[에너지현장] 에너지전환시대 전력산업 위기와 기회
2019-01-01

2040년 태양광 6배, 풍력 2배 성장 예상돼
효율 극대화 및 수요 중심 서비스 중시해야
에너지전환시대 전력산업 위기와 기회

최근 국내외를 막론하고 에너지전환이란 거대 흐름으로 중앙집중식 공급구조가 분산형 구조로 전환되고 있다. 또한 석탄화력과 원자력, 석유와 천연가스를 발전원으로 사용해 온 전력산업은 태양광과 풍력, ESS(에너지저장장치)와 스마트기술이 그 자리를 빠르게 대체해 나가고 있다. 이런 가운데 산업교육연구소가 지난 12월 17일에 포스코P&S타워에서 <에너지전환시대 전력산업 위기와 기회> 세미나를 개최해 에너지전환이란 변화의 실체와 전력산업의 주요 신사업을 살펴보는 자리를 마련했다.

글 사진 김경한 기자 | 자료제공 산업교육연구소

이번 세미나에는 전력계통과 수급계획의 전문가로서 에너지전환에 따른 기술적 쟁점을 소개한 옥기열 한국전력거래소 계통개발팀장을 비롯해, 「에너지전환 전력산업의 미래」의 역자이자 에너지전환 전문가인 김선교 한국과학기술기획평가원 부연구위원, 전력 신산업 개발과 제도설계 작업을 주도하고 있는 안병진 한국전력거래소 신시장개발팀장이 강연자로 나섰다.

강연자들은 전기업계 종사자들이 향후 예견되는 위기에 대비하고, 앞으로 분산형 전원의 확대와 에너지 프로슈머의 등장, 4차 산업혁명 기술을 바탕으로 한 스마트그리드의 진화에 주목할 것을 역설했다.

주파수 및 전압 제어불능 대비해야
한국전력거래소의 옥기열 계통개발팀장은 에너지전환 시대를 맞아 전력계통의 변화에 따라 기술적 장애요인이 등장할 것임을 언급했다.

전력계통의 변화에 따른 기술적 이슈는 ▲계통 영향 거의 없음 ▲가시성(Visibility) 이슈 ▲유연성(Flexibility) 이슈 ▲안정도(Stability) 이슈 등 크게 4단계로 진행된다. 2단계(가시성)에는 시장 미참여자나 일반용(상계), 자가용의 관리근거가 미비해 사각지대가 발생한다. 3단계(유연성)에는 기상급변에 따른 재생에너지의 출력급변과 같은 문제가 일어나게 된다. 4단계(안정도)에는 DC 계통의 확산으로 인해 주파수 및 전압의 제어가 어려워지게 된다.

 옥기열 한국전력거래소 계통개발팀장은“에너지전환으로 인해 주파수와 전압의 제어에 상당한 어려움이 예상된다”며, “이에 대한 대비책을 마련해 놔야 한다”고 주장했다.

옥기열 팀장은 이중에서 주파수 및 전압 이슈를 가장 큰 우려요소로 언급했다. 그는 “에너지전환으로 향후 DC 계통이 많이 진전될 것이나, 국내 전력부하의 대부분이 AC를 쓰고 있으므로 AC 계통은 유지될 것”으로 전망했다. 여기서 주목할 것은 DC 계통의 확산범위는 불분명하지만, 어떻게든 이뤄질 DC 계통으로 인한 주파수 및 전압 제어 문제이다. AC의 원천은 동기발전기이며, 동기발전기는 관성에너지의 급변을 막아주는 역할을 한다. 그런데 AC를 DC로 바꾸게 되면 뿌리가 사라지며, 이는 곧 동기발전기가 없어져 주파수가 떨어질 때 수직 낙하하는 현상을 막을 수 없게 되는 것을 의미한다. 이런 현상은 전압에도 그대로 적용돼 주파수 및 전압을 제어하는 데 어려움을 겪게 된다는 것이 옥기열 팀장의 설명이다.

옥 팀장은 “우리나라는 전력망이 고립돼 있는 계통섬인 관계로, 가시성, 유연성, 안정도 이슈가 한꺼번에 터질 우려가 있다”며 “이에 대한 대비책을 사전에 꼼꼼히 마련해 둘 필요가 있다”고 당부했다.

탈중앙 체계 하에 고객중심 서비스 중시될 것
한국기술기획평가원의 김선교 부연구위원은 ‘에너지전환과 전력산업의 미래’를 주제로 전력산업의 현황을 살펴보고, 미래의 비즈니스 모델을 소개하는 시간을 가졌다.

