[외국의 전력자유화와 계통 운용 기술 동향] 전력 네트워크 액세스

개요

전력자유화를 추진하고 있는 여러 나라에서는 모든 전력 네트워크 이용자에 대한 비차별적인 이용보장과 전력의 안정 공급 모두를 실현하기 위해 각 국의 실정에 따라 전력 네트워크로의 접속(네트워크 액세스) 구조 및 규정이 작성되어 있다. 전원 네트워크 액세스가 성립하기 위해서는 시시각각 변화하는 전력 수요를 미터링으로 파악하면서 전력 네
트워크 내의 어디서부터 어디에 얼마만큼의 전력을 흘리면 좋을지 정량적 지표(송전 가능 용량)를 미리 개시할 필요가 있으며, 각국에서는 안정 공급상의 물리적인 제약에 입각해 송전 가능 용량의 정의 · 산정 · 개시가 이루어져 있다. 한편 송전 가능 용량을 초과하는 전력이 흐르는, 이른바 '혼잡'이 전력거래의 설계 단계에서부터 실시간 수급 운용 단계에 이르기까지 여러 단계에서 발생할 수 있다. 이 혼잡을 해소시키기 위해서 각국에서는 다양한 혼잡관리 방법이 이용되고 있다.
이상의 사항에 입각해 본고에서는 전력 네트워크 액세스를 둘러싼 다음의 네 가지 단면 ① 전원 네트워크 액세스 ② 수요가 미터링 ③ 송전 가능 용량 ④ 혼잡 관리를 바탕으로 각국의 전력자유화 동향을 소개한다.

전원 네트워크 액세스

다수의 사업자에 의한 시장 거래를 공정 · 원활히하고, 신뢰성 높은 전력 공급을 실현하기 위해서는 전력 네트워크 운용 업무의 역할을 명확히 정의하는 동시에, 전원 네트워크 액세스의 요건 및 절차를 규정할 필요가 있다. 여기서는 미국과 유럽, 일본을 포함한 각국의 액세스 요건과 전원 액세스 절차에 대해 간단히 서술한다.

1. 각국의 액세스 요건 규정
각국의 전력 네트워크 액세스 요건을 규정한 규칙 및 룰을 <표 1>에 나타냈다. 미국에서 각 송전사업자는 연계 요금표(OATT) 안에 연계 계약(IA)과 연계 절차(IP)를 규정해 연방에너지규제위원회(FERC)의 승인을 받지 않으면 안 된다. 연계 계약에서는 제공하는 송전 서비스의 내용, 연계 설비의 건설 순서, 시험 · 미터링 · 통신의 역할 분담, 운용 · 보수 시의 비용 분담을 규정하고 있다. 또한 연계 절차에서는 발전사업자가 송전사업자에게 제출하는 연계 요구, 송전사업자가 행하는 연계 시계통에 대한 영향 분석 비용 산출 등을 규정하고 있다.
영국에서는 <표 2>와 같이 국영송전회사(NGC)의 송전계통에 연계함에 있어서의 기술적인 요건을 계통운용 규칙인 'Grid Code'로 규정하고 있다.
Grid Code의 연계 조건은 송전계통과 실 사용자의 발전 설비를 연계하는 데 있어서의 기술, 설계, 운용기준으로서, NGC 계통연계 조건, 연계점 요건, 발전기 요건 등이 규정되어 있다. 독일에서는 몇 번의 변환을 거쳐 계통운용자협회(VDN)가 전력 네트워크의 보안성과 공급 신뢰도 유지를 위한 최소한의 기술적인 요건을 계통운용 규칙인ransmission
Code 2003'으로 규정하고 있다. 또한 유럽에서는 각국의 송전계통이 밀접하게 연계되어 있기 때문에, 여러 나라에 걸쳐진 전력 유통을 위한 전력 네트워크 액세스가 EU 규칙 No. 1228/2003에 의해 규정되어 있다.
일본에서도 전력계통이용협의회가 작성한 '전력계통 이용협의회 룰'에서 계통연계를 희망하는 발전설비 설치자와 전력계통을 운용하는 일반 전기사업자 사이에서 협의를 할 때의 표준적인 기술적 요건이 규정되어 있다.

