제주도는 대형 화력발전소에서 분산형 재생에너지발전소로 전환 중이다. 2020년 4월13일 기준 실시간 신재생 발전량 점유율 무려 62.3%에 달할 정도로 신재생에너지 보급이 활발하다. 신재생 보급이 활발할수록 출력제어도 늘어나고 있는 것이 문제다.
전력계통의 안정적인 운영을 책임지고 있는 전력거래소 제주본부는 출력제어를 지시하는 기관이다. 출력제어 해결방안으로 P2X 필요성을 강조하고 있는 김영환 제주본부장을 만나봤다.
■ 제주도 CFI 2030에 대해 평가한다면
제주도는 풍부한 바람자원 덕분에 2030년까지 카본프리아일랜드(CFI 2030)의 꿈을 이루겠다는 야심찬 계획을 세울 수 있었다. 1999년 1월 고향인 제주도 근무를 자원해 내려와 제주에서 20여년을 근무했으며 제주도가 CFI를 계획할 때부터 함께 했다고 말할 수 있다. 당시에는 꿈으로만 여겨졌지만 제주도정의 원대한 목표를 긍정적으로 평가했었다.
중앙정부의 신재생3020정책이 태양광설비 중심이라면 제주의 CFI 2030은 풍력설비 중심이다. 1998년 8월부터 우리나라 최초로 행원풍력발전단지 상업운전을 시작으로 풍력발전 위주의 재생에너지정책을 펼쳐왔다. 현재 제주도에는 20여개소 29.5만kW의 풍력발전단지가 운영되고 있다.
제주도가 2016년 감귤폐원지 태양광정책을 적극 추진했는데 마침 정부의 신재생보급 지원정책과 맞아 떨어지면서 태양광발전소 또한 급격히 늘어나게 됐다. 태양광발전의 경우 이미 제주도내 수용 가능한 설비용량을 초과한 상황이다. 지금도 매월 1만kW의 태양광발전소가 지어지고 있다. 자가용 태양광발전설비까지 포함하면 지금 제주도에 설치된 태양광설비용량은 약 60만kW에 달할 것이다.
전력사용량에 대한 크기 짐작이 어려울 것이다. 제주도민이 매시간 평균적으로 소비하는 전력량이 67만kW정도다. 한 사람당 평균 1kW를 매시간 소비하고 있다고 생각하면 쉽다. 풍력, 태양광발전소가 설비용량만큼 100% 발전을 한다면 90만kW다. 제주도민이 사용하는 모든 전기를 공급하고도 남을 양이지만 현실적으로 태양과 바람이 한꺼번에 100% 발전할 수 있는 날은 없으며 가장 많이 발전한 용량은 50만kW 수준이다. 지난해 제주도가 사용한 전력의 16%를 풍력발전소와 태양광발전소가 생산한 전기였다.
제주도에 풍력, 태양광발전설비가 그렇게 많은데도 겨우 16%라고 생각할 수 있지만 신재생에너지 전국 보급률의 5배가 넘는 상당히 높은 수준이다. 국제에너지기구가 말하는 세계 신재생에너지 보급률 3단계 수준으로 5단계에 올라선 나라가 2~3개국에 불과하고 4단계인 나라까지 합쳐도 10개국이 안된다.
풍력, 태양광 등 출력변동성이 크고 불연속적인 신재생발전원만으로 전력을 공급하는 데에는 한계가 있다. 우리가 자동차를 운전할 때 필요한 속도에 맞춰 연료량을 조절하지 않으면 엔진이 꺼져버리거나 급발진 사고가 발생하는 것처럼 전력사용량에 맞춰 발전량도 반드시 조절돼야 한다. 전력이 부족하거나 넘치면 전력공급시스템도 멈춰 설수밖에 없다.
풍력, 태양광발전설비의 전력공급비율이 연간 6~7%를 넘어서기 시작하면 전력수요가 낮은 시기에 신재생에 의한 초과발전이 발생하기 시작한다. 지난해 제주도의 초과발전은 총 77회 발생해 1,950만kWh의 풍력발전량을 출력제한했다. 연간 풍력발전의 총 생산량의 3.2%에 해당하는 양이다. 초과발전에 따른 출력제약은 2015년도에 처음으로 3회 발생해 해마다 증가해 왔다.
제주의 CFI 2030, 신재생에너지전환을 통한 탄소중립 2050 목표달성은 지구환경보존과 인류 생존에 불가피한 선택이다. 신재생발전량이 많아질수록 특히 특정시간에 발전량이 많아지는 태양광설비가 증가할수록 초과발전 발생은 불가피하다. 신재생에너지 확대에 의한 초과발전과 출력제약은 반드시 우리가 극복해야할 과제다.
■ CFI 달성을 위한 전력거래소의 역할은
전력거래소는 우리나라 전력수급기본계획 실무기관으로 정부의 탄소중립 2050정책이 차질없이 이행될 수 있도록 중장기 전력설비건설계획에 반영하고 있다. 제주CFI 2030정책 또한 제9차 전력수급계획에 반영했다. 제주본부는 지속적인 실행 피드백으로 제주 CFI 2030 계획이 잘 추진될 수 있도록 제주도와 적극 협력하고 있다.
