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재생에너지 강국, 가스・열병합 활용 높여 간헐성 극복
국가간 계통연계 통해 예비력 확보, 실시간 거래제도 구축 등 시장제도 개선
태양광 풍력 등 재생에너지의 확대는 깨끗한 에너지를 사용한다는 장점이 많지만, 간헐성(불규칙성) 때문에 전력계통 운영에 어려움이 많으며 이로 인해 충분한 예비력을 확보해야 하는 등 전력시장은 더욱 복잡해지고 난해애 질수 있다.
재생에너지의 확대는 깨끗한 에너지를 사용한다는 장점이 있지만, 전력시장과 산업을 더욱 복잡하게 만들기도 한다. 재생에너지를 확대하고 있는 국가에서도 자연조건의 절대적 영향을 받는 재생에너지의 간헐성을 어떻게 극복할 것인가를 고민을 하고 있다.
2030년까지 전체 전력사용량의 20%를 재생에너지로 공급하기로 결정한 우리나라도 상황은 마찬가지다. 정부 계획대로라면 2030년의 전체 설비용량 173.7GW 중 재생에너지의 설비용량은 58.6GW까지 늘어난다.
8차장기전력수급계획서 밝힌 2030년 목표수요가 100.5GW인 것을 감안하면 70GW 이상이 예비전원으로 남게된다. 재생에너지의 발전량 예측 오차 및 빠른 출력변동으로 인해 재생에너지가 증가할수록 LNG, 석탄화력, 양수 등 예비전원도 비례해 증가하는 것은 물론 시장도 혼란을 겪을 수 있다.
재생에너지의 발전력이 늘면서 석탄화력, LNG 등 기존의 발전기는 급전순위에서 밀리게 되고, 결국 이용률이 떨어질 수밖에 없다. 이용률이 떨어지면 경제성이 낮아지기 때문에 일부 발전기는 설계 수명보다 빨리 조기퇴출의 과정을 겪게 되며, 이는 곧 신규 투자 위축이란 악순환을 겪게 된다.
한전 경제경영연구원이 밝힌 자료에 따르면 신재생 강국인 독일도 재생에너지의 확대와 석탄화력의 이용률 저하라는 과정을 겪었다.
보고서에 따르면 독일은 전력수요 둔화와 맞물려 신재생이 급격히 늘면서 발전을 하지 못하는 석탄화력이 큰 폭으로 늘었다. 예비력 확보 때문에 석탄을 쉽게 퇴출 시킬 수도 없는 상황이었다. 독일 석탄산업계는 발전기의 주요 기기를 교체해 수명을 10년~15년 연장하는 발전기 ‘리트로핏’을 통해 성능을 개선하고 운영 능력과 이용율을 높였다.
또 스웨덴, 덴마크, 체코, 네덜란드 등 이웃국가와 전력망 연계를 강화하고, 신재생 예측시스템을 강화해 간헐성 문제를 일부 극복했다.
보고서에 따르면 2010년 독일의 재생에너지 예측오차는 설비용량 대비 10%였으나, 2015년에는 4%까지 떨어졌다. 또 시장에 반영되는 신재생의 불확실성을 낮추기 위해 전력시장을 개선해 당일시장의 급전주기를 1시간에서 15분으로 단축했다.
재생에너지 강국인 덴마크는 재생에너지의 간헐성을 극복하기 위해 CHP(열병합발전)을 적극 활용했다. 전체발전비중의 65%를 차지하는 CHP를 풍력의 변동성과 연계해 활용했다. 풍력 나라로 불리는 덴마크는 1980년대부터 풍력과 CHP연계 시스템을 구축했다. 풍력의 출력이 부족하면 CHP로 부족한 전력을 공급하고 열 저장소에 CHP의 잉여 열을 저장했다.
또 풍력의 출력이 많으면 보일러 및 열저장소를 활용해 잉여전기를 저장했다. 인접국과 전력망 연계도 확대했다.
덴마크는 또 4개국 6.5GW였던 연계전력을 2020년까지 6개국 9.1GW까지 확대할 계획이다. 정확한 신재생예측 시스템도 구축했다. 전일 신재생 예측과 실적간 오차를 실시간으로 계산해 신재생예측에 활용했으며, 결과는 매 5분마다 갱신해 계통운영에 활용했다.
신재생 발전비중이 높은 미국 캘리포니아주의 경우 가스화력을 통해 간헐성을 극복하고 있다. 신규 가스화력은 전력공급 및 보조서비스(예비력 등) 거래를 통해 안정적으로 계통에 참여하도록 유도하고 있으며, 전기를 판매하거나 수요관리에 참여하는 기업에 대해서는 2020년까지 해당기업이 담당하는 최대부하의 1%에 해당하는 ESS를 설치하도록 의무화 했다.
이에따라 캘리포니아주의 3대 유틸리티들은 1325MW 용량의 ESS를 설치해야 한다. 전력시장을 개선해 5분단위 실시간 시장을 강화하고 인접 4개주와 EMI(Energy Imblance Market)를 운영했다. EMI운영을 통해 송전혼잡을 해소하고 신재생의 공급과잉으로 인해 발생하는 낮은 비용을 흡수하는 등 신재생의 계통 수용성을 높였다.
재생에너지 강국의 특징을 보면 재생에너지의 간헐성을 극복 하기위해 가스, 열병합, 석탄화력 등 예비 전력을 적정 비중으로 유지하면서, 일부 경쟁력이 떨어지는 발전자원도 안정적으로 계통 참여를 보장했다. 또 재생에너지의 변동성을 시장에 반영해 실시간 시장제도를 도입했으며, 인접국가와 계통 연계를 통해 송전망운영의 효율성을 높이고 예비력을 확보했다.
반면 우리나라는 대규모 재생에너지 수용에 취약한 전력망을 갖고 있으며, 원자력과 석탄의 비중이 너무 높아 보조서비스(예비력, 전압유지 서비스) 제공이 취약하다. 고립된 계통이기 때문에 인접국에서 융통할수 있는 전력량도 국내에서 발전원으로 확보해야 하는 등 제약 조건이 많은 것이 특징이다.
작성 : 2019년 03월 14일(목) 15:15
게시 : 2019년 03월 15일(금) 16:09


유희덕 기자 yuhd@electimes.com        유희덕 기자의 다른 기사 보기

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