1. 연구 배경 및 목적

■ 연구의 배경

○ 우리 정부는 「국가 탄소중립·녹색성장 기본계획」을 통해 2030년까지 국가 온실가스 감축목표(Nationally Determined Contribution, NDC) 달성을 위한 부문별 감축목표와 이행 대책을 수립

- 2018년 기준 국가 온실가스 배출량은 727.6백만 톤으로, 기업의 전력소비 등으로 인한 간접배출을 포함하면 산업부문 배출량은 전체의 54%를 차지

- 탄소중립을 위한 핵심 수단인 전기화 추세를 고려하면 향후 증가하는 산업부문의 전력수요 탈탄소화는 NDC 목표 달성 및 탄소중립을 위한 중요한 문제로 인식

- RE100의 확대, 탄소국경조정제도(Carbon Border Adjustment Mechanism, CBAM) 등 강화된 온실가스 규제가 기업의 생산활동에 직간접적인 영향을 미치는 가운데, 청정전력 조달은 산업부문 탈탄소화의 핵심 요소로 급부상 중

○ 최근 대내외적으로 무탄소 에너지(Carbon Free Energy, CFE)를 활용한 기술중립적 청정전력 조달 및 활용에 대한 관심이 증가

- CFE란 재생에너지에 국한되지 않고, 탄소를 배출하지 않는 모든 유형의 청정발전원을 포괄하며, 구글이 주도하고 있는 24/7 CFE가 대표적인 사례임

- 미국은 IRA를 통해 기존 재생에너지 중심에서 탄소 무배출 전원에 세액공제 혜택을 제공하는 등 기술 중립적 대상으로 확대 중

- 우리 정부는 2023년 9월 UN 총회 기조연설을 통해 국제사회에 “CF 연합”결성을 제안하는 한편, 우리 주도의 “CFE 이니셔티브”를 국제적 운동으로 확산하기 위해 다양한 활동을 전개 중

■ 연구의 목적

○ 본 연구는 우리 정부가 현재 강도 높게 추진 중인 무탄소 에너지의 국내외 정책동향을 살펴보고, 기업의 무탄소 전력 사용에 따른 영향을 분석하는 것이 목적

- ‘시간성’ 원칙에 따라 기업이 청정전력을 조달하는 시나리오를 설정하고, 시나리오별 온실가스 감축 효과 및 비용효과성을 비교분석

- CFE 이니셔티브의 국제적 확산을 성공적으로 이끌기 위해 필수 요소인 제도적 기반 구축에 초점을 맞추어 정책 시사점을 제시

2. 연구 내용 및 주요 분석 결과

■ (2장) 해외 무탄소 에너지 논의 동향 및 사례조사

○ 전 세계적으로 기후변화 대응과 탄소중립을 실현하기 위해서 재생에너지는 물론 다양한 무탄소 에너지원과 잠재적 기술들의 적극적인 활용이 점차 중요

- (제28차 유엔기후변화협약 당사국총회(Conference of the Parties, COP28)) 글로벌 재생에너지 설비용량의 확대는 물론 원자력, 탄소 포집·활용·저장(Carbon Capture Utilization and Storage, CCUS) 기술, 저탄소수소 등 다양한 무배출 및 저배출 기술의 활용을 가속하는 데 합의

- (원전 발전 용량 확대) 한국을 포함한 22개국은 2050년까지 원전이 발전용량을 2020년 대비 3배 확대 선언

- (EU 탄소중립산업법) 탄소중립 기술 목록을 단일화하고 원자력을 포함한 재생에너지, 수전해 설비, 에너지저장장치 등 19개의 기술 포함

- (미국 인플레이션 감축법((Inflation Reduction Act, IRA)) & 행정명령14057) IRA를 통해 재생에너지 중심에서 “예상 온실가스 배출량이 0 이하인 모든 발전 시설”로 확대하여 세제 혜택을 제공하는 한편, 행정명령14057에 따라 각 연방기관은 2030년까지 100% 무탄소 전력으로 조달 (50%는 24/7 CFE 원칙을 준수)

○ 24/7 무탄소 에너지 콤팩트(24/7 CFE Compact)는 민간 부문에서 다양한 무탄소 에너지를 채택하고 적극적으로 활용하자는 이러한 국제적 흐름을 반영한 대표적인 사례

- (24/7 CFE) 모든 전력망에서 소비되는 전력을 24시간 내내 탄소배출 없는 청정 발전원으로 조달함으로써 글로벌 전력망의 탈탄소화를 목표로 설정

- (구글) 24/7 CFE를 이행하는 대표적 민간 기업으로, 2030년까지 모든 사업장과 데이터 센터에 매시간 무탄소 에너지를 활용한 전력 공급