개도국의 재생에너지 비중은 2017년에 이미 화석연료를 능가했다. (출처 : https://www.bloomberg.com )

블룸버그가 전망한 현재와 미래의 전 세계 전원 구성을 살펴보면, 향후 재생에너지의 비중이 큰 폭으로 확대될 것임을 알 수 있다. 석탄, 원자력, 가스의 비중이 2016년에는 각각 30%, 5%, 24%였으나, 2040년에는 각각 13%, 3%, 14%로 하락할 것으로 보인다. 이와 대조적으로 태양광(소형 및 대형 포함)과 풍력은 2016년에는 각각 5%, 7%였으나, 2040년에는 32%, 14%로 확대될 것으로 예측된다. 전통적 에너지자원은 감소하지만, 태양광은 6배, 풍력은 2배 가까이 확대되는 추세를 살펴볼 때, 시간이 지날수록 재생에너지의 중요성은 더욱더 커질 것으로 보인다.

김선교 부연구위원은 “재생에너지가 확산되는 가운데, 미래의 전력산업이 탈중앙화, 통합망, 마이크로그리드, 고객 중심 서비스, 요금제도 재정비 등 산업 전반에 걸쳐 광범위한 변화가 일어날 것”이라고 분석했다. 이 내용은 에너지 이코노믹스의 창립자이자 의장인 페레이둔 P 시오산시(Fereidoon P. sioshansi)의 저서인 「에너지 전환 전력산업의 미래」를 바탕으로 한 것이다.

먼저, 김 부연구윈원은 전력산업에서 탈중앙화가 빠르게 진행될 것으로 내다봤다. 많은 소비자들이 기존 망에서의 의존도를 점차 낮추고, 잠재적으로 중앙망에서 완전히 이탈하며 탈중앙화할 것이다.

이때 중요한 형태가 통합망 모델이다. 그는 “단순히 발전용량을 빠르게 확대하는 것만으로는 전체 시스템에 기여하는 바가 크지 않다”며 “송전반이나 배전반, 보조서비스, 탄소배출 등 전체 메커니즘의 효율성을 함께 고려하는 통합망의 구축이 필요하다”고 주장했다. 이를 위해선 “단순히 용량적인 측면만을 강조하는 현재의 시각을 하루빨리 바꿔야 한다”고 지적했다.

다음으로, 지역적으로 제어하는 전력시스템인 마이크로그리드의 확산이다. 하지만 마이크로그리드는 크기에 대한 기준이 명확하지 않다. 대학 캠퍼스처럼 분리 가능한 대규모 시스템이 정의에 따라 마이크로그리드가 될 수 있고, 섬처럼 분리·연결 가능한 단일 건물도 포함될 수 있다. 마이크로그리드의 구축이 중요한 이유는 크기나 그에 따른 비용보다 효용가치에 있다. 그 예는 지난 동일본대지진 당시 센다이 지역의 전력 상황에서 확인가능하다. 그 시기의 엄청난 자연재해에도 불구하고 센다이 일부 지역만 이에 따른 영향을 받았을 뿐, 마이크로그리드를 구축했던 대다수 지역의 피해는 미미했다.

또한 과거와 달리 권한이 부여된 프로슈머의 요구에 부합하는 전력망 서비스인 고객 중심 서비스가 등장할 것이다. 미래에는 전력망과 고객 인터페이스가 더욱더 정교해짐에 따라 상호작용 빈도는 올라가고 온종일 수많은 조정이 필요할 수 있다. 이때 고객은 사전 서비스에 대한 우선순위 설정이나 중단 기능을 원할 것이며 가장 가치가 있는 정보를 담아낸 인터페이스를 선택할 것이다.

김선교 부연구위원은 미래에는 전력산업에서 요금제도의 재정비가 일어날 것으로 예측했다. 이에 따라 새로운 요금 체계는 고객이 갈망하는 서비스와 밀접하게 연계되도록 설계될 필요가 있다. 이런 요금제도가 미국 텍사스에선 현재 진행형이다. 텍사스는 전기차 충전용 요금제(Pollution FreeTM Electric Vehicle), 가정용 에너지사용 원격제어(iThermostat), 12개월 요금에 전력 13개월 제공(Reliant Sweet Deal Plan) 등 고객의 취향에 맞춰 28가지의 요금제 및 부가서비스를 실시하고 있다.

4차 산업혁명과 융복합되는 에너지 신산업
전력거래소의 안병진 신시장개발팀장은 ‘에너지 신산업’을 주제로 4차 산업혁명의 패러다임을 설명하고, 에너지 신산업의 주요 사업을 소개했다.

에너지 신산업은 4차 산업혁명 기술 및 에너지 신기술이 융복합된 구조로 되어 있다.

4차 산업혁명 기술은 초연결성과 초지능화로 대변되는 AICBM, 즉 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 클라우드(Cloud), 빅데이터(Big Data), 모바일(Mobile)을 일컬으며, 에너지 신기술은 환경성이 강조된 신재생, 전기차, ESS를 말한다. 이를 바탕으로 향후 DR 시장, BEMS/FEMS, V2G, AMI, 소규모 전력중개 시장, 블록체인 기술 등의 에너지 신산업이 창출될 예정이다.

