[에너지 - 수소 #15] IRENA Innovation Outlook Ammonia 2022 - 제2장 암모니아 생산 및 기술, 비용 현황 - 재생에너지 기반 재생 암모니아 생산(#2)

재생 암모니아 생산단가 구조

• 현재 수행 중 또는 향후 건설예정인 프로젝트에서 알 수 있듯 대부분의 프로젝트의 자본비용에는 재생에너지 설비가 포함됨
• 재생 암모니아 공정에는 천연가스 추출 및 파이프라인 비용 등이 공정이 포함되지 않아 화석연료 기반 암모니아 공장과의 직접적인 비교는 불가능하나 통합 재생 가능 암모니아 플랜트의 경우 수소, 질소 및 암모니아 생산 장치 자체가 총 비용의 50% 미만을 차지함
• 재생 암모니아 또한 규모의 경제를 통해 생산단가를 낮출 수 있음
• 2030년 이후 가동할 계획을 가진 재생 암모니아 공장(재생발전 포함)에 대한 자본 집약도는 연간 0.5Mt의 암모니아 설비용량일 경우 연간 톤당 약 USD 4,800에서 설비용량이 10 Mt으로 증가할 경우 톤당 약 USD 3,000로 감소함
• 운영 및 자산규모, 전략적 부지 선택은 규모의 경제를 달성하는 데 중요한 요소이며 이를 통해 비용을 절감할 수 있음
• 향후 재생 암모니아 비용은 지속적으로 감소할 것으로 전망됨
• 비용 절감의 가장 큰 동인은 기가와트 규모로의 확장, 즉 규모의 경제임
• 재생 암모니아는 규모의 경제를 통해 상대적 자본 집약도는 대규모에서 감소함
• 재생 에너지 변동성 감소로 용량 계수(capacity factor)가 증가의 효과 또한 발생함
• 프로젝트 개발자가 파일럿 및 실증 규모의 공장에서 완전한 상업 규모로 확장시 해당 프로젝트의 자본집약도는 감소할 것으로 전망됨

 

[그림 1]  설비용량 규모에 따른 자본집약도 추이

 

• 재생 전력비용 감소는 재생 암모니아 가격의 주요 하락 요인이며 향후 10년간 재생 암모니아 가격 하락분의 약 90%는 재생 전력가격에 기인할 것으로 전망됨
• 재생에너지 비용이 MWh당 10달러가 증가할 때마다 암모니아 톤당 USD 100만큼 상승함
• 이는 전형적인 알칼리 전기분해를 활용하여 1톤의 암모니아를 생산할 때 약 36 GJ의 에너지가 필요하며 이를 전력으로 환산할 경우 암모니아 톤당 10 MWh임
• 2021년에 신규 태양광 및 육상 풍력의 평준화전력비용(LCOE)은 각각 MWh당 USD 39와 USD 43임. 이를 공급 전력원 가격으로 가정할 경우 암모니아 1톤 생산시 USD 390-430의 전기투입 비용이 발생함
• 재생 에너지를 추가 배치 등으로 재생에너지의 LCOE가 MWh당 20달러 미만이면 암모니아 1톤 생산시 약 200달러 미만의 전기투입 비용 발생함
• 대규모 배치 시 전해조의 설비비용은 지속적으로 감소할 것으로 보임
• 이런 설비비용 감소는 지속적인 건설에 따른 학습효과 및 그 결과임
• ISPT(2022)는 1GW 전기분해 공장의 비용이 2020년에서 2030년 사이에 절반으로 줄어들 것으로 추정함
• 전해조 효율이 증가하면 생성된 암모니아 톤당 재생 에너지 소비가 감소하는 바, 재생 암모니아 생산단가는 낮아짐
• 또한, Haber-Bosch 암모니아 합성 루프는 설비가동의 유연성이 높아 신속하 가동률을 변화할 수 있는 바, 가동율을 일정하게 유지하기 위한 수소 저장 등의 문제가 발생하지 않아 상대적으로 비싼 수소저장 용량을 최소화 가능
• 현재 1일 환산 수소 저장 비용은 암모니아 톤당 약 USD 35 ~ 150임. 염 동굴의 수소 저장 비용은 암모니아 톤당 USD 35으로 낮은 반면, 암석 동굴의 저장 비용은 암모니아 톤당 약 USD 65임
• 재생 에너지 허브 개발은 재생 암모니아의 자본 집약도를 더욱 감소 가능
• 재생 암모니아를 기존 기반 시설이 있는 시설에 통합하면(재개발 프로젝트) 새로운 시설을 건설(그린필드 프로젝트) 대비 자본투자가 감소함. 기존 시설을 활용할 경우 암모니아 톤당 USD 5달러 미만으로 제한됨
• 선박 운송은 거리, 연료 비용 및 선박 유형에 따라 암모니아 1톤당 USD 45-100까지 추가될 수 있음
• 재생 암모니아의 해외를 통해 공급받을 시에도 충분한 경쟁력을 달성할 수 있을 만큼 낮아야 하는 바, 재생 에너지 허브 또는 소비지점 근처에 위치할 때 경제적인지에 대한 평가가 필요함
• 지역 재생 암모니아 플랜트에 대한 수요가 현실화되면 수 메가와트 용량으로 운영되는 소규모 암모니아 플랜트는 모듈식 설계 및 신속한 제조로 인한 비용절감 가능
• 장비의 표준화와 생산 및 설치 효율성의 실현으로 소규모 암모니아 합성의 자본 비용은 최대 25%까지 감소가능함
• 향후 10년 간 재생 암모니아 생산단가 비용 절감에 대한 개요는 [그림 2]와 같음

 

[그림 2] 2030년까지 암모니아 생산단가 하락 주요 부분

 

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