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태양광과 배터리로 세계 전력 공급 가능

 (nworbmot.org)
2P by GN⁺ 17시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 전 세계 인구의 대부분이 태양광과 배터리 조합만으로 저렴한 전력 공급을 받을 수 있을 정도로 비용이 하락함
  • 2030년에는 인구의 80%가 80 €/MWh 이하, 2050년에는 86%가 60 €/MWh 이하로 90% 전력 자급 가능
  • 고위도 지역은 겨울 일조량 부족으로 백업 비용이 높지만, 풍력·수력 보완으로 완화 가능
  • 전체 인구의 90%가 적도 ±45도 이내에 거주해 태양광 효율이 높고, 송전망 비용도 최소화 가능
  • 태양광·배터리 시스템은 화석연료 없이 청정 전력 자급이 가능한 핵심 기술로 평가됨

태양광과 배터리로 세계 전력 공급 가능성

  • 태양광과 배터리의 비용 하락으로 대부분 인구가 저렴하게 전력을 공급받을 수 있음
    • 2030년 기준, 태양광+배터리 조합으로 90% 전력 공급 시 80% 인구가 80 €/MWh 이하의 비용으로 전력 확보 가능
    • 풍력·수력 등 보조 에너지원 추가 시 비용은 더 낮아짐
  • 고위도 지역은 겨울철 일조량 부족으로 백업 비용이 높지만, 풍력·수력 보완으로 완화 가능
  • 2050년에는 86% 인구가 60 €/MWh 이하로 90% 전력 공급 가능
  • 태양광·배터리 시스템은 대부분 지역에서 저렴하고 청정한 전력 공급의 주력 기술이 될 수 있음

주요 결론

  • 태양광과 배터리는 세계 대부분 지역에서 전력 공급의 주력 수단이 될 수 있음
  • 충분한 공간이 있는 지역에서는 수요지 인근에서 직접 전력 생산 가능, 송전망 비용 최소화
  • 고위도 북부 지역은 계절 변동성으로 인해 풍력·수력 보완 필요
  • 마지막 5~10% 전력은 단기적으로 화석연료, 장기적으로는 장기 저장 기술이나 e-바이오연료로 대체 가능

기술적 세부 사항

  • 모델은 model.energy를 기반으로 하며, 수소 저장은 제외
  • 태양광 설치비: 2030년 384 €/kWp, 2050년 293 €/kWp
  • 리튬이온 배터리 설치비: 2030년 157 €/kWh, 2050년 83 €/kWh
  • 인버터 비용: 2030년 177 €/kW, 2050년 66 €/kW
  • 배터리 효율 96%, 자본비용 5%, 백업 발전기 효율 50%
  • 백업 연료비 30 €/MWhth, 백업 설비비 1000 €/kWel
  • 백업 기여 비용은 백업 비율 x%에 따라 (11.5 + 0.6x) €/MWh 수준
  • 계산은 10,000명 이상 인구가 있는 9196개 1°×1° 격자에서 수행되어, 전 세계 인구의 99.86%를 포함
  • 인구의 90%는 적도에서 45도 이내에 거주하며, 이 지역의 태양광 효율이 높음

경고 및 한계

  • 수요 변동성 미반영: 모델은 연중 일정한 전력 수요를 가정
    • 냉방 수요는 태양광과 잘 맞지만, 난방 수요는 겨울철 부족 가능성 존재
  • 배터리 비용 민감도 높음: 추가 하락 시 전체 시스템 비용 더 감소
  • 인구 분포 변화로 저위도 인구 증가 시 저비용 지역 비중 확대 예상
  • 전력 수요와 인구 불일치: 데이터센터 등 전력집약 산업은 저비용 지역으로 이동 가능
  • 수요 반응 및 지역 연결은 추가 비용 절감 가능성
  • 송전망 비용은 50 €/kW만 반영, 지역별 차이 존재
  • 패널 고정 각도 35도, 축추적 시스템 도입 시 비용 절감 가능
  • 소규모 주택용 시스템은 대규모 설비 대비 2~3배 비용
  • 토지 제약: 인구 밀집 지역은 인근 공급 어려워 인접 지역 송전 필요
  • 일사량 데이터는 ECMWF ERA5 재분석 자료 사용, 일부 오차 가능
  • 비용 단위는 2020년 유로 기준, 2026년 환산 시 20~25% 상승
  • 백업 연료비는 화석가스 기준 30 €/MWhth, 외부비용(기후 피해 등)은 미포함
    • 탄소 사회비용 300 €/tCO₂ 적용 시 60 €/MWhth 추가
    • 2026년 미·이스라엘의 이란 공격으로 가스 가격이 50–60 €/MWhth로 상승
  • 자본비용(WACC) 은 지역별로 상이하며, 아프리카 등은 더 높음

