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태양광 늘면서 하루 전력공급 변동폭 15GW 이상 확대 우려
비실시간 계량 태양광 하루 발전량 6.5GW서 0.4GW로 ‘뚝’
예비력 부족한 상황에서 전력수급에 심각한 악영향 초래
유희덕 기자    작성 : 2020년 11월 06일(금) 14:44    게시 : 2020년 11월 13일(금) 09:38
날씨에 따른 전체 태양광 발전량이 하루에 1~15GW 이상 차이가 발생할 수 있어 재생에너지 증가에 따른 전력공급의 변동성과 불확실성에 대한 우려가 높아지고 있다. 특히 전력수요가 줄어드는 봄과 가을 경부하기간은 재생에너지의 발전 비중이 높아질 경우 전력수급에도 큰 영향을 미칠 수 있어 전력당국은 우려하고 있다.
최근 5년 동안 태양광 발전설비 용량은 3.7배 넘게 증가했다. 전력거래소의 발전설비용량 통계에 따르면 2016년 말 3.7GW에서 2020년 10월 기준 13.7GW까지 증가했다. 태양광의 설비용량만을 본다면 1GW 용량의 표준원전 약 14기에 달한다. 태양광 발전설비가 지속적으로 늘면서 이 설비의 변동성에 어떻게 대처하느냐가 관건이 됐다. 현재 전력거래소에 실시간으로 계량되는 설비용량은 4.3GW다. 지난 2016년에 비해 300% 이상 증가했다. 전체 태양광 설비용량 중 32.3%에 달한다. 하지만 문제는 비실시간 계량 태양광물량이다. 이는 전체 물량의 67.7%에 달한다. 한전PPA 계약 물량이 9.1GW(67.7%)로 5년 전에 비해 700% 이상 증가했다. 전력거래소의 발전설비용량 통계에 포함되지 않은 자가용 설비도 약 4GW로 추정된다. 전체 총 태양광설비용량은 17.5GW로 추정된다.
전체 태양광 발전설비의 많은 부분을 차지하는 비실시간 계량 태양광물량은 실시간으로 발전 정보가 취득되지 않아 전력수요를 증감시키는 형태로 나타난다.
전력당국이 동·하계 맑은 날과 흐린 날을 기준으로 비실시간 계량 태양광 발전량이 최대전력수요에 미치는 영향을 분석한 결과 발전량 변화가 최대 6GW까지 발생했다. 동·하계 피크시간대(오전 10시·오후 5시)를 기준으로 여름철 매우 맑은 날에는 태양광발전설비가 5.4GW의 전력을 공급했지만 매우 흐린 날은 0.7GW에 그쳐 4.7GW의 차이를 보였다. 동계에는 공급용량 차이가 더 컸다. 동계 매우 맑은 날에는 6.5GW 용량의 전기를 공급했는데 흐린 날에는 0.4GW밖에 안 돼 6.1GW의 격차를 보였다. <표1> ※ 비실시간 태양광 발전량은 추정치가 포함돼 있어 공식 데이터 아님
이용률도 동계 피크시간인 오전 10시를 기준으로 매우 맑은 날은 49.5%까지 높아졌지만, 매우 흐린 날은 2.9%로 떨어졌다. 하계는 오후 5시를 기준으로 매우 맑은 날 40.9%에서 매우 흐린 날 5.1%로 낮아졌다.
실시간으로 취득되지 않는 태양광 증가는 전력수급에도 영향을 미쳐 갑작스러운 전력수요 증가를 가져왔다. 맑은 날과 흐린 날을 기준으로 전력수요 변화를 추적한 결과 2020년 10월 20일(화) 해가 쨍쨍 뜨면서 오전 10시 전력수요는 6만2548MW를 기록했으며 오후 1시 5만6751MW, 오후 3시 6만1228MW를 기록했다. 하지만 다음날인 21일 구름이 껴 해가 줄어들자 전력수요가 갑작스레 변했다. 날씨가 흐렸던 21일 오전 10시에 전력수요는 6만6853MW까지 치솟았으며, 오후 1시에 6만4006MW, 오후 3시 6만7255MW까지 올라갔다. 날씨에 따라 하루 사이에 4305MW(4.3GW)에서 7255MW(7.2GW)까지 변동했는데, 이 전력수요 변동은 태양광의 발전량 변동폭을 반영한 것으로 추정된다. 전력수요 변동폭 6000MW(6GW)는 대규모 원전단지의 전력생산량과 맞먹는 규모로 현재는 예비력이 충분해 별 탈 없이 지나갔지만, 예비력이 부족한 상황에 직면하면 전력수급에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

지난 2015년 비슷한 시기인 10월 27일과 28일 태양광 발전과 전력수요 변화를 추적한 데이터를 봤다. 당시는 28일 맑은 날 오전 10시 수요가 6만1855MW에서 흐린 날인 27일 6만3735MW로 변동량이 1880MW에 그쳤다. 태양광 설비가 늘면서 수요는 비슷한데 변동폭이 3배 이상 발생했다.
정부는 2030년까지 재생에너지의 발전 비중을 20%까지 늘릴 계획인데, 전력 수요와 공급 불확실성은 물론 계통운영의 불확실성에 대처하는 방안을 만들지 않을 경우 공급 불안은 물론 계통불안 문제까지 전력수급 전체에 영향을 줄 수 있다.
실제로 우리나라보다 재생에너지 보급을 먼저 늘린 국가들의 고민도 비슷하다. 태양광 등 변동성에너지원(VER,Variable energy resources)은 기존의 기술로 발전량을 조절하는 것이 극히 제한적이기 때문에 계통운영에 있어 항상 우려를 안고 있다. 특히 지역 전체 VER의 발전량이 수분~수시간 간격으로 증가 또는 감소하는 ‘발전량 램핑 현상’을 일으키는 폭풍, 초대형 구름과 같은 기상현상에 대비해 예비력 또는 수요반응 용량을 늘리고 있다.

