지열발전 산업의 개요와 지열발전 특성과 현황

 

 지열발전 산업의 개요와 지열발전 특성과 현황

(1) 지열발전 산업의 개요

지열발전소는 2015년 기준 24개국에 13.2GW가 설치되어 있으며, 연평균 3%의 성장세를 보이고 있습니다. 2015년 12월에 진행된 COP21 파리협정(지구온난화에 대한 보편적 기후변화 협정)으로 인하여 각 국가들은 신재생에너지와 관련하여 새로운 목표를 제시하였으며, Geothermal Energy Association에서는 2021년까지 전체 지열발전 설치규모의 연평균 성장률을 6%로 예상하고 있습니다.

 

[글로벌 지열발전 설치규모 및 전망]

 

글로벌 지열발전 설치규모 및 전망

(출처: Geothermal Energy Association, 2016 Annual U.S. & Global Geothermal Power Production Report)

 

지열의 특성상 환태평양화산대 지역(아시아, 북미)에 지열발전소가 주로 위치하고 있으며, 국가별로는 미국(3.6GW), 필리핀(1.9GW), 인도네시아(1.4GW), 멕시코(1.1GW), 뉴질랜드(1.0GW), 이탈리아(0.9GW), 아이슬란드(0.7GW), 터키(0.6GW), 케냐(0.6GW), 일본(0.5GW) 순서로 지열발전 설비용량이 존재합니다. 2015년 신규설비는 글로벌 기준으로 바이너리사이클발전소 11기(129MW)와 플래시증기발전소 8기(186MW)가 완공되었으며, 2015년에 지열발전소 신규설치가 많았던 국가는 터키로 159MW의 지열발전소를 증설하였습니다.

 

[국가별 지열발전 설비용량]

 

국가별 지열 누적 설비용량과 신규 설비용량

(출처: REN21, 2016 재생에너지현황보고서)

(2) 지열발전 산업의 특성 및 현황

2015년 기준 세계 전력생산에서 재생에너지가 차지하는 비중은 23.7% 이며, 이중에서 지열에너지는 0.4% 미만으로 추정되고 있으나, 화석에너지의 고갈문제, 기후변화 등의 환경문제, 개발도상국의 재생에너지 에너지소비 증가 등으로 인하여 지열발전시장은 급격하게 성장할 것으로 예상됩니다.

 

[지열에너지 비중]

 

지열에너지 비중

(출처: REN21, 2016 재생에너지현황보고서)

재생에너지 중에서 지열에너지는 태양광에너지, 풍력에너지 등과 달리 탐사와 개발에 성공할 경우 날씨와 기온, 시간대 등에 영향을 받지 않고 연중 24시간 가동할 수 있는 이른바 유비쿼터스 자원의 특성을 보유하고 있습니다. 기상상황 등에 따라 변수가 많은 태양광발전과 풍력발전에 비하여 지열발전은 끊임 없이 발생하는 지하의 지열에너지를 사용하기 때문에 24시간 내내 일정한 전력을 생산할 수 있습니다.

 

[기후와 일기에 따른 신재생에너지의 발전 효율 변화

 

기후와 일기에 따른 신재생에너지의 발전 효율 변화

(출처: 기술개발원, EGS 지열 발전 기술을 중심으로 지열 발전 기술의 현황)

또한 지열에너지는 에너지를 지하에서 생산하기 때문에 생산설비인 발전소나 열플랜트가 차지하는 지상면적이 상대적으로 작고, 소음이 적으며, 발전설비가 폐쇄된 구조 및 형태를 가지므로 오염물질의 배출이 거의 없는 등의 특성을 보유하고 있습니다.

 

[에너지 자원별 가동률]

 

전력 1GW 생산에 필요한 면적

(출처: 한수원, 지열에너지의 미래)

 

주요 재생에너지의 장점 및 단점은 하기와 같으며, 지열에너지의 단점 중에서 초기 투자비용 문제는 정부투자 및 정부보증 등의 방법으로 극복이 가능하며, 한정적인 지열발전 지역의 문제는 바이너리사이클발전 및 최근에 개발된 EGS 기술로 극복이 가능합니다. 따라서 재생에너지 중에서 지열에너지는 향후 성장가능성이 가장 높은 신재생에너지 입니다.

