태양광 이야기/에너지학습

에너지 전환의 프로세스 2 : 과거의 경험에서

지운이 2022. 11. 20. 17:13

피킹, 에너지 전환 : 에너지 전환의 간략한 역사

Peaking: A Brief History of Select Energy Transitions

By Kingsmill Bond,  Sam Butler-Sloss

RMI /2022년 9월 13일

 

'피크 시리즈'는 화석연료 수요의 과거와 현재의 피크를 보여주는 광대한 산맥을 매핑한 새로운 시리즈dl다. 국가나 부문을 불문하고 화석연료의 수요는 피크를 맞아 현재는 감소의 일로를 걷고 있다. 이 보고서에서는 '정상, 고원, 내리막(The Peak, Plateau and Decline)'이라는 새로운 프레임워크를 전개하여 변화의 형상을 그려내고 있다.

 

1. 개요

새로운 에너지원이 성장함에 따라 기존 에너지원에 대한 수요는 기존 에너지원에 대한 표준적인 수요 패턴은 피크, 고원 및 하락 가운데 하나가 된다.  이 보고서는 지난 1세기 동안 이 패턴의 고전적인 예와 현대의 몇 가지 명확한 예를 보여준다. 이러한 예들 중 많은 부분에서 기존 수요는 전환 초기에 피크를 맞고, 그 이후 상승할 때보다 빠른 속도로 하강한다. 기존 세력은 잠시 동안(Plateau) 기존 인프라에 의해 변화에 저항할 수 있지만, 가격 패리티에 도달하자마자 압도되어 버린다. 이 패턴은 다음과 같은 전환 단계를 통해 반복적으로 발생한다.

 

    • 운송용으로 마차에서 자동차로 : 미국에서 마차 수요의 피크는 1905년이었고, 20년 이내에 수요가 90% 감소했다.
    • 가스등에서 전등으로 : 영국의 가스등 수요의 피크는 1907년이었다. 1920년까지 고원 상태가 이어졌다. 그 후 20년간 80% 감소했다.
    • 증기 동력에서 전력으로 : 영국의 증기 동력에 대한 수요는 1910년경에 피크를 맞았고, 약 10년간은 고원 상태에 있었고, 그 후 급속히 감소했다.
    • 증기선에서 석유선으로 : 영국의 증기선 수요는 1914년에 피크를 맞았고, 1929년경까지 고원 상태에서 추이하다가, 그 후 급속히 감소했다.
    • 석탄 난방에서 가스 난방으로 : 영국의 석탄 난방 수요는 2차 세계 대전 후 1960년경까지 고원지대에서 정체되어 오다가, 북해에서 저렴한 가스가 발견되면서 석탄 수요는 급속히 감소했다.
    • 석탄화력 발전에서 재생에너지 전력으로 : 전력 변화는 우리 시대에 시작되었다. 태양광과 풍력이 에너지 믹스에 합류함에 따라 OECD의 석탄 전력 수요는 2003년을 피크로 5년 정도 정체하다가 2008년에 감소로 전환했다. 2008년 이후 수요는 43% 감소했다.

우리는 이제 에너지 복합체 전반에 걸쳐 큰 변화를 목격하고 있다. 이 정상, 고원, 하락의 패턴은 건물에서 운송에 이르기까지 중국에서 비 OECD 국가까지 섹터와 지역을 넘어 확산된다. 이하, 이 현상이 어떻게 전개되는지를 설명한다.

 

2. 에너지 전환의 작동 방식

 

한 에너지원에서 다른 에너지원으로 이동하는 데 걸리는 시간에 대해서는 에너지 전환에 관한 방대한 학술문헌이 존재한다. 이들에게서 명확히 일치되는 의견은 시간이 오래 걸린다는 것이다.

그러나 이 기사에서는 새로운 도전적인 기술의 상승이 기존 에너지 생산자에게 미치는 영향을 특히 피크 수요에 초점을 맞추어 검증하는 또 다른 과제를 설정했다. 왜냐하면, 피크 시에는 투자자들이 매도하고 힘의 균형이 바뀌기 시작한다는 점에서 중요하다.

아래 차트에서 이것을 표현하기 위해 우리는 정점의 순간을 찾고 있다. 학자들은 종점이나 두 시장 점유율이 교차하는 순간에 대해 생각하고 있다.

피크의 이론에 대해서는, 이전의 글에서 제시한 바 있다. 이번에는 정상, 고원, 하락의 패턴에 관한 경험칙을 설명한다.

새로운 에너지원이 성장함에 따라, 기존 에너지원의 수요는 변화 과정의 매우 초기에 정점에 도달한다. 그 후, 구에너지원의 반격에 의해 수년간은 고원 상태가 되고, 그 후 긴 감소로 돌아선다. 이 하락 속도는 가격 패리티에 도달하는 동시에 빨라진다. 일반적으로 상승 속도보다 하락 속도가 훨씬 빠르다.

