들어가는 말

2018년 9월 6일 일본 홋카이도 남부에 강진으로 도내 295만 전체가구가 정전이 되었다. 블랙아웃이다. 지진으로 도마토아츠마 석탄화력발전소의 보일러, 터빈이 손상되며 가동이 멈췄다. 이 발전소는 평일 383만kW에 달하는 홋카이도의 전기 절반가량을 공급하는 주발전소(165만kW)였으며 이로인해 나머지 발전소들도 잇따라 운전정지 상태가 되었다. 전기의 대표적인 특징이 수요와 공급이 동시에 일어나는 동시성이다.

발전소에서 전기를 만들기에 쓰는 것이면서 전기를 쓰기에 발전소가 돌아가는 것이다. 그래서 정확한 수요예측과 이에 대한 공급준비가 필수적이다. 주 발전소가 쓰러졌는데 이와 무관하게 전력수요는 일어났고 나머지 작은 발전소는 놀라서(주파수 급변) 운전정지가 된 것이다. 놀라지 않고 계속 가동되었다면 발전소는 영원히 정지되었을 것이다. 일본 정부는 며칠사이에 작은 발전소들을 재가동하며 지역단위로 전기공급을 하고 있다. 공급이 부족해진 상태에서 일본정부는 블랙아웃 재발을 우려하며 도민에게 호소하고 있다.“20%만 절전하세요”이제는 지진이 일어나지 않아도 공급 이상의 수요로 언제든지 블랙아웃이 될 수 있기 때문이다. 빠른 복구로 수요와 공급이 밸랜스를 이루는 안정적 전력망이 되기를 바란다.

에너지 수요관리

전기를 관리한다는 것은 무엇일까? 전기 공급을 공장, 건물별로 제한하거나 다른 시간에 전기를 사용하도록 하는 것일까? 이는 소극적인 관리이다. 제대로 된 적극적인 관리란 수요가 늘어나더라도 불편함 없이 사용하도록 관리하는 것이다. 발전소를 계속 지어서 관리하는 것을 공급관리라 한다. 공급관리의 한계는 어제 오늘의 이야기가 아니다. 발전소 부지문제, 환경문제, 전기를 만들어도 보내야 할 송전탑 건설 문제 등. 그래서 다른 스마트한 방법으로 관리해야한다. 그것은 다름아닌 수요측관리(Demand side management)이다. 공급측관리와 다른 말이다.

그러면 수요측에서 어떻게 관리를 할 수 있는가? 전기설비의 효율을 향상시키는 방법이다. 고효율 LED조명, 고효율 인버터, 고효율 모터 등이 그것이다. 이는 하드웨어적인 접근이며 지속적인 개발이 수반되어야 한다. 이와 함께 소프트웨어적인 접근이 있다. 수요반응(Demand Response)이다. 우리가 자주 말하는 DR이 큰 개념으론 수요관리이나 좀 더 정확하게 말한다면 수요반응이다. 수요반응(DR)하면 인센티브 기반의 수요관리를 먼저 이야기 하지 않을 수 없다.

2014년 11월 수요자원거래시장이 발족되어 현재 20여개 수요관리사업자가 활동하고 있다. 수요관리사업자를 통해 수요자원거래시장에서 활동하고 있는 공장과 건물 등 참여고객은 3,500여개나 된다. 8차전력수급계획에는 수요자원 확보를 발전소 건설계획과 동일하게 여기며 2030년 3.82GW 수요자원을 명시하였다.

에너지 신산업, 4차산업 혁명을 논하는 요사이 성공적이고 안정적인 시장이 되었다는데 이견을 달 사람이 없다. 그러나 최근 고객입장에서 과다하다고 느껴질 정도의 잦은 감축지시와 이로인한 민원이 발생하였으며, 과다한 고객확보 경쟁으로 고객에게 정확한 시장규칙이 전달되지 않고 손해를 감수하는 수수료 경쟁으로 인하여 진흙탕 싸움까지 가고 있다. 성장통이라 생각하기에는 너무 아프다.

