[연재] 쉽게 이해하는 전력산업(1)

기사 분류 > 전기기술

[연재] 쉽게 이해하는 전력산업(1)_발전

2007년 2월 2일 (금) 23:46:00 | 지면 발행 ( 2007년 1월호 - 전체 보기 )

오늘날의 전력시장은 새로운 시대를 맞았다. 과거에 전력산업의 안정적 근간이었던 정부의 규제는 이제 전력시장의 발전에 보조를 맞추고 다양하고 상충되는 소비자의 요구를 충족시키기 위해 노력하고 있다. 현대사회가 정보화시대로 깊숙이 들어갈수록 사실상 우리의 모든 활동은 하나의 상품, 즉 전기에 의존할 수 밖에 없다. 세계적으로 전력수요는 25년마다 2배씩 늘고 있다. 이것이 현대 전력시장의 현주소이다. 전기에 대한 의존도 증가와 함께 전력시장도 급속하게 변하고 있다. 거의 100년 동안 안정적으로 유지되어 왔던 전력시장 체제가 급진적으로 변하고 있다. 세계의 많은 지역에서 오랫동안 견고하게 유지되어 왔던 수직통합전력회사들이 발전, 송전, 배전, 판매의 각 회사들로 분할하도록 압력받고 있다. 발전과 판매 부분은 경쟁에 개방되고 있다. 전력산업구조개편의 여파는 아직 쉽게 예상할 수 없는 상황이다. 이에 따라 월간전기에서는 독자여러분의 관심이 모아지고 있는 ‘전력산업’에 대한 이해를 돕고자 이 연재를 마련한다.

발전

개요발전 연료원은 꽤 다양한데 연료원에는 석탄, 원자력, 천연가스, 연료유, 수력, 그리고 다양한 형태의 재생에너지가 있다. 동일한 연료원에 대해서도 다양한 발전기술(예로서 가스 연료를 사용하는 기술은 증기터빈, 복합 사이클 터빈, 단순 사이클이 있다.)이 채용되고 있다. 각 발전유형은 운영과 원가 구성과 관련하여 독특한 특성을 가지고 있어서 특정한 수요에 적합한 유형이 있게 된다. 이것이 일반적으로 전력회사나 발전회사가 다양한 유형으로 구성된 발전기 포트폴리오를 짜는 이유이다. 그리고 이러한 포트폴리오는 고객의 필요한 수요를 충족시키기 위해 사용된다.

우리나라의 여름철 발전설비용량은 약 6천5백만kW이다. 이러한 설비용량은 가장 흔한 발전기인 가스발전기를 포함하여 다양한 유형의 발전기로 구성되어져 있다. 그러나 일반적으로 석탄과 원자력 발전기는 기저부하라고 불리는 부하를 위해 사용되고, 그리고 이들은 다른 유형의 발전기보다 더 많이 운전된다.

발전의 유형전력회사나 발전회사는 그들 고객의 특정한 필요에 적합한 발전기 유형을 갖추도록 노력한다. 이것이 어떻게 이루어지는지를 이해하기 위해서는 우선 발전기 유형별 운전, 재무 그리고 환경에 관한 특성의 차이점을 이해하는 것이 중요하다. 이러한 특성에는 자본비용, 변동비용, 운전의 유연성, 환경에 주는 영향, 연료의 유용성(Availability), 건설 입지에 대한 제약 등이 있다. 각각의 발전유형과 유형별 핵심적 특성에 대해서 다음에 설명한다. 이러한 기본적인 특성을 기초로 어떤 발전기가 어느 때 운전될지가 결정되고 신규 발전소 건설시 발전유형과 기술이 선택되기 때문에 이러한 특성들을 명확하게 이해하는 것이 중요하다.

(1) 석탄석탄가격이 저렴하기 때문에 석탄발전기는 많은 전력회사가 선호하는 발전유형이다. 대부분의 석탄 발전은 증기터빈 기술을 채택하고 있다. 이것은 석탄을 연소하여 보일러 튜브 안에 있는 물을 가열한다. 이 물은 가열되어 증기가 되고 이 증기는 증기터빈을 통과하면서 증기터빈을 회전시킴으로써 증기터빈에 연결된 발전기를 구동하여 마침내 전기를 만든다.