2. 전원 액세스 절차
신규 전원의 전력 네트워크로의 접속 요구가 있는 경우, 앞에서 논한 액세스 요건을 바탕으로 전원(발전 설비)의 전력 네트워크로의 접속 검토가 이루어진다. 예를 들어 미국 북동부 지역의 독립계 계통운용 기관인 PJM에서는 <그림 1>과 같이 ① 가능성조사 ② 계통으로의 영향 조사 ③ 설비 조사라고 하는 세 개의 큰 절차를 순서대로 실시해 전력 안정 공급상의 문제가 없으면 최종적으로 접속 계약이 이루어진다.
이와 마찬가지로 일본에서도 계통선 이용의 신청이 있는 경우 접속 검토가 이루어지고 있다. 예를 들어 ① 사전 접속 검토와 ② 계약 신청 후 접속 검토를 순서대로 실시해 문제가 없으면 접속 계약이 이루어진다. 사전 접속 검토에서는 계통연계 공사의 개요, 개산(槪算) 공사비, 소요공기, 발전자 측에 필요한 대책, 운용상의 제약 등의 검토가 이루어진다.
이 검토 후에 접속 계약이 신청되면 계통연계 공사설계(공사비, 소요공기) 등의 검토를 거쳐 문제가 없으면 계약이 성립한다.

수요가 미터링

전력자유화의 대상이 되는 수요가는 전력공급사업자를 자유롭게 선택 가능하며, 이들의 소비전력변동은 전력 네트워크의 안정 공급에 영향을 미치기 때문에 송전사업자는 시간대에 따른 수요가의 소비전력량을 파악할 필요가 있다. 그러나 모든 수요가의 소비전력량을 실시간으로 파악하는 것은 경제적이지 않다. 때문에 각국에서는 수요가의 규모에 맞춘 미터링을 실시하고 있다. 구체적으로는 계약전력이 큰 거액 수요가에 대해서는 시간대마다의 전력량을 인터벌 미터로 파악하는 '미터링 방식'이 채용되고 있다. 한편, 계약전력이 작은 소액 수요가의 경우 모든 수요가에 인터벌 미터를 설치하는 것은 경제적인 면에서 균형이 맞지 않기 때문에 전력수요를 추정하는 '로드 프로파일링 방식'이 채용되고 있다. 각국의 전력 수요 미터링 현황을 <표 3>에 나타냈다. 그 중에서도 로드 프로파일링 방식은 노르웨이와 영국의 방식이 특징적이다. 노르웨이에서 채용된 '지역형 모델'은 인터벌 미터가 설치되어 있는 거액 수요가의 전력량과 그 전력량에 해당하는 계통의 송전 손실을 해당 지역에 공급되는 총 전력량으로부터 차감함으로써 그 지역의 소액 수요가의 수요 변동을 추정한다. 한편, 영국에서 채용된 '카테고리 모델'은 과거 소액 수요가의 수요 실적으로 부터 8종류의 로드 프로파일링 패턴으로 분류해 기온, 일몰 시간 등에 의한 보정을 해나가면서 시간대 마다의 전력 수요를 추정하고 있다. 또한 독일의 VDN이 2006년 7월에 미터링 룰로서 Metering Code 2006을 규정하고 있다.

송전 가능 용량

전력 네트워크에 접속한 전원은 송전선을 사이에 두고 멀리 떨어진 수요가로 얼마든지 전력을 보낼 수 있는 것은 아니다. 사회 인프라인 전력 네트워크는 시시각각 변화하는 소비전력과 발전전력의 균형을 유지하면서 수요가로의 공급전압과 그 주파수를 적정 범위 내로 유지할 필요가 있다. 또한 일부 송전선에서 발생한 고장이 빌미가 되어 그 영향이 전력 네트워크 전체로 광범위로 파급되어 대규모 정전에 이르는 일도 일어날 수 있으므로 전력 네트워크의 안정도도 유지할 필요가 있다. 즉, 전력 네트워크를 이용해 전원에서 수요가까지 송전할 수 있는 전력은 전력 안정 공급을 위한 물리적 제약에 의해 제한될 뿐만 아니라 이들은 시시각각 변화한다. 따라서 전력 네트워크를 이용해 전원과 수요 사이의 전력거래를 희망하는 사업자에 대해 송전 가능한 전력, 이른바 '송전 가능 용량'을 미리 산출해 개시하는 것은 전력 네트워크의 공평한 이용과 안정 이용 쌍방의 관점에서 불가결하다.