정부에서는 수요자원시장 개선방안을 연이어 내놓으며 건강한 시장을 만들고자 애쓰고 있다. 정부 뿐 아니라 사업자와 참여고객이 건전한 시장참여를 통해 지속가능한 시장으로 만들어야 할 책임이 있다. 국민DR이라는 작지만 더욱 고도화된 프로그램이 올 12월까지 시범실증사업을 하고 있다. 산업 및 대형건물 중심의 수요반응에서 점포와 상가, 가정주부의 수요반응으로 더욱 커져갈 것을 희망한다.

요금제 기반의 수요관리(DR)

그러나 여기까지는 반쪽짜리 수요반응이다. 이제까지 인센티브 기반의 수요관리(수요반응), 국가적으로 전기소비가 집중되는 시간을 분산시키기 위한 것이라면 지금부터는 다른 기반의 수요관리(수요반응)를 이야기하고자 한다. 그것은 가격기반이라고도 하고 요금제기반이라고도 하는 수요관리(수요반응)이다.

전기 소비가 집중되면 어떤 일이 일어나는가? 이미 이야기한 것처럼 소비가 공급을 넘어서면 블랙아웃이 일어난다. 1년은 8,760시간인데 그럴만한 시간은 60시간이 채 안되는 0.6% 수준이다. 그러나 그 시간을 관리하지 못하면 돌이킬 수 없는 일이 일어난다. 인센티브를 주면서 그 시간에 소비를 조정하듯이, 가격을 올려받아서 꼭 써야하는 사람은 쓰고 그렇지 않은 사람은 싼 시간에 소비하도록 유도하는 것이다.

요금제기반의 수요관리라고 어제 오늘 생겨난 것이 아니다. 7,8,9월 피크사용량이 1년중 기본요금이 된다든가, 공장이나 건물에 TOU(계절과 시간에 따라 다른 요금)가 적용된 것 등이 그렇다. 최근 와서 요금제가 다양해지며 요금제를 통해 수요반응을 이끌어 내려는 한전의 몸놀림이 많이 보인다.

2009년부터 7년간 겨울피크가 여름을 한참 넘어섰다. 2016년은 초유의 이상고온 현상으로 8월에 85.2GW를 기록하며 다시 여름피크가 겨울을 넘어서는 듯 했다. 그러나 일시적인 현상으로 2017년부터 다시 겨울피크가 여름을 넘었으며 전력수급기본계획에 의하면 2031년까지 겨울피크가 여름을 한참 넘어설 것으로 예상하고 있다.

그동안 전기사용이 집중되던 7,8,9월을 분산시키기 위해 해당 월 최고 사용량(15분)을 일 년 내내 월 기본요금으로 산정했다. 그런데 실은 12,1,2월에 전력소비가 집중되고 있었다. 아니나 다를까 겨울피크가 4년 지속되던 2012년 1월 1일자로 전기공급약관 68조에 기본요금 산정 기준월로 12,1,2월이 추가되었다. 겨울철 기본요금이 1년간 지속되니 겨울철 전기 사용에 각별한 관리가 필요해 진 것이다. 수요측에서 반응하지 않을 수 없게 되었다.

계약전력 1,000kW이상인 빌딩은 계절과 시간에 따라 달라지는 TOU요금제였다.

1,000kW이하는 계절별로만 다른 단순한 TOU요금제였다. 2012년 1월 1일부로 기준이 계약전력 300kW로 낮춰졌다. 그러니까 1,000kW미만중 300kW이상은 하루아침에 계절과 시간에 따라 달라진 복잡한 요금제가 되었다. 일반적인 수용가는 25%가량의 요금이 상승된다. 2013년 5월 1일에는 더 확대되어 300kW미만의 모든 빌딩이 계절별 시간대별 요금제 대상이 되었다. 물리적으로 시간대별 계량을 할 수 없는 기존 기계식 계량기 등에 대해 한시적으로 예외를 둘 뿐이다. 작은 건물까지도 수요측 반응의 대상이 된 것이다. 가정의 주택용요금을 제외한 전 소비자라고 해도 과언이 아니다.