규모의 경제 때문에 대부분의 석탄발전기는 용량이 상당히 큰 데, 250MW에서 800MW를 넘는 것까지 있다. 석탄발전기를 건설하는데 드는 자본비용은 가스발전기에 비해서 높다. 그러나 현재 운영중인 많은 발전기는 건설된 지 오래돼서 감가상각이 많이 다르지만, 석탄발전기의 운전유지비용은 비교적 낮은 편이다. 석탄 발전기의 연료비는 발전유형 중에서 원자력 다음으로 가장 낮은 수준이다. 기술적인 제약으로 인해서 석탄 발전기는 정지 상태에서 최대 출력까지 수 시간이 걸리기 때문에 운전 유연성은 좋지 않다. 석탄을 연소하면 상당한 대기 오염물질이 배출되기 때문에 다른 발전원에 비해 환경적 영향이 큰 편이다. 이런 환경적 영향과 석탄의 높은 수송비 때문에, 일부지역에서는 전기 생산을 위해 석탄을 사용하지 않는다. 석탄발전소 건설에 대한 미래 전망은 불투명하다. 현재는 저렴한 가격과 양호한 유용성으로 인해 석탄이 매력적이지만, 미래의 오염방지 비용이 얼마가 될지 불투명하다. 석탄가스화복합발전( IGCC, Integrated Gasification Combined Cycle)같은 청정석탄기술의 발전은 향후 석탄발전에 새로운 전기를 제공할 수도 있을 것이다.

(2) 원자력1970년대이후 원자력 발전기가 많이 건설되었다. 원자력 발전기는 대체로 용량이 커서 600MW에서 1000MW가 넘는 것까지 있다. 원자력 발전은 터빈을 구동하기 위한 증기를 생산하는데 핵분열시 발생하는 열을 이용한다. 원자력 발전기의 자본비용은 매우 높으나, 발전기 나이가 들어감에 따라 감가상각 되어 장부 가격은 낮아졌다. 일반적으로 연료비 등의 변동비는 낮지만, 고정유지비(Fixed Maintenance Cost)는 매우 엄격한 안전관리 절차 준수와 원자로 폐지를 위한 자금 축적 때문에 고정 유지비용은 더 높다. 원자력의 기술적 특성으로 인해 원자력 발전기의 운전 유연성은 좋지 않다. 원자력 발전기의 기동시간은 수 일이 걸린다. 이러한 운전 비유연성 때문에 원자력 발전기는 기저부하용으로 쓰인다. 원자력 발전의 신규 건설은 2가지 주요 문제, 즉 방사성 폐기물 처분장의 부족과 대형 사고나 테러의 위험에 대한 국민적 우려로 인해서 제지되어 왔다. 우리 나라에서는 원자력 발전소가 지속적으로 건설되었지만, 미국의 경우는 사실상 1996년 이후 단 하나의 신규 발전소도 준공이 되지 않았다. 2005년 몇몇 회사들이 원자력 발전 건설 허가를 받기 위한 절차를 시작했지만, 실제로 착공까지는 많은 해가 걸릴 것 같다. 이러한 안전상의 문제에도 불구하고 원자력 발전은 대기오염물질 배출 측면에서는 유리하다. 원자력 발전소는 온실가스나 NOx, SOx, 또는 수은 같은 오염물질을 전혀 배출하지 않는다.