- (Energy Tag와 M-RETS) 비영리단체들은 시간 속성이 포함된 인증서를 개발하고 이를 통해 기업의 시간대별 전력수급 매칭을 지원

○ (24/7 CFE의 한계) 160개 이상의 다양한 주체들이 참여 중이지만, 실질적으로 에너지소비 기업은 11개로 참여가 저조하며, 구글의 사례를 제외하고는 공식적으로 무탄소 에너지를 사용하고 인증, 추적 및 검증하는 체계가 미흡

■ (3장) 국내 무탄소 에너지 도입 배경 및 추진 현황

○ 현시점에서 기후위기 대응을 위한 민간 부문의 노력은 재생에너지 중심의 재생에너지 100%(Renewable Electricity 100%, RE100)가 주도하고 있지만, 국가별 RE100 이행 여건은 다름

- (RE100 현황) 2022년 기준, 382개 회원사의 전력 소비량 중 약 50%를 태양광, 풍력 등 재생에너지로 조달, 그러나 한국 31개 기업의 재생에너지 사용 비중은 9%에 불과

- (한국의 RE100 이행 여건) RE100 확대로 인해 국내 공급망 기업에 재생에너지 사용 요구 증가 추세, 재생에너지 조달 물량 부족(총발전량 대비 재생에너지 발전 비중 7%, OECD 국가 중 최하위 수준), 높은 재생에너지 조달비용(Levelized Cost of Electricity, LCOE) 대비 낮은 전기요금으로 인해 RE100 이행에 불리한 여건

○ 2023년 9월, 우리나라 대통령은 제78차 UN 총회 기조연설을 통해 전 세계적으로 무탄소 에너지의 채택을 촉진하고 선진국과 개발도상국 간의 기후 격차를 해소하기 위한 ‘CF 연합’ 결성을 제안

- RE100의 한계를 극복하고 더욱 다양한 분야에서 온실가스 배출 저감을 촉진하기 위한 목적으로 CF 연합을 출범시킴과 동시에 새로운 개념의 CFE 이니셔티브를 국제사회에 알리기 시작

○ 2024년을 CFE 이니셔티브의 확대와 발전을 위한 도약의 해로 예고한 만큼 국제사회에서 인정받을 수 있도록 제도적 기반을 구축하는 작업 본격화 필요

- (인증 제도) 인정 대상 에너지원의 기준과 정의를 포함한 국제적으로 통용될수 있는 명확한 기준과 평가 방법 설계

- (인프라) 무탄소 에너지를 사용하고 인증 기준을 실행할 수 있는 조직과 정보 수집 및 관리 체계

- (정책적 지원) 민간 부문의 참여 유도를 위한 정부 지원(재무적, 비재무적) 및 의무화 등

- 국내 인증체계(안)을 선제적으로 마련함으로써, 국제적 합의를 도출하기 위해 적극 활용하고 주도적 역할 수행 필요

■ (4장) 국내 산업부문 CFE 기반 청정전력 사용 확대에 따른 영향 분석

○ 국내 기업이 ‘시간성’ 원칙에 따라 청정전력을 조달한다는 전제하에 시나리오를 설정하고, 시나리오별 온실가스(간접배출) 감축 효과와 비용효과성을 비교분석 수행

- (시나리오 설정) 기본적으로 재생에너지 100% 조달과 청정전력 조달 시나리오로 나누고, 에너지저장장치(ESS) 유무에 따른 시나리오를 추가

- (재생에너지 100%) 태양광 100%, 풍력 100%, 태양광 50%와 풍력 50%

- (청정전력 조달) 일정 부하를 가지는 무변동성 청정발전원(FLG) 가정

- (분석 방법) 기업을 대표하는 산업용(을), 일반용(을) 전력수요 패턴과 시나리오별 발전패턴을 이용해 시간대별 전력수요-공급 프로파일 매칭을 수행하고, 수급불균형을 최소화하는 최적화 방법론 적용

○ (시나리오 분석 결과 ①) 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS) 설비는 기업의 시간대별 전력 수급불균형을 상당 부분 완화

- (ESS 無) 기업은 비록 100% 재생에너지로부터 전력을 조달하더라도 시간대별로 살펴보면 전력수요의 32.2%~69.0%를 그리드 전력에 의존

- (ESS 有) 연간 그리드 전력 사용 비중은 21.9%~37.4% 수준으로 감소

○ (시나리오 분석 결과 ②) ESS 설비와 함께 재생에너지 및 FLG을 조합(청정전력 조달 시나리오)하면, 연간 간접배출량은 재생에너지 100% 대비 약 1/2 수준으로 하락

