제3연계선으로 역송하더라도 2030년 재생E 30% 출력제약 전망
황우현 사장 논문 통해 마이크로그리드 등 계통안정화 대책 제안

[전기신문 윤대원 기자] 태양광·풍력발전 등 재생에너지가 전력공급의 중심에 서고 있다. 보다 깨끗하고 안전한 전력을 생산해 미래 세대에게 온전한 생활을 물려주기 위해 전 세계적으로 재생에너지로의 에너지전환을 계획하면서부터다.

국내에서도 ‘3020 재생에너지 이행계획’을 시작으로 최근 2018년 대비 2030년 국가온실가스감축목표(NDC)를 40%로 상향하고, 2050년 탄소중립을 위한 시나리오를 채택하는 등 온실가스를 배출하지 않는 발전원 확보에 역량을 집중하고 있다.

이 같은 상황에서 재생에너지의 과잉 공급으로 인한 출력제약이 하나의 과제로 떠오른지도 오래다. 이미 몇 년 전부터 조금씩 재생에너지 생산 전력을 수요가 모두 받아들이지 못하면서 제주에서 일부 설비에 대한 출력제약이 이어지고 있다.

지난 3월 기준으로 제주 지역에서 진행된 출력제약은 총 216회에 달한다. 회당 평균 218MW 수준으로 전력공급량 부족 문제는 해소됐지만 이제 전력계통운영의 불안정성이 과제로 남았다.

이 같은 상황에서 정부는 제주도 제3연계선을 2030년까지 완공하고 플러스 DR 등 재생에너지 발전량이 높은 시간대에 수요를 유도함으로써 출력제약 문제를 완화한다는 방침이지만 업계는 여전히 비관적이다.

업계에 따르면 지난 2011년 제주도가 수립한 탄소없는섬(CFI; Carbon free island) 계획에는 2030년 재생에너지 발전량을 5770GWh까지 끌어올린다는 목표가 담겼다. 이 계획을 적용했을 때 제3연계선을 통한 역송이 이뤄지지 않는다면 2500GWh(43%), 역송이 가능하더라도 1740GWh(30%) 수준의 재생에너지 출력제약이 이뤄질 것으로 업계는 전망하고 있다.

단순히 연계선을 통한 역송만이 해결책이 될 수 없다는 얘기다.

전력 분야 전문가들은 다양한 포트폴리오 구성을 통해 출력제약 요소를 완화하고, 나아가 에너지전환 정책과 전력망의 연계 운영을 통한 출력안정화에 힘써야 한다고 목소리를 높이고 있다.

특히 제주의 경우 점차 재생에너지를 확대해나가는 육지의 선행모델로 업계의 관심을 받고 있다. 제주에서 발생하는 출력제약 문제는 최근 호남지역에서 일부 발생하는 등 육지에서도 언제든 찾아올 수 있다는 게 업계의 전망이다.

이 같은 상황에서 제주지역의 출력제약 해소 대책은 곧 육지에서 벌어질 부작용을 해결하기 위한 기반이 될 것으로 기대된다.

이 논문에는 제주 지역의 계통안정화를 위한 다양한 사업모델이 제안됐다.

논문에서는 재생에너지 확충과 전력 계통 운영 안정화를 위한 대안 중 하나로 마이크로그리드를 제시했다. 풍력, 태양광 등과 에너지저장장치(ESS), 운영시스템으로구성되며 ESS비중이 작으면 송배전망과 연계해 운영하거나소규모 디젤발전기와 연동해 운전하는 등 다양한 방안으로 구성이 가능하다.

대규모 신재생 발전원을 ESS 없이 전력망과 연계하는경우 발전설비, 변전소, 보호시스템 등 막대한 전력계통 보강비용이 소요되는 만큼 자립형 마이크로그리드와 HVDC, ESS, V2G, 양수발전, 수소연계 등 다양한 출력 안정화 모델과 연계돼야만 재생에너지 확대도 한층 힘을 받을 것으로 기대했다.

이밖에도 황 사장은 논문을 통해 ▲대용량 HVDC 연계 아시아 신재생에너지 허브 구축 신재생 발전원과 ESS 연동 전력계통운영 ▲전기차 주차충전 빌딩 및 V2G 운영 ▲출력조절용 자연순환 인공강 구축 ▲풍력발전 연계 수소 생산 및 시스템 구축 ▲자립형 스마트에너지타운 및 스마트시티 ▲출력안정화 그리드 모형 등을 대안으로 제시했다.

특히 국가 간 또는 지역 간 연계를 통해 안정적 전력계통은 운영할 수 있도록 하는 HVDC 연계를 제안했다. 중국, 동남아, 호주 등 시차가 있는 지역과의 연계를 통해 수급초과분을 해소하는 한편 블랙아웃을 예방할 수 있을 것으로 기대했다.

다만 이 경우 국가 간 협의와 시공 기간이 오래 걸리며, 사업비가 과다하게 소요된다는 한계도 제기했다.

육지보다 연간 30% 정도 강우량이 많지만 빗물이 대부분 바다로 흘러 들어가거나 지하 화산암 틈새로 사라지는 제주 지역의 특징에 발맞춘 자연순환 인공강 구축 역시 이번 논문에서 제안하는 대책 중 하나다.

논문에는 도내 12개 지역의 저류조를 개조, 대규모 저수조로 만들면서 50~100m의 낙차를 활용하는 양수발전 시스템으로 구축하자는 내용이 담겼다. 이를 통해 재생에너지 발전출력이 많을 때 물을 끌어올려, 피크시 발전시키는 양수발전소를 구축해 전력저장장치의 역할을 하도록 한다는 것.

ESS와 연계한 전력계통운영과 스마트에너지타운·스마트시티 조성도 언급했다. V2G 기술을 활용한 전기차의 효율적 충방전으로 전력망 안정화에 기여토록 하는 방안도 담겼다.

황 사장은 논문을 통해 이 같은 다양한 방안과 연계한 출력안정화 그리드 모형을 제시했다. 전력저장장치와 전력계통의 초고속 스위칭 기술을 도입해야 한다는 것. 풍력, 태양광의 접속량만큼 변동성 해결에 필요한 탄력적 운영장치 규모와 부하 변동에 따른 계통 제어 최적화 기술이 필요하다는 것.

황 사장은 본지와 전화 인터뷰를 통해 “이제는 기후변화의 희생양이 될 것인지, 문제 해결을 위한 에너지전환을 해야 할 것인지 선택해야 할 시기다. 재생에너지 확산 과정에서 생길 문제를 제주에서 먼저 해소함으로써 육지에서 벌어질 문제를 미리 차단할 수 있다”며 “신재생에너지 확산만큼 에너지 이용의 효율화도 강조해야 할 문제”라고 말했다.