재생에너지	장점	단점
태양발전	ㆍ연료비가 들지않고, 대기 오염이나 폐기물 발생이 없음 ㆍ기계적인 진동과 소음이 적음 ㆍ태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고, 발전 시스템을 자동화시키기에 유리함	ㆍ태양광발전은 태양전지의 가격이 비싸 초기 투자비용이 많이 발생함 ㆍ날씨의 영향과 일사량에 따라 전력 공급이 원활하지 못할 수 있으므로 일정한 전력을 공급하기 위해서의 추가 장치가 필요함
풍력발전	ㆍ공해물질 배출이 없어 청정, 환경친화적 특성을 지님 ㆍ풍력단지의 관광자원화가 가능함	ㆍ에너지 밀도가 낮아 바람이 없으면 발전을 할 수가 없으므로 특별한 지점에만 설치할 수 있음 ㆍ바람이 불 때만 발전을 할 수가 있으므로 지속적 발전이 곤란하여 저장장치의 설치가 필요함 ㆍ소음발생 문제가 존재함
바이오발전	ㆍ물과 온도 조건만 맞으면 지역적 영향이 존재하지 않음 ㆍ에너지의 저장이 가능함 ㆍ쓰레기를 줄일 수 있고 쓰레기 매각장의 면적도 축소 가능함 ㆍ바이오매스 연료의 연소는 석탄 연소와 비교해 에너지 단위 생산에 훨씬 적은 아황산가스와 이산화질소를 배출함	ㆍ토양 영양분을 고갈시키고, 토양침식, 수질오염, 홍수 등을 야기함 ㆍ바이오매스 생산에는 대규모의 땅이 필요하며, 같은 양의 전력을 생산하는 태양열과 비교해 100배 이상의 넓은 땅이 필요함 ㆍ농약이나 비료를 과다하게 사용하면 식수를 오염시키고 생태계에 해를 미침
지열발전	ㆍ연중 100% 가동이 가능함 ㆍ시스템이 반영구적이며 안정적으로 운영이 가능함 ㆍ발전비용이 비교적 저렴하고 운전기술이 간단함	ㆍ초기 투자비용이 많이 발생함 ㆍ지열발전 가능지역이 한정되어 있음(바이너리사이클발전기술로 극복 가능)

 

(3) 향후 시장 전망

온실가스 감축 목표를 달성하기 위해 지열발전시장은 급격히 성장할 것으로 예상 됩니다. 2015년 12월에 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP21) 195개 협약 당사국이 파리 협정을 체결하였습니다. 과거 교토의정서에는 선진국만이 온실가스 감축 의무가 존재하였지만, 파리 협정에서는 195개 당사국(전세계 온실가스 배출량의 90% 이상을 차지) 모두가 감축 목표를 지켜야 합니다. 온실가스 감축에 대해서 각국이 자율적으로 목표를 정할 수 있도록 하였으며, 5년마다 상향된 목표를 제출하도록 하였습니다. 또한 당사국들은 장기 목표로 산업화 이전 기준으로 지구 평온온도 상승폭을 2℃ 미만으로 제한하며, 1.5℃까지 낮추기 위해 노력하는 것으로 합의하였습니다.

구분	교토의정서	파리기후변화협약
대상국가	주요 선진국 37개국	195개 협약 당사국(개도국 포함)
적용시기	1차 공약기간: 2008년~2012년 2차 공약기간: 2013년~2020년	2020년 이후
범위	온실가스 감축에 초점	감축을 포함한 포괄적 대응: 감축, 적응, 재정지원, 기술이전
감축목표설정방식	하향식(Top-down) 1990년 대비 평균 5.2% 감축	상향식(Bottom-up) 산업화 이전 기준으로 지구 기온 상승폭 2℃ 미만으로 제한
구속력	1차: 있음 2차: 없음	5년마다 목표 이행 여부 체크

UN기후변화당사국 총회에서 발족한 글로벌지열연대(Global Geothermal Alliance)는 2015년 파리 기후변화당사국 총회(COP21)에서 세계 38개국과 20여개가 넘는 산업계가 함께 세계 지열에너지 사용을 확대하기 위한 공동성명을 발표했습니다. 글로벌지열연대는 2030년 까지 2014년 대비 지열발전용량 5배 증가, 전세계 지열발전설비용량이 65GW가 되도록 목표로 하고 있습니다.

