최근 미세먼지에 대한 국민적 관심이 증폭되고 있는 상황에서 수도권의 미세먼지 발생원 중 하나로 석탄 화력 발전기 문제가 대두되고 있다. 이에 지난 6월3일 정부는 ‘미세먼지 관리 특별대책’을 발표했다. 이 대책 중의 하나로 노후 석탄 화력발전기 10여기를 조기에 폐쇄한다는 내용이 포함되었다.
현재

여기에서는 석탄 화력 발전의 현황과 미세먼지 관련 배출 현황 및 전력 산업의 미세먼지 저감 방안에 대하여 살펴보고자 한다. 발전기의 용량을 나타내는 단위인 MW는 순간적으로 발전을 할 수 있는 힘 또는 출력을 의미한다. 1MW의 출력으로 발전기를 1시간 동안 출력을 하면 1MWh의 발전량이 된다. 석탄 화력은 다시 유연탄과 무연탄으로 구별된다. 국내 탄광에서 나오는 탄종류는 무연탄이며, 유연탄은 외국으로부터 수입해 온다.

일반적으로 원자력의 연료비가 발전원 중에서 가장 저렴하고, 그 다음으로 저렴한 연료가 유연탄이다. 이 두 발전원은 24시간 출력을 내는 이른바 기저발전원이다. 미세먼지의 유발원으로 지목된 석탄 화력 발전기의 용량은 2015년 말 기준으로 26,274MW인데, 이는 총 발전용량인 97,649MW의 약 27%를 차지하는 규모이다. 유연탄 발전기는 24시간 발전기를 가동하기 때문에 발전량이 차지하는 비중은 이보다 높다. 2015년 말 현재 석탄 화력의 발전량 비중은 전체 발전량에서 무연탄 1.4%와 유연탄 38.3%를 차지하고 있다. 동 기간에 원자력발전이 31.5%를 차지함으로써 두 발전원이 71% 이상을 발전하고 있다. 2015년의 전체 발전량은 2011년 대비 약 5.1% 증가하였는데, 이 증가분의 구성비를 보면 유연탄이 35.7% 그리고 원자력이 39.4%였다. 이에 반하여 LNG를 연료로 하는 복합화력의 비중은 2.4%의 비중을 차지하는 데 그쳤다.

무연탄 및 유연탄 발전원의 발전량이 많아지면서 유연탄의 경우 2011년 대비 2015년의 연료사용량은 1.68% 증가했다. 무연탄의 경우에는 2011년에는 240만톤의 연료를 사용하였는데 2015년에는 212만 톤의 연료를 사용하여 감소추세를 보이고 있다. 연료가 단위 질량당 포함하고 있는 열량은 연료의 사용량에 영향을 미친다. 즉, 발열량이 낮은 연료를 사용하면 동일한 전력량을 생산하기 위하여 더 많은 연료를 태워야 한다. 연료를 태우면서 오염물질이 배출되고 연소 후에는 재(灰) 처리 문제가 발생한다. 이러한 문제에도 불구하고 발전사업자가 저가 연료를 쓰면 도매가격을 결정하는 LNG 복합화력 발전기와의 가격 격차를 더 크게 해 발전사업자는 더 많은 수익을 낼 수 있다.

연료에 포함된 열량을 나타내는 발열량은 2012년에는 5,057kcal/kg를 나타내어 연료의 질이 상대적으로 낮았다. 2014년의 평균 발열량은 5,617kcal/kg로 나타나 연료의 질이 일부 개선되었다. 가스의 발열량은 유연탄의 2배를 초과한다. 그러나 LNG는 연료 가격이 높아 발전이 필요한 경우에만 사용된다.

미세먼지는 직접 배출되는 PM2.5 및 2 차 생성물질인 SOx 및 NOx로부터 나온다. 2015년에 국립환경과학원이 발표한 2012년 기준 배출계수 자료집에 따르면 무연탄의 PM2.5 배출계수는 톤당 60.63kg이며 유연탄은 39.63kg으로 나타났다. 이에 반하여 LNG는 천m3당 0.04kg이다. LNG의 경우 오염원 배출 계수가 석탄류에 비하여 현저히 작음을 확인할 수 있다.

미세먼지 배출원으로 지목된 석탄 화력발전이 전력시장에서 차지하는 비중이 큰 이유는 발전사들에게 수익을 주는 연료원이기 때문이다. 전력시장에서 도매가격은LNG를 연료로 하는 LNG나 복합 화력에 의해 주로 결정된다. 그런데, 유연탄 발전기로 생산된 전기도 LNG 또는 복합 화력이 결정한 도매가격을 기준으로 정산을 받는다. 도매가격은 LNG 또는 복합 화력이 결정하되 발전은 석탄 화력으로 하는 비중이 클수록 발전회사의 수익은 커진다. 다만, 모든 발전회사가 석탄 화력의 수익률이 좋다는 이유로 유연탄 발전기를 건설하면 기저발전기가 포화되어 도매가격은 폭락하게 된다.

미세먼지를 줄일 수 있는 획기적인 방법은 미세먼지의 직접 배출이나 2차 생성 물질이 발생하지 않도록 연료를 사용하지 않는 것이다. 그러나 이것은 현실적인 대안이 아니다. 발전기의 열효율과 질 좋은 연료를 사용하기만 하여도 오염 물질의 저감이 가능하다. 발전기가 사용하는 연료량은 열효율이 높아질수록 그리고 발열량이 높은 연료를 사용할수록 연료 사용량을 줄일 수 있는 함수 관계가 있다. 열효율이 39%에서 40%로 1%p 증가하면 유연탄 사용을 약 2.5% 줄일 수 있다. 발열량이 더 좋은 유연탄(11%p의 개선)을 사용하게 되면 연료를 약 10%p 적게 사용할 수 있다. 결국 석탄 화력발전으로부터 미세먼지를 줄이기 위한 단기적인 처방으로는 다음과 같은 두 가지 방법을 고려할 수 있다. 첫째, 유연탄 발전기의 열효율을 개선해야 한다. 열효율을 높이면 더 적은 석탄을 연소시켜 오염 물질을 더 적게 배출할 수 있다. 열효율 개선은 한국전력거래소에 설치된 EMS(Energy Management System)라는 소프트웨어를 통해 이루어진다. 그런데, 2014년에 감사원이 실시한 EMS 운용 현황 결과에서 밝힌 바와 같이 우리나라는 열효율을 최적화하는 발전기 출력 조정을 실시하지 않아 오염물질 배출의 최소화가 이루어지지 않고 있다. 현재에도 2014년 이전 방식으로 운전을 하고 있으므로 연료비를 최소화하기 위한 경제급전(經濟給電)은 이루어지지 않고 있다. 전력시스템을 운용하는 기관은 발전기 출력을 지정하는 소프트웨어를 제대로 운용하여 동일한 전력을 생산하면서도 연료사용량을 최소화할 수 있도록 하여야 할 것이다.
둘째, 발전회사가 발열량이 높은 연료를 사용하도록 규제하는 방안을 고려할 수 있다. 질 좋은 연료를 사용하면 같은 전력량을 생산하더라도 더 적은 연료를 사용할 수 있다. 따라서 발전회사가 고품질 연료를 사용할 수 있는 규제 방안이 필요하다. 석탄연료에 발열량에 대한 기준을 정하고 기준치 이하의 발열량을 갖는 저급 연료를 사용하는 발전사에 대해서는 과징금을 부과하고 이를 에너지 및자원사업특별회계로 귀속시키는 방안을 고려할 수 있다.