 

 

이 글에서는 에너지 전환에 초점을 맞추고 있지만, 기원전 500년에 헤라클레이토스가 지적했듯이 변화라는 것은 보편적인 현상이다. 화폐가 물물교환을 대체했고, 기계의 힘이 동물의 힘을 대체했으며, 휴대 전화 서비스는 유선 전화의 쇠퇴를 의미했다. 이 이야기는 언덕만큼 오래되었다.

 

3. 20세기의 에너지 전환

 

정상, 고원, 하락이라는 패턴은 과거의 고전적인 에너지 전환의 특징이었다. 가장 현저한 예만 선택했다는 비난을 피하기 위해, 20세기 초의 수송, 조명, 전력, 열의 에너지 전환의 고전적인 예를 모두, 1900년에 옛 에너지 기술의 리더 였던 영국이라는 하나의 나라를 대상으로 의도적으로 다루고 있다. 다른 나라에서도 유사한 전환이 일어났기 때문에 그 일부도 도해하고 있다.

물론 현실은 이론보다 훨씬 복잡하다. 전쟁이나 역병에 의한 개입도 있고, 다른 에너지원이 에너지 믹스에 영향을 미치며, 당시에 스토리가 명확하게 보이는 일은 거의 없다. 그럼에도 불구하고 우리는 이 프레임이 매우 일관성이 있다고 생각한다.

 

육상 수송: 마차에서 자동차로

마차에서 자동차로의 전환을 가장 잘 나타내는 것은 사실 미국 데이터이다. 미국에서는 1900년 이후 자동차 수요가 급증했고, 5년 후에는 마차용 말의 수가 피크에 달했다. 그리고 20년 후, 그 수가 90% 감소했다.

 

 

영국도 비슷한 변화를 보였다. 운송에 사용하는 말을 먹이기 위한 사료에 대한 수요가 1902년에 피크에 이르렀다. 1905년에 가솔린이 통계에 등장했을 때, 사료에 대한 수요는 이미 감소하고 있었다.

 

조명: ​​가스에서 전기로

당시 가스 램프는 놀라운 발명이었다. 인프라 정비의 위험과 비용에도 불구하고 1850년 이후 수요는 급속히 증가하였으며 영국에서는 1907년에 피크에 도달했다.

그러나 그 후 전기의 부상에 의해 도전이 시작되었다. 당시 전기는 위험하고 비싸고 충분히 이해되지 못했다. 한편, 가스는 인프라가 정비되어 있어 많은 여론 지지가 있었고, 잘 알려진 기술이었다.

그 결과 가스 수요는 13년간 고원기를 거쳤다. 이윽고 전기가 충분히 저렴해지고, 기술도 충분히 이해되었기 때문에, 조명 수요의 신장을 모두 전기로 충당할 수 있게 되었다. 1920년 이후 전기가 가격 패리티에 도달하면서 조명용 가스 수요가 붕괴되었다.

 

 

동력: 증기에서 전기로

다음은 영국의 증기 및 전기 수요를 보여준다. 전기의 등장으로 증기 동력의 수요는 1910년경을 피크로 한동안 고원기를 거치다가, 1920년경부터는 오랫동안 완만하게 감소하기 시작했다.

 

 

해상 수송: 석탄에서 석유로

해운 데이터는 1차 세계 대전의 개입으로 다소 복잡해졌지만 여전히 패턴은 그대로 적용된다. 해운용 ​​석탄 수요는 전쟁까지 크게 상승하다가 1920년대에 약간 회복된 후 석유에 의해 밀려났다.

 

 

난방: 석탄에서 가스로

영국의 난방은 한때 석탄이 주류였다. 북해에서 새로운 가스 매장량이 발견되어 가스 가격이 하락하자 난방 수요는 급속히 가스로 이동했다.

제2차 세계대전의 끝날 무렵에서 분석을 시작한다. 석탄 수요는 10년부터 15년 사이 고원 상태를 보인 다음, 가스가 상승으로 바뀌면서 종료된다.

 

 

4. 현재：석탄화력발전에서 재생에너지발전으로

 

이러한 변화는 재생에너지 비용이 급속히 떨어지는 우리 시대에서도 일어나고 있다. 이하, 현재의 피크나 다가오는 피크에 대해서 살펴보겠지만, 여기에서는 논란의 여지 없이 피크가 일어나고 있다는 증거를 제시한다. 바로 OECD 국가의 전력용 석탄 수요이다. 