또한 지열발전시장 성장과 더불어 당사의 제품과 관련된 바이너리사이클 지열발전시장은 하기 요인으로 인하여 더욱 더 시장규모가 커질 것으로 예상 됩니다.

1) Combined-Cycle 지열발전소의 확대

최근에 설치되는 지열발전소는 플래시증기발전 방식과 바이너리사이클발전 방식을 결합한 Combined-Cycle 지열발전소가 증가하고 있는 추세 입니다. 따라서 기존 뜨거운 지열수가 추출되어 플래시증기발전소를 설치하던 지역에 보다 효율적인 생산을 하기 위하여 바이너리사이클발전 방식을 추가 함에 따라 바이너리사이클발전 시장규모가 증가할 것으로 예상됩니다.

2) 아프리카, 남아메리카 시장

바이너리사이클발전소의 경우 평균 설비용량이 5MW~10MW이므로 작은 규모의 발전소가 필요한 아프리카, 남아메리카 등의 지역에 적합하며, 해당 국가들은 지열발전을 도입 및 확대할 계획을 수립하고 있습니다. 아프리카, 남아메리카 등의 지역에는 지열발전을 위해서 정부에서 지원하는 정부투자 보다는 UN 또는 국제은행에서 진행하는 펀딩 및 녹색채권, 클라우드펀딩 등의 투자가 진행되고 있습니다.

 

3) EGS 기술의 상용화

인공저류층생성기술(Enhanced Geothermal System)은 원하는 온도에 도달할 때까지 땅속 깊이 시추공을 굴착한 후, 해당 깊이에 강한 수압으로 물을 주입함으로써 암석을 파쇄해 인공적으로 저류층을 생성하는 기술로 비화산지대 지열발전에도 적용이 가능합니다.

EGS 기술의 상용화로 인하여 지열발전 시장이 확대될 것으로 예상되며, EGS 기술의 경우 시추를 깊게 할수록 비용이 급격하게 증가하므로 적절한 깊이의 시추를 하여 적절한 온도의 지열수를 확보하는 것이 경제적 관점에서 합리적입니다. 따라서 저온에서 발전이 가능한 바이너리사이클발전 방식에 EGS 기술을 접목하는 것이 일반적이며, 바이너리사이클발전 시장의 규모는 더욱 더 증가할 것으로 예상됩니다.

(4) 산업의 계절적 요인

지열발전소를 설치하기 위한 프로젝트는 약 8년간 진행되는 장기프로젝트 이므로 지열발전 산업에 뚜렷한 계절성은 나타나지 않습니다. 또한 운영단계에서도 가동률이 100%로 24시간 가동이 가능하므로 산업의 계절적 요인은 존재하지 않습니다.


(5) 경기 변동과의 관계

지열발전소를 설치하는 프로젝트가 약 8년에 걸친 장기프로젝트이므로 경기상황에 따라 중단 등의 리스크가 존재 합니다. 다만, 전력에 대한 수요가 높아지고 있으며, 파리협정 이후에 재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이므로 2008년 글로벌 금융위기 등의 경기 변동은 지열발전소의 수요에 영향을 미치지 않았으며, 지열발전소의 설비용량은 지속적으로 증가하는 추세를 보이고 있습니다.

 

지열발전소의 수요는 경기변동 보다는 정부정책(FIT 제도, RPS 제도), 국제사회협약(파리협정) 등에 의하여 더욱 더 영향을 받고 있습니다.

(6) 제품의 라이프 사이클

지열발전소의 내용연수는 30년이며, 당사의 주요 제품인 지열발전설비의 내용연수도 30년 입니다. 30년의 기간동안 주요 제품의 교체는 이루어지지 않으며, 관련된 유지보수 비용만 발생합니다.

 

30년의 내용연수가 지난 이후에는 새로운 프로젝트를 진행하게 되며, 현재 미국에는 약 500MW의 프로젝트가 개발 후기단계(late-stage)라서 동력이 약해지고 있으므로 새로운 프로젝트가 예정되어 있습니다. 따라서 당사의 주요 제품이 지열발전소에 한번 공급이 되면, 해당 Site에 추가로 공급되는 상황은 발생하지 않습니다.