공개 코드 및 데이터

토지 및 자원 사용

  • 전 세계 인구 80억 명이 연간 1인당 10 MWh 전력 소비 시 총 80,000 TWh 필요
  • 90%를 태양광·배터리로 공급하려면 2050년 기준 69 TWp 태양광, 72 TWh 배터리 필요
  • 70 TWp 태양광은 1,400,000 km²(지구 육지의 약 1%) 차지, 가축 사육지의 3.7% 수준
  • 밀집 지역에서는 토지 부족으로 인접 지역 송전 필요
  • 태양광 제조 능력은 연 1 TWp 이상, 대부분 중국에 집중
  • 리튬이온 배터리 생산능력은 2030년 7 TWh/년 예상 (IEA, 2023)
  • 재생에너지 광물 채굴량은 화석연료 대비 훨씬 적음
  • 실리콘은 풍부, 은 사용량은 2005~2020년 사이 7배 감소, 구리·알루미늄 대체 가능

  • 배터리 소재 대체 기술

    • 코발트 → 리튬인산철(LFP)
    • 흑연 → 실리콘 일부 대체
    • 나트륨이온 배터리는 고정형 저장용으로 유망

추가 결과

  • 인구 밀도와 시스템 비용

    • 인구의 대부분이 적도 ±45도 이내에 거주하며, 이 지역은 태양광·배터리만으로도 저비용 유지 가능
    • 45도 이상 고위도 지역은 풍력 추가 시 비용 절감 효과 큼

  • 2050년 저가 배터리 시나리오

    • 기본 가정은 83 €/kWh이나, 나트륨이온 배터리 도입 시 29–52 €/kWh 가능
    • 이에 따라 전체 시스템 비용 추가 하락 예상

  • 풍력 제거 시 비용 변화

    • 2030년 기준 풍력 제외 시 시스템 비용 상승, 특히 북부 고위도 지역에서 두드러짐

  • 시나리오별 지도 및 누적 비용

    • 2030·2050년 각각의 태양광 단독, 태양광+풍력 조합 시나리오 지도 제공
    • 2050년 90% 태양광-배터리, 99% 태양광-풍력-배터리(저가 배터리) 시나리오의 누적 비용 비교 포함
    • 요약:
    • 태양광과 배터리의 급격한 비용 하락으로 2030년 이후 전 세계 대부분 인구가 저렴하고 청정한 전력을 이 조합으로 공급받을 수 있음. 고위도 지역은 풍력·수력 보완이 필요하지만, 전체적으로 화석연료 의존 없이 전력 자급이 가능한 구조로 전환 가능성이 확인됨.

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GN⁺ 17시간전  [-]
Hacker News 의견들

  • 재미있는 사실로, 현재 약 1,200만 헥타르의 땅이 옥수수 에탄올 생산용으로 쓰이고 있음
    이 에탄올은 결국 휘발유 생산에 사용됨. 결론은 각자 생각해보길 바람
    관련 기사