- (청정전력 조달 시나리오) 연간 그리드 전력 사용량 비중은 산업용(을)이 11.0%, 일반용(을)은 13.9%, 이로 인한 연간 간접배출량은 각각 1,448천톤, 1,840톤으로 분석

- (재생에너지 100%) 재생에너지 최적 조합의 경우, 연간 배출량은 산업용(을) 2,871천톤, 일반용(을) 3,208천톤 수준

○ (시나리오 분석 결과 ③) 각 청정 발전원의 LCOE를 바탕으로 비용을 비교한 결과, 재생에너지 100% 조달 대비 FLG를 조합하여 청정전력을 조달하는 것이 비용 효과적

- 청정전력 조합 조달 시나리오는 산업용(을)과 일반용(을) 모두 재생에너지 100% 시나리오 대비 70.7~90.9% 수준으로 추정

- 전력수급 균형을 위한 ESS 및 외부수전, 역송판매 비용까지 고려하면 청정전력 조합 조달 시나리오의 비용효과성은 더욱 높게 산출

○ (분석의 한계) 다만, 시나리오별 온실가스 감축 효과와 비용분석 결과로부터 청정전력 조합 시나리오가 절대적으로 유리하다는 의미는 아님

- 특히, 대표적인 무변동성 기저발전원으로 소형모듈원전(Small Modular Reactor, SMR) 설비를 가정하였는데, 이는 청정수소 발전원, 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS) 기술이 적용된 발전원 등 타 무탄소 발전원이 적용될 경우, 그 비용효과성은 다르게 도출 가능

3. 정책 시사점

○ 무탄소 에너지에 대한 국내외 정책 동향과 국내 산업부문 CFE 기반 청정전력 사용 확대에 대한 영향 분석 결과를 기초로 다음과 같은 정책 시사점을 제시

- 산업부분 무탄소 에너지 사용을 인증하고 추적 및 검증하기 위한 제도적 기반을 확보하는 데 필요한 고려 사항을 중심으로 시사점 도출

- 아직 기본 방향성을 확인할 수 없는 생산공정(Scope 1)의 탈탄소화를 다루기 보다 본 연구의 주요 목적에 맞게 기업이 소비하는 전력 부문에 집중하여 정책적 함의를 제시하고자 함

○ (시사점 ①) 시간 세분성 기준과 단계별 적용 시기에 대한 구체적 설정

- 산업부문의 전력 수요 탈탄소화의 핵심은 다양한 무탄소 발전원을 활용한 ‘시간 세분성’이며, 단순히 무탄소 발전원을 추가하는 것만으로는 글로벌 탄소중립 기여도가 높다고 평가하기 어려움

- 최근 RE100은 시간 세분성에 따른 재생전력 조달 시 추가 크레딧을 제공하는 것을 명시하고 있으며, 이는 전력망의 탈탄소화를 위한 시간대별 청정전력 조달의 중요성을 인식한 것으로 해석 가능

- CFE 이니셔티브는 초기에는 연간 정산 방식을 채택하고, 점차 실시간 조달원칙을 지향하는 단계적 접근을 취하고 있으나, 시간 세분성 적용에 대한 명확한 기준과 시기 설정이 필요

○ (시사점 ②) 인증제도 설계 시 고려 사항

- 무탄소 발전원 사용에 대한 인증제도는 한국형 RE100와 연계하여 설계가 가능하며, 재생에너지를 제외한 대상 에너지원에 대한 명확한 정의 필요

- (청정수소) 수소 생산 전 과정에서 탄소 배출량 기준에 따라 국가마다 다르게 정의하고 있기에 국가별 기준에 준하는 방식으로 구체화할 필요하며, 타 에너지원과 함께 사용되는 혼소발전의 경우, 별도의 인정 기준 필요

- (원자력) 기존 대형 원전의 수명 등을 고려하여 일부 활용 가능성을 열어두되, 점차 SMR과 같은 신규 발전원의 확대로 이어질 수 있도록 제도설계 방향 설정

○ (시사점 ③) 인프라 구축

- 운영 및 실행 조직 및 인증을 위한 정보를 수집 및 관리할 수 있는 인프라 구축은 현재 한국형 RE100에서 사용하고 있는 시스템을 활용 가능

- 현재 연 단위로 집계되는 시간성이 월, 주, 일, 시간 등으로 확대될 경우, 발전 시점에 대한 정보를 추가로 확인 필요

- 한국의 경우, 대부분의 발전설비에 최소 15분 단위의 계량 설비를 갖추고 있어, 시간 단위의 발전량 파악이 가능

- 향후 시간 단위로 조달 원칙이 확대하더라도 기존 RE100 거버넌스와 시스템을 활용하여 대대적인 인프라 구축에 드는 비용과 시간을 절약 가능

○ (시사점 ④) 정부의 정책지원

- CFE는 다양한 무탄소 발전원을 활용하는 것이 취지이나, 현재 재생에너지를 제외하고 즉시 투입 가능한 발전원은 기존 설비인 대형 원전이 유일하기에 신규 무탄소 발전원을 확대하는 데 집중적으로 재원을 투입이 요구

