김 정 욱 (金 丁 勖) 1968 : 서울대학교 공과대학 토목공학과 졸업 1974 : University of Rhode Island 졸업, 석사 (환경공학) 1977 : The University of Texas at Austin 졸업, 박사 (환경공학) 1977 - 1982 : 한국과학기술원, 선임연구원 1982 : 서울대학교 환경대학원, 교수 2002 - 2003 : 서울대학교 환경대학원 원장 현재 서울대학교 명예교수
에너지 나눔과 평화 이사장 운하반대 전국/서울대 교수모임 공동대표
대한하천학회 회장 환경과 공해 연구회 고문 기독교 환경운동연대 공동대표 자원순환사회연대 공동대표 물포럼 코리아 이사장
아시아태평양환경회의 명예회장 저 서 나는 반대한다(느린걸음) 남북한 환경정책비교연구(서울대출판부) 에너지혁명:21세기 한국의 에너지 환경전략(매경) 새천년 환경위기와 생존대안(푸른 미디어) 위기의 환경 (푸른산)
기후변화시대의
탈핵탈핵 - 그린 에너지
서울대학교 명예교수
김
정 욱
지구 기온과 해수면의 과거변화(IPCC, 2007)
줄어드는 북극빙산 25년 동안 25% 감소 !!!
얇아지는 북극빙하 4년 동안 25% 감소 !!! 출처 Kwok, R., G. F. Cunningham, M. Wensnahan, I. Rigor, H. J. Zwally, and D. Yi (2009), Thinning and volume loss of the Arctic Ocean sea ice cover: 2003–2008, J. Geophys. Res., 114, C07005, doi:10.1029/2009JC005312, 7 July 2009:
북극곰 위기
지구 기온 변화예측(IPCC, 2007)
지구 기온과 해수면의 변화예측(IPCC, 2007)
지구 기온 변화예측(IPCC, 2007)
기후변화에 따른 수자원량의 변화
(Nohara, et. al, 2006)
1981-2000년 평균에 대한 2081～2100년 평균의 비(%) 이용가능한 수자원 감소
이용가능한 수자원 증가
아시아 지역의 기후변화 (강우량 변화 변화))
12
갈수빈도변화 21세기말/20세기 「갈수」＝일 유량이 10% 치를 하회하는 날수의 비 渇水頻度減少
渇水頻度増加
홍수빈도변화 20세기 「100년 빈 도홍수」가 21세기 말에는 몇 년마다 나타나는가 Hirabayashi et al., HSJ, 投稿中
洪水頻度増加
洪水頻度減少
열대야 일수
(토쿄 토쿄))
폭우 일수
(1일 (1 일 100 mm 이상 이상,,
일본)
전세계 자연재난 추세 자연재난 건수
: 세계적으로 자연재난 건수 지속적 증가 추세
지진, 지진해일, 화산폭발 폭풍
홍수 혹서(열파, 가뭄, 산불 등)
<출처: netcatservice, 2006>
전세계 기후재난 피해액 증가 추세
CO2 배출량으로 다시 그린 세계 지도 (’04)
러시아 (5.2%) (인구p: 2.3%)
미국 (20.7%) (인구: 4.6%)
중국 (17.2%) (인구: (pop: 20.5%)
한국 0.5Gt(1.6%) (pop: 0.7%)
EU (13.8%) (인구: 7.3%) 남미
(4.8%) (인구: 7.0%)
에너지 관련 CO2 배출 한 해 CO2 배출로 나타낸 각국의 크기 이 크기는 CO2 배출 1Gt을 의미
일본
(4.5%) (인구: 2.0%)
북아프리카 (1.7%) 인도 (4.5%) 사하라 이남 아프리카(pop: 17.0%) (2.4%) (African pop: 13.7%) 세계 전체 (pop: 6,352million)
<자료: UNDP, 2007 재구성>
02
주요국의 온실가스 배출량 현황
미 국
캐 나 다
호 주
일 본
EU
(15)
EU
(27)
한 국
멕 시 코
아르 헨티 나
증가율 세계1위
브 라 질
칠 레
남 아 공
이스 라엘
인 도
중 국
세계 온실기체 배출과 기체별 특성
산림벌채
<출처: IPCC, 2007>
<출처: 에너지관리공단>
세계 온실기체 배출원별 비중 <출처: WRI, 2005>
자원고갈 Energy의 한계
(알려진 매장량+희망 매장량)
석유 매장량 : 60년 석탄 : 200-300년 Uranium : 50년
광물자원의 한계
: 2050년대에 고갈 예상 : 2100년대에 고갈 예상 : 2050년대에 고갈 예상
(알려진 매장량)
ROMA CLUB의 ‘성장의 한계’ 내용 A1 : 31년 Cu : 21년
Hg : 13년 Zn : 18년
Cr : 95년 Pb : 21년
W : 28년 Ni : 53년
