『에너지현장』 국내 분산에너지의 모델 해답되나

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『에너지현장』 국내 분산에너지의 모델 해답되나

2024년 1월 8일 (월) 00:00:00 | 지면 발행 ( 2024년 1월호 - 전체 보기 )

국내 분산에너지의 모델 해답되나

<국가기간 전력망확충 특별법> 제정

산업통상자원부는 지난 12월 4일 <전력 계통 혁신 대책>과 <재생에너지 정책 현황>을 발표했다. 동해안-수도권 송전선로와 서해안 송전선로 등 국가 핵심 전력망을 적기에 건설하기 위해 인허가, 보상 등의 특례를 강화하는 특별법 제정을 추진한다. 유한한 전력망을 질서 있게 활용하기 위해 계통 포화도를 고려해 발전허가 속도를 조절하고, 다양한 무탄소 전원이 안정적으로 전력을 공급할 수 있도록 에너지저장장치(ESS) 등 유연성을 제공하는 발전원에 대해 인센티브를 부여한다는 계획이다. 원전, 재생에너지 등 무탄소 전력의 공급 확대를 뒷받침하기 위해 ▲전력의 동맥이라 할 수 있는 송전선로 건설 기간을 평균 13년(345 kV 기준)에서 9.3년으로 30 % 단축하고, ▲에너지저장장치(ESS) 등 출력조절이 가능한 유연화 전원의 비중을 2036년까지 62 %로 2배 확대하면서, ▲기존계획 대비 송전선로 건설 규모를 10 % 절감하기로 하였다.

정리 편집부

자료 산업통상자원부

전세계적으로 전력계통 시스템을 둘러싼 여건이 급격하게 변화하고 있다. 탄소중립, 에너지안보 구현에 따라 무탄소전원(원전, 신재생e)이 대폭 확대되고 있다. 전기화, 첨단산업 우위선점 경쟁 등으로 전력수요도 증가하고 있다.[그림 1]

(a) 동해안-수도권 송전선로(횡축)

(b) 서해안 송전선로(종축)//[그림 1] HVDC 전력고속도로의 횡축과 종축

2024년에도 국내는 전력망 확충이 시급한 선결과제로 부각되면서 전력계통 혁신 대책을 내놓고 <국가기간 전력망확충 특별법>을 제정한다고 발표했다.[그림 2]

(a) 핵심 기간망 건설기간 30% 단축

(b) 송전선로 건설규모 10 % 절감 (분산편익)

전원과 수요를 연결하는 혈관인 전력망 확충의 중요성을 증대하고 있다. 발전·소비의 양적 확대 및 지리적 불균형은 전력망 대규모 증설을 요구되고 있다. 2050년까지 세계는 지금보다 4배의 발전량과 3배의 송전용량(Hitachi Energy)이 필요하다. 반면, 전력망 확충 지연으로 준공된 발전력의 계통의 적기 접속이 곤란해 지고 있다.

전통전원 기반 기존 시스템으로는 전력계통의 불안정성의 심화가 우려된다. 재생에너지의 변동성, 전기적 특성(직류, 회전력 미제공), 소규모 분산 등 기존 전원과 다른 특성으로 전력계통 운영상 리스크가 확대되고 있다.

국내 전력계통 현황 및 문제점

▲ 전력망 적기확충이 국가적 과제로 대두 핵심 국가 기간망(345 kV 이상) 부족으로 전력의 적기적소 공급에 한계가 있다. 동해안-수도권 송전선로 건설 지연, 호남-충청-수도권 간 연계는 송전선로 부족1) 등으로 발전력의 소비지 송전이 제한된다.

이에 반도체·바이오 등 신규 첨단산업 신규 투자 전력공급 차질도 우려된다. 건설 지연의 핵심 원인은 낮은 주민·지자체 수용성 및 갈등관리 체계의 미비이다. 전력망 건설 초기 단계부터 지연 발생, 지자체 간 갈등(수혜지↔경과지, 경과지 간)도 확대되면서 한전 단독 대응 한계 직면했다. 전력망 건설 지원제도2)는 2014년 이후로 정체되어 국민 눈높이와 괴리가 있다.

▲ 기존 전력망 계획 방식은 한계에 봉착 계통여건 고려 없는 발전-소비 입지로 지역별 계통이슈3)가 발생 중이다. 발전원(특히 재생e) 지역 편중으로 일부 지역은 계통이 불안정하다. 수도권에 데이터센터 등 대규모 수요 집중, 국가첨단전략산업단지에 공급이 곤란할 정도이다. 전력망 지속 확충은 실현 불가능하고, 기존 설비 이용에 대한 효율화 고려가 필요하다.