    • 이 주제를 다룬 Technology Connections 영상이 정말 훌륭했음
      만약 그 땅을 전부 태양광 패널로 덮는다면, 미국의 현재 에너지 수요를 훨씬 초과하는 전력을 생산할 수 있음
      지속적인 자원 채굴이 필요한 에너지원을 고집하는 건 어리석음. 초기 자원만 투자하면 수십 년간 안정적인 태양광+배터리 에너지를 얻을 수 있음
      재활용 루프가 완성되면 미래의 자원 채굴도 최소화 가능함
      논쟁 전에 이 영상을 꼭 보길 바람
    • 옥수수 재배 면적의 1%가 태양광과 무슨 상관이 있는지 의문임
      태양광은 경작지 위에 설치할 필요가 없음. 옥수수는 에탄올 외에도 단백질, 지방, 섬유질이 가축 사료로 쓰임
      정부는 식량 안보를 중시하기 때문에, 잉여 식량을 에탄올로 전환하는 건 저장보다 효율적임
      위급 시에는 태양광 패널을 걷어내지 않아도 식량 생산이 가능함. 즉, 태양광과 에탄올 문제를 혼동하고 있음
    • 개인적으로는 그 땅을 식량 생산에 쓰고, 사람들은 지붕형 태양광을 설치했으면 함
    • 우리가 탄소 중립 연료 시스템을 만들어놓고도, 왜 15% 혼합 연료로만 쓰는지 웃김
      순수 에탄올 엔진을 설계했다면, 마당 쓰레기로 만든 술로도 차를 움직일 수 있었을 것임
    • 내 이해로는 휘발유에 에탄올이 섞이게 된 건 옥수수 농가의 로비와 보조금 정책 때문이지, 연료 생산상 필수 요소는 아님

  • 기사는 틀렸다고 생각함. 특히 난방 에너지를 거의 언급하지 않음
    나는 30kWh 배터리와 24kW 태양광을 갖춘 주택에 살고 있음. 조명은 유지되지만 난방은 불가능함
    태양광+배터리 시스템은 삶의 질과 활동 시간 조정이라는 큰 트레이드오프를 요구함

    • 여전히 많은 사람들이 에너지가 싸고 풍부하다고 생각하며 집을 짓고 있음
      제대로 단열된 주택은 난방·냉방이 거의 필요 없음. 5만 달러를 단열에 쓰면 평생 유지되지만, 같은 돈을 난방 장비에 쓰면 유지비로 10배 더 듦
      온화한 기후의 현대식 주택은 중앙난방 없이도 가능함. 추운 날엔 방마다 500W 히터면 충분함
    • 24kW 태양광을 “조명용”이라 표현한 건 과소평가임
      내 집은 한 달에 60kWh만 쓰는데, 당신의 3시간 생산량이면 한 달을 버팀
      영하 25도까지 내려가는 지역에서도 히트펌프 COP 2 이상으로 난방비가 월 118유로 수준임
      여름엔 전기차 충전도 무료로 가능함. 삶의 질 저하라는 주장은 과장임
    • 북부 지역에 살지만, 단열과 창호만 잘하면 태양광+배터리로 넷 제로 달성 가능함
      낮엔 66°F, 밤엔 60°F로 설정해도 아침엔 여전히 따뜻함
    • 30kWh는 작은 용량임. 10년 후면 대부분의 가정이 EV 배터리 200kWh를 보유하게 될 것임
      배터리 가격이 10배 더 떨어질 여지가 있고, 결국 제로 마진 비용 구조가 승리할 것임
      우리 별장은 15kWh 배터리로 1년 내내 운영 중이며, 추운 날엔 작은 목재 난로로 보조함
    • 개인이 태양광을 설치했다고 해서 전력망 운영을 이해하는 건 아님
      한 가정의 자급 사례로 전체 전력망을 평가하는 건 부적절함

  • 나는 오프그리드 캠퍼밴을 제작하며 태양광+리튬 배터리 시스템을 설치함
    기술은 최근 몇 년간 크게 발전했음. 문제는 기술이 아니라, 고객이 실제 사용량을 과대평가하는 마인드셋임
    이런 인식이 국가 단위로 확대되면 같은 문제가 생길 것이라 봄