Oil Peak (석유 정점) 2006년 2006 년
<출처: scientific American, 1998>
화석연료생산
Oil
Natural gas
Coal
41.6 years
60.3 years
133 years
지속가능한 발전 (Sustainable Development)
현세대의 필요를 채우되 미래 세대가 그들의 필요를 채울 능력을 축내지 않는 발전 (meets the needs of the present without compromising the ability of future generations to meet their own needs) * WCED,
Our Common Future(1987)
기후변화시대 지속가능한 발전을 위한 원칙
1. 에너지: 에너지 절약과 재생 에너지에 기반한 분산형 에너지 체계 구축 2. 자원: 자원순환사회 구축 3. 환경오염과 파괴: 생태계 수용능력 이상의 개발행위 불허
영흥도 화력발전소 (12 기) 세계최대 발전소 단지 보령 화력발전소 (10 기)
2024년까지 2024 년까지
원자력 발전소 석탄발전소 복합발전소 양수발전소 총
14기 14기 17기 17 기 26기 26 기 2기 59기 59 기 건설 예정
(지식경제부 지식경제부,, 제5차전력수급기본계획 차전력수급기본계획,, 2010)
원자력 발전소 건설 외채 : 300억 300억 달러 이상
(30조원 (30 조원 이상 이상))
사후처리충당금 : 약 7조원 소진 원자력 발전소 (GDP) IMF 위기 이전(1996) : 12기 가동 1996년 (5574억 $) 2011년 현재 : 23기 가동 2002년 (5469억 $) 2024년 : 34기 가동(예정)
2030년
: 42기 ???
이 기간 중 7기 추가건설
이명박 대통령 유엔 연설 2011. 9.22
“후쿠시마 사고가 원자력 발전을 포기하는 구실이 되어서는 안 된다. 오히려 기후변화 재앙에 대처하기 위하여 강화되어야 한다.”
원자력 발전소 위치
삼척(4) 삼척 (4) 영덕(4) 영덕 (4) 울진 6기
월성 4기 영광 6기
고리 5기
전 세계 핵발전소 현황
원자력 발전소 (미주)
원자력 발전소 (유럽)
원자력 발전소 (아시아 아프리카)
원전 방사성 폐기물 원자로 핵분열 U92235 + n --> f1 + f2 + (2,3)n + γ + heat Sr3895 -> Y3995 -> Zr4095 -> Nb4195 -> Mo4295 U92235 Xe54139 -> Cs55139 -> Ba56139 -> La57139 ( I53131 ) U92238 + n --> Pu94239 + 2β 핵연료 : U, Pu(2-4%) ,
핵무기
:
"
(90%)
(우라늄 광: 99.3% U238, 0.7% U235) Pu94239--> U92235+ α + γ (half life : 24,400 years) : 244,000년 관리 Sr3890---> Y3990+ β (half life : 28 years) Cs55137 (half life : 30 years) : 300년 관리 ( I53131 8 days )
Radioactive wastes : α, β, γ 인체피해 : 구토 구토,, 설사 설사,, 암(후두암 후두암,, 갑상선암 등) ,돌연변이 ,돌연변이
Uranium Producers
* 10개국이 94% 생산
Uranium Production and Demand Uranium Peak (우라늄 정점)
출처: World Nuclear Association
우라늄 가격변동
원자력 발전으로 핵무기 처리
핵폐기물 문제의 중심: 사용후 핵연료
>사용 후 핵연료 : 핵발전소 가동으로 발생한 방사능의 99% 함유 >주요 방사성 물질 : 플루토늄 / 테크네슘 99 스트론튬 90 / 세슘 137
사용후 핵연료의 관리 방법 보 관
습식저장
건식저장
이 동
처 분
사용후 핵연료
고준위 폐기물
수송용기
심지층 처분장
독일의 원전 정책 원자력발전소 완전 폐쇄 : 2022년까지 17인 윤리위원회의 건의에 따라 연방의회의 압도적인 찬성으로 하원의원 513명중 찬성 426 (85%) 반대 79 기권 8
Institutional Structure 17인의 “Ethic Commission Commission” ” 조직 위원장 : Klaus Töpfer, Matthias Kleiner Three working groups:
Renewables – chaired by Norbert Röttgen (Federal Minister for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety)
Grids and Storage – chaired by Rainer Brüderle – Federal Mini ster for Economy and Technology
Energy Efficency – chaired by Ronald Pofalla – Federal Minist er in the Chancellory
Ruling Coalition May 30, 2011 17기 17 기 원전 모두 2021년까지 2021년까지 폐쇄 폐쇄.. (만약 대체나 안전에 문제가 있을 경우 2022년까지 2022년까지 폐쇄 폐쇄))
17기 중 후쿠시마 후 가동이 중단된 가장 오래된 7기는 이 17기 후 계속 가동 중단 중단.. 이미 가동을 중단하고 있었던 1기는 계속 가동중단. 가동중단. 나머지 9기 중 6기는 2021까지 2021까지 폐쇄 폐쇄,, 3기는 늦어도 2022 2022년까지 년까지 폐쇄
독일의 Energy Concept 2020년 2020 년 온실가스(1990 온실가스 (1990년 년 기준 기준))
2050년 2050 년
40% 감축 → 80~95% 감축
1차 에너지 중 재생에너지 비중
18%
→
60%
전력 중 재생에너지 비중
35%
→
80%
1차 에너지 소비 소비(2008 (2008년 년 기준 기준)) 20% 감축 →
50% 감축
건축물 에너지효율화 리노베이션 비율 현재 1% 미만에서
2%까지 2% 까지
→
독일의 에너지 정책 시나리오 시민단체 제안
독일 재생가능에너지 현황
풍력과 태양광 모두 글로벌 3위 이내 § 풍력 누적설치량 세계 3위, 태양광 누적설치량 세계 1위 § 재생가능에너지의 글로벌 강자는 독일, 미국, 중국, 일본 등 선진국 <풍력 누적설치량 글로벌 TOP 10>
<태양광 누적설치량 글로벌 TOP 10>
순위
국가
누적설치량(MW)
순위
국가
누적설치량(MW)
1
미국
35,159
1
독일
17,308
2
중국
25,853
2
일본
3,859
3
독일
25,850
3
스페인
3,382
4
스페인
18,784
4
미국
2,951
5
인도
10,827
5
이탈리아
2,631
6
이탈리아
4,845
6
체코
1,590
7
프랑스
4,775
7
프랑스
856
8
영국
4,340
8
중국
805
9
포르투갈
3,474
9
벨기에
749
10
덴마크
3,408
10
한국
662
출처: BTM Consult Aps. 2009 기준
출처: 솔라앤에너지, 2011
독일 재생가능에너지 정책 §
재생가능에너지 생산 전력은 지난 20년간 5배 이상 증가
*1990년 17.0TWh(3.1%) →2010년 101.6TWh(16.8%)
Development of electricity generation from renewable energy sources in Germany 120,000
100,000
Hydropower
Wind energy
Biomass *
Photovoltaics
EEG: April 2000
[GWh]
80,000
태양광
EEG: August 2004
생체
Amendment to BauGB: November 1997
60,000
40,000
EEG: January 2009
StromEinspG: January 1991 - March 2000
풍력
20,000
수력
0 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 * Solid and liquid biomass, biogas, sewage and landfill gas, biogenic share of waste; electricity from geothermal energy not presented due to negligible quantities produced; 1 GWh = 1 Mill. kWh; StromEinspG: Act on the Sale of Electricity to the Grid; BauGB: Construction Code; EEG: Renewable Energy Sources Act; Source: BMU-KI III 1 according to Working Group on Renewable Energy Sources-Statistics (AGEE-Stat); image: BMU / Christoph Edelhoff; as at: March 2011; all figures provisional