여기에 그치지 않고, 올 7월에 발표된 제2차 지능형전력망 기본계획에 따르면 2018년 하반기부터 2천가구에 주택용에도 계시별요금제를 시범 실증하겠다고 발표했다. 요금제기반의 수요반응은 대세가 되었다. 앞으론 전기요금이 비싼 시간과 싼 시간을 생각하며 소비를 조정하는 것도 알뜰주부의 노하우가 될 것이다.

너도 나도 에너지 프로슈머

소비가 집중되는 시간에 요금이 높은 것은 단순히 요금을 많이 받아 돈 많이 벌려는 전략일까? 만약에 고객이 돈이 많아 요금을 많이 낸다면 기분좋게 돈을 받으며 즐거워하며 앉아있을까? 그렇지 않을 것이다. 요금을 더 올릴 것이다. 언제까지? 너무 비싸서 소비를 줄이던지 다른 시간으로 옮기던지 할 때까지 그럴 것이다. 소비가 집중되는 시간을 분산시키는 것이 그들의 1차 목적이기 때문이다. 소비를 분산시키지 못해서 발전소를 지어야 하는 것이 더 문제이기 때문이다. 혹여나 수요가 발전을 초과해서 전력대란이 일어나는 것이 더 큰 문제이기 때문이다.

프로슈머는 소비자이면서 생산자라는 말이다. 앨빈토플러가 1980년에 ‘제3의 물결’을 쓰며 21세기 산업사회의 생산자와 소비자간의 구분이 사라질 것을 예견할 때 에너지측면의 프로슈머까지 예상했을까? 에너지프로슈머, 단순하게는 전기를 소비하는 사람이 태양광 등 신재생에너지 설비를 가지고 있어서 생산까지 하는 사람이다. 그러나 좀 더 광의적으로 보면 전기를 소비하면서 피크시간에 반응하며 전기생산의 효과를 만들어 내는 사람이다. 수요자원시장에 참여하는 고객과 수요관리사업자는 발전소처럼 전기를 생산하는 효과를 내는 에너지프로슈머이다. 4차 산업혁명의 시대에 자신의 에너지데이터를 분석하며 전기를 소비할 뿐아니라 생산하는 역할을 하는 프로슈머들의 잠재시장은 대단하다.

예를 들어보자. 우리의 주변의 소규모 점포와 상가를 보자. 그곳에는 초과사용부가금이라는 패널티 제도가 있다. 요금제는 일반용 저압이다. 상가들은 전기를 어떻게 받을까? 한전의 변압기를 통해 직접 상가 규모별로 전기가 분배된다. 일반용 저압요금을 내며 국내 3백만호에 이른다. 이 경우는 한전이 상가별로 계약전력을 정한다. 그러면 초과사용부가금이란 무엇일까? 한전으로부터 전기를 받는 상가들이 자기에게 주어진 계약전력 이상을 계속 사용하면 한전의 변압기에 부담이 증가한다. 모든 상가들이 그럴 경우는 심각한 문제가 생길 수 있다.

변압기 오버로드가 장시간 지속되면 과열로 폭파될 수도 있다. 게다가 효율이 떨어져서 한전은 이래저래 손해가 생긴다. 그래서 한전은 상가가 할당된 계약전력을 초과하지 못하도록 관리해야 한다. 기존에 기계식 계량기는 계약전력을 초과했는지 그렇지 않은지 물리적으로 확인이 불가하다. 그래서 하루 24시간 중 15시간, 1kW당 하루 15kWh의 전기를 사용한다고 본다. 한 달을 30일로 보면 450kWh이다. 1kW 계약전력을 가진 곳이라고 볼 때 한 달에 450kWh 이상 전기를 사용했다면 계약전력을 초과한 시간이 있을 가능성이 높은 것이다. 15kW의 계약전력을 가진 횟집이 있다. 한 달 사용량이 15곱하기 450해서 6,750kWh 이상의 전기를 사용했다면 어느 순간엔가 잠시라도 계약전력 초과를 했을 것으로 보는 것이다.

첫 달은 경고만 하고 이후 초과한 달의 횟수가 2~3회 발생하면 초과사용전력량에 전력량 요금단가의 150%를 곱해서 부과한다. 4~5회 발생하면 전력량 요금단가의 200%로 계산한다.

