가변재생에너지와 전력망 유연성 확보유형 4단계
[일렉트릭파워 이재용 기자] 정부의 제3차 에너지기본계획을 6월 4일 심의 확정했다. 3차 에너지기본계획은 ‘에너지전환을 통한 지속가능한 성장과 국민 삶의 질 제고’를 비전으로 5대 중점 추진과제로 구성됐다.
이를 통해 재생에너지 2040년 발전비중을 30~35%로 확대했다.
하지만 재생에너지의 확대방안에 대해 가능성과 불확실성 사이에서 이견이 엇갈린다. 기존 에너지원인 석탄과 원자력 비중을 줄이고 LNG와 재생에너지를 급격하게 늘린다는 점에서 전기료 인상 뿐만 아니라 재생에너지가 갖는 간헐성은 극복하기 어렵다는 주장이다.
강용철 연세대학교 공학연구원 연구교수는 바른 과학기술사회 실현을 위한 국민연합 주최로 열린 오픈포럼에서 ‘가변재생에너지 수용성 확대를 위한 전력망 확보 방안’에 대해 발제했다.
강용철 교수는 “태양광과 풍력은 ESS가 자동적으로 붙어있는 발전원으로 운전을 어떻게 하는지가 관건이고 전력망에 유연성을 제공할 수 있다”고 설명했다.
특히 재생에너지를 통해 연간 수입되는 연료비를 절감할 수 있을 뿐 아니라 탄소배출권도 절감된다고 주장했다.
에너지 수입비용 및 탄소배출 절감
재생에너지 중에서 VRE(가변재생에너지)가 차지하는 비중이 높으면 높을수록 전력망 운영은 어려워진다.
우리나라는 2030년까지 전기에너지의 20%를 재생에너지로 공급한다는 ‘재생에너지 3020’ 이행계획을 수립하고 있는 상태다. 이중 7%는 풍력이 차지하고 있으며 7%는 태양광이 차지한다. 나머지 7%는 다른 발전원으로 대체한다는 내용이다.
2030년까지 재생에너지를 이행하는데 약 90조원의 투자가 예상되며 이런 막대한 금액을 투자하면서 이득을 얻게 될 것인가에 대한 쟁점이 학계에서는 논의되고 있다.
강용철 교수는 “2015년 우리나라의 에너지 밸런스 플로우를 살펴보면 에너지원 수입의존도가 95%에 달하며 102조원 가량이 소요됐다”며 “이들 에너지원은 1차 에너지인 석유나 LNG, 유연탄, 원자력 등의 최종에너지로 전환하게 되고, 이런 전환과정에서 손실은 약 25%를 차지했다”고 설명했다.
전체 에너지원이 100이라고 가정할 때 1/4은 전환손실에 해당하며, 주된 요인이 전기라고 말했다.
강 교수는 “5년간 평균 에너지 수입비용은 연간 144조원에 달하며, 5년간 평균 전기에너지 수입비용은 47조원에 달한다”며 “2030년에 3020 재생에너지 계획을 달성하게 되면 연간 10조원의 에너지 수입비용과 1조3,000억원의 탄소배출 절감을 이루게 된다”고 설명했다.
WEC가 2016년에 발표한 세계 주요국의 전력량과 VRE 비율을 살펴보면 우리나라는 세계 9위로 피크전력이 높은 국가로 나타났다.
재생에너지의 비율은 세계 평균 23% 가량을 차지하고 있다. 중국이 25%, 미국은 13%, 일본이 15%를 차지한 반면, 우리나라는 약 3%로 미미한 수준을 나타냈다.
재생에너지··· 전력망 유연성에 영향 낮아
IEA에서는 재생에너지의 증가에 따른 전력망 유연성 확보 유형을 크게 VRE 비중이 매우 작아 전력망 운영에 거의 영향을 주지 않는 1단계에서부터 전력망 안정성이 가장 이슈가 되는 4단계로 나눠 설명했다.