독일 재생가능에너지 정책 §
풍력 전력생산 폭발적 증가(1990년 7.1GWh→2010년 36,500GWh)
§
비약적인 기술발전(1990년대 풍력발전기 1대 평균 설비용량 200kWh, 2010년은 2MWh가 표준모델로 시공, 6MWh 풍력발전기까지 개발에 성공) Development of electricity production and installed capacity of wind energy plants in Germany
Classifications of wind energy plants in Germany
45,000
30,000
Electricity generation [GWh] 40,000
EEG: August 2004
50
20,000
40
Amendment to BauGB: November 1997
25,000
EEG: January 2009
20,000
StromEinspG: January 1991 - March 2000
15,000
15,000
30 23.8 20 12.2
12.9
10
4 ,4 8 9
5,000
3.6
3.0
3 8 ,6 3 9
3 6 ,5 0 0
4 0 ,5 7 4
3 9 ,7 1 3
3 0 ,7 1 0
2 5 ,5 0 9
2 7 ,2 2 9
1 8 ,7 1 3
1 5 ,7 8 6
1 0 ,5 0 9
7 ,5 5 0
1.2
5 ,5 2 8
2 ,9 6 6
2 ,0 3 2
1 ,5 0 0
909
600
275
100
71
49.7
32.1
10,000
10,000 5,000
[M W ]
[G W h ]
30,000
2010
25,000
S h a r e in [% ]
EEG: April 2000
55.5
2009
installed capacity [MW]
35,000
0
60
27,204 MW
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Source: J.P. Molly: "Wind Energy Use in Germany"; as at: 31.12.2010; Deutsches Windenergie-Institut (DEWI) and Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE); 1 MW = 1 Mill. Watt; image: BMU / Brigitte Hiss; all figures provisional
1.7
1.9
2.4
0
0
< 1.5 MW
1.5 - 1.8 MW
2.0 MW
2.1 - 2.9 MW
3.0 - 5.0 MW
> 5.0 MW
Source: J.P. Molly, "Wind Energy Use in Germany"; as at: 31.12.2010; Deutsches Windenergie-Institut (DEWI) and Bundesverband WindEnergie e.V. (BWE); deviations in the totals are due to rounding; image: H.G. Oed; all figures provisional
풍력 발전 세계 추세
독일 재생가능에너지 정책 §
태양광 전력생산 증가(1990년 1GWh→2010년 12,000GWh)
Installed capacity and energy supply from photovoltaic installations in Germany 18,000
18,000
17,320 MWp
Electricity supply [GWh]
16,000
installed capacity [MWp]
8,000
8,000
6,000
6,000
4,000
4,000
0
1
2
3
6
8
11
16
26
32
42
64
76
162
313 556
2,000
12,000
10,000
6,578
10,000
4,420
12,000
3,075
12,000
2,220
14,000
1,282
14,000
1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Source: BMU-KI III 1 according to Working Group on Renewable Energy Sources-Statistics (AGEE-Stat); 1 GWh = 1 Mill. kWh; 1 MW = 1 Mill. Watt; image: BMU / Bernd Müller; as at: March 2011; all figures provisional
