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[번역] 아프리카의 에너지와 비트코인: 소규모 전력망과 비트코인 채굴로 전력 접근성 개선

Lowell Kyung

2024년 5월 22일 • 29 min read

아프리카와 그 너머에서 더 분산되고 회복력 있는 글로벌 에너지 생태계 만들기 <출처: GAMA.africa>

비트코인 채굴장과 재생에너지 기반 소규모 전력망을 함께 도입하면, 기부나 정부 지원 없이도 개발도상국 지역 사회에 수익성 있는 전력 공급을 확대할 수 있는 새로운 모델의 토대가 됩니다.

하지만 소규모 전력망은 초기 비용이 높고, 전력 소비가 적으며, 투자 회수 기간이 길어서 보조금 없이는 경제성이 떨어진다는 문제가 있습니다.

이러한 상황에서 비트코인 채굴은 잉여 재생에너지를 효과적으로 활용할 수 있는 방안이 될 수 있습니다. 채굴 과정에서 전력에 대한 꾸준하고 안정적인 수요를 창출함으로써, 그렇지 않으면 방치될 수 있는 재생에너지 프로젝트에 새로운 가능성을 열어주고, 지속 가능한 에너지 미래에 기여할 수 있기 때문입니다.

전후 상황과 지속되는 문제들

그림 1. 아프리카에서 흔히 볼 수 있는 광경 <출처: GAMA.africa>

인류의 발전은 저렴하고 접근 가능한 에너지에 의해 이루어집니다. 거시적 차원에서 경제 성장과 일인당 GDP는 에너지 이용 가능성 및 일인당 소비량과 직결된다는 것을 알 수 있습니다.

또한 전기가 없으면 삶의 기본적인 필수품조차 손에 넣기 어렵다는 사실도 잘 알려져 있습니다. 그럼에도 불구하고 국제에너지기구(IEA)에 따르면 작년 아프리카에서는 6억 명, 즉 대륙 총인구의 43%가 전기 접근성이 부족했는데, 그 대부분은 사하라 이남 아프리카 지역에 집중되어 있습니다.

BP의 2022년 세계 에너지 통계 리뷰에 따르면, 모든 형태의 에너지를 고려할 때 현재 미국에 사는 3억 3,300만 명은 아프리카에 사는 14억 명보다 1인당 19배 이상을 소비하고 있으며, 유럽 전역에 사는 약 6억 명은 아프리카 사람들보다 1인당 8배 이상을 소비하고 있습니다. 사실 노르웨이에서 소비되는 에너지가 아프리카 전체를 합친 것보다 더 많습니다.

아프리카가 처한 에너지 격차를 더 자세히 살펴보면, 미국의 주방 가전에서 매년 사용되는 에너지가 아프리카의 모든 사람들이 사용하는 에너지를 합친 것보다 더 많습니다. 이러한 상황에는 여러 가지 이유가 있지만, 가장 근본적인 수준에서 아프리카의 제한된 전기 접근성 문제는 공급과 수요의 문제, 즉 시장의 문제로서 지금까지 시장과 국제기구 및 다자기구가 해결하지 못한 문제입니다.

간단히 말해, 가정용 기기와 산업용 기계가 거의 없는 세계의 외딴 지역과 저개발 지역에서는 전력 수요가 너무 낮아 발전소와 송전망을 건설하는 데 필요한 대규모 투자를 정당화하기 어렵습니다.

외딴 지역이나 농촌 지역 사회가 전력 수요를 형성하는 데 걸리는 시간이 너무 길어 일반적인 투자로는 진지하게 고려하기 어려웠기 때문에, 오늘날 이러한 전력 설비에 자금을 대는 주된 방식은 보조금이나 저리 대출과 같은 양허성 자본이 되었습니다.

지금까지 이 문제에 대한 최선의 해답은 일반적으로 1MW 미만의 발전량을 가진 소규모 전력망(minigrid)입니다. 이는 수요가 적은 경우 장거리의 값비싼 국가 전력망 연장보다는 더 작고 지역적인(더 비용 효율적인) 규모의 전력망이 더 타당하기 때문입니다.