(3) 천연가스최근에 건설된 발전기 중 가스 발전기가 차지하는 비율은 아주 높다. 발전기 중에 증기터빈 기술을 이용한 노후 구식 가스발전소가 많다. 가스 발전은 3종류의 기술 즉 연소터빈, 증기터빈, 그리고 복합 사이클터빈을 이용한다. 연소터빈은 가스를 터빈에서 직접 연소하여 터빈에 연결된 발전기를 돌려서 발전하는 방식이고, 증기터빈은 석탄 발전과 같으나 연료만 석탄 대신 가스를 사용하는 것으로 보일러에서 가스를 연소하여 증기를 만들고 이 증기로 터빈을 구동하는 방식이고, 복합사이클은 위의 가스 터빈과 증기터빈을 복합적으로 이용하는 것으로 가스터빈에서 연소한 가스는 고온의 가스이므로 이를 버리지 않고 이용하여 증기를 생산한 후 증기터빈을 구동하는 방식이다. 전력회사가 소유하고 있는 가스 발전기는 그 용량이 매우 다양해서 1MW의 매우 작은 것부터 500MW까지 있다. 또한 천연가스 발전은 공장에 설치해서 열과 전기를 동시에 생산하는 열병합 발전이나 건물의 자체 비상용 발전기로도 사용된다. 가스 발전은 자본비용이 가장 낮다. 일반적으로 운전유지비용도 낮다. 연료비용은 천연가스의 시장가격에 따라 달라진다. 여러분이 상상할 수 있겠지만 천연가스 발전의 소유자의 주요한 걱정거리는 현재의 높은 가스가격과 예견되는 가스공급의 부족현상이다. 적용된 기술에 따라 차이가 있으나 , 가스 발전은 운전 유연성이 좋다. 종종 첨두발전기로 불리는 연소터빈은 수분 내에 기동과 정지가 가능하다. 가스 발전기도 대기오염에 영향을 주지만, 다른 탄소연료를 이용하는 석탄과 연료유보다는 오염이 적어서 환경적 관점에서도 유리한 것으로 평가된다. 또한 적은 환경오염과 다른 이유(발전기의 크기가 작고, 연료 공급의 용이한 접근성 등)로 인해서 가스발전기는 수요지 인근에 설치될 수 있어서 송전설비가 덜 필요한 장점이 있다.

(4) 수력

수력은 수력자원이 충분한 여러 지역에서 전력계통의 중추적 역할을 담당하고 있다. 수력발전은 저수지로부터 발전기와 연결된 수력터빈으로 물을 흘려보냄으로써 전력을 생산한다. 발전기의 출력의 조절은 물의 유량을 간단히 조절함으로써 가능하여, 수력의 운전 유연성은 매우 좋다. 수력발전기의 용량은 매우 작은 것(100kW)부터 매우 큰 것(100MW 이상)까지 다양하고, 일반적으로 100MW 내외의 용량이 많다. 대부분의 수력발전기는 아주 오래전에 건설되어서 일반적으로 자본 비용은 거의 감가상각 되었다. 운전유지비용도 낮고, 수자원에 대한 이용권을 확보한 경우는 물론 연료비가 들지 않는다. 수력발전기의 양호한 운전 유연성 때문에 수력발전기는 첨두부하 및 주파수 조정에 매우 유용하게 활용되고, 또한 정전으로부터 전력계통을 복구할 경우에도 쓰인다. 오늘날에는 신규 수력 댐은 환경적으로 큰 영향을 주는 것으로 간주되지만, 과거에는 수력발전기는 물고기 서식과 하류 활동에 영향을 미치는 것을 제외하고는 환경적으로 문제가 없는 것으로 인식되었다. 관련된 기술로는 양수발전기가 있다. 양수발전기는 일종의 전기저장의 수단으로 이용된다.

(5) 경유일부 전력회사만이 천연가스에 대한 대체로서 경유 발전을 사용하고 있다. 경유 발전은 천연가스의 공급이 제한된 지역이나 천연가스의 가격이 경유보다 비싼 경우에 경유로 대처할 수 있도록 연료 전환 장치를 구비한 발전기의 경우에 사용된다. 경유 발전기의 기술적인 특성은 두 연료간의 물리적 특성에서 기인한 차이점을 제외하고는 천연가스 발전 기술과 유사하다. 경유 발전기의 운전상의 특성도 천연가스 발전기와 유사하다. 경유 발전의 가장 큰 단점은 가스발전에 비해 환경적 측면에서 불리하다는 점이다. 사실 어떤 지역에서는 대기오염 때문에 경유 발전이 허용되지 않는다.

(6) 재생에너지재생에너지 발전은 고갈되지 않는 자연적 에너지를 이용하는 광범위한 종류의 발전을 말한다. 재생에너지 발전은 지열, 태양, 풍력, 바이오매스, 소수력(통상적으로 3MW 이하)을 포함한다. 재생에너지 발전에 이용되는 기술은 매우 다양하고, 일반적으로 그 규모가 작은 경향이 있다. 풍력 발전기는 천연가스 또는 석탄발전기와 10년간 총비용의 관점에서 경쟁력이 있는 경우가 많으나, 태양광 등의 다른 신재생에너지원은 경제적으로 훨씬 비싸다. 운전유지비용은 기술에 따라 차이가 크다. 재생에너지 발전의 2가지 큰 장점은 연료비가 전혀 들지 않고 환경적인 영향이 최소 수준이라는 점이다. 한 가지 단점은 많은 재생에너지는 자연현상에 의존하기 때문에 필요할 때 유용하지 않을 수 있고, 비연속적 운전(Intermittence)이 불가피하다는 점이다. 따라서 계통운영자는 발전력 조합에서 재생에너지를 포함한 경우는 이를 보완할 수 있는 계획을 세워야 한다.