2,000 0
[MWp]
[GWh]
16,000
태양광 발전 세계 추세
한국 vs. 독일
(원자력 / 재생가능에너지) § §
2030년 독일 원자력발전 0, 한국 원자력발전 8300만TOE 2030년 독일 재생에너지 25.4%(수정목표는 2020년 35%), 한국은 신.재생10.7% § (쓰레기 소각 포함) <재생가능에너지> <원자력>
million TOE
90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Germany
Korea 25.4 % 16.2 %
Germany 9.5%
Korea 2 0 0 6 *
2 0 1 0
2 0 2 0
2 0 3 0
Germany 42.5 33.4 8.6 0 Korea 37.2 36.9 63.6 83.4
6.7%
4.6% 1.9% 2.0% 2.6%
10.7 % 5.8%
2006* 2007 2010 2020 2030
소스: 독일: 독일환경부(2008), Leitstudie 2008(독일정부 에너지 시나리오), 한국 (2008): 제1차 국가에너지기본계획 (온실가스 감축 부분: 녹색성장위원회(2009), 2020년 온실가스 감축 중기 목표) - 출처: 염광희 석사 논문 (2009)
한국 vs. 독일
(에너지소비 / 온실가스 감축) <온실가스 감축> <1인당 에너지 소비> 7.00 6.00 5.00 4.00
5.87 4.83 4.21
Million Ton CO2
6.18
5.11 4.00
Germany
3.52
TOE
3.08
3.00
Korea
1200 1000 800 600 400 200 0
Germany Lead Scenario
199 0
199 5
200 0
200 5
202 0
994
883
844
839
639
2.00
Korea Recent Trend
1.00
Korea Scenario 1
594.4 642
Korea Scenario 2
594.4 590
Korea Scenario 3
594.4 569
0.00 2006
2010
2020
2030
298.1 453.2 531 594.4
에너지 절약 potential 큰 곳 O 건물 에너지 가정 상업 에너지가 전체 에너지의 1/4 독일: 건물의 단위면적당 에너지 사용 우리 신축 아파트 의 ½ 이하 미국목표 : ½로 (클린튼 대통령) O 산업용 에너지 효율 개선 전체 에너지의 ¼이 전동기 에너지 토요타 : 2000년 이후 30% 절약 O 교통 에너지 전체 에너지의 1/4 미국목표 1/3로 (클린튼 대통령)
O 전기제품의 전기 차단 에너지 15% 절약
* 모든 에너지 절약기술 : 발전소 비용의 1/3 미만
멀티 탭
에너지 효율 개선으로 인한 전력절감효과 (2020) (unit: MTOE)
Sector Electricity Savings • Industrial • Transportation • Residential • Commercial Electricity Savings Total
Primary Energy Savings in Target Technologies Total Primary Energy Savings
Energy Savings by Efficiency Improvement
4.37 0.13 1.01 4.56 10.07
29.22
33.60
Note: * Primary energy savings are obtained by multiplying end-use electricity savings by a factor of 2.902, which is derived from MOCIE/KEEI, 1999.
효율개선으로 인한 에너지 절감과 온실가스 감축효과 (2020)
효율개선효과 총 절감량 • 에너지 • CO2
95.4 MTOE (28.7% 절감 ) 58.9 MTC (28.8% 감축 )
원전 18 기의 전력
32.1 MTOE (128.3 TWh)
효율개선으로 인한 전기 에너지 절감
33.6 MTOE (149.5 TWh)
Note: * The BAU forecast is provided in MOCIE/KEEI’s Third-Year Study of Planning National Actions for the United Nations Framework Convention on Climate Change (December 1999).
원전건설 중단하라 !!! Nuclear Moratorium !!!
核發電所 建設中斷 !!!