재생E에 간헐성・계통비용 반영하면 발전비용 최대 2배까지 증가
유럽・미 등 재생E 수용비용 연구 활발
국내도 적극적으로 논의해야

재생에너지 보급 확대에 따른 전력망 영향에 대한 인식 증가로 최근 유럽과 북미를 중심으로 수용비용 및 System LCOE 산정사례가 증가하고 있다.
한전경영연구원이 발간한 전력경제리뷰 11월호에 실린 ‘해외 주요국의 변동성 재생에너지 수용비용 비교’에 따르면 발전원 간 경제성 비교를 위해 변동성 재생에너지의 전력망 영향을 고려한 수용비용(Integration Cost)에 대한 검토가 늘고 있다.
변동성 재생에너지가 일정 수준 이상 전력망에 투입될 경우 공급 불확실성이 확대돼 수요-공급 불균형, 전기품질 저하 및 순간 정전 문제 등 전력공급 과정에서 다양한 문제를 일으킬 수 있기 때문에 재생에너지가 급격히 증가하고 있는 우리나라도 수용비용에 대한 논의가 필요하다.
수용비용(Integration Cost)은 변동성 재생에너지의 시장·계통 영향을 비용화해 발전량당 단가(원/kWh)로 환산한 개념이다. 수용비용은 보통 간헐성비용, 변동성 비용, 계통보강비용으로 구분된다.<수용비용 구성요소 표 참조>
수용비용 구성요소. (제공:전력경제 11호)

재생에너지의 증가로 인해 변동성이 늘고 계통에 대한 보강 비용들이 추가되면서 LCOE(균등화발전비용)와 수용비용을 합한 System LCOE 산정 요구가 증가하는 추세다.
지난 5일 국회에서 열린 ‘에너지전환과 전력산업구조개편’ 토론회에서 김주영 더불어민주당 의원도 “재생에너지 증가로 인해 전력망에 대한 투자 및 보강이 크게 증가할 수밖에 없는데 에너지전환 과정에서 수용비용이 제대로 반영되지 않고 있다”고 지적한 바 있다.
수용비용에 대한 연구는 재생에너지가 증가하기 시작한 2010년 이후 본격 시작됐다. OECD 산하의 국제 원자력 에너지기구(NEA)가 각국의 재생에너지에 대한 수용비용을 분석한 자료를 보면 미국은 태양광 17.3~33.0원/kWh, 육상풍력 19.0~23.2원/kWh, 해상풍력 24.0~33.0원/kWh으로 산정했다. 미국의 수용비용은 독일, 영국보다 적으며 특히 간헐성 비용에서 차이가 큰 것으로 분석했다. 독일은 태양광 41.6~96.8원/kWh, 육상풍력 22.6~51.2원/kWh, 해상풍력 32.6~50.0원/kWh으로 조사됐으며 독일의 계통보강 비용은 미국의 약 2~10배로 편차가 컸으며, 계통접속 비용은 비슷했다. 영국은 태양광 67.8~83.7원/kWh, 육상풍력 21.7~35.3원/kWh, 해상풍력 39.8~53.0원/kWh으로 미국보다 전력망 수용비용이 더 높았으며, 특히 변동성 비용에서 큰 차이가 발생했다. 발전량 비중이 증가할수록 태양광의 전력시장·계통에 미치는 비용 영향이 육상풍력 및 해상풍력보다 더 큰 것으로 조사됐다.
가장 최근인 2017년에 네덜란드 에너지 연구센터에서 자국의 육상풍력 수용비용 및 System LCOE를 분석했다. 육상풍력의 수용비용은 32.7~42.0원/kWh, System LCOE는 102.7~121.4원/kWh으로 분석했다.
각 기관의 분석을 토대로 재생에너지 원별 수용비용을 집계한 결과 태양광의 수용비용은 11~97원/kWh으로 집계됐으며 발전량 비중이 증가할수록 태양광의 시장·계통 영향 증가에 따라 단가가 더 높아졌고 수용비용을 반영하면 기존 태양광 LCOE에서 발전단가가 약 50% 증가했다. 육상풍력의 수용비용은 17~74원/kWh으로 태양광 보다는 낮았지만 수용비용을 반영하면 기존 육상풍력 LCOE 대비 발전단가가 약 50~100% 증가했다.
보고서는 재생에너지의 발전량 비중이 증가할수록 전력망 수용비용이 상승해 전력망 영향을 고려한 System LCOE 반영 시 그리드패리티 달성 시점이 지연될 것으로 예상했다.



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

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