재생에너지 발전은 특히 풍력 위주로 최근에 가속적으로 증가하고 있다. 이러한 성장을 견인하는 요인은 미래 가스 가격에 대한 불안, 석탄 발전기의 환경오염 완화 비용의 불확실성, 풍력발전기 투자비의 획기적인 감소, 많은 주에서 시행되는 재생에너지 공급할당 의무(Renewable Portfolio Standards), 그리고 녹색가격제도(소비자가 재생에너지로부터 생산되는 전력을 공급받기로 선택하고, 정상요금보다 비싼 요금을 자발적으로 지불하는 제도)등이다.

(7) 분산형 발전분산형 발전은 최종소비지에 위치한 발전을 말한다. 일반적으로 분산형 발전은 가스터빈이나 내연기관을 이용하여 발전하는 기술을 사용한다. 열병합 발전은 2가지 형태의 에너지 즉 전력과 열을 생산하기 위하여 이용된다. 일반적으로 적용되는 방식은 가스터빈이나 내연기관으로부터 전기를 생산한 후 버리는 폐열을 회수하여 직접 난방에 사용하거나 제조 공정에 필요한 열로 이용한다. 또 다른 방식은 보일러에서 증기를 생산하여 증기터빈을 위해 사용하고, 증기터빈에서 쓰고 남은 열을 이용하여 난방이나 공정열로 사용한다. 열병합 발전은 연료의 이중 사용이 가능하고, 분산형 발전은 송전 및 배전선로 손실이 없기 때문에 분산형 열병합 발전은 연료를 매우 효율적으로 이용할 수 있다. 미국의 평균 발전효율이 약 35%임에 비해, 일부 열병합 발전기는 효율이 85%에 이른다. 소비자에 위치하기 때문에 송전선로 및 배전선로에 관한 비용을 절감할 수 있고, 해당 지역의 신뢰도를 향상시킨다. 미래의 분산형 발전에는 연료전지나 마이크로 열병합 발전(가정의 기저부하용 사용에 적합한 약 1kW의 용량을 가진 초소형 열병합 발전)같은 새로운 기술이 활용될 것이다.

환경적 고려발전은 환경적 관점에서 수수께끼와 같은 문제를 야기시킨다. 소비 시점의 전기는 매우 깨끗하나(예를 들면 전기자동차는 오염이 없음) 전기를 생산하는 과정에서는 중대한 환경적 영향을 미친다. 이런 영향에는 공기오염, 수질오염, 온실가스 배출, 생태계와 토질사용의 파괴, 방사성 물질의 배출 가능성 등이 있다. 전기 생산에 의해서 야기되는 문제 중 가장 문제가 되는 것은 방사선 방출의 위험성을 비롯하여 산성비, 스모그, 지구온난화, 주변지역의 건강문제 등이다.

발전은 발전 유형에 따라 상이한 환경적 영향을 미친다. 따라서 환경적 고려는 어떤 유형의 발전기가 계속적으로 건설되어야 하는지 그리고 어떤 유형의 발전기가 운전되어야 하는지에 대해 중대한 영향을 미친다. 예를 들면 환경오염 완화비용은 석탄 발전에 대한 선호도를 감소시킬 것이고, 비슷하게 원자력 발전에 관련된 미국의 경우 미래의 정치적, 환경적 문제는 지난 20여 년 동안 원자력 발전의 건설을 제지하였다. 더 깨끗한 발전원을 장려하기 위해 미국의 경우 일부 주에서 전력회사나 발전회사가 자신의 전체 전력량 중에서 일정한 비율 이상을 재생에너지로 의무적으로 충당하도록 한 제도인 RPS를 이미 도입했거나 도입을 준비 중이다. 한편, 천연가스의 가격이 크게 상승한 최근까지 환경적 허가를 얻기가 상대적으로 용이한 점이 일부 요인으로 작용하여 발전회사는 신규발전소 건설에서 가스 발전기를 선호했었다.

