신·재생에너지

왜 배우는가: 신·재생에너지는 화석연료 의존을 줄이고 기후변화에 대응하는 핵심 수단이라 실무에서 계통연계와 분산전원 설계의 출발점이 된다. 시험에서는 정의·분류(11가지)를 묻는 문제로 반복해 출제된다.

출제 이력: 제124회 3교시 3번, 제90회 1교시 5번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의: 신·재생에너지는 화석연료와 원자력이 아닌 재생 가능한 에너지를 변환하여 이용하는 에너지로, 「재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」 제2조에 따라 분류한다.

키워드

• 재생에너지
• 신에너지
• 재생 가능 에너지원
• 에너지 변환
• 재생에너지 설비
• 재생에너지 발전
• 공급의무화제도

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 햇빛, 바람, 물, 지열처럼 자연에서 계속 얻을 수 있는 에너지를 전기나 열로 바꿔 쓰는 것이다. 한 번 쓰면 없어지는 석유·석탄·천연가스와 달리 자원이 재생되거나 무궁하다는 점이 핵심이다.

정식 정의는 「재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」 제2조제2호에 있다. 재생에너지는 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로, 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 바이오에너지, 폐기물에너지, 그 밖에 석유·석탄·원자력·천연가스가 아닌 에너지로 대통령령이 정하는 것을 말한다.

신에너지는 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소·연료전지처럼 기존 에너지를 새로운 방식으로 이용하는 에너지를 뜻한다. 같은 법 제2조제1호에서 정의하며 수소에너지, 연료전지, 석탄의 액화·가스화 등이 여기에 든다.

재생에너지 설비는 재생에너지를 생산·이용하거나 전력계통 연계조건을 개선하기 위한 설비를 말한다. 시행규칙 제2조에서 태양열, 태양광, 풍력, 수력, 해양, 지열, 바이오, 폐기물, 수열 설비와 연계된 전력저장 설비를 열거한다.

재생에너지 발전은 재생에너지를 이용해 전기를 생산하는 것이다. 답안에서는 발전 방식과 설비 구성을 함께 적는다.

3. 등장 배경과 필요성

화석연료 사용에 따른 온실가스 배출과 기후변화가 국제적 과제가 되면서 저탄소 에너지원의 확대가 필요해졌다. 에너지 수입 의존도가 높은 국가에서는 에너지 자급과 공급 안정성을 높이는 수단으로도 중요하다.

재생에너지는 발전 연료비가 들지 않는 대신 설비 투자비가 크고 출력이 자연 조건에 따라 변동한다. 이 때문에 계통 안정화, 저장장치, 분산 배치가 함께 논의된다.

국내에서는 재생에너지 이용·보급을 촉진하기 위해 공급의무화제도와 공급인증서 제도를 두고 있다. 법 제12조의5에 따라 기후에너지환경부장관은 발전사업자 등에게 발전량의 일정량 이상을 재생에너지로 공급하게 할 수 있으며, 총 의무공급량은 총전력생산량의 25퍼센트 이내 범위에서 연도별로 정한다. 총전력생산량의 25퍼센트 이내

또한 일정 규모 이상 공공기관이 신축·증축하는 건축물에는 예상 에너지사용량의 일정 비율 이상을 재생에너지로 공급하도록 설비 설치를 의무화할 수 있다. 시행령 제15조는 연면적이 1천제곱미터 이상인 건축물(「건축법 시행령」 별표 1의 해당 용도, 신축·증축·개축 부분 기준, 고시 건축물 제외)의 공급의무 비율을 별표 2로 정한다.

더 근본적으로는 분산형 전원이 늘면서 배전계통의 역조류, 단독운전, 전압 변동 같은 기술 과제가 생겼다. 전기설비 기술사는 발전 원리뿐 아니라 계통연계 측면의 영향도 함께 설명할 수 있어야 한다.