높은 밀집도4), 낮은 사회적 수용성 등 전력망 적기건설의 어려움에 우려가 있다. 전력망 선점5) 후 사용하지 않는 전력망 알박기로 계통 활용성이 저하됐다.

▲ 기존 계통운영 체계로는 새로운 리스크 대응 불가능 재생에너지는 국내 전력계통에 경직성·불안정성 등 새로운 도전과제를 제기했다. 재생에너지 확대로 전력계통 운영은 유연성 하락, 회복력 저하 등의 상황에 직면했다.6) 경부하기에 일부 지역제주도는 재생e 출력제어 상시화, 육지(호남)도 2023년 최초 발생 후, 태양광 2회로 확대 전망된다. 과잉발전이 이슈화되었다.

전력시장참여자7), 급전지시를 받지 않는 발전기8) 증가로 운영복잡성이 증대되고 있다. 시장운영규칙에 따라 설비용량 20 MW 미만으로 급전지시를 받지 않는 설비이다. 기존 전력계통 운영 체계는 복잡하고 급변하는 여건을 수용하는게 곤란하다. 그간 전력계통은 전력 부족 대응 중심으로 운영, 전력과잉 대응에 한계가 있다. 단기 현안 위주의 동·하계 계절별 운영방안만 직전에 수립한다. 5월 31일, 11월 15일을 기준으로 한다. 계통 안정화에 충분히 기여하지 못하고 있는 전력시장 구조이다. 급전지시를 받지 않는 자원이 많고, 유연성 자원에 대한 투자 유인이 부족하다.

국가기간 전력고속도로 횡축-종축 국가 HVDC 기간망 적기 구축

▲ 횡축 동해안 발전력을 공급하는 ‘동해안-수도권 송전선로’를 2026년 적기에 준공한다.

산업부 전담팀 가동, 인·허가 신속협의, 제도개선·자원확보 등을 병행한다.

▲ 종축 호남 발전력을 해저로 공급하는 서해안 송전선로를 본격적으로 착수한다. •서해안 HVDC TF 구성 •경과지 선정, •사업모델 개발, •기술 확보 추진한다.

<국가기간 전력망 확충 특별법> 제정을 통한 적기건설 기반을 확충한다. 국가 에너지 안보 및 첨단산업 경쟁력 확보와 직결된 핵심이다. 무탄소 전원연계, 첨단산업 전력공급 대용량·장거리 345 kV 이상 전력 설비 전력망에 대해서는 적기확충을 위한 국가 차원의 지원체계를 도입한다. 국가 차원의 지원체계 도입, 인허가 특례 및 수용성을 강화한다. 범부처 전력망위원회 신설해 입지, 갈등조정 등 수행한다. 인허가 특례사항을 대폭 확대한다.9) 국민 피해 최소화를 위한 수요자 맞춤형 보상제도10)를 도입한다는 계획이다. 건설기간 약 3~4년으로 단축하고, 전력망 확충 예측가능성을 확보한다.

지자체·주민 참여형 지역망 확충체계 도입

▲ 154 kV급 망 보강 전 과정 재설계 지자체 참여를 통해 154 kV급 이하 지역내 전력망 확충계획을 수립한다.

한전이 장기 송·변전설비 계획 초안 마련 후 지자체와 협의 절차를 마련한다. 입지선정위 역할 확대, 경과지 주민 설득, 합리적 인허가 등 책임을 강화한다.

▲ 주민 수용성 제고를 위한 제도 혁신 2014년 이후 정체된 송·변전설비 주변 지역 지원대상11), 단가 등 조정을 검토한다. 입지선정 절차 법제화, 지중화 확대, 전자파 관리체계 구축 등 추진한다.

신개념 전력망 건설 모델 도입

▲ 국가 SOC 공동건설 도로·철도·전력망에 대해 송·변전설비와 도로·철도 공동건설 선검토를 2024년 하반기까지 제도화한다. 제도화 전에도 이미 계획된 공동건설 시범사업을 추진한다. 철도는 경기 인덕원-동탄선 복선전철을 신설하고, 수도권(수원) 2028년까지 변전소를 신설한다. 도로는 경남 함안 군북-가야 국도를 신설하고, 군북-가야 송전선로를 2027년까지 건설한다.

