2050 탄소중립 달성을 위해서는 수요지 인근에서 에너지를 생산·소비·거래하는 분산에너지 시스템 구축이 필수적이다. 석탄·원자력 등 대규모 발전·송전 시스템을 통해 에너지를 공급하는 체계에서 태양광·풍력 위주의 시스템으로의 전환이 필요하다. 우리 정부도 제3차 에너지기본계획과 2050탄소중립 추진전략을 통해 분산형 에너지 시스템으로의 전환을 목표로 제시했다. 재생에너지와 집단에너지, 연료전지 등 분산형 전원 발전량 비중을 2040년 30%로 확대하고 재생에너지의 변동성 대응을 위한 송·배전망 확충, 자가소비 활성화 등 분산형 에너지 시스템을 확산한다는 것이다. 이런 가운데 산업통상자원부는 최근 ‘지역 주도의 분산에너지 활성화 대책’을 발표했다. <변국영 기자>

▲지역 주도 에너지 시스템 실현

맞춤형 마이크로그리드 실증이 이뤄진다. 기초지자체 단위 에너지 자립률, 신재생 설비 보급현황 등 지역차원의 에너지 역량이 상이한 상황으로 기초지자체는 주민과 가장 가까운 행정구역인 만큼 이를 활용한 분산에너지 활성화는 보다 직접적인 효과를 창출할 수 있다.

마을단위의 다양한 분산전원을 연결한 개방형 전력플랫폼을 개발·운영해 마을별 다양한 상향식 분산에너지 시스템을 구축한다. 농촌형·도시형·도서형 등 맞춤형 마이크로그리드 추진, 개방형 전력플랫폼 운영, 지역단체를 통한 실증사업 컨설팅·운영 등이 추진된다. 마을 내 AMI·태양광 보급, 농촌의 바이오가스 발전 활용, 마을단위 내 전력 생산자·소비자·서비스 제공자간 전력거래 및 새로운 전력서비스 실증 추진이 이뤄진다.

지역의 에너지 역량도 강화된다. 지역 주도의 분산형 에너지 시스템 구축을 위해서는 지역의 에너지 정책 이행 역량 및 계획 역량을 강화할 필요가 있다.

지역주도의 에너지전환 및 그린뉴딜 실현을 위한 거점으로서의 지역에너지 센터를 설립·운영하고 지역에너지계획 고도화를 지원할 방침이다. 지역에너지 센터에 중앙정부‧지자체의 에너지사업을 위탁하고 정책‧사업 기획, 홍보‧교육, 지방정부 및 지역기관과 네트워크 구축 등을 지원한다. 지역에너지계획 고도화를 위해 17개 광역지자체의 지역에너지 계획의 내실화를 위한 이행평가·환류체계를 구축하게 된다.

분산에너지 특구 지정을 통한 성공사례를 창출할 예정이다. 전력계통 안정성 확보를 위한 혁신기술 실증이 필요하나 스마트그리드 실증단지, 규제자유특구 등 특구관련 사업으로는 한계가 있다. 스마트그리드 실증단지 등은 전력요금제 등 제도적 한계로 기술 검증이 미비했고 그 외에도 보급을 중심으로 하는 등 전력계통 안정화 문제 해소 등 실증은 부족했다.

분산에너지 비중이 높아 통합 관리 필요성이 높은 지역을 ‘분산에너지 특구’로 지정해 통합발전소·배전망운영자제도 등을 실증한다는 것이다. 분산에너지 특구 지정을 통한 시범사업 활성화를 유도하기 위해 전력거래 특례, 권한이양 등 인센티브 지원도 검토하고 있다.

▲분산형 에너지 인프라 구축

계통안정화 ESS를 구축한다. 태양광·풍력 등 변동성 재생에너지 증가는 계통 내 안정성 저하로 인한 주파수 급변동, 출력제어 증가를 초래할 우려가 있다. 이에 실시간 충·방전이 가능한 ESS를 구축해 주파수 변동성 완화 및 재생에너지 출력 안정화를 유도할 필요가 있다.

공공 ESS 구축을 통한 재생에너지 계통수용 능력을 확대키로 했다. 재생에너지 비중이 높은 제주도에서 2021년부터 먼저 추진된다. 재생에너지 150MW 추가 수용이 가능한 계통안정화 ESS 23MWh 구축한다. 김제발전소, 울산발전소에 설치된 ESS를 서제주 발전소로 이설할 계획이다.

재생에너지 통합관제시스템을 구축한다. 빠르게 증가하는 신재생에너지의 특성을 반영한 송·배전망 운영 체계를 구축할 필요가 있다. 그동안 석탄·원전 발전소는 하루 전 시장·송전망을 중심으로 관리해 발전량 계획이 어렵고 변동성이 높은 신재생에너지를 동일한 방법으로 관리하기에는 한계가 있다. 향후 실시간·보조서비스 시장 및 통합발전소 도입 시 분산에너지에 대한 제어·관리 등이 가능하도록 관련 기반을 마련해야 한다.