6회 이상이면 250%이다. 월 사용량이 720kWh를 넘는 경우가 생기면 300%의 전력량 요금단가에 초과사용전력량을 곱하니 엄청난 패널티를 받게 된다.

15분 단위 실시간 계량을 하는 AMI가 구축되면 계산에 의한 변칙적인 초과사용부가금은 없어진다. 초과사용부가금이라는 용어도 부끄럽지 않게 제대로 적용될 것이다. 실제로 최근 AMI 보급이 되며 초과사용부과금이 현실적으로 개선되기 시작했다.

AMI는 시간대별로 더 정확하게 말하면 전기요금의 기준단위인 15분별로 사용전력을 측정한다. 한 시간에 4번, 하루에 96번, 일주일에 672번, 한 달이면 2,880번 보는 것이다.

그 중에 10kW 계약전력이라 볼 때 10kW가 넘어가는 것은 정확하게 보이니 딱 걸리는 것이다. 2번 넘어가는지 10번 넘어가는 지 심지어는 2,880번 넘어가는지 다 보인다. 이를 기준으로 초과사용부과금을 적용하고 전기요금 청구서 기본요금, 사용량요금 밑에 정확하게 추가한다.

있는 그대로 계약전력 이상의 사용전력인 초과전력은 최대수요전력-계약전력이다. 이렇게 초과로 사용되는 달의 횟수가 2~3회 발생하면 초과전력에 해당 계약종별 기본요금 단가의 150%를 곱한 금액을 패널티로 부과한다. 4~5회 발생하면 기본요금 단가의 200%이다. 6회 이상 발생하면 기본요금 단가의 250%의 초과사용부가금을 내야한다.

전력공급 또는 판매회사 입장에서는 시그널에 대한 반응을 필요로 하지만 일반 점포나 상가가 반응하기는 너무 어렵다. 우선 사업자가 사용하는 전기사용량이 얼마나 되는지도 알기가 쉽지 않다. 한 달간 얼마나 누적이 되어 초과사용부가금의 대상이 되는지 아닌지 예측하는 것은 더 어렵다. 누적량이 초과하거나 또는 계약전력을 넘는 피크전력이 발생한 것을 안다면 또 어떻게 하겠는가? 마음만 아플 뿐이다.

필요해서 쓰지 않은 전기가 어디 있겠는가? 전기요금 높다는 한숨만 쉴 수 밖에 없다. 한숨을 쉬지 않으려면 어떤 부하가 집중되고 또 어떤 어떤 부하들이 일정시간에 몰리는지 볼 수 있어야 한다. 그런 부하를 다른 시간대로 이전하거나 문제가 되지 않는 선에서 감축가능한 수준을 알 수 있어야 한다.

그림3의 그래프는 계약전력 10kW인 소규모 상가의 6월 실제 사용량 그래프이다. 오전 11시, 오후 2시, 오후 8시 부근에 피크가 나타나고 있다. 개별 부하의 사용량도 높지만 다수의 부하들이 함께 사용되어 피크 전력을 유발하고 있다. 부하의 특성상 감축 및 조정이 가능한 부하를 예측/선별할 필요가 있다. 계약전력의 여유가 있다면 얼마나 낮출수 있는지, 초과사용부가금 대상이 계속 된다면 얼마나 올려야 할지를 자체 알고리즘으로 돌려 판단한다. 이는 계절별, 월별 판단이 되어야 하기에 신중해야 한다.

아래의 그림4는 또 다른 상가의 사례이다. 계약전력 10kW에 4월 사용량이 4,194kWh이다. 한전과 10kW를 사용하도록 약속되었다는 뜻이다. 그리고 표3과 같이 4,500kW까지 사용이 가능하다. 4,500kW를 넘어서면 초과사용부가금을 내야하기 때문이다. 매일매일 사용량을 모니터링하며 이번 달 총사용량을 예측해야 한다. 물론 예측은 쉬운 일이 아니다.