전통적으로는 대규모 중앙 집중식 발전소에서 전기를 생산한 후 송배전망을 통해 소비자와 소규모 기업에 공급하는 일방향 전달 시스템이었습니다. 하지만 이제 이 모델은 점점 더 양방향의 작고 분산된 에너지 자원(DER)으로 보완되고 있는데, 이는 최종 사용자에 더 가까이 위치합니다. DER은 종종 지붕 태양광 모듈, 소형 풍력 터빈, 소형 수력 발전소 등의 재생에너지 설비와 배터리 또는 발전기를 결합하여 소규모 전력망을 형성합니다.

대규모 국가 전력망은 수익성이 있는 한계까지 뻗어 나갔기 때문에, 인구 밀도가 낮거나 수익성이 떨어지는 지역으로 전력 보급을 확대하기 위해서는 소규모 전력망이 해법이 됩니다.

소규모 전력망 개발업체는 적절한 인구 밀도를 찾아내고, 아프리카에 풍부한 재생에너지 자원을 활용하여 거의 어디에서나 전력망을 구축할 수 있습니다. 이는 전기가 생산된 곳 가까이에서 사용되므로 에너지를 더 탄력적이고 효율적으로 사용할 수 있으며, 외딴 지역 사회에 안정적인 지속 가능 전력을 공급할 수 있게 해줍니다.

그림 2. 지속 가능한 수력 발전 미니 그리드의 구성 요소 <출처: GAMA.africa>

소규모 전력망의 문제는 "소규모 전력망 프로젝트와 관련된 것으로 인식되는 위험이 상업 금융 기관의 위험/수익 기대치와 일치하지 않는다"는 점입니다. 이는 Bloomberg NEF와 Sustainable Energy for All(SEforALL)이 발간한 Mini-Grids Partnership의 2020년 글로벌 미니그리드 시장 보고서에 따른 내용입니다. 다시 말해, 소규모 전력망을 구축하는 데 필요한 재정적 노력이 그 결과에 비해 가치가 없다는 것입니다. 지금까지 거의 모든 소규모 전력망 프로젝트는 경제적으로 지속 가능하지 않았기 때문입니다. 특히 수요가 여전히 매우 낮은 준공 직후 초기 단계에서 경제적으로 지속 가능하지 않다면, 이들이 아프리카와 기타 지역의 전력 접근성 격차를 줄이는 데 도움이 될 것이라고 기대하기는 어렵습니다.

소규모 전력망 개발업체는 태양, 물, 바람 등 재생에너지 공급의 변동성으로 인해 사이트를 과도하게 구축해야 합니다. 이는 가정과 기업에서 "완전한" 용량에 이르기까지 수년이 걸릴 수 있는 느리게 시작되는 소비자 수요와 균형을 이루어야 합니다.

게다가 지역사회의 에너지 수요는 오전 6시에서 8시, 오후 6시에서 9시 사이에 최고조에 달하는 반면, 하루의 다른 시간대에는 에너지 사용량이 매우 적습니다. 이 모든 것이 결합되어 구축에 필요한 막대한 초기 자본 비용이 높지만, 판매된 전력에 대한 수익은 느리고 불규칙하다는 이미지를 형성합니다.

그림 3. 비트코인 채굴과 커뮤니티 전력 수요 <출처: GAMA.africa>

바로 여기에서 비트코인 데이터 센터가 등장합니다:

낭비되는 에너지: 실시간 수요 평준화 기능이 있어 에너지 수요를 몇 초 내로 켜거나 끌 수 있어 전력 과잉 생산이나 과소 생산을 줄여 에너지 개발업체의 효율성을 높일 수 있습니다.
재정적 지속 가능성: 주요 임차인이기 때문에 소규모 전력망 개발업체는 일관되고 예측 가능한 수요로 첫날부터 재정적 안정성을 확보할 수 있습니다.
발전소와 함께 위치: 입지에 구애받지 않기 때문에 어디에나 배치할 수 있습니다.

<Mini-Grids Partnership> 보고서의 저자들은 "소규모 전력망에 사용되는 기술은 입증되었고 태양광 하이브리드 소규모 전력망[및 기타 기술]의 비용이 점점 더 경쟁력을 갖추고 있지만, 대부분의 개발업체는 자체 대차대조표에 의존하며 외부 자금 조달에 어려움을 겪고 있다"고 설명합니다.

