을 수 있게 됐다. 

특히 청정수소발전 입찰시장 운영을 통해 발전 부문 발전단가 보전을 추진할 예정이다. 

현재 에너지경제연구원이 진행 중인 청정수소 인증 시범사업으로도 흥행 가능성을 짚어볼 수 있다. 이 사업은 예비·시범인증을 통해 청정수소 생산 프로젝트의 예측 가능성을 제고하기 위한 것이다. 예비인증은 수소생산설비 구축 전에 인증수요자가 제출한 데이터를 기반으로 배출량을 산정한다. 시범인증은 청정수소 양산 전에 실제 수소생산설비(실증단지 등)를 대상으로 배출량을 산정한다. 

에너지경제연구원은 오는 2026년까지 50개 이상의 예비·시범 인증수요(예비 32개, 시범 20개)를 발굴한 상황이다. 지난 3월 13일까지 처음으로 시범사업에 참여할 기업들을 모집해 사업을 진행 중이다. 

“수소발전 경제성 확보 지원 강화 필요”

수소발전 활성화를 위해선 경제성 확보 지원을 더욱 강화할 필요가 있다는 지적이 나온다. 

에너지경제연구원의 안지영 부연구위원과 이태의 연구위원은 ‘청정 암모니아 전주기 밸류체인 체계 구축 연구보고서’에서 “그린암모니아의 높은 생산단가는 그린암모니아 활성화에 가장 큰 장애 요인으로 작용해 그린암모니아의 생산비용과 도입단가를 낮추기 위한 인센티브 제도 등의 지원이 필요하다”라며 “비혼소 석탄발전기와 혼소 석탄발전기가 일반전력시장 내에서 경쟁하는 경우 혼소 석탄발전기는 높은 열량 단가로 인해 경제급전의 우선순위에서 밀릴 가능성이 높아 청정암모니아 혼소 발전을 유도하려면 더 많은 경제적 유인이 있어야 한다”고 밝혔다. 

에너지경제연구원의 김재엽 부연구위원과 조성진 선임연구위원도 ‘국내 무탄소 신전원 도입에 따른 단계별 전력시장 운용방안 연구(수소·암모니아 혼·전소 중심) 보고서’에서 “수소·암모니아 혼소발전의 확대에서 가장 큰 걸림돌은 결국 기존 화석연료 전소발전이므로, 석탄·LNG 발전 내에서 혼소발전의 가격(비용) 경쟁력을 높일 수 있는 복합적인 노력이 요구된다”라며 “탄소가격과 청정전력 생산 보조금의 정책조합을 통해 수소·암모니아 혼소발전, 석탄·LNG 전소발전 간의 급전 순위를 바꾸는 노력이 중요하다”고 밝혔다. 

또 “하나의 경제급전 전력거래 시스템에서 무탄소 발전원이 다른 발전원들과 가격경쟁을 한다면 수소·암모니아 공급망을 탄탄히 구축해 안정적이고 저렴한 수소·암모니아 도입구조를 확보함과 동시에 계약 기간별로 공신력 있는 도입단가 전망 시스템을 구축할 필요가 있다”라며 “기업들의 가격정보는 대외비지만 계획된 청정수소발전 입찰시장 운영 기간 중 청정수소 관련 가격정보 등을 평균값 형태로 최대한 공개하는 등 관련 연구에 활용이 가능한 형태로 가공될 수 있다면 공신력 있는 도입단가 전망 시스템 구축에 큰 도움이 될 것”이라고 밝혔다. 

정부가 시장에 수소발전의 경제성 확보 지원을 강화하는 시그널을 준다면 이번 청정수소발전 입찰시장이 흥행에 성공할 것으로 기대된다. 
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청정수소로 발전 분야 탄소중립 시동 건다