전력거래소의 두 번째 임무는 전력계통의 안정적 운영이다. 신재생에너지 확대에 의한 출력제약은 신재생발전원의 불연속성을 보완하고 발전설비나 송전설비 불시고장에 대응할 수 있도록 전력계통 안정 상태를 유지하면서 특정시간 초과발전을 최소화하는 문제를 해결해야 한다. 신재생통합관제센터를 구축해 신재생발전량을 사전에 예측하고 실시간 감시하면서 초과발전이 최소화되도록 전력계통을 운영하고 있다.
세 번째 역할은 전력시장 운영이다. 하루 전에 시장가격이 정해지는 현재의 경직된 전력시장으로 신재생발전원의 간헐성에 대응하는 데에 한계가 있다. 정부와 전력거래소는 신재생 확대에 맞는 실시간시장제도와 신재생시장제도 개선을 추진 중이다.
■ 출력제약 해결 방안은
정부의 지원정책에 힘입어 최근 4년간 태양광발전량이 예상보다 빠르게 증가하다 보니 제주지역의 초과발전량이 많아졌다. 긴급처방으로 전통적인 발전기의 최소운전 용량을 낮추고 신재생에너지에 연계된 에너지저장장치(ESS)의 충방전시간을 피크수요 억제 중심에서 신재생 초과발전 억제시간으로 변경하는 등 현재의 법제도내에서 취할 수 있는 모든 방안을 다 취했지만 단기적 처방으로 곧 한계에 부딪쳤다.
전력생산과 공급방법을 조절하는 계통운영만으로는 수단적 한계가 있으며 풍력, 태양광 등 신재생발전원의 전력생산에 따라 전력소비가 이뤄지도록 전력시장제도와 요금제도가 필요하다. 전력생산이 많은 때에 전력소비를 많이 하고 신재생발전원에 의한 전력생산이 적은 때에는 전력소비를 줄이도록 하는 것이다.
신재생발전원의 전력생산에 대응하기 위해 새로운 수요자원시장이 필요하다. 전력수요에 대응하는 기존의 수요자원뿐만 아니라 신재생발전량이 많고 적음에 따라 전력시장가격이 달라지고 시장가격에 반응하는 수요반응자원들이 필요한 것이다.
단기적으로는 소규모 분산자원과 수요반응자원들을 모아 통합발전소(VPP: Virtual Power Plant)제도를 도입하고 중기적으로는 초과발전에 따른 잉여전력을 활용해 열을 생산하고 저장했다가 사용하는 P2H(Power to Heat)기술, 잉여전력을 활용해 수소가스를 생산하고 저장했다가 사용하는 P2G(Power to Gas)기술이 활용될 수 있도록 정책지원과 시장제도 마련이 시급하다.
■ P2H 실현 가능성 및 성공적인 정착을 위해 필요한 것은
아직까지 우리나라의 신재생에너지 발전원가는 석탄, LNG 등의 화석연료 발전기보다 높을 뿐만 아니라 전기요금보다 비싸기 때문에 보조금정책이 뒷받침되지 않고는 신재생에너지 보급에 한계가 있다.
제주가 맞닥뜨린 문제는 앞으로 우리나라가 신재생에너지 보급률을 높여가면서 맞닿게 될 문제들이다. 정부도 제주의 신재생에너지 확산에 따른 문제해결을 통해 전국의 해법을 마련한다는 데에 인식을 같이하고 있다. 신재생 잉여전력을 활용토록 하는 플러스DR을 지난 3월 제주지역에 우선 적용했으며 실시간 전력시장제도가 마련되는 대로 제주지역에 우선 적용할 예정이다.
신재생에너지 확산에 따른 에너지의 효율적인 활용과 전력공급비용 절감방안은 전력수요를 신재생에너지 발전량이 많은 시간으로 이전하는 것이며 P2H는 신재생에너지 발전량에 반응하는 전력수요 이전의 좋은 수단이다.
현재 김성환 의원 발의로 입법 추진 중인 분산에너지특별법이 제정되는 대로 제주를 분산에너지 특구로 지정해 신재생에너지 관련 전력시장가격과 전기요금에 다양한 특례를 적용할 수 있을 것으로 예상되고 있다.
제주도의 CFI정책과 정부의 탄소중립 목표 달성 의지는 신재생보급 확산에 도전적인 목표량을 지속적으로 유지할 것이며 이에 따라 필연적으로 발생하게 될 신재생 잉여전력 해법으로 P2H는 경쟁력 높은 필수적인 섹터커플링 수단이 될 것이다.
제주도는 대형 화력발전소에서 분산형 재생에너지발전소로 전환 중이다. 2020년 4월13일 기준 실시간 신재생 발전량 점유율 무려 62.3%에 달할 정도로 신재생에너지 보급이 활발하다. 신재생 보급이 활발할수록 출력제어도 늘어나고 있는 것이 문제다. 
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