"모호한 전력화 전략, 소규모 전력망 자산을 보호하기 위한 규제 부족, 개발업체의 실적 부족, 농촌 소비자의 제한된 전력 수요에 대한 우려로 인해 공공기관의 추가 메커니즘, 지원 또는 보증이 없으면 상업 금융 기관은 소규모 전력망에 대한 자금 조달을 기피해 왔다"고 합니다. "전력 수요 없음 - 전력 공급 없음 - 전력 수요 없음"이라는 악순환을 깨기 위해서는 새로운 해결책이 필요합니다.

개요: 비즈니스 사례와 에너지 개발 모델의 연계

"소규모 전력망 기업들은 농촌 지역의 에너지 소비가 예전에 기대했던 것처럼 빠르게 증가하지 않는다는 것을 알게 되었고, 따라서 생존 가능성을 위해서는 부하 증가가 사업의 핵심 요소가 되어야 한다." 2020년 아프리카 소규모 전력망 개발협회 보고서에 따르면, 소규모 비트코인 데이터 센터와 재생에너지 기반 소규모 전력망이 바로 그 연결고리가 될 수 있습니다.

이들은 소규모 전력망과 관련된 인식된 위험과 투자자의 위험/수익 기대치 간의 격차를 좁혀 금융 기관, 다자간 기구, 외딴 지역의 지역 사회의 인센티브를 조정할 수 있습니다. 특히 중요한 초기 단계에서 주요 고객에 의존할 수 있다면 소규모 전력망은 지속 가능해질 수 있습니다.

소규모의 전문 비트코인 데이터 센터는 재생에너지 인프라에 대한 초기 투자를 가능하고 지속 가능하며 수익성 있게 만드는 초기 및 지속적인 전력 수요를 제공할 수 있습니다. 고립된 재생에너지 프로젝트 문제를 해결하는 방법은 이러한 소규모 전력망과 함께 소규모 비트코인 데이터 센터를 함께 배치하는 것입니다. 이 접근 방식은 불충분한 전력 수요로 인해 부적절한 전력 공급으로 이어지고, 이는 다시 더 낮은 수요를 야기하는 악순환을 깰 수 있습니다.

이러한 데이터 센터와 소규모 전력망 프로젝트가 결합되면 재생에너지에 대한 신뢰할 수 있고 일관된 수요를 제공하여 그동안 활용되지 않았던 고립된 재생에너지 프로젝트의 잠재력을 끌어낼 수 있습니다. 또한 입지에 구애받지 않는 소규모 비트코인 데이터 센터가 제공하는 전력 수요 덕분에 가능해진 소규모 전력망을 통해 배전되는 깨끗한 전기는 이전에 전기에 접근할 수 없었던 다른 많은 지역 기업과 가정에 공급될 수 있습니다. 같은 설정으로 이전에는 없었던 기본적인 지역사회 인터넷 연결 기능에도 전력을 공급할 수 있습니다.

이러한 전력-비트코인-연결성 인프라의 공생 관계는 은유적으로 직조기가 되어 지역사회의 실타래를 더 풍요로운 경제적, 사회적 태피스트리로 엮어내기 시작할 수 있습니다. 이들은 기본적인 구성 요소, 즉 지금까지 널리 퍼지지 않았던 번영의 퍼즐 조각들을 함께 꿰어 시작할 수 있는 단순한 인프라를 제공할 수 있습니다. 생산성 엔진을 시동할 만큼 크지만, 전 세계 농촌 지역사회의 규모와 필요에 맞을 만큼 작은 에너지 투자와 에너지 수요가 바로 그것입니다.