▲ 속도 제고를 위한 송전사업자의 건설방식 다양화 송전시장 미개방 원칙하에 전력망 건설방식을 다양화한다. 송전사업자-민간 건설 부문 협력을 확대한다. 설계·시공 부문만 계약하는 현재 방식에서 설계·시공과 함께 용지확보와 인허가까지 포괄하는 턴키 계약방식의 도입을 검토한다. 수요자(발전사업자)가 필요한 전력망(공용망)을 직접 건설하는 모델도 도입할 예정이다. 예를 들어, 발전사업자 요청 시 계통접속 용량 확보를 위한 전력망 보강을 사업자의 비용 부담으로 추진하고 건설 후 한전에 소유권을 이전한다.

전력망 유한자원 시대에 맞는 새로운 질서 마련

▲ 발전·소비 시설 분산 촉진 계통포화 대응을 위한 발전허가 속도를 조절한다. 계통포화 변전소 154 kV 이상에 연계되는 송·배전망에 접속 신청하는 모든 신규 발전사업 신청에 대한 사업허가를 제한한다.[표 1]

[표 1] 계통포화 변전소 발전사업허가 변경(안)

▲ <계통특별관리지역> 지정 및 지역 맞춤형 계통 대책 마련 <계통특별관리지역> 지정 및 지역 맞춤형 대책을 마련한다. 포화 변전소 밀집, 출력제어 상시 발생 등 계통현안 발생 지역을 <계통특별관리지역>으로 지정, 맞춤형 계통혼잡 해소 대책을 마련한다. 특별법을 활용한 주요 송전선로 신속 확충, ESS 구비, 출력제어 조건부 등 유연한 허가·접속을 적용한다. 지역 계통현안 논의를 위한 중앙-지방-유관기관 에너지 거버넌스를 가동한다.[표 2]

[표 2] 지역 전력계통 협의체를 통한 계통 특별관리 대책 마련

전력계통 통합 정보시스템 2024년 하반기까지 병행한다. 제도 정보(계통특별관리지역, 재생e 계획입지 등), 입지 정보(전력망 건설정보, 신재생e, 공급여유 정보), 신청 정보(이용신청, 전력계통 영향평가)를 통합 제공한다.

▲ 유연한 발전허가 접속 계통특별관리지역의 계통여건을 반영한 맞춤형 허가를 추진한다. 시간대별 발전량 패턴을 반영한 유연한 계통연계 방법을 마련한다. ESS 연계는 발전량이 많은 시간대에 ESS를 충전, 그 외 시간에는 방전한다. 제어 조건부는 발전량이 많은 시간대에 계통연계를 차단하고, 그 외 시간에 발전한다.[그림 2]

[그림 2] 발전·수요 패턴을 활용한 유연한 접속 개념도

계통여건을 고려하는 발전-소비 입지 제도

재생e·계통 여건에 따라 탑다운(Top-Down) 방식으로 보급하는 ‘재생e 계획입지’을 추진한다.

대규모 전력소비시설의 입지가 계통에 미치는 영향을 평가하여 사업 인·허가 여부를 결정하는 ‘전력계통 영향평가’제도를 2024년 6월에 시행한다.

▲ 전력망 업그레이드 신기술 적용 기존 선로를 교체하여 용량을 높이는 공법(인클로징12)), 기설 전력망 용량확대 기술 등이다.[표 3]

[표 3] 분산e 목표 반영 전력망 계획 수립체계(안)
유연하고 안정적인 전력계통 시스템 구축

▲ 한국형 계통 운영체계 정립 계통운영 전망 고도화한다. 봄·가을철 지속 발생 전망인 <전력공급 과잉> 대응 체계를 제도화한다. •경부하기(춘·추계) 대책 수립 정례화, •하향예비력 체계 도입 및 •출력제어 운영기준 명확화한다. 중장기는 지역 단위 5년 이내, 전국단위 15년 이내로 <계통운영> 전망을 2024년부터 도입한다. 현재는 계절별 운영방안을 직전에 수립했지만 선제적 계통 예측하고 불안정 해소방안을 제시하는 방향으로 개선한다. 계통안정화 자원(NWAs13)) 체계적 확보 및 주기적 점검체계 2024년부터 구축한다.

재생e를 제어가능 자원화하는 ‘재생e 입찰제도’를 제주는 2024년 2월, 전국은 2025년부터 시행한다. 유연성 및 안정성을 제공하는 발전원에 대해 인센티브를 부여한다. 예비력을 거래하는 실시간·보조서비스시장은 제주는 2024년 2월, 전국은 2025년에, 출력제어 등 서비스를 거래하는 신보조서비스 시장은 2024년 상반기에 도입된다.