- 탄소중립을 위한 잠재적 수단으로 분류할 수 있는 SMR, 청정수소 발전원, CCS 기술을 적용한 발전원을 개발하고 확대하기 위한 적극적인 지원 정책

- ESS 설비의 지원은 시간대별 수급불균형을 완화하는 데 중요한 역할을 하며, ESS 설비 확대를 위한 정책도 포괄하여 진행하면, CFE 정책 도입의 실효성과 효율성 향상에 기여 가능

○ (시사점 ⑤) 법적 고려 사항

- (전력구매계약(Power Purchase Agreement, PPA)) 원자력이나 CCS 기술이 결합된 발전원과 같은 경우, 현행법에 따라 직접 거래가 불가하기에 향후 PPA를 통해 무탄소 전력을 조달하기 위해서는 전기사업법의 개정이 필요

- (신재생에너지 공급 인증서(Renewable Energy Certificate, REC)) 현재 REC가 발급되는 재생에너지 이외의 무탄소 전원에 대한 인증서 발급 시스템의 확보가 필요하며, 마찬가지로 전기사업법 개정 고려 가능

○ (시사점 ⑥) 국제협력을 위한 주요 이슈

- 인증제도 설계는 국제사회에서 동일한 기준이 적용되어야 하므로 주요 글로벌 협력 과제에 해당되며, 무탄소발전원 정의, 시간 단위 설정에 대한 합의 이외에도 무탄소 전력사용량을 어떻게 측정할지에 대한 산출 방법론이 명확하게 정의

- 국제협력 과정에서 이니셔티브의 최종 목표와 이를 달성하기 위한 시기, 이니셔티브 참여 대상자의 기준, 무탄소 전력 조달 수단, 인정 원칙, 이행 실적의 검증 체계 등 다양한 글로벌 협력 과제가 존재

- 주요 협력 주제들에 대해 우리의 기준(안)을 선제적으로 마련함으로써 국제사회에서 통용될 수 있는 글로벌 표준화와 협력을 이끌어내는 데 주도적인 역할을 수행

요약 ⅶ

제1장 서론 1

1. 연구 배경 및 목적 1

2. 연구 내용 4

제2장 해외 무탄소 에너지 논의 동향 및 사례조사 7

1. 24/7 Carbon-Free Energy(CFE) Compact 7

2. 민간 부문 무탄소 에너지 활용 사례 9

2.1. Google 9

2.2. Microsoft 13

2.3. 시간 단위 무탄소 에너지 인증을 위한 표준화 작업 15

3. 해외 주요국 무탄소 에너지 사용 확대 정책 동향 17

3.1. 무탄소 에너지 확대 노력 촉구 동향 17

3.2. 주요국의 무탄소 에너지 범위 및 지원 정책 18

3.3. 주요국의 무탄소 에너지 확대 정책 21

4. 소결 및 시사점 23

제3장 국내 무탄소 에너지 도입 배경 및 추진 현황 27

1. 글로벌 RE100 현황 및 이행 여건 27

1.1. RE100 이니셔티브(Initiative) 개요 및 현황 27

1.2. 국내 기업의 RE100 이행 여건 36

2. 국내 무탄소 에너지 정책 추진 동향 41

2.1. 국내 무탄소 에너지 등장 배경 41

2.2. CF 연합(CF Alliance) 출범 및 최신 국내 정책 동향 42

3. 소결 및 시사점 48

제4장 국내 산업부문 CFE 기반 청정전력 사용 확대에 따른 영향 분석 51

1. 산업부문 전력수요 패턴 52

2. 전력수요-공급 프로파일 매칭 분석 57

2.1. 기초 자료 57

2.2. 분석 방법 62

3. 분석 결과 64

3.1. 재생에너지 100% 전력 조달 64

3.2. 무탄소 전력 조합 조달 71

3.3. 청정 전력 조달의 온실가스 감축 및 비용효과성 75

4. 소결 81

4.1. 분석 결과 요약 81

4.2. 분석의 한계 83

제5장 결론 및 정책 시사점 85

1. 요약 및 결론 85

2. 정책 시사점 88

2.1. 시간 세분성 기준과 적용 시기에 대한 구체적 설정 89

2.2. 인증제도 설계 시 고려 사항 90

2.3. 인프라 구축 91

2.4. 정부의 정책지원 92

2.5. 법적 고려 사항 93

2.6. 국제협력을 위한 주요 이슈 94

참고문헌 97