그림 5. 비트코인 데이터 센터 컨테이너가 현장에 있는 하이브리드 수력 + 태양광 소규모 전력망. Gridless, 케냐 <출처: GAMA.africa>

비트코인 데이터 센터는 전기 사용 시기와 사용량에 있어 매우 유연합니다. 자동화된 실시간 수요 평준화를 통해 소규모 전력망의 전체 공급량에 비해 필요한 만큼 즉시 소비량을 높이거나 낮출 수 있습니다. 이 특별한 기능 덕분에 비트코인 데이터 센터는 다음과 같은 3가지 중요한 역할을 수행할 수 있습니다:

최초의 구매자로서 다른 수요가 없을 때 에너지를 구매
최후의 구매자로서 그 에너지를 사용할 사람이 없을 때 구매
최후의 전력망 밸런서로서 소규모 전력망을 항상 안정적으로 유지하기 위한 수요 대응 보조 서비스 제공

이 기본적인 에너지-비트코인-연결성 인프라의 핵심은 지역 사회 기반이고, 현지 조달되며, 입지에 구애받지 않고, 모두에게 적정 가격이며 지속 가능하다는 것입니다. 인정해야 할 약점은 여전히 최소한의 활용률이 필요하다는 것입니다. 한 달에 1시간만 가동되는 비트코인 채굴기를 갖는 것은 의미가 없습니다. 테라해시당 자본 지출과 비트코인의 가치가 그 절단점을 결정할 것입니다. 예를 들어, 태양광 소규모 전력망에서의 채굴(하루 8시간만 햇빛이 있음)이 의미가 있을까요? 그에 대한 답은 비트코인 채굴기의 비용, 기계의 효율성, 비트코인의 가치에 달려 있습니다.

소규모 비트코인 데이터 센터와 재생에너지 기반 소규모 전력망, 그리고 기본적인 연결성 인프라는 실타래를 정리하고 세계의 에너지 빈곤 지역에서 더 강하고 끊김없이 다양하고 다재다능한 사회경제적 직물을 짜기 시작하는 실패, 직조기, 재봉틀이 됩니다.

타겟 시장

추정치는 다양하지만, 지속 가능성 시나리오에서는 2022년부터 2030년 사이에 전 세계적으로 162,000개에서 217,000개의 소규모 전력망을 구축하여 2억 8천 8백만 명에서 4억 9천만 명에 이르는 사람들에게 전기를 공급해야 하며, 이에 필요한 총 투자 비용은 930억 달러에서 1,270억 달러에 이릅니다. 이는 세계은행과 다른 24개의 민간 및 공공 기관 간 파트너십인 에너지 부문 관리 지원 프로그램(ESMAP)에서 국제에너지기구와 세계은행의 데이터를 분석한 결과입니다. 이 데이터는 세계은행이 2022년에 발간한 '5억 명을 위한 소규모 전력망'이라는 제목의 보고서에 포함되어 있습니다. 이는 2030년까지 전기가 부족한 주요 국가에서 매년 약 2,000개의 소규모 전력망 프로젝트를 구축해야 한다는 것을 의미합니다.

모든 사람이 전기를 이용할 수 있게 하려면 현재 전기 보급률이 가장 낮은 국가에서 민간 기업이 주도하는 소규모 전력망 구축을 수십 개에서 수백 개, 수천 개로 확대해야 합니다. 중요한 점은 수십 년 간의 소규모 전력망 개발에도 불구하고 여전히 전기를 유연하게 사용할 수 있는 소비자가 없다는 것이며, 이는 이러한 유형의 에너지 개발 성장을 제한해 왔습니다. 비트코인 데이터 센터가 바로 그런 역할을 할 수 있습니다. 정부나 비영리 단체의 프로그램도 국가와 최종 사용자에게 중요한 경제적, 사회적 혜택을 줍니다. 그러나 2030년까지 전기 접근성을 크게 높이려면 다른 지역과의 격차를 줄이기 위해 민간 기업의 노력이 전반적으로 크게 증가해야 합니다.

ESMAP에 따르면 아프리카의 소규모 전력망 수는 2021년 3,100개에서 2030년 160,000개로 9년 동안 50배 이상 증가해야 하며, 이에 따른 누적 투자액은 2030년까지 910억 달러에 달합니다. 현재 속도로 소규모 전력망 개발이 계속된다면 2030년까지 약 44,800개의 소규모 전력망만이 설치되어 아프리카에서 약 8천만 명만이 전기 혜택을 볼 수 있을 것입니다. ESMAP에 따르면 사하라 이남 아프리카의 58개 전기가 부족한 국가에 사는 3억 8천만 명 이상이 소규모 전력망을 통해 적정 가격에 전기를 이용할 수 있습니다.

