시장에서 계통에 유연성 줄 수 있는 제도 개선 필요
에너지저장 장치.섹터 커플링 기술활용 여유전력 활용성 높여야

[전기신문 유희덕 기자]

국내 재생에너지 설비용량은 현재 19GW 규모다. 정부가 2034년까지 장기전력공급 계획에서 확정한 물량은 78GW로 앞으로 59GW를 더 늘려야 한다. 문제는 전력계통에서 급격히 증가하는 신재생 발전력을 수용할 수 있느냐다.

재생에너지 증가는 재생에너지 출력 제한, 원전 출력 제한 등 감발 등의 조치지고 있다. 이는 전력구입비 상승으로 이어져 계통 경제성을 악화시킬 수 있다는 우려다.

전체 발전량에서 재생에너지가 16% 가량 되는 제주는 지난해 77회에 달하는 출력제한을 했다. 재생에너지로 생산한 전기가 계통에 영향을 주면서 버려진 것이다.

전문가들은 재생에너지의 발전비중이 50%를 넘을 경우 재생에너지 자체에 대한 설비투자보다 ESS 등 백업설비와 송변배전 등 계통보강 비용 투자가 더 많아져 비용 역전 현상이 발생할 수 있다고 지적했다.

한전 경영연구원이 발표한 전력경제 11월호 ‘개통유연성 개념 및 확보방안’에 따르면 재생에너지 증가에 따른 개통 유연성 자원을 공급원별로 ‘공급측 유연성’, ‘수요측 유연성’, ‘에너지저장 장치 및 섹터 커플링’, ‘그리드 인프라 및 운영’으로 구분했다. ‘공급측 유연성’ 확보 방안은 변동성 재생에너지의 발전예측을 개선해 공급 불확실성을 줄이는 방안이다. 이를 통해 재생에너지의 출력 제한을 완화할 수 있고 계통비용 절감도 기대할 수 있다. 또한 방법은 화력발전을 리트로핏(성능개선)해 효율 및 출력을 개선하고 발전기의 반응속도를 높여 계통 변동성에 신속히 대응하는 방식이다. 재생에너지발전이 많은 독일들에서 활용되고 있다.

수요측 유연성 확보 방안으로는 수요반응을 통한 수급조정을 통해 수요를 줄이는 것이다. 소비자가 인센티브 또는 시간대별 차등 요금에 반응해 전기사용 시간을 변경하는 방식이다.

계절별로 시간대별 최대부하를 이전해 수요분산을 이룰 수 있다.

미국의 텍사스 전기신뢰성위원회(ERCOT)는 계통 회전 예비력 50%를 수요반응으로 충당했으며 PJM은 계통자원 적정량을 10%를 수요반응으로 충당한다.

하지만 국내의 경우 전기요금이 낮아 수요반응 요인이 적은 것이 발목을 잡는다. 다른 방법은 배전계통 시스템을 통해 재생에너지를 최적으로 운영하는 방안이다. 영국 일부에선 배전계통운영자(DSO)가 확보한 분산자원을 활용해 최대 수요를 60% 줄였으며 호주 남부의 경우 VPP를 활용해 일일 전력수요의 20%를 충족하고 에너지 비용을 30% 줄였다.

에너지 저장 장치 및 섹터 커플링은 재생에너지에서 생산한 전기를 저장할 수 있는 대규모 ESS를 설치해 전력계통 운영의 필요에 따라 전기를 공급하는 방안이다. 재생에너지 발전량이 많은 독일, 영국 등에서 폭넓게 활용하고 있다. 다만 비용의 많이 든다는 것이 단점이다.

전력변화 솔루션을 통해 초과 전력을 활용하는 섹터커플링을 활용하는 방식이다. 전력, 열, 수소 등 저장 가능한 에너지를 통해 발전, 난방 및 수송 부문과 연결하는 방식이다. 재생에너지에서 발생하는 잉여 전력을 통해 수전해 방식으로 수소를 생산 할수 있으며 2030년부터는 경제성도 확보할수 있을 것으로 전망된다.

열 펌프, 대형 전기보일러 등 통해 전력- 열 변환으로 잉여 전력을 활용하는 방안이다.

‘그리드 인프라 및 운영’를 활용한 방식은 전력시장에서 계통에 유연성을 제공할 수 있도록 시장 제도를 개선하는 방식이다. 보조서비스 및 예비력 시장을 개선하고 전력시장의 시간대 운영방식을 개선해 유연성 자원을 최대한 확보할 수 있다. 미국 , 유럽 등 시장이 자유화 된 국가에서 활발하게 활용된다. 미국은 2016년 ‘FERC Order 825’를 발표, 실시간 시장 정산 주기를 1시간에서 5분으로 단축하고 예비력이 부족할 때 인센티브를 제공해 사업자의 참여를 유도하고 있다. 지난해 9월에는 ‘FERC Order 2222’를 통해 중개사업자가 모집한 분산자원이 도매시장에 참여할 수 있도록 제도를 개선했다.

우리나라도 재생에너지 증가에 대응하기 위해 시장제도개선이 활발히 이뤄지고 있으며 실계통 기반의 하루전 시장 도입을 위한 규칙개정을 지난 1월에 실시했다.