▲ 예측·대비·복구 강화를 통한 회복력 확보 피해 예측 고도화 및 사고·재난 발생시 신속복구 체계를 갖춘다. 전력설비 피해예측 기술 개발은 2024년 3월, 철탑에 실시간 자연재해 인식이 가능한 ‘AI 기술의 CCTV’ 설치는 2024년부터 시행된다. 정전 발생이 잦은 공동주택에 대해 ‘디지털 안전관리시스템’은 2025년부터 구축한다. 전력 기반시설 사이버 위협에 대한 대비태세를 정립한다. 재생e 연계 전력망에 대한 악성코드 탐지·차단 체계를 2024년 하반기 구축한다.

또한 배전망 변화(소비→발전 연계)를 고려한 전력계통 시스템을 확장한다. 기존 배전망 역할은 송전 전력의 최종 소비자 공급에 한정되었으나, 재생e가 배전망에 주로 연계됨에 따라 배전망 운영 필요성 대두(재생e 75 %가 배전망에 2023년 8월 기준으로 연계된다. 운영·계획, 지역 내 분산 자원의 예측·제어 등 배전사업자(한전)의 역할을 정립한다. 배전망 운영규칙은 24년 6월, 중장기 배전설비계획은 2025년 상반기에 수립한다는 계획이다. 전국 송전망과 지역 배전망간 관계 정립은 <분산특별법> 하위법령을 2024년 6월에 제정한다. 현재 송전망 운영자는 거래소(154 kV 이상 송전), 한전(154 kV 이하 송전 일부), 배전망은 한전이 관리하고 있으며 운영을 포함한 송전계통과의 관계는 불분명하다.

세계 각 국의 대응현황

에너지 탄소중립 구현의 핵심과제(weak link)를 전력망 리스크로 인식, 전력망 확충 및 전력시스템 혁신을 국가적 과제로 적극 추진하고 있다.

▲ 계통 인프라 확충 : 전력망 확충을 에너지안보의 핵심으로 인식하고 국가적 역량 투입 중이다. 신규 건설, 노후설비 업그레이드 등 대대적인 전력망 투자가 추진 중이다. 미국은 노후 전력망 현대화 등에 전력망 보강에 1천억 달러 투자(청정인프라 투자계획. ’21.3월)가 진행 중이다. 일본은 해저 HVDC 송전망 등에 약 7조엔 투자(광역연계계통 마스터플랜. ’23.3월)가, 독일은 재생에너지 연계 신규 송전망 43개(신규 35개 + 용량증대 8개) 확충계획이 마련되어 진행 중이다.

국가 주도의 전력망 적기건설을 위한 획기적인 제도 개선에는 ▶인허가 절차 간소화 등 전력망 관련 특례법 제정, ▶주민참여 확대 및 ▶합리적 보상, ▶지중화를 통한 수용성 향상, ▶전력망인 도로·철도 등의 공동건설 추진으로 국가자원 이용의 효율화를 위해 추진 되고 있다.

1) 호남과 타지역 북상 연결 송전선로는 2개에 불과(345 kV 신옥천-세종, 345 kV 청양-신탕정)하다.

2) 1979년 제정된 <전원개발에 관한 특례법>(현, 전원개발촉진법)과 밀양사태 계기 제정된 <송·변전설비 주변지역 지원에 관한 법률>, 2014년 이후 단편적 개정에 국한된다.

3) 호남에 원전(한빛#1~6호) 5.9 GW, 태양광 8.8 GW이며, 전국의 42 %에 해당한다.

4) 송전설비 밀집도(송전선로 길이/국토 면적. ’16년 기준): 미국 0.1597, 영국 0.0691, 한국 0.3323 등이다.

5) 발전: 이용계약 체결 후 미착공/ 수요: 사용신청 급증(데이터센터 등)에 따라 실수요자의 피해가 따른다.

6) 경직성 전원 비중 : (’22) 38.6 %(원전 29.6%, 신재생 9.0 %) (’30e) 54.0 % (’36e) 65.2 %

7) 발전사 수 : (’01년) 13개사(社) → (’22년) 5,409개사(한전PPA 포함 시 약 12만 개사)

8) 비중앙급전발전 설비 비중 : (’01년) 0.6 % → (’22년) 20.4 %

9) 기존 전촉법 15개+ 신규 17개에서 총 32개이다.

10) 토지주에 대해 조기합의 장려금(감정가+α), 보상선택제(일시 또는 분할) 등 도입한다.

11) 지원대상 확대(154 kV급 포함), 단가 조정(5년 주기), 재원 마련(지자체 매칭) 등이다.

12) 인클로징 공법 : 기설철탑 외측에 신규 철탑을 건설한 후, 기설 철탑을 철거하는 방식으로 경과지 변경 없이 지지물만 교체하므로 주민 반발이 적고 경제성이 높다.