세계은행 보고서에 따르면 사하라 이남 아프리카에는 소규모 전력망 구축에 유리한 특성을 가진 마을이 거의 291,000개나 됩니다. 즉, 이 마을들은 기존 전력망에서 1km 이상 떨어져 있고 분산형 전력망 구축에 적합한 인구 밀도(1km2당 1,000명 이상)를 가지고 있습니다. 인구 100명에서 500명 사이의 마을이 177,000개 이상인데, 이런 마을은 각각 최대 20킬로와트(kW) 규모의 소규모 전력망으로 전력을 공급받을 수 있습니다.

인구 500명에서 2,500명 사이의 마을 96,000개는 최대 80kW 규모의 중간 크기 소규모 전력망으로 전력을 공급받을 수 있습니다. 보고서에 따르면 인구 2,500명에서 10,000명 사이의 마을 15,000개 이상은 최대 200kW 규모의 대형 소규모 전력망으로 전력을 공급받을 수 있습니다. 마지막으로 인구 10,000명에서 100,000명 사이의 마을 약 3,000개는 500kW에서 1메가와트(MW) 규모의 소규모 전력망이 필요할 것입니다.

국제에너지기구의 지속가능한 아프리카 시나리오(SAS)에서와 같이 2030년까지 적정 가격의 전기에 대한 보편적 접근을 달성하려면 아프리카 대륙에서 매년 1억 명을 전기와 연결하는 더욱 야심찬 목표가 필요할 것입니다.

전기 보급률이 가장 낮은 20개국에 대한 현재의 글로벌 차원의 자금 지원 약속은 연간 320억 달러로 추정되는데, 이는 2030년까지 모든 사람이 전기를 이용하게 하는 데 필요한 금액의 78%에 불과합니다. 그러나 전망에 따르면 투자의 95%가 사하라 이남 아프리카로 향해야 하지만, 지금까지 이 지역에 투입된 금액은 15%에 불과합니다.

숫자를 보면 아프리카 소규모 전력망 개발자 협회(AMDA)의 2022년 보고서에 따르면 "2020년에 AMDA 개발자들이 프로젝트 구축을 위해 받은 금액은 1천만 달러에 불과했으며, 2013년 이후 총 6천만 달러밖에 되지 않는다. 기부자들이 이 분야에 약속한 16억 달러와 비교해 보면..." 기부나 저리 융자 같은 지원금이 성장을 주도해야 하는 분야에서 관련 기관들은 이야기하고 약속하지만 실천하지 않고 있습니다.

규제상의 장벽은 소규모 전력망 구축에 높은 진입 비용을 발생시키는데, 일반적으로 승인 절차를 거치는 데 1년 이상이 소요됩니다. 나라마다 다르지만 이 부분의 개선은 시골 지역 전력 보급 속도에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 이러한 위험은 낮지만 이득은 큰 분산형 기술에 대해 규제를 완화하는 것이 규제 기관과 민간 발전사업자 모두에게 도움이 됩니다.

국제에너지기구(IEA)의 '2022 아프리카 에너지 전망'에 따르면, 아프리카에서는 200명 이상이 거주하는 시골 마을이 도로 근처에 있지만 주요 전력망에서 10킬로미터(km) 이상 떨어져 있는 경우 일반적으로 소규모 전력망이 최선의 해결책입니다. 소규모 전력망은 새로운 가구 연결의 약 30%를 차지하며, 전력망 인프라에서 20km 이상 떨어진 지역사회의 새로운 연결 중 65%를 충족시킵니다.

IEA의 지속가능한 아프리카 시나리오에 따르면 2021-2030년 기간 동안 증분 설치 용량은 연평균 약 300MW입니다. IEA의 지속가능한 시나리오에서는 학교나 의료 시설과 같은 공공 서비스와 상업 비즈니스를 포함한 비가정용 연결도 상당히 증가합니다. "특히 농업, 광업, 통신 분야의 기업들은 종종 전력망 확장과 소규모 전력망 프로젝트의 중요한 앵커 고객 역할을 하기 때문에 에너지와 농촌 비즈니스 개발 계획을 통합하는 것이 연결 속도를 높이는 데 매우 중요합니다.

