해피레포트 - [뉴스포커스] 분산형전원-기존 전력망과 원활한 연계시스템 구축 `발등에 불`

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[뉴스포커스] 분산형전원-기존 전력망과 원활한 연계시스템 구축 `발등에 불`

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전력수요가 증가함에 따라 전력을 필요로 하는 지역에서 직접 생산해서 공급하는 분산형 전원이 각광을 받고 있다. 전력을 생산하는 발전소와 수용가 거리가 멀수록 송배전 효율이 떨어지고 투입되는 비용도 늘어나기 때문이다. 특히, 정부가 2006년 2.24%에 그친 신재생에너지 보급률을 2030년까지 11%까지 끌어올린다는 계획이어서 분산형 전원은 신재생에너지 보급 확대와 함께 주목을 받고 있다. 이에 따라 분산형 전원의 하나인 태양광발전설비는 태양광 주택 100만호 보급 사업 등 정부의 적극적인 지원에 힘입어 주위에서 쉽게 볼 수 있을 정도로 많이 보급됐다. 풍력 발전 역시 신재생에너지 중 가장 경제성이 뛰어나 많은 기업들이 적극적으로 사업에 진출하고 있다. 연료전지 분야에서는 가정용 연료전지가 수혜를 입고 있다. 가정용 연료전지에서 수소와 산소의 반응으로 발생하는 열은 보일러의 기능으로 사용하고 발생하는 전기는 사용 또는 판매 개념으로 보급이 시작되고 있다. 신재생에너지발전 분야는 세계 여러 나라들이 미래의 성장 가능성이 가장 큰 산업으로 여겨 많은 투자와 개발이 활발히 이루어지고 있다. 미국의 에너지정보기관인 EIA는 지난해 미국 신재생발전비율이 전체 발전의 15%에 도달해도 향후 20년간 전기요금 인상요인은 0.5%에 불과할 것으로 예상했다. 또 단기적으로는 공급비용이 높을 수 있으나 중장기적으로 그리드패리티(태양광·풍력 등 신재생에너지원에 의해 생산된 전력의 가격이 화석에너지로 생산된 전력의 가격과 같아지는 것)에 도달해 기존 발전설비를 대체하는 효과가 발생할 것으로 예상했다. 석유나 액화천연가스(LNG) 가격은 불안정한데 반해 신재생발전설비 공급비용은 기술개발속도에 따라 지속적으로 낮아지고 있기 때문이다. 국내에서는 2011년에 발전차액지원제도(FIT)가 종료되면 2012년부터 신재생에너지의무할당제(RPS)제도가 도입된다. 제도가 시행되면 현재 전력을 생산·판매하는 전기사업자는 의무적으로 자신이 공급하는 에너지의 일정 부분을 신재생에너지로 공급해야 하기 때문에 분산형 전원에 의해 공급되는 전력량은 늘어날 수밖에 없다. 2022년 의무적으로 도입해야 하는 신재생발전 비율(RPS비율)을 10%로 상정하고 발전을 모두 풍력발전으로 대체 한다고 가정하면 약 21GW의 풍력설비가 필요하다. 이는 2008년 태양광발전에 의해 생산된 전력의 100배에 해당하는 발전량이다. 또 열과 전기를 친환경적으로 생산해 낼 가장 효과적인 분산형전원으로 손꼽히고 있는 연료전지의 경우 RPS제도가 시행되면 가장 높은 가중치를 받을 것으로 예상되고 있다. 열병합발전까지 고려하면 분산형전원에서 생산되는 전력량은 그 규모를 파악하기 어려울 만큼 커지고 있다. 태양광·풍력·연료전지 등 신재생에너지원과 소형열병합 등 분산형전원에서 생산되는 전력량이 증가함에 따라 기존 전력망과의 원활한 연계 시스템을 구성하는 것이 핵심과제로 부상하고 있다. 