발전, 지구온난화 그리고 교토의정서세계의 과학계(세계의 몇몇 정치계와 현저하게 대비되는)는 인류 활동이 탄소를 근간으로 하는 연료(석탄, 석유, 천연가스)를 연소함으로써 지구의 온도를 올리고 날씨를 불안정하게 하는 온실가스의 농도를 높이는데 기여하였다는 점에 합의했다. 이러한 추세가 계속된다면, 심각한 결과를 초래하여 녹아내리는 빙산, 저지대의 홍수, 식량 생산의 장해, 그리고 혹독한 날씨에 의한 불의의 사고증가를 초래할 것이다.

가장 큰 온실가스는 이산화탄소이다. 미국의 경우 발생하는(전세계의 전체 이산화탄소 배출량의 약 4분의 1을 점유하는) 이산화탄소의 약 40%가 발전부분에서 배출된다. 석탄 발전기가 다른 유형의 발전기보다 더 많은 이산화탄소를 배출한다(가스 발전소는 단위 전력의 생산에 대해 석탄의 절반 정도의 이산화탄소를 배출한다.). 이산화탄소 배출을 통제하는 기술은 비용이 많이 들고 처리된 이산화탄소를 처분하는 방법에 대한 문제를 야기하는 까닭에 널리 사용되지 않고 있다.1997년 12월 많은 국가들이 교토의정서-국가별로 배출한도를 정해서 온실가스의 배출을 감축하는 한편 온실가스배출권을 국제적으로 거래할 수 있는 근거를 제공한 역사적인 협약-에 합의하였다. 유럽연합, 미국 그리고 일본의 주요 선진강대국은 2008∼2012년 5년 동안 1990년의 온실가스 배출 수준에 비해 각각 8%, 7%, 6%를 감축하고 온실가스 배출권 거래 제도를 만들기로 협약하였다. 다른 모든 조약과 마찬가지로, 교토의정서도 서명한 국가들의 비준이 필요하다. 미국의 경우는 조약의 비준은 상원에서 하는데 2000년 대통령 선거가 끝나고 부시 행정부는 교토의정서를 지지하지 않으며 상원에 비준 요청을 하지 않겠다고 발표하였다. 교토의정서는 주요 유럽국가, 일본, 캐나다에 의해서 비준이 되었고, 2005년 2월 발효되었다. 참가국들은 온실가스 배출한도와 국제적인 온실가스 배출권 거래제도를 설립하기 위해 노력하고 있다.

한편 미국에서도 많은 주들이 배출가스와 관련된 규제 제도의 도입을 진행하고 있다. 이러한 움직임은 미국의 발전사업에 대한 심각한 불확실성을 초래하고 있다. 향후 온실가스 배출과 관련하여 어떤 비용이 소요될 것인지 아직은 불확실하고, 또 비용이 든다면 어느 정도 소요될 것인지도 불확실하다. 그리고 미국의 발전기를 소유한 사람들은 교토의정서의 배출권 거래제도에 최소한 초기에는 참여할 수 없기 때문에 그들이 잠재적인 미래 비용의 위험을 회피하기가 더욱 어려울 것이다.

발전을 대체하는 수단으로서의 수요반응발전력 특히 첨두발전을 대체하는 수단으로 첨두부하 기간에 최종 소비자의 수요를 감축하는 메커니즘을 개발하는 것이다. 이러한 프로그램을 종종 수요반응이라고 부른다. 수요반응은 비상 수요반응과 경제적인 수요반응이 있다. 비상 수요반응은 공급할 수 있는 발전력이 부족하여 최종소비자가 수요를 감축하지 않으면 신뢰도의 문제를 일으킬 수 있는 비상시에만 수용을 감축하는 것이고, 경제적 수요반응은 최종소비자가 전력을 구입하거나 자체적으로 발전하는 것보다 수요를 줄이는 것이 더 경제적이어서 자발적으로 수요를 줄이는 것을 말한다.