앵커 고객은 비용과 요금을 낮추고, 가계 소득을 늘리며, 나아가 전기 접근성 프로젝트의 자금 조달을 용이하게 하기 위해 상환율을 개선할 수 있습니다. 이를 위해서는 신용에 대한 더 나은 접근과 인프라의 동시 개발이 필요합니다"라고 IEA는 결론 내리며, 소규모 전력망과 비트코인 데이터 센터를 연결하는 가치 제안과 매끄럽게 맞아떨어지는 방식으로 문제를 구성하고 있습니다.

결론

소규모 전력망은 아무도 통제할 수 없고 누구나 접근할 수 있는 재생에너지의 분산적이고 탈중앙화된 수평적 특성과 완벽하게 들어맞습니다.

소규모 비트코인 데이터 센터는 에너지에 기반한 화폐의 분산적이고 탈중앙화되며 참여적인 특성에 완벽하게 부합합니다. 비트코인은 아무도 통제할 수 없고 누구나 접근할 수 있는 중립적인 자산입니다.

ESMAP 보고서의 저자들은 "전기의 생산적 사용은 소규모 전력망 개발자와 사회경제적 발전에 모두 게임 체인저가 될 수 있습니다. 개발자, 지역 기업가, 지역사회, 국가 공익사업체 모두에게 '윈-윈' 시나리오를 제시합니다"라고 말합니다. 그들은 옳습니다.

그리고 특정 비트코인 데이터 센터의 비용/편익 분석이 방정식에 추가되면 그들의 주장은 결정적인 힘을 받을 수 있습니다. 비트코인 데이터 센터는 보고서에서 고려하는 다른 모든 소득 창출 용도의 최전선에 설 수 있습니다.

세계 에너지 생산이 탈중앙화되고 분산될 때 에너지 인프라는 더욱 탄력적이고 강건해집니다. 채굴 데이터 센터가 분산되고 분포될 때 비트코인 또한 더욱 탄력적이고 강건해집니다. 비트코인 데이터 센터를 첫 번째이자 마지막 수단의 앵커 고객으로 하는 소규모 전력망은 현재 전기 없이 살고 있는 수억 명의 사람들에게 전기를 공급하는 데 필요한 민간 투자를 촉진할 수 있으며, 이러한 투자를 수익성 있고 지속 가능하게 만드는 데 도움을 줄 수 있습니다.

ESMAP는 "2030년까지 4억 9천만 명을 소규모 전력망에 연결하는 데 필요한 투자 규모에 도달하는 유일한 방법은 현재 투자자들이 더 많이 투자할 수 있도록 하고 새로운 투자자를 유치하는 것"이라고 말합니다.

"기존의 금융 흐름은 일반적으로 일회성 거래의 결과입니다. 이 분야에 필요한 것은 투자자들이 투자자들을 위해 개발하고, 적극적으로 관리되고 지속 가능하게 자금을 조달받는 새로운 유형의 금융 수단입니다."

소규모 비트코인 데이터 센터와 재생에너지 기반 소규모 전력망은 아프리카와 그 너머에서 전력 인프라를 더 빠르고 건전하게 구축하기 위한 주춧돌이 될 수 있으며, 모두를 위한 더 많은 번영과 지속 가능성을 창출할 인센티브를 조율할 수 있습니다.

향후 문서에서는 소규모 전력망 개발자와 투자자가 재생에너지 기반 소규모 전력망과 소규모 비트코인 데이터 센터를 함께 배치하는 세부 사항을 탐색하는 데 도움이 되는 실행 가능한 정보를 제공할 것입니다.

숫자로 보는 소규모 전력망

ESMAP에 따르면 2021년 기준 전 세계 131개국과 영토에 21,557개의 소규모 전력망이 설치되었습니다. 이 중 약 절반은 태양광 발전으로 전력을 공급하고 있으며, 수력과 화석 연료가 각각 35%와 10%를 추가로 차지하여 4,800만 명에게 전기를 공급하고 있습니다.

또한 77개국에서 29,353개의 소규모 전력망이 계획 중이며, 그 중 95%는 아프리카와 남아시아에 위치하고 있으며 99%는 태양광 발전으로 전력을 공급하여 93억 달러의 투자 비용으로 3,500만 명 이상을 연결할 예정입니다. ESMAP는 다음과 같은 추정치를 제공합니다.