(7) 경쟁 상황

바이너리사이클지열발전소의 EPC사업은 ORMAT, EXERGY 등의 회사가 과점시장을 형성하고 있으며, 당사는 ORMAT와 EXERGY 등 해외메이저업체와 긴밀한 거래관계를 유지하고 있습니다.

 

[ORC 2016년 시장점유율]

 

ORC 2016년 시장점유율

출처: ORC World Map

ORC(Organic Rankine cycle) : 미활용 열에너지를 회수하여 전기에너지를 생산하기 위한 시스템으로, 스팀보다 증발 온도가 낮은 유기물질을 이용하여 발전하는 시스템을 지칭하며, 바이너리사이클지열발전소의 경우 ORC 기술을 활용함.

 

(8) 시장 점유율

당사는 지열발전설비 전문 제조업체로서 바이너리사이클지열발전소 방식의 설비를 제작하는데 특화되어 있으며, 바이너리사이클지열발전소의 EPC사업은 ORMAT, EXERGY 등의 회사가 과점시장을 형성하고 있습니다.

당사는 IGA(International Geothermal Association)를 통해 연도별 전세계 바이너리사이클지열발전소 설치 현황을 파악하고 있으며, 이를 기준으로 당사의 핵심제품인 열수기화기 및 응축기의 시장점유율을 추정한 결과 높은 점유율 수준을 보이고 있는 것으로 유추하고 있습니다.

지열발전소는 설치 후 약 30년간 가동되는 특성상, 낮은 가격의 제품을 사용하기 보다는 안전성과 신뢰성이 높은 설비를 사용하는 것이 훨씬 중요합니다. 이는 지열발전의 특성이라기 보다는 대부분의 발전산업에서 보이고 있는 부분입니다. 이러한 이유로 품질이 검증된 회사의 제품만을 사용하고 있으며, 비공개입찰방식을 통해 납품실적이 풍부한 기존 업체만 지열발전설비시장에 참여시키고 있습니다.

이처럼 해외 메이저업체를 신규 거래처로 확보하기 위해서는 지열발전설비 납품실적이 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 납품 실적이 없는 검증되지 않은 설비를 사용하게 될 경우의 위험 부담이 너무 크기 때문에, 많은 수의 신규업체들이 활동하기 보다는 소수의 전문기업들이 활동할 수 있는 시장이며, 이러한 시장 특성은 납품실적이 풍부한 당사에게 강력한 진입장벽으로 작용하고 있습니다.


(9) 진입장벽

지열발전설비시장은 과거 납품, 운영실적, 제품 설계능력 및 원가경쟁력에 따른 진입장벽이 존재하는 시장 입니다.

 

과거 수주 실적 관련하여 당사는 2010년부터 ORMAT과 거래를 하고 있으며, 2014년부터는 EXERGY를 주요 거래처로 추가하여 거래를 수행하고 있으므로 지열발전설비 관련하여 수주 실적이 많이 축적되어 왔습니다. 또한 지열발전설비시장은 비공개입찰방식을 통하여 수주가 이루어지므로 신규 납품업체가 진입하기에는 매우 어려운 폐쇄적인 구조를 가지고 있습니다.

 

제품 설계능력 관련하여 지열발전소는 고객이 프로젝트별로 요구하는 지열발전설비의 형태, 재질, 길이 등에 차이가 존재하므로 제품 설계능력이 하나의 진입장벽으로 작용합니다. 당사는 바이너리사이클발전의 주요 EPC 사업자인 ORMAT, EXERGY와 지속적인 거래를 수행하여 왔으며, 해당 고객의 설계 요구를 항상 충족하여 왔습니다. 이러한 과정에서 당사의 제품 설계능력이 누적되어 왔으며, 다양한 환경에서 최적화된 지열발전이 가능하도록 설계데이터 표준화능력을 보유하고 있습니다.

원가경쟁력 관련하여 당사는 동일한 열교환율을 유지하면서 재질을 보다 저렴한 원재료로 변경하거나 직선을 곡선으로 변경하여 투입되는 원재료를 감소하는 등의 비용을 최소화 하는 노력을 해왔습니다. 이러한 원가경쟁력은 하나의 진입장벽으로 작용하며, 또한 신규 납품업체가 연구개발활동을 수행하는데 최소 2년 이상이 소요되므로 이러한 비용도 진입장벽으로 작용 합니다.