자원 고갈, 생태계 파괴 등의 환경문제는 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있다. 거의 모든 산업에서 ‘환경문제’는 선택이 아닌 ‘필수’ 고려 사항이 되었으며, 이에 따라 ‘녹색성장’은 산업 성장의 키워드로 제시되고 있다.

이에는 전력 산업도 예외가 아니어서 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지원의 비중이 꾸준히 증가하고 에너지 효율 개선 노력이 계속되고 있다.

현재 CO2와 같은 온실가스의 증가는 기후변화의 주된 원인으로 지목되고 있다. Sterm 보고서는 “만약 아무런 대처를 하지 않는다면 기후변화에 따른 손실은 매년 전 세계 GDP의 5%~20%에 달할 것이며, 이는 GDP의 단 1%를 투자함으로써 대처할 수 있다”며 기후변화 문제에 대한 적극적인 노력을 촉구하고 있다.

우리나라도 이러한 추세가 지속된다면 2100년 즈음에는 경제적으로 약 58조원에서 328조원까지 GDP 손실이 있을 것으로 예상되고 있고, 선진국들은 이미 이같은 문제의 해결을 위해 노력하고 있다. 영국의 경우 2050년까지 1990년 대비 80%, 독일은 2012년까지 1990년 대비 60~80%, 미국은 2050년까지 2005년 배출량의 70% 정도를 줄이는 것을 목표로 하고 있다.


▲ 유연성으로 가변성 보상

주지하다시피 산업 활동으로 발생되는 전체 CO2중 절반에 가까운 양이 바로 전력 산업에서 발생하고 있으며, 신재생에너지를 이용한 발전은 CO2 배출을 줄이는 주요 수단으로 활용할 수 있다.

에너지기술전망(ETP) 2008에서 2050년 CO2 농도를 450PPM으로 유지하는데 신재생에너지 분야가 21% 기여할 수 있다고 예상하고 있다. 에너지 구성에서 신재생에너지의 비율을 증가시키는 것은 인위적인 CO2 방출을 경감시키고, 에너지 생산에 따른 해로운 환경 영향을 감소시키는데 중요한 요소로 작용할 수 있는 것이다.

하지만 기존의 석탄, 기름, 우라늄과 같은 원료를 이용한 발전이 제어 가능한 반면 신재생에너지원의 경우 풍력, 태양력, 조력, 파력과 같이 자연 환경에 의존하기 때문에 출력의 제어와 예측이 쉽지 않다는 단점이 있다. 따라서 이러한 가변성, 간헐성은 전력계통의 안정적인 운영을 저해하는 요소가 되어 대규모 신재생에너지 단지의 전력시스템 연계를 제한하게 된다.

그렇다면 이에 대한 해결책은 없는 것일까.

신재생에너지원을 이용한 발전방식의 가변성을 전력시스템 관점에서 유연성(Flexibility)으로 보상한다면 문제의 해결이 가능하게 된다. 전력시스템은 전력 생산, 부하 관리, 계통 연계, 전력 저장 등을 이용하여 그 유연성을 개선할 수 있으며, 대규모 신재생에너지원의 전력시스템 연계가 가능하게 되는 것이다.

유연한 전력시스템은 공급과 수요의 큰 변동이 발생하였을 때 신속하고, 신뢰성 있게 응답할 수 있는 시스템이다. 부하 측에서의 변동을 처리하기 위해 이미 모든 전력시스템이 경제적이고 신뢰성 있는 계통운영을 위한 최소 기준 이상의 부하 변동에 대비한 유연성을 가지고 있다.

현재 대량의 신재생에너지원 투입시 부하 변동에 대비한 유연성 이상을 요구하게 되어 안정적인 계통 운영이 어렵게 된다. 부하의 변동 규모에 따라 발전 출력이 변하게 되는 것이 일반적이지만, 신재생에너지원의 투입은 공급자의 측면에서 가변성을 증가시키는 것이기 때문에 계통의 유연성을 증가시키기 위한 추가적인 방법이 필요한 것이다.

다양한 발전원, 그리고 서로 다른 넓은 지역에 분포하는 많은 수의 신재생발전원 출력을 합친 통합된 출력은 개별 발전기들의 출력에 비해 일정하게 된다. 따라서 발전원들이 충분한 용량을 가지고 제어 가능한 송전선에 연결되었을 때 이러한 평활 효과의 장점을 이용할 수 있고, 이를 통해 추가적인 계통 유연성의 필요성을 감소시킬 수 있다.


▲ 유연성 증가 다양한 측면서 가능

전력시스템 공급측면에서 유연성을 증가시키는 중요한 요소들로는 신속 기동이 가능한 발전기들, 다른 전력 계통과의 연계, 그리고 에너지 저장설비 등이 있다. 수요 측면에서도 전력계통의 유연성을 증가시키는 방법은 찾을 수 있다. 전력 공급의 변동에 맞춰 수요 변화의 형태를 변화시킬 수 있는는 것이다. 이와 관련 현재 연구가 활발히 진행 중이지만 아직은 개발이 미진한 상태다.

이처럼 계통의 설비를 이용하는 방법뿐만 아니라 전력시장을 통한 방법을 통해 전력시스템의 유연성을 증가시키는 것이 가변 신재생에너지원의 잠재력을 증대시키는데 있어 중요하다. 전력시장이 활성화 된 나라의 경우, 전력 거래가 전형적인 장기 쌍방계약에 비해 현물 시장을 통하여 훨씬 짧은 시간 간격으로 거래가 이루어진다. 그리고 시장에서 더 짧은 거래 종료시간은 변동하는 공급과 수요에 더욱 빠르게 반응할 수 있도록 해준다. 전력거래에 있어 유연성을 증가시키는 방법은 공급과 수요 양쪽 측면에서 예측 오류에 대한 영항을 감소시켜 현재의 유연성 자원에 대한 접근성을 향상시키는 것이다. 이를 통해 신속한 응답이 가능한 발전기를 추가하고, 계통을 연계하며, 저장장치를 설치하는 등의 비용을 줄일 수 있다.

OECD 국가들의 현 송전망의 대부분은 이미 지난 세기 중반에 건설된 것이 대부분이기에 새로운 투자가 필요한 시점이며, 이는 송전망을 향상시킬 수 있는 매우 드문 기회이다. 2006 세계 에너지 전망(World Energy Outlook 2006)은 2030년까지 송전과 배전 네트워크 부분에서 약 6조달러 이상의 투자가 필요할 것으로 예상하고 있다. 일관성 있게 계획된다면, 송전망의 재구성은 가변 신재생에너지원뿐만 아니라 전체 전력계통에 이익을 가져다 줄 수 있을 것으로 예상되고 있다.

송전망의 재구성에는 현재 용량 사용의 최적화, 지능형 계통 운영, 새로운 송전 기술 등이 필요하다. 단순히 송전 계통을 보완하는 것은 바람직하지 않은 방법이다. 따라서 녹색성장이라는 세계적인 추세에 따른 추가적인 가변 신재생에너지원의 전력시스템 연계와 에너지효율 개선이라는 변화는 전력시스템의 유연한 변화에 좌우되며, 이를 위한 송전망의 재구성을 포함한 유연한 전력시스템 개발을 위한 연구와 투자가 요구된다고 하겠다.