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이러한 배경으로부터 각국에서는 <표 4>와 같이 전력 네트워크의 특징에 맞춰 송전 가능 용량을 산출할 대상과 그 정의를 명시해 지정된 시간마다 산출한 송전 가능 용량의 정보를 개시하고 있다. 미국에서는 북미전력신뢰도협의회(NERC)가 전력 네트워크를 사이에 둔 두 구역 간 송전 가능 용량을 'ATC(Available Transfer Capability)'로 정의하고 있다. 유럽에서는 유럽송전사업자협회(ETSO)가 인접한 두 국가 사이의 국제연계선 송전 가능 용량을 'ATC(Available Transmission Capacity)'로 정의하고 있다. 일본에서도 전력계통 이용협의회(ESCJ)가 인접한 두 지역 간(인접하는 전력회사의 공급 지역 간)의 연계선 송전 가능 용량을 '공(空) 용량'으로 정의하고 있다. 일본에서는 전력 네트워크 구성이 '장거리 꼬치형 계통'등의 특징에 입각해 주파수 제약이 안정 공급상의 물리적 제약으로서 직접적으로 고려되고 있다. <표 4>의 세 가지 예시 항목에 나타난 것처럼 전력 네트워크의 안정 운용상의 물리적 제약 한계치 중 최소치가 그 시간대에서의 TTC(최대 송전 가능량) 및 운용 용량이 되며, 거기서 기존 송전전력과 신뢰도 확보를 위한 송전 이윤을 뺀 값이 송전 가능 용량이 된다. 송전 가능 용량을 한 마디로 설명하면 '전력 네트워크의 안정 운용상의 물리적 제약 범위 내에서 송전 이윤을 포함한 기존의 송전전력에 최대한 추가 가능한 두 지점 사이의 송전전력'이 된다. 나라마다 송전 가능용량의 산출 대상은 다소 차이가 있지만, 산정 형태는 같음을 알 수 있다.

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혼잡 관리

전력 네트워크의 공평한 이용과 안정 이용 쌍방을 목적으로 앞에서 논한 송전 가능 용량을 네트워크 이용자에게 개시해도 전력 탁송의 상정 외 급증 등 다양한 요인이 복잡하게 서로 관계하고, 송전전력이 최대 송전 가능량(일본에서는 운용 용량)을 초과하는 '혼잡'이 발생하는 경우가 있다. 이 혼잡은 전력 거래의 계획 단계에서 실시간 수급 운용까지 여
러 단계에서 발생할 수 있다. 전력 네트워크의 혼잡은 전력계통의 안정적인 운용에 지장을 줄 뿐만 아니라 전원의 경제 운용이나 전력 거래의 경제적 메리트 저하로 이어진다. 때문에 전력 네트워크 운용자는 혼잡 발생 시 수급 조정이나 계통 제어로 송전전력을 제어해 혼잡을 해소하고, 항상 혼잡을 관리 할 필요가 있다.

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각국에서 도입되고 있는 혼잡 관리 방법은 <표 5>와 같이 '시장 베이스형 혼잡 관리 방법'과 '비(非)시장 베이스형 혼잡 관리 방법'으로 크게 나눌 수 있다. 시장 베이스형 혼잡 관리 방법은 가격 시그널을 이용하기 때문에 우수한 투명성 등의 이점은 있지만, 혼잡 비용에 대해 시장 참가자의 반응이 없으면 충분히 기능하지 않을 우려가 있다. 게다가 혼잡
요금 리스크를 헤지하기 위해 금융적 송전권이 도입된 경우, 단기적인 송전 혼잡의 시정으로 이어지기 어려운 경우도 있다. 한편 전력 네트워크 운용자의 주도로 혼잡이 해소되는 비시장 베이스형 혼잡관리 방법은 각 거래의 삭감량 산정 등이 비교적 용이한 반면, 전력 거래의 경제성 및 시장 참가자에의 투명성 확보가 뒤떨어지는 등의 결점이 있다.
혼잡 해소에 필요한 시간적인 관점에서 보면, 시장 베이스형 혼잡 관리 방법은 전날 시장 단계 등 혼잡 해소를 위한 시간적 여유를 필요로 한다. 한편, 비시장 베이스형 혼잡 관리 방법은 전력 네트워크 운용자의 지령을 바탕으로 혼잡 해소를 실시하는 TLR(Transmission Loading Relief) 등 혼잡 해소를 전력 시장에 위임하지 않기 때문에 비교적 빠른 대응이 가능하다.
참고로 유럽 국제연계선의 혼잡 관리 방법을 <그림 2>에 나타냈다. 인접한 두 국가 사이마다 여러종류의 혼잡 관리 방법이 도입되어 있으며, 특히 국제연계가 밀접한 독일 및 프랑스에서는 다른 여러개의 혼잡 관리 방법이 사용되고 있다.

마무리

각국의 전력 네트워크 액세스 상황을 ① 전원 액세스 ② 수요가 미터링 ③ 송전 가능 용량 ④ 혼잡관리의 네 가지 관점에서 소개했다. 공평한 이용과 안정 이용을 목적으로 한 전력 네트워크 액세스를 둘러싼 여러 외국의 동향은 지금도 진행 중이며, 앞으로도 그 동향을 주시해 갈 필요가 있다.