4. 구성요소·원리·절차

신·재생에너지 설비는 에너지원을 변환하는 발전장치, 변환된 에너지를 전력으로 바꾸는 전력변환장치, 계통과 연결하는 보호·계통연계 설비로 나뉜다. 법령이 정한 재생에너지 설비는 태양에너지, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 바이오에너지, 폐기물에너지, 수열에너지 설비와 이들과 연계된 전력저장 설비를 포함한다. 구성요소를 역할별로 정리하면 다음과 같다.

표의 역할은 설비 종류가 달라도 같은 흐름으로 묶인다. 에너지 변환부가 출력을 만들고, 전력변환부가 계통 조건에 맞추며, 보호부가 계통 사고를 막는다. 답안에서는 이 세 단계를 기본 골격으로 쓴다.

원리는 공통적으로 재생 가능한 자연 에너지의 흐름을 기계적 또는 화학적 에너지로 받아 전기로 바꾸는 과정이다. 태양광은 광전효과로 반도체 pn 접합에서 직류 전압을 만든다. 풍력은 날개의 공기역학적 양력으로 회전자를 돌려 발전기에 동력을 준다. 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 직접 전기를 만든다.

풍력 출력은 공기 밀도와 회전 면적, 풍속의 세제곱에 비례한다. 식은 P=\frac{1}{2}\rho A v^3 C_p 이며, \rho는 공기 밀도(kg/m³), A는 회전 면적(m²), v는 풍속(m/s), C_p는 출력계수다. 풍속이 두 배가 되면 출력은 여덟 배가 되므로 입지 선정이 성능을 좌우한다.

신재생 발전은 자연 에너지의 흐름을 변환하는 원리로 출력이 변동하므로 전력변환과 계통연계 설비가 필수다

태양광 발전의 절차는 다음과 같다.

• 일사를 받은 태양전지 모듈이 직류 전력을 생산한다.
• 접속반에서 모듈 열을 모아 직류를 한 회로로 묶는다.
• 인버터가 최대전력점 추종 제어로 출력을 최적화하고 직류를 교류로 바꾼다.
• 계통연계 보호장치가 전압·주파수를 감시하고 이상 시 계통에서 분리한다.
• 승압 변압기를 거쳐 배전 계통 또는 수용가에 공급한다.

도식으로 전체 흐름을 보인다.

5. 관련 법령·기준·표준

신·재생에너지의 정의와 종류는 「신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법」 제2조가 정한다. 같은 법 제2조제2호는 재생에너지를 햇빛·물·지열·강수·생물유기체 등을 변환시켜 이용하는 에너지로 정의하고, 태양에너지·풍력·수력·해양에너지·지열에너지·바이오에너지·폐기물에너지와 그 밖의 에너지를 든다. 제2조제1호(신에너지)는 최근 개정으로 삭제되었다.

재생에너지 설비의 세부 종류는 같은 법 시행규칙 제2조가 정한다. 태양열·태양광 설비, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열에너지, 바이오에너지, 폐기물에너지, 수열에너지 설비와 재생에너지와 연계된 전력저장 설비가 여기에 든다. 시행규칙은 2026-09-18 시행본을 기준으로 한다.

공급의무화 제도는 같은 법 제12조의5가 정한다. 발전사업자와 공공기관 등을 공급의무자로 하며, 의무공급량의 합계는 총전력생산량의 25퍼센트 이내 범위에서 연도별로 대통령령으로 정한다. 시행령 제18조의4는 연도별 의무공급량 산정식과 별표 3의 비율을 정한다. 의무공급량 이행은 공급인증서로 증명하며, 공급인증서 유효기간은 발급받은 날부터 3년이다.

건축물 재생에너지 설비 의무 설치는 법 제12조제2항과 시행령 제15조가 정한다. 대상 건축물의 연면적 기준은 1천제곱미터 이상이며, 대상 용도와 예외는 시행령과 고시로 정한다.