재생에너지 특성을 고려한 통합관제시스템을 개발·도입하고 이를 활용하기 위한 기반 인프라를 제주부터 구축키로 했다. 지역 내 재생에너지의 보급·운영 현황 파악, 계통 상황을 고려한 예측·제어 수행이 가능하게 된다. 신재생 발전기에 정보제공장치를 구축하고 자동제어가 가능한 스마트 인버터 설치를 의무화한다.

신규 유연성자원도 개발한다. 발전량 관리가 어려운 재생에너지 확대에 따라 경부하 시간대 잉여전력이 발생할 가능성이 높다. 이에 다라 출력제어 외에 새로운 해결 방안이 필요하다. 독일·덴마크 등 재생에너지 비중이 높은 국가에서는 잉여전력 문제를 해결하기 위해 전력-비전력 부문간 결합을 도입했다. 전력-비전력 부문간 결합(섹터커플링)은 최종 수요처의 전력화를 통한 공급 및 수요 부문 간 결합으로 저장 가능한 에너지(열, 수소, 운송 등)를 통해 전력 부문과 난방·가스 및 수송 등 부문을 연결하는 기술(P2X)을 포함하고 있다.

독일은 지난 20‘17년 12월 기준 5MW 이상의 P2H 플랜트 25기, 1MW 이상의 P2G 플랜트 8기가 건설돼 운영 중이다. 덴마크의 경우 지역난방 시스템이 보편적으로 보급돼 있는 상황으로 CHP와 P2H를 활용한 전기보일러 운영을 통해 전력시장 유연성을 확보하고 있다.

열 부문 전환(P2H)은 전기보일러·히트펌프 등을 활용, 재생에너지 잉여전력을 열에너지로 전환하는 것이다. 축열조에 저장 후 지역난방 사용자에게 공급하게 된다. P2H 시범사업을 제주도부터 우선 추진하고, 제도 개선 등을 통해 중장기적으로 P2H 시스템을 확대한다는 방침이다. 한전의 산업용 경부하 전력요금(60원/kWh)보다 낮은 플러스 DR요금 적용과 재생에너지 생산자와 사용자간의 직접거래 도입 등을 검토하고 있다.

수소 부문 결합(P2G)은 재생에너지 잉여 전력을 연료형태(가스)로 전환하는 것이다. 장기간·대용량·고밀도의 에너지로 저장이 가능하다. P2G 활용을 위한 기반 인프라 구축, 기술 고도화를 추진하는 동시에 P2G 특성을 고려한 제도 개선을 병행키로 했다. 제주 동복·북촌 풍력단지에 3MW급 수전해 시스템 설계 구축 및 실증 수소 600kg 및 2MWh 배터리 저장시스템 구축하고 강원 동해에 태양광 연계 2MW급 P2G 실증을 추진한다.

수송 부문 결합(V2G)은 전기차에 탑재된 배터리를 ESS처럼 활용해 전력계통에 연계하는 기술이다. 전기차는 이동하는 발전소 역할을 수행하게 된다. 단기적으로는 V2G를 선제적으로 상용화하기 위한 기술개발·실증을 추진하고 중장기적으로는 V2G 친화형 인프라를 구축한다는 것이다. 폐배터리 활용 V2G 및 ESS 융합시스템 개발과 전기차 DR 등 비즈니스 모델 실증을 추진하고 V2G 충전 인프라 보급·확산 지원 및 V2G 자원의 전력시장 참여 허용 등을 계획하고 있다.

플러스 DR은 잉여전력이 발생할 것으로 예상되는 시간에 계획한 만큼 전력을 사용하는 소비자에게 정산금을 지급하는 것이다. 이느 잉여전력 해소에 기여하게 된다. 제주부터 재생에너지 출력제어량 일부를 플러스 DR로 대체가 가능하도록 수요자원 확보 및 인센티브 체계를 마련할 방침이다. 수요 증대량과 참여율을 종합적으로 평가, 수요자원에 대해 해당시간 제주 SMP로 보상, 신재생사업자에게는 REC를 지급하게 된다.

▲재생에너지 출력 제어 최소화 방안

제주도 내 재생에너지 확대로 전력 수요가 낮은 기간에 잉여전력이 증가함에 따라 출력제어도 함께 늘어나고 있다. 계통인프라 고도화, 신규 유연성 자원 개발, 발전자원 추가 확보, HVDC 역송운전(육지-제주 #1, #2) 등으로 출력 제어를 최소화한다는 방침이다.

계통안정화 ESS 구축, 동기조상기 교체 등을 통해 계통 내 재생에너지 수용능력을 확대키로 했다. 섹터 커플링을 활용한 P2G, P2H, V2G 개발·확산 및 플러스 DR 도입으로 잉여 전력을 해소를 추진한다. 제어 비대상인 제주도청의 생활폐기물 발전, 신재생 설비를 추가 자원으로 확보해 비상 시 활용할 방침이다. 육지-제주간 #1, #2 HVDC의 역송성능 확보 및 운전을 통해 잉여전력을 육지로 전송하게 된다.

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