무슨 요일인지 손님이 얼마나 오시는지 갑자기 더워질지 비가 쏟아질지. 변수가 너무 많다. 그러나 수많은 기존 데이터를 분석해보면 어느 정도 패턴이 나온다.

그림5의 오른쪽 그래프처럼 온도와 사용량의 상관관계는 중요한 의미를 준다. 데이터 학습을 통해 몇가지 군으로 분류가 가능하다. 군집별로 예측을 할 때 최근의 가동률과 상황변수를 고려하기 좋고 정확도도 높아진다. 최종목표는 월별 사용량이지만 단기적으로 하루 또는 일주일 후를 예측하며 대응책도 세운다. 전체 사용량 뿐아니라 그림4처럼 설비별 누적량과 예측도 중요하다.

요금제기반 수요관리의 한가지 사례를 들어 설명했다. 이는 중대형 건물, 소규모 공장, 아파트, 개별주택에 까지 다양한 적용이 가능하다. 스마트한 수요반응 서비스사업자들이 활발하게 활동할 시장이 있다는 말이다. 최근 에너지 신산업을 논하며 AICBM를 많이 이야기 한다. A(인공지능), I(IoT), C(클라우드), B(빅데이터), M(모바일)의 약자를 모아놓은 것이다. 수요관리야말로 AICBM기술의 집대성이 되어야 한다. 다수의 고객과 다양한 패턴을 통해 소비자는 요금을 절약하고 공급자는 여유율을 확보할 수 있다.

새로운 수요관리 활성화 방안

인센티브 기반의 수요관리는 효과가 좋다. 1시간 안에 반응한다. 성장과정의 부작용을 잘 이겨내면 좋은 가상발전소(VPP)의 필수적인 성공모델이 될 것이다. 모두에게 확대되는 국민DR로 성장해야하는 것은 물론이다.

그러나 이미 존재하는 요금제 기반의 수요관리는 숨은 강자이다. 그동안 한전의 요금이 단순하고 평이(flat)해서 반응할 일이 별로 없었다. 그러나 이제는 아니다. 앞으로는 더욱 아닐 것이다. 해외의 요금제 기반의 수요관리가 활성화 되는 것은 효과가 크고 분명하기 때문이다. 미국은 전력판매회사가 3,000개가 넘고 요금제도 수천개에 이른다. 380여개의 전기판매회사가 있는 일본의 요금제도 900개가 넘는다. 요금제(가격)을 통한 반응을 일으킬 요량으로 다양하게 설계된 것이며 이에 대한 효과적인 반응이 발전소를 짓는 이상의 선물을 주기 때문이다.

톱니바퀴는 서로 연결되어 돌아가야 한다. 손바닥은 마주칠때 소리가 난다. 에너지 프로슈머를 이끌만한 효과적인 다양한 요금제가 나와야 한다. 그러기 위해 소비자들의 다양한 패턴과 사례를 알고 분석하고 트랜드를 파악해야 한다. 또한 소비자가 수요반응측면에서 다양하게 설계된 요금제에 반응할 수 있어야 한다. 점포나 상가가 반응할 수 있도록 중개사업자나 컨설팅 문화가 자리를 잡아야 한다.

그럴때 시장이 활성화 될 것이다. 이는 너도 나도 에너지 프로슈머가 되는, 공급관리의 한계에 건강하게 대응하는 진정한 수요관리의 결정판이다. 수요관리사업자들이 마구잡이 수수료 경쟁을 하기보다 운영규칙의 올바른 이해와 데이터 분석 경쟁력, 그리고 부가서비스를 통해 시장도 살리고 스스로도 살아나야 한다. 거기에 더해 요금제 기반의 수요관리도 볼 수 있는 넓은 안목과 성장이 필요하다고 본다. 뿐만 아니라 상대적으로 다양하지 않은 국내 전기요금하에서 AICBM기술로 완성적인 수요관리 역량을 쌓을 때 해외시장 진출은 너끈하다. 대기업의 원전수출 뿐만 아니라 중소 에너지프로슈머 기업들의 수요관리 수출사업이 생각보다 빨리 올 것이라는 확신도 가져본다.

글 김성철 (주)파란에너지 대표이사