1980년대에 미국의 전력회사는 수요측관리프로그램(DSM, Demand Side Management)이라 불리는 수요 프로그램을 시행하였고, 이 프로그램의 취지는 값비싼 발전기의 신규 건설을 억제하는 것이었다. 이 프로그램은 수요가 너무 많아서 전력계통의 신뢰도가 위협받는 경우 전력회사가 전력공급을 차단할 수 있도록 한 대가로서 해당 소비자의 요금을 할인해주는 할인요금제도와 같은 인센티브나 리베이트를 제공하여 소비자가 에너지 효율화 조치를 도입하도록 장려하기 위해서 고안되었다. 아직도 이런 프로그램이 많이 존재하지만 최근에는 경제적 수요반응(EDR, Economic Demand Response)프로그램이 일반적인 추세가 되었다. 높은 가격에 대한 경제적 수요반응은 경쟁적 전력시장에서 가격의 폭등을 완화하는데 중대한 영향을 미친다. 따라서 전력회사와 소매전력판매상은 가격이 비싼 시간대(계통의 신뢰도 문제가 없는 경우에도)에 수요를 감축하는 소비자에게 인센티브를 제공하는 프로그램을 개발하는데 깊은 관심을 가지고 있다. 실시간 가격 신호를 소비자에게 전가할 수 없는 전통적인 요금제도는 이러한 행동을 유도할 수 없다. EDR 프로그램은 다음과 같은 것이 있다.· 실시간 요금제도 : 소비자요금을 실시간 시장이나 하루 전 시장가격을 반영하여 시간대별로 책정하여 소비자에게 적용· 자발적 부하 반응 : 소비자의 일단의 부하 감축에 대한 보상 제공(일반적으로 하루 전)· 감축가능 용량 콜(Call) : 약정된 조건에 도달하면 전력회사나 전력판매상에게 일단의 부하를 차단할 수 있는 권리를 제공한 대가로 소비자에게 용량요금을 지불하는 제도 ; 부하를 차단할 수 없는 경우 소비자는 해당 부하에 대해 시장 가격으로 요금 지불· 자동 부하 반응 : 소비자가 전력회사나 전력판매상에게 일단의 부하를 자동적으로 원격에서 차단할 수 있는 권리를 제공한 대가로 소비자에게 용량요금을 보상하는 제도전력시장이 더 경쟁적인 시장으로 진화함에 따라 경제적 수요반응이 첨두부하에 대응하기 위한 일반적인 수단이 될 것이다.

부하곡선을 만족하기 위한 발전기 사용전력공급시장을 이해하기 위한 열쇠는 부하곡선(특정지역의 모든 소비자의 누적수요)을 충족하기 위해서 어떤 시간에 어떤 발전기를 급전(Dispatch)해야 하는가를 이해하는 것이다. 마지막 수요를 충족하기 위해서 마지막에 요구되는 발전기의 비용(한계비용)이 경쟁적 전력시장에서 시장가격을 결정하기 때문에 이것은 도매전력시장에 막대한 영향을 미친다.발전기들의 시간대별 가동계획은 신뢰도, 운전상, 지역적 및 규제상의 제반 제약을 고려하여 최소비용에 기초하여 하루 전에 수립되는 것이 일반적이다. 발전기의 사용은 주로 3가지의 부류 즉 기저부하, 중간부하, 첨두부하로 구분된다. 기저발전기는 하루 24시간 가동되는 발전기이고, 중간부하 발전기는 오전의 중반부터 저녁시간까지 가동되며, 첨두발전기는 이른 오후부터 이른 저녁까지의 첨두시간에 가동되는 발전기이다. 전형적인 부하 형태의 구분은 다음과 같다.

(1) 기저부하기저부하는 일반적으로 원자력과 석탄 발전기(낮은 변동비와 운전 유연성 부족으로 인해서), 수력발전기(낮은 변동비로 인해서) 및 QF(규제상의 요구로 인해서)에 의해서 공급된다. 또한 계통운영자는 계통운영상 지역적 제약을 해소하는데 필요한(must-run generation, 필수가동발전기) 가스나 중유 증기터빈을 기저발전기로 가동하기도 한다. 가스나 중유 증기터빈을 가동해서 최소 출력을 유지하기도 하는데, 이는 오후 중간부하 시간대에 최대출력이 필요할 것으로 예상되는 경우 이들 발전기가 필요한 시간 안에 필요한 출력을 제공하기 위해서는 보일러가 가열된 상태를 유지해야 하기 때문이다.

