태양광 패널 [사진=연합뉴스] 

생성형 AI와 반도체 클러스터가 한국 산업의 미래로 떠오르면서, 앞으로 벌어질 막대한 ‘전력 공백’을 어떻게 메울 것인가가 국가적 과제가 되었다. 이 때문에 원자력이 다시 주목받고 있다.

그러나 일각에서는 “호남에는 RE100 전기가 풍부한데 왜 다시 원전을 지으려 하느냐”고 반문한다. 태양광과 풍력 등 재생에너지 설비를 100GW까지 대대적으로 확대하면 반도체와 AI 데이터센터의 전력 수요도 충당할 수 있다는 주장이다. 여기에 기후위기 대응과 지역 발전이라는 명분도 따라붙는다.

필요한 장소에서, 필요한 시간에, 필요한 품질로 공급돼야 

하지만 정부 보조금과 정책적 구호를 걷어내고 물리학과 시장경제의 잣대로 따져보면 결론은 달라진다. 발전소에서 전기가 생산됐다는 사실만으로 그 전기가 경제적 가치를 갖는 것은 아니다. 

필요한 장소에서, 필요한 시간에, 필요한 품질로 공급되어야 비로소 쓸모 있는 전기가 된다. 이 기준으로 보면 현재의 호남 태양광은 AI와 반도체 산업의 주력 전원이 되기 어렵다.

물론 태양광에도 분명한 장점이 있다. 연료비가 들지 않고, 설비를 모듈식으로 설치할 수 있으며, 원전이나 대형 화력발전소보다 건설 기간도 짧다. 

건물 지붕이나 주차장처럼 이미 사용 중인 공간에 분산 설치하면 송배전 손실을 줄이고, 여름철 낮 시간대 냉방 수요를 일부 담당할 수도 있다. 운전 중 탄소와 대기오염물질을 직접 배출하지 않는 것도 장점이다.

그러나 이러한 장점이 태양광의 물리적 한계를 없애주지는 않는다. 태양광은 밤에는 발전하지 못하고, 구름과 계절에 따라 출력이 크게 변한다. 

한국은 토지 가격이 높고 산지가 많으며, 설비 이용률도 미국 남서부나 중동의 사막 지역보다 낮다. 따라서 태양광의 경제성을 평가할 때는 발전소 자체의 건설비뿐 아니라 송전망, 출력제어, 예비 발전기와 저장장치까지 포함한 전체 시스템 비용을 따져야 한다.

미국 텍사스와 같은 지역에서 태양광이 빠르게 늘어난 데에는 광활하고 값싼 토지, 풍부한 일사량, 대규모 전력시장이라는 조건이 있다. 반면 한국의 태양광 발전단가(LCOE)는 입지와 규모에 따라 차이가 있지만 대략 1kWh당 110~120원 수준으로 평가된다. 

50~60원대인 기존 원전의 발전비용과 비교하면 처음부터 상당한 격차가 난다. 여기에 신재생에너지 공급인증서인 REC와 각종 정책 지원이 붙어야 사업성이 유지된다.

더 치명적인 문제는 전기의 시간성과 장소성이다.

가려져 있는 ‘숨은 시스템 비용’ 

전기는 일반 상품처럼 창고에 쌓아두었다가 원하는 때 꺼내 쓰기 어렵다. 전력망에서는 매 순간 생산량과 소비량이 거의 정확하게 일치해야 한다. 나는 물리학을 가르치면서 전력망을 거대한 실시간 실험장치라고 설명한다. 주파수와 전압은 정치적 구호에 맞춰 움직이지 않는다. 공급이 넘치거나 모자라면 물리 법칙은 즉시 그 결과를 보여준다.

현재 국내 태양광 설비의 상당수는 상대적으로 땅값이 싼 호남에 집중돼 있다. 그러나 24시간 막대한 전력을 소비하는 반도체 공장과 AI 데이터센터는 주로 수도권에 들어선다. 

호남에서 만든 전기를 수도권으로 보내려면 서해안과 내륙을 잇는 대규모 초고압 송전망을 새로 건설해야 한다. 여기에 수조 원에서 수십조 원이 들어갈 수 있다.