첫째, DR 시장(Demand Response Market, 수요자원 거래시장)은 공급 위주의 ‘안정적 전력수급’에서 수요관리를 통한 ‘효율적인 전력수급’으로의 전환을 이룰 전망이다. DR 시장은 전기 소비자가 전기를 아낀 만큼 한국전력에 판매하고 수익을 보상받을 수 있는 시장이다. 현재의 DR 시장은 산업체 위주로, 전력량계를 통해 사전 계획에 의해 조업 일정과 대용량 전기기기를 조정하며, 금전적 인센티브를 획일적으로 제공하고 있다. 하지만 내년에 본격적으로 도입될 국민DR은 가정, 점포 등 소규모 위주로, IoT 기기 또는 AMI 등의 최신 기술을 활용하기 때문에 직접 또는 자동제어가 가능하게 되며, 요금할인이나 포인트 제공 등 다양한 보상방법을 제공하게 된다.

둘째, BEMS/FEMS를 구축해 빌딩이나 공장에서 스스로 에너지 사용량을 줄이게 된다. 이 역시 ICT 기술을 활용해 ▲ 공장설비 최적화 ▲ 에너지 분석 ▲최대 피크 관리 ▲수요 예측 ▲부하분배 등 에너지 절감을 유도한다.

셋째, V2G(Vehicle to Grid)를 구축해, 전기차 배터리의 전력피크를 효율적으로 관리하게 된다. 즉 요금이 싼 심야시간대에는 충전하고 출근 후에는 전력요금에 따라 자동으로 충전하는 시스템을 갖추며, 여름과 겨울철에는 수요감축 요청에 따라 방전해 전력을 공급할 수 있을 전망이다. 이는 자율주행차의 산업생태계를 조성하고 전기차를 대중화하는 데에도 기여할 것으로 보인다.

넷째, AMI(Ambient Intelligence) 인프라를 확충한다. AMI는 양방향 통신망을 이용해 전력사용량 및 시간대별 요금정보 등 전기사용 정보를 고객에게 제공해 자발적인 전기절약과 수요반응을 유도하는 지능형 전력계량 시스템이다. 정부는 지능형전력망(Smart Grid) 기본계획과 연계해 오는 2020년까지 AMI 구축사업을 완료할 예정이다.

다섯째, 소규모 전력중개 시장이 등장한다. 소규모 전력중개 시장은 중개사업자가 소규모자원을 모집·관리할 수 있도록 개설하는 시장이다. 여기서 중개사업자는 모집된 소규모자원에서 생산 또는 저장된 전력을 모아서 거래하는 업무를 주된 목적으로 하는 사업자이며, 소규모전력자원은 1MW 이하의 신재생에너지 설비, 전기저장장치 및 전기자동차를 일컫는다. 앞으로 자연력에 의존하는 재생에너지의 증가로 인해 계통운영의 어려움이 예상되는데, 소규모 전력중개 시장의 등장으로 간헐적이고 제어가 어려운 소규모자원의 계통 유연성을 확보하고, 소규모자원의 출력변동성에 대한 추가 예비력을 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

여섯째, 블록체인 기술의 활용도가 높아질 전망이다. 전력산업에 블록체인 기술을 적용하면 분산형 전원을 활성화할 수 있다. 과학기술정보통신부와 한국전력공사가 2017년 말에 ‘블록체인 기반 이웃간 전력거래 및 전기차 충전서비스’를 구축했으며, 현재 시범사업을 진행 중이다. 이 서비스를 통해 프로슈머는 전력을 스스로 생산하고, 남는 전기는 한전 중개를 통해 누진제 등으로 전기요금 부담이 큰 이웃에게 판매할 수 있게 된다.

안병진 전력거래소 신시장개발팀장이 미래에 등장할 에너지 신산업들을 소개하고 있다.

안병진 팀장은 이와 같은 에너지 신산업의 성공적 안착을 위한 과제로 제도개혁, 인프라 및 기술개발이 필요하다고 평가했다.

제도개혁 차원에서는 수요 측면과 발전 측면으로 나눠 생각해 볼 수 있다. 수요측면에서는 소비자의 수요반응을 유발할 수 있는 요금제도를 만들고, 규제 중심의 전력요금 및 결정 거버넌스를 유연화할 필요가 있다. 발전 측면에서는 전통전원 중심의 발전 비용 및 세제제도를 중장기적으로 개선하고, 친환경 분산형 전원의 경제성과 사회적 수용성을 제고하며, 다양한 자원과 다수의 사업자 진입을 촉진하는 유연한 전력시장 제도를 마련해야 한다.

인프라 차원에서는 ICT 기반 인프라 확충을 통해 지능형 전력망(스마트그리드) 플랫폼을 구축하고, 빅데이터나 AI 등을 활용한 실시간 통합관제시스템을 구축해야 한다.

기술개발 차원에서는 AI나 블록체인과 같은 혁신적 요소기술의 개발·실증을 통한 융합적 기술경쟁력을 확보하고, 신시장 활성화를 위한 기술규격 및 시스템을 표준화해야 한다. 

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