(2) 중간부하중간부하는 주로 가스나 중유 증기터빈, 가스복합화력, 그리고 수력발전기에 의해서 공급된다. 이런 발전기는 주간 시간대에 부하의 증감에 따라 발전기 출력을 증감할 수 있는 운전상의 유연성이 있기 때문이고, 또한 변동비용이 다른 후보 발전기보다 낮기 때문이기도 하다.

(3) 첨두부하첨두부하는 주로 단순 사이클 가스터빈(첨두터빈 또는 연소터빈이라고도 함), 수력, 양수, 경제적 수요 반응에 의해서 충족된다.

발전설비의 소유권전력산업 구조개편 이전에는 사실상 미국의 모든 발전설비는 사영인 투자자소유(Investor-owned) 전력회사, 공영전력회사, 농촌지역의 협동조합, 그리고 연방기관(Federal Agency)이 소유하였다. 전력산업의 탈규제화와 더불어 발전기 소유권의 새로운 범주가 생겨났고, 이들이 전력시장에 진입하였다. 이들은 비공익(Non-utility)발전사업자이며, 독립발전사업자(IPP, Independent Power Producer)와 상업용발전사업자(Merchant Generator)가 여기에 속한다. 비공익발전사업자는 수직통합회사의 부분으로서가 아닌 독자적으로 발전기를 소유하는 회사를 말한다. 이런 발전사업자는 전력회사, 판매회사, 또는 직접 최종소비자에게 에너지나 용량을 판매함으로써 이익을 얻기 위한 목적으로 발전기를 소유하고 운영한다.

발전설비의 포트폴리오발전력을 보유한 발전회사는 에너지와 용량에 대한 고객의 요구사항을 충족시키기 위하여 발전기의 포트폴리오를 결정해야 한다. 과거에는 이런 일이 상대적으로 단순했다. 일반적으로 전력회사는 기존 발전 설비를 토대로 해서 이 설비를 수요예측과 비교해서 신규 용량이 필요한 경우, 이 추가 용량을 충족시키기 위한 여러 가지 대안들을 평가했다. 이런 대안들에는 기존 설비의 개조, 신규 발전기 건설, 수요관리 프로그램, 인근 전력회사나 독립발전사업자로부터의 전력구입, 발전력이 여유가 있는 지역으로의 송전선로의 신규 건설 등이 포함된다. 그리고 이런 대안들을 비용과 위험의 관점에서 평가하고, 이는 결국 통합자원계획으로 귀결된다. 통합자원계획은 공급의무를 지고 있는 전력회사가 추가적인 공급용량 확보를 위한 대안들을 평가하는데 사용된다. 이 통합자원계획은 주의 공익위원회로 제출되어 시행 전에 승인을 받아야 한다.

비공익발전회사도 발전자산의 포트폴리오를 평가해야 한다. 그러나 이 평가는 주주의 투자에 대한 최상의 수익 창출이 목적이다. 따라서 비공익발전회사는 특정한 발전기를 회사의 다른 자산 및 사업전략과 연계하여 평가해야 할 뿐 아니라 발전기들의 시장가치를 면밀히 평가해야 한다. 비공익발전사업자는 시장에 내포된 위험을 회피하고 수익을 극대화하는 것이 주목적이므로 통합자원계획보다는 포트폴리오 이론을 사용한다.어떤 경우이건 발전설비를 계획하는 사람은 미래의 수요증가와 그 증가를 충족시킬 기존 발전설비의 용량을 우선 평가한 후, 신규 발전설비가 필요한 시점을 부하곡선에서 찾아야 한다.

미래의 발전기술미국의 경우 신규 발전설비가 최근까지 대폭적으로 건설되었다. 2000년에는 27000MW의 신규 발전기가 계통에 투입되었는데, 이는 1985년 이후 한해에 2000MW 이상의 신규 설비가 투입된 최초의 해로 기록되었다. 이어서 2001년도에는 42000MW, 2002년에는 72000MW, 2003년에는 43000MW가 신규로 투입되었다. 이 기간동안의 수요가 완만하게 증가한 점을 감안하면, 미국의 대부분 전력시장은 과잉 발전설비를 갖게 된 셈이다. 전문가들은 향후 적어도 2008년까지는 일부 지역을 제외하고 미국에서 대규모 신규 발전이 필요치 않을 것으로 예측하고 있다.