 

영국

영국의 발전용 석탄 수요는 2006년에 피크를 맞이해, 2012년까지 고원 상태가 계속되었다. 그 후, 태양광 발전과 풍력 발전이 증가하면서 수요는 감소하게 되었다.

 

 

유럽

유럽의 발전용 석탄 수요는 2003년을 피크로 2007년까지 고원기를 거친 후 감소해 왔다.

 

 

미국

미국의 석탄 수요는 2000년 이후 약 10년간은 고원기였다가 그 이후 줄곧 감소해 왔다.

 

 

물론 이 패턴은 OECD 국가로만 국한되지 않았다. 브라질에서 태국까지 전세계 국가에서 석탄을 사용한 전력 수요가 정점에 달했다.

 

5. 정리

 

이러한 에너지 변화의 예를 보면, 오래된 에너지원의 피크 수요는 일반적으로 조기에 찾아오며, 도전적인 기술의 시장 점유율이 5% 미만일 때 발생하는 경우가 많다. 우리의 결론은 다음과 같다.

    • 고원의 길이는 다양하지만 일반적으로 1년에서 10년 사이이다.
    • 기존 에너지 기술에 대한 수요의 감소는 새로운 에너지 기술이 가격 패리티에 도달함과 동시에 본격적으로 시작된다. 즉, 가격 패리티가 달성되기 전에 처음 정상과 고원기의 대부분을 지나가는 것이 일반적이다. 이는 특정 동기와 낮은 가격대를 가진 조기 어댑터 때문일 것이다.
    • 하강은 보통 상승보다 빠르다. 즉, 수요는 일반적으로 상승하는 것보다 훨씬 빨리 하강한다. 이것은 직관적으로 이해할 수 있다. 상승기의 기술은 시장을 형성하고 효율성 향상과 싸우게 된다. 가격 우위를 잃게 되면 증가하던 수요가 즉시 붕괴된다.
    • 고원기가 끝나고 나서 약 20년 이내에, 대부분의 구 에너지 기술은 분명히 무용지물이 되어 미끌어져 내린다. 이 때문에, 먼 장래의 석탄 수요에 관한 논의는 중요한 문제가 아니고, 일단 산업이 망각 속으로 빠지면, 나머지는 잡음일 뿐이다.

이것은 우리의 에너지 시스템을 생각하는 데 많은 함의를 준다.

    • 에너지 시스템을 볼 때 분석가와 투자자는 정상, 고원, 하락(Peak, Plateau and Decline)이라는 프레임에서 생각해야 한다.
    • 도전적인 기술이 소규모이고 기존 세력이 여전히 지배적일 때 피크를 맞이한다고 생각해야 한다.
    • 평균 가격 패리티가 달성되기 전에 피크가 나타난다고 생각해야 한다.
    • 한 기술의 성장의 끝은 그 기술의 종말의 시작이다.

이상에서 소개했듯이 미래를 이해하는 열쇠는 새로운 기술의 흐름에 있다. 되돌아보면 말이나 가스 인프라가 있다고 해서 그 산업이 쇠퇴로부터 지켜지는 것은 아님을 알 수 있다. 현재의 화석연료 시스템은 이러한 파국적인 쇠퇴의 길을 따라가고 있다.

유의사항

이 요약에는 중요한 유의점이 있다.

    1. 우리는 역사상의 모든 에너지 전환을 과학적으로 살펴본 것은 아니다. 우리의 목적은 역사적인 정상, 고원, 하락 패턴의 성질을 설명하는 것이다. 그리고 한 나라의 주요 전환을 살펴봄으로써 상당히 포괄적으로 이해하고 있다.
    2. 일국 단위로 보았다. 이 후 분석에서 언급하겠지만 총 수요는 개별 국가의 수요의 덧셈에 불과하다. 그리고 그 과정 역시 화석연료의 피크로 이어진다.
    3. 최종 사용 부문에 주목했다. 총수요는 최종 사용 부문의 조합이며, 각각에 우수한 대체 자원이 있는 경우, 전체적으로 수요의 피크를 맞게 된다.

 

저자: 킹스밀 본드(Kingsmill Bond, RMI 전략적 분석 및 참여 그룹 시니어 어플 시팔), 샘 버틀러-슬로스(Sam Butler-Sloss, RMI 전략적 분석 및 참여 그룹 어소시에이트)

원본 기사: RMI “ Peaking: A Brief History of Select Energy Transitions : How Past Energy Transitions Foretell a Quicker Shift Away from Fossil Fuels Today ” August 9, 2022.

© First published by RMI (formerly Rocky Mountain Institute). Translated and re-published with permission. “ Peaking: A Brief History of Select Energy Transitions : How Past Energy Transitions Foretell a Quicker Shift Away from Fossil Fuels Today ”2월 9, 2

*芝雲 역/정리(김포시에협)