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(장길수 교수의 월요객석) 신재생에너지원 확대 따른 전력계통 계획.운영의 난제
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장길수 고려대학교 교수
8차 전력수급기본계획에 따르면 2031년 우리나라 발전원 설비 용량은 원자력 발전이 20.4GW, 석탄 발전이 39.9GW, 가스 발전이 47.5GW, 신재생에너지원은 58.5GW이며 총 173.7GW가 된다.
최대 전력 수요는 2030년 동계 기준으로 113.4GW로 예상하고 수요 관리 후 발전원에서 공급할 전력 수요는 100.5GW이다. 신재생에너지원 설비 용량 중 변동성 전원인 태양광 발전 용량은 33.5GW, 풍력 발전 용량은 17.7GW로 총 51.2GW에 이른다.
전력계통 수요와 공급의 균형 유지를 위해 전력 수요가 최대 100.5GW까지 변동할 때 각 발전원들은 실시간으로 그 시점의 신재생에너지원이 발전하는 양을 우선 반영하고 남은 필요 양을 나머지 발전 설비들이 발전 변동비가 낮은 순서로 발전을 해 전력 수요량을 맞추므로, 봄과 가을 전력 수요가 낮고 신재생에너지원의 발전량이 많을 경우 석탄과 원자력 발전도 감발하는 상황이 발생하게 된다.
갑자기 구름이 낀다거나 바람이 줄 경우 태양광과 풍력에 의한 발전량이 급격하게 변동하므로 이러한 급격한 변동성에 대비하기 위한 보상 설비는 태양광과 풍력의 빠른 출력 변화에 대응하기 위해 충분한 용량이 태양광 발전의 감소나 증가 속도만큼 빨리 동작할 수 있어야 한다.
변화하는 전력 수요를 제어 가능한 발전원에 의한 공급으로 평형을 유지하던 문제가 30%에 이르는 변동성 전원이 포함된 발전원으로 평형을 유지해야 하는 문제로 난이도가 크게 높아졌다.
이러한 전력계통 운영에서의 난제를 잘 풀어나가기 위해서는 변동성 전원에 대해 최소한의 관제를 통한 출력 변동성 예측 등 발전원의 책임을 부여하고, 전력계통 운영을 위해 필요할 경우 계통 운영자가 변동성 발전 출력 제약을 할 수 있도록 하며, 다양한 발전원과 보상 설비의 최적 활용 방안을 개발하는 등 불확실성이 증가된 전력계통의 안전 운영을 위한 적극적 대응 방안 마련이 필요하다.

또 하나의 난제는 전력수급기본계획에 반영된 전력 공급 방안의 구현을 위한 송전과 변전 등 전력 설비를 계획하고 건설하는 것이다. 이전 7차 전력수급기본계획까지는 정해진 발전원의 위치와 용량에 대한 송전·변전 설비의 건설 계획 수립이 확정적으로 가능했지만, 8차 전력수급기본계획부터 실제적으로 반영되기 시작한 신재생에너지원의 경우 총 설비 용량만 정해지고 개별 신재생 발전 설비의 위치와 용량이 정해져 있지 않아 확정적인 후속 계획 수립이 불가하다.
이러한 상황에서는 총 설비 용량을 지역별 용량으로 배분한 후 각 신재생 발전 설비 위치와 용량을 가정한 잠정적인 송변전 설비 계획을 수립할 수밖에 없다.
실제 설치되는 신재생에너지원의 위치와 용량은 발전 사업자에 의해 자의적으로 결정되기 때문에 가정된 위치 및 용량과 달라져 수립된 전력설비 계획이 계속 변경돼야 할 가능성이 크다.
따라서, 불확실성이 큰 잠정적인 장기 전력설비 계획을 전력수급기본계획의 후속 작업으로 짧은 기간에 수립할 가치가 있는지에 대한 의문을 가지게 된다.
발전 자원이 풍부한 지역에 집중되는 신재생에너지원의 발전 전력 중 해당 지역의 전력 수요를 초과한 잉여 전력은 상위 전압의 공용 송전선로를 통해 전력이 전송되므로 해당 송전선로의 신설 또는 증설을 유발할 수 있다.
신재생에너지원의 접속 설비와 신재생에너지원으로 인해 신증설되는 송전선로는 15% 내외의 신재생에너지원의 이용률에 준하는 낮은 설비 이용률을 가지게 돼 과도한 전력설비 계획이라는 부담을 지게 되므로, 간헐성 전원인 신재생에너지원을 위한 전력설비 계획은 기존 발전원과는 다른 방법을 적용할 필요가 있다.
한 예로, 신재생에너지원이 편중된 지역의 배전 변전소를 신재생에너지원의 발전 출력 패턴과 유사한 전력 수요 특성을 갖는 인근의 배전 변전소와 MVDC (Medium Voltage Direct Current)로 연계하면 신재생에너지원의 발전 전력으로 인한 상위의 송변전 설비 신증설 부담을 완화할 수 있다.

엄청난 설비 용량의 변동성 전원을 가진 전력계통의 운영과 계획은 큰 비용과 노력을 필요로 하는 어려운 도전 과제이지만, 전력회사와 관련 기관들이 최신 기술을 활용한 창의적인 방안들을 개발하고 적용하면서 잘 풀어나가기를 바라며 이러한 변화된 환경에 적합한 장기 전력 정책 수립 과정이 만들어지기를 기대한다.
작성 : 2018년 12월 06일(목) 10:25
게시 : 2018년 12월 07일(금) 08:31


장길수 (고려대학교)

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