강용철 교수는 “Phase1 단계는 VRE 비중이 매우 작아 전력망 운영에 거의 영향을 주지 않으며, PhaseII 단계에서 VRE 변동성·불확실성이 계통운영에 영향을 주기 시작해 VRE 예측이 이슈가 된다”고 설명했다.
IEA는 PhaseIII 단계가 되면 VRE의 변동성·불확실성을 감당할 수 있는 전력망의 유연성 확보가 이슈가 될 것으로 분류했으며, PhaseIV 단계에서는 전력망의 안정성이 이슈가 되며 VRE가 부하의 100%를 담당하는 기간이 발생한다고 분류했다. 우리나라는 2015년 PhaseI 단계에서 2040년에 PhaseIII~PhaseIV가 될 것이라는 게 강 교수의 설명이다.
또 풍력발전시스템 환경측면에서도 국내 풍황자원이 높지 않아 발전원으로 적합하지 않다는 주장에는 오류가 있음을 지적했다.
강 교수는 “우리나라는 풍속이 클래스 3~4에 해당하는데 전계 풍력발전시스템의 1/3을 차지하고 있는 중국은 풍력발전시스템 60%가 우리나라와 동일한 윈드클래스 3~4에 해당한다”며 “세계 풍력발전시스템 세계 4위국인 인도의 풍속은 오히려 우리나라보다 더 낮다”고 설명했다.
이어 “우리나라는 예비력 시장이 에너지시장에 비해 상당히 저평가 돼 있다. 플렉스빌리티를 제공할 수 있는 많은 여러 요소들이 있음에도 불구하고 이들에 대한 비용정산을 제대로 해준다면 상당히 많은 플렉스빌리티가 공급될 것”이라며 “그렇게 되면 재생에너지 수용률을 많이 높여도 괜찮을 수 있다”고 설명했다.
재생에너지 간헐성 및 한계 고려해야
강용철 교수의 발제에 이어 지정토론에는 ▲온기운 숭실대학교 경제학과 교수 ▲전영환 홍익대학교 공과대학 전자전기공학부 교수 ▲홍권표 한국신재생에너지협회 상근부회장이 참여했다.
온기운 교수는 정부가 발표한 에너지기본계획인 2040년 재생에너지 30~35 목표에 대해 목표달성이 가능한가, 속도문제와 재생에너지가 갖고 있는 한계성에 대해 고려해 봐야 할 것이라고 지적했다.
온기운 교수는 “입지상황을 놓고 보면 태양광은 우리나라가 절대적인 설치면적이 세계 10위다. 산림을 제외한 다른 면적당 태양광 누적설치비용을 보면 일본 다음으로 높고 중국보다 4배 높은 것으로 나타났다”며 “때문에 상당히 밀집도가 높아진 상태다. 지금보다 더 늘리게 된다면 과연 면적이 있는 것인가”에 대해 짚었다.
또 발전설비 확충에 따른 비용에 대해서도 지적했다.
온 교수는 “160GWh 태양광 패널을 설치하는데 드는 비용은 약 320조원이 필요하다. 문제는 태양광의 패널수명이 20년인데 원전이 평균 60년이라면, 태양광 패널 교체비용 뿐만 아니라 컨버터 수명제약 등 관리비용이 발생하게 될 것”이라고 지적했다.
이어 재생에너지는 결국 REC를 보전해줘야 한다는 점에서 전기료 인상으로 이어질 것은 당연하다고 말했다.
홍권표 한국신재생에너지협회 상근부회장은 “세계적으로 에너지에 대한 기준이 달라졌다. 파리협정 이전과 이후로 나눠 에너지 분야에서의 기준은 우리나라가 마음대로 할 수 있는 것이 아닌 환경급전으로 바꿨다”며 “파리협정 이후로 에너지 분야는 석탄화력의 퇴출과 가스나 원자력은 선택이 됐다. 그 나라의 상황에 따라 선택적으로 할 수 있도록 한 것이 가스와 원자력”이라고 말했다.