    • 나는 600kWh 확장 배터리를 장착한 eSprinter 캠퍼를 제작함
      완전 태양광으로 충전하며, 이 캠퍼는 이웃의 전기차 충전소 역할도 함
      자체 개발한 병렬 충방전기로 LFP 배터리 수명 2만 회를 달성함
    • 이런 문제는 국가 전력망에는 적용되지 않음. 시장 규모와 데이터 기반 계획이 있기 때문임
    • 나는 리튬 타이타네이트 셀을 주택용으로 고려 중임. 무게보다 안전성이 중요함
      Lithium-titanate battery 위키
    • 국가 전력망은 이미 수요·기상 데이터를 기반으로 설계됨. 문제는 성장 속도이지 데이터 부족이 아님
    • 한 유튜버가 RV의 모든 기기를 직류(DC) 로 바꿔 변환 손실을 줄였다는 영상을 봤음
      가정용 DC 솔루션이 필요함

  • 내가 보기엔 가장 큰 개선점은 지붕형 태양광 설치의 규제 완화임
    승인과 설치가 일주일 내 가능하고, 비용이 절반 수준이어야 함
    현재는 규제와 복잡성 때문에 경제성이 사라짐

    • 독일처럼 플러그인형 패널을 도입해야 함. 누구나 한 시간 만에 설치 가능함
      하지만 장기적으로는 대규모 태양광 발전소가 더 효율적임
    • 미국에서도 ‘발코니 솔라’ 합법화 법안이 추진 중임
      유럽처럼 콘센트에 꽂는 소형 시스템으로, 허가 절차 없이 설치 가능함
      문제는 사람들이 과도하게 큰 시스템을 설치해 전력망에 부담을 주는 것임
      관련 기사
    • 100% 동의함. DIY가 가능하면 비용이 10분의 1로 줄어듦
      하지만 소형 시스템조차 허가 절차가 너무 까다로움

  • 세계 경제는 여전히 석유와 가스에 기반함
    대체 에너지로 전환하는 건 단순한 기술 문제가 아니라 지정학적 관계 재편을 의미함

  • 나는 재생에너지에 찬성하지만, 혼합형 에너지 전략이 최적이라 생각함
    90~95%는 재생에너지, 나머지는 단기적으로 가스, 장기적으로 원자력이 보완해야 함
    북남·동서 방향의 전력망 연결로 계절·시간대 변동을 상쇄할 수 있음
    또한 유연한 수요 관리와 자동화된 가격 조정으로 ‘기저 부하’ 문제를 해결할 수 있음
    최종 10%는 비용이 크지만, 기존 가스 발전소로 충분히 대응 가능함

  • 이 목표를 실제로 추진 중인 기업이라면 함께 일하고 싶음
    나는 주요 태양광·배터리·EV 기업과 협력해 청정에너지 전환용 분석 소프트웨어를 개발해왔음
    다음 단계로 화석연료 제거에 기여하고 싶음
    matthewgerring.com

    • 이메일을 보냈음. 우리는 유럽과 우크라이나에서 100% 태양광 기반의 스마트 그리드·주택 단지를 구축 중임
      미국 시장 확장을 함께하길 바람

  • 작년에 중국이 생산한 태양광 패널의 평생 발전량이 전 세계 연간 석유 소비량과 맞먹음
    배터리 생산이 확장되면 10년 내로 석유·가스·석탄 대부분을 대체할 수 있을 것으로 봄

  • 회의론자들이 믿기 어렵게 느끼는 이유는, 기사에서 반대 논점을 다루지 않기 때문임
    패널은 싸지만, 설치비와 유지비는 여전히 높음. 낙뢰 같은 위험도 있음
    국가 단위로는 토지·자본·숙련 인력이 부족하고, 모든 나라가 충분한 일조량을 갖고 있지 않음
    결국 10~20개국 정도만 10년 내 재생에너지 중심으로 전환 가능함

    • 하지만 전기 인프라가 없는 지역이라면, 처음부터 재생에너지 기반으로 시작할 수 있음

  • 전력의 90%를 공급한다고 해서 ‘세계를 구동한다’고 말하긴 어려움
    저비용 장기 저장 기술이 필요하며, 이는 배터리를 보완하는 역할을 함

    • 기사에서도 마지막 5~10%는 화석연료·장기 저장·e-바이오연료로 해결할 수 있다고 명시함
    • 목표는 모든 탄소원을 제거하는 게 아니라, 변화 속도를 늦춰 적응 가능하게 만드는 것임
      90% 달성만으로도 충분한 의미가 있음
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