최근 발전설비의 증가는 대부분 가스 발전으로 이루어졌다. 2000년 이래 계통에 신규 투입된 184000MW 중 가스 발전기가 94%를 점유하였다(59%는 복합발전, 35%는 연소터빈). 그 나머지의 대부분은 풍력이 주도하는 재생에너지 발전이 차지하였다. 비록 재생에너지 자원이 여전히 절대적인 규모에서는 작지만, 풍력발전설비의 용량은 지난 5년 동안에 2배 이상 증가하였다.신규 발전기 건설에 필요한 준비기간을 고려할 때 전력회사와 비공익발전회사는 미래의 일련의 발전소 건설을 위한 계획을 이미 진행하고 있을 것이다. 발전소 건설에 대한 고려 사항에는 자본비용, 운전유지비용, 연료가격의 변동성과 미래의 환경오염방지 비용과 관련된 위험요소 등이 포함된다. 향후 미국의 천연가스 공급은 수요증가를 맞추기 어려울 것으로 예상하는 보고서와 함께 최근의 천연가스의 가격상승으로 인해 많은 시장참여자들은 가스발전기에 계속적으로 의존하는 것을 우려하고 있다. 비록 미래의 환경오염방지 비용에 관한 불확실성은 여전히 걱정거리이기는 하지만, 최근 석탄 발전에 대한 관심이 새로워지고 있다. 더욱이 일부 회사는 신규 원자력 발전소 건설 가능성을 검토하기 시작했다. 향후 신규로 건설되는 대부분의 발전기는 천연가스나 석탄 발전기가 될 것으로 예상되지만, 많은 발전회사들은 천연가스의 가격과 석탄 발전의 잠재적인 환경비용에 대한 위험을 완화하기 위한 수단으로써 그들의 발전자산 포트폴리오에 풍력발전기를 포함하고 있다. 최근 균등화발전비용 분석에 따르면 풍력발전은 총비용이 가장 낮은 발전원 중의 하나에 속하고, 또한 풍력발전기는 석탄이나 천연가스 발전에 비해 미래의 위험이 훨씬 더 낮은 것으로 평가되었다.

발전기술의 혁신을 계속될 것이다. 최근의 대혁신(가스복합 발전기술)으로 인해서 아주 효율이 높고 비교적 깨끗한 발전기술이 전국을 풍미하는 새로운 유행이 되었다. 향후 중대한 영향을 끼칠 기술은 석탄가스화 복합발전(IGCC)과 연료전지가 될 것으로 예상된다.IGCC는 석탄을 연료로 사용하지만 연소하기 전에 석탄을 가스화함으로써 많은 환경오염물질들을 제거한다. 이 기술을 이용하면 연소효율이 높아지고 또한 오염물질의 배출이 가스발전기 수준으로 낮아진다. 많은 전력업계의 전문가들은 IGCC에 대해서 낙관적으로 향후 10년 이내에 중요한 기술이 될 것으로 믿는다.연료전지는 전력생산에 대해 우리가 가지고 있는 통념을 변화시킬 것이다. 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 직접 전환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 움직이는 부분이 전혀 없고 배터리와 비슷하다. 다만 배터리는 에너지를 저장하기만 하는데 반해, 연료전지는 계속적으로 연료를 공급하면 전기를 지속적으로 생산할 수 있다는 점이 다르다. 연료전지는 천연가스, 휘발유, 바이오가스, 메탄올, 에탄올과 수소 같은 다양한 연료를 사용할 수 있다. 연료전지의 큰 장점은 배기가스가 수증기와 산소로 이루어져 온실가스나 대기오염물질을 배출하지 않고 에너지 효율이 높은 열병합 발전에 적합하다는 점이다. 따라서 연료전지는 전력 생산의 측면에서 매우 환경친화적이다. 일부 분석가들은 2010년 이전에 고정식 연료전지가 분산형 전력 생산에 광범위하게 사용되는 유효한 수단이 되고, 그럼으로써 향후 50년에 걸쳐 전력계통을 근본적으로 변화시킬 것으로 믿고 있다. 마지막으로 경제적인 전력저장기술의 발전도 계속되고 있다. 유망한 기술은 압축공기 저장, 차세대 배터리와 플라이휠이다. 이러한 기술들이 타당한 것으로 입증되면 비용효과적인 저장기술의 개발은 첨두부하용 발전 비용을 획기적으로 줄여줄 것이다.

<자료제공_전력거래소>