그런데 이 송전 비용과 계통 보강 비용은 개별 태양광 발전단가에 제대로 반영되지 않는다. 상당 부분이 한전의 송배전 투자비와 적자로 이전되고, 결국 전기요금이나 국민 부담으로 돌아온다. 

발전소 앞 계량기에 찍힌 원가만 보고 “태양광이 싸다”고 말하는 것은 공장에서 물건을 만든 뒤 운송비와 창고비를 제외한 채 가격을 계산하는 것과 같다.

호남에서는 이미 봄과 가을, 전력 수요가 낮은 맑은 날에 태양광 출력이 한꺼번에 몰리면서 출력제어가 빈번해지고 있다. 전력망을 보호하기 위해 발전 가능한 태양광 설비의 스위치를 강제로 끄는 것이다.

발전량이 많다고 해서 반드시 가치가 높은 것은 아니다. 아무도 필요로 하지 않는 시간에 생산된 전기는 시장에서 가격이 0원이 되거나 마이너스로 떨어질 수 있다. 

물리학적으로 에너지는 사라지지 않는다. 그러나 경제적으로는 필요한 시간과 장소를 잃는 순간 가치가 사라진다. 한낮에 남아도는 전기와 해가 진 뒤 반도체 공장이 요구하는 전기는 이름만 같을 뿐 사실상 다른 상품이다.

아무도 안 쓰는 전기는 가치가 없다

대규모 배터리인 ESS에 낮 전기를 저장해 밤에 쓰자는 주장도 나온다. 하지만 배터리를 붙이면 충·방전 손실과 전력변환 손실, 화재 예방 설비, 수명 저하와 교체 비용이 추가된다. 

하루 중 몇 시간의 전력을 옮기는 것은 가능하지만, 여러 날 지속되는 흐림이나 계절 변동까지 감당하려면 저장 규모와 비용이 급격히 커진다. 발전비에 저장비용만 더해도 전력 원가는 1kWh당 150~200원 이상으로 상승할 수 있다.

캘리포니아의 사례도 살펴봐야 한다. 좋은 태양광과 풍력 조건을 바탕으로 재생에너지 설비를 빠르게 늘렸지만, 송전망과 저장장치, 가스 백업, 산불 대응 비용까지 함께 증가하면서 전기요금 부담도 크게 늘었다. 태양광 패널의 가격이 내려갔다고 해서 전력 시스템 전체 비용까지 자동으로 낮아지는 것은 아니다.

태양광 자체를 모두 부정할 필요는 없다. 지붕형 태양광, 주차장 태양광, 자가소비형 설비처럼 전기가 필요한 곳 가까이에서 생산하고 곧바로 소비하는 방식은 충분히 활용 가치가 있다. 그러나 값싼 토지를 찾아 호남에 대규모 태양광을 설치한 뒤, 막대한 비용을 들여 수도권으로 보내고, 남는 전기는 배터리에 저장하겠다는 구상은 경제성과 물리적 현실을 동시에 외면한 것이다.

보조금이라는 링거액에 의존하는 호남 태양광이 AI와 반도체 산업의 주력 전원이 될 수는 없다. 국가 경쟁력이 걸린 전력 전략은 이미지나 선의가 아니라 공급 안정성, 전력 품질, 그리고 총비용으로 평가해야 한다.

차가운 이성에 기반한 ‘에너지 믹스’ 필요

24시간 안정적으로 전력을 생산하는 원자력을 전력 시스템의 뼈대로 세우고, 천연가스·양수발전·송전망을 함께 활용해 수요 변동에 대응해야 한다. 태양광과 풍력은 지역과 시간대의 조건을 따져 경제성이 있는 범위에서 보조 전원으로 결합하는 것이 타당하다.

전력망에서 전기를 움직이는 것은 구호가 아니라 물리 법칙이다. 한국에 필요한 것은 재생에너지 목표 숫자를 채우는 정책이 아니다. 발전소에서 공장 콘센트까지 들어가는 모든 시스템 비용을 계산하고, 안정성과 전력 품질까지 함께 따지는 차가운 이성의 에너지 믹스가 요구된다.

◆ 채수조 박사

서울대 물리학 박사