에너지 효율 개선으로 인한 절약 potential 원자력 발전소 18기 건설비 : 54조원
에너지효율개선비 :
5조원/년 (5년내 투자비 회수) 편익 : 50조원/년
MTOE 350 300 250
에 너 지 소 비
200 150 100
Commercial
Savings = 86.4 MTOE
Residential
Commercial Residential
Transportation
Transportation
Industrial Industrial
50 0 1997
2010
2020
1997
2010
2020
효율, 토지이용 개선으로 인한 효율, 에너지 절약과 온실가스 감축 효과 (2020) (Unit: MTOE/MTC)
Scenarios 지금처럼
에너지 사용
에너지 절약
332.2
CO2 배출량
CO2 감축량
204.4
전략 에너지효율개선 토지이용과 교통개선 생태농업 산림관리 총효과 224.2
95.4
58.9
9.7 2.9
7.9 3.9 5.7
108.0 (32.5%↓↓) 128.0 (32.5%
76.4 (37.4%↓ (37.4%↓)
에너지 절약: 20% 지금 절반의
에너지도 충분 !!!
전세계 에너지수요와 RE 잠재량
전세계에너 지 연간수요
<Hans-Josef Fell , 2007>
재생에너지의 기술발전과 생산단가 풍력 시설용량(MW)
태양광 시설용량(MW) 평균 가격($1996/kW)
태양광 풍력 태양광
연도
풍력
누적 시설용량(MW)
<출처: Greenpeace, 2007>
Wind Power
Photovoltaic
의성 나눔발전소
Passive House
소비자가 생산자로!
Zero Energy Building U.K, CIS Tower France, Energy plus office
Japan, Solar Ark
Germany, Klimahaus
생활규모의 축소
빗물 저금통
4톤
900 리터
빗물 지하저장시설들
단열 강화
녹색 에너지 지역사회
<자료: 녹색연합>
광주: 녹색아파트 만들기
180세대, 에너지· 음식물쓰레기 20% 감량 하기
<내용> 지렁이 분양자 모임, 가가호호 전기에너지 진단, 촛불 켜는 밤(문화제)
자전거 도시 만들기 (대전) 자전거 마일리지 운동: 생활에서 자건거를 탄 거리를 합산하여 지구 한바퀴(4만km)를 달리는 것을 목표로 하는 운동 â에너지절약과 온실가스를 감축하는 녹색시민 실천운동
동경대학(혼고 캠퍼스) 정문 : 자동차가 못 들어간다.
동경대학(고마바 캠퍼스) 정문 : 자동차가 못 들어간다.
덴마크 국회 주차장
대한민국 국회 주차장
Solar Complex :
Singen, Germany
Solar Complex : Singen 오염 석유 500,000 L
석유요금 난방 공장
100,000 € 난방 100,000 €
Biomass 20,000 €
전기 100,000 €
생산비 220,000 € 발전소
전기 500,000 Kwh
전기요금 100,000 €
전기대금 600,000 €
전기 4,000,000 Kwh
독일 kuper Haide 마을
산너울 마을 (서천)
82
Smart grid integration
Source: European Technology Platform Smart Grids, EU Commission, DG Research & Innovation
HEMS Home Energy Management System
가로림만 조력발전 계획 세계최대 (520 MW
현 최대 최대(240) (240)의 의 2.17 2.17배 배)
강화,, 인천 조력발전 계획 강화 세계최대 (2,160 MW
현 최대 최대(240) (240)의 의 9 배)
강화조력
강
인천만조력
발전차액지원제도(FIT) 발전차액지원제도 (FIT)
의무할당제(RPS) 의무할당제 (RPS) 후유증 후유증??
발전 원리 밀물
썰물
방조제
바다 방조제 안 터빈
방조제
바다
방조제 안
방조제 건설로 인한 조위변화
방조제 건설전 고조위 뭍으로 드러날 갯벌 방조제 건설후 고조위
방조제 건설후 저조위 바다에 잠길 갯벌 방조제 건설전 저조위
Tidal Power 조류발전
조력발전
Tidal Turbine
Tidal Barrage
녹색성장정책의 두 축 악의
축
1. “4대강 살리기 살리기” ” “Four Major Rivers Restoration” Restoration”
실명:: 4대강 실명 4대강 토건공사 2. “녹색 에너지 개발 개발” ” “Green Energy Development” Development”
실명:: 핵 에너지 개발사업 실명
로
꾸
거
거 꾸
로
바로 잡아야 한다