전 세계 풍력발전량은 2010년부터 2020년까지 172GW에서 709GW로, 태양광은 22GW에서 160GW로 각각 증가할 것으로 전망되고 있다. 우리나라도 신재생에너지보급확대 정책 아래 신재생에너지발전을 정책적으로 장려하고 있다. 지난 2002년부터 발전차액지원제도(FIT)를 시행해오고 있으며 FIT 종료 후 신재생에너지 의무할당제(RPS)를 도입할 예정이어서 앞으로 신재생에너지발전 용량은 계속 증가할 전망이다. 이에 따라 분산형전원에서 생산되는 전력을 기존 전력망과 연계하기 위해 전력계통의 안정성을 확보하는 문제가 시급해졌다. 현재의 전력시스템은 신재생에너지에 의한 발전이 전체 발전의 20%를 넘어서면 그 기능을 유지하지 못한다는 것이 전문가들의 전언이다. 분산형전원에서 생산되는 전력은 대부분 인버터를 통해 직류에서 교류로 전환돼 기존 전력망과 연계되는데 이때 인버터에서 발생하는 고주파가 장기적으로 또는 대량으로 전력망에 유입되면 전력시스템에 문제를 발생시킨다. 또 태양광·풍력발전은 날씨에 의해 발전량이 크게 좌우될 수밖에 없어 생산되는 전력이 일정하지 못해 그 품질이 떨어져 안정한 전력공급을 유지하기가 어렵다. 특히 우리나라는 전력을 저장할 수 있는 대용량의 저장시설이 아직까지 제대로 갖춰지지 않아 전력수요에 따라 발전량을 맞춰 나가는 상황이기 때문에 신재생에너지발전은 계통연계부분에 있어서는 큰 골칫거리다. 이에 따라 우리나라도 신재생에너지 발전량이 늘어남에 따라 ‘분산형 전원 계통 연계기준’을 제정 작업이 한창이다. 분산형 전원 계통 연계기준이 법으로 제정되면 신재생에너지원에서 발생하는 직류전원이 전력계통에 유입되는 것을 방지하지 위한 분산형전원에 직류유출방지 변압기같은 보호장치를의무적으로 설치해야 한다. 이외에도 △한류리액터의 등의 시설 △계통연계용 보호장치의 시설 △재폐로시 사고 방지 △변압기 중성점의 접지 △전력품질 이상시 차단장치의 시설 등의 기술기준이 마련되고 있다. 또 효과적인 분산형발전 모델로 부상하고 있는 연료전지의 보급확대를 위한 연료전지용 LNG요금 체계 신설과 역시 경제성문제로 활성화에 애로를 겪고 있는 소형열병합발전 등을 위한 제도 개선 등도 시급한 상황이다. ◆에너지저장기술 개발 병행해야 일본의 경우 풍력발전소를 지을 때 Na-S배터리 같은 에너지저장창치를 의무적으로 도입하게 하고 있다. 불규칙한 발전에 의해 생산되는 전력 품질을 생산단계부터 높이자는 의도다. 하지만 우리나라의 분산형전원에 있어 저장시설까지 패키지화 하는 것은 보급을 장려하기에도 버거운 상황에서 경제성 때문에 실현가능성이 없다. 때문에 전문가들은 2차전지와 같은 저장장치 개발도 신재생에너지 보급과 함께 괘를 같이해야 한다고 조언한다. 현재 전력계통문제를 해결할 수 있는 대안으로 분산전원형 에너지저장장치를 활용하는 방안이 거론되고 있지만 아직 경제성 측면에서 적용이 어렵기 때문이다. 에너지저장장치는 생산된 전기에너지를 필요한 경우 사용할 수 있도록 화학에너지(축전지), 전자기적에너지 등으로 변환해 저장해 놓는 장치다. 전압이 순간적으로 떨어지는 것과 주파수의 변동을 방지해 전력품질을 높이고 정전 시 비상용 전원 등으로 활용할 수 있기 때문에 전력공급의 신뢰성을 높이고 기존 설비의 경제성을 높일 수 있는 유용한 수단이다. 또 연료비가 저렴한 원자력·석탄 등 전원의 심야 잉여전력을 저장해 발전단가가 비싼 석유·가스 등의 첨두부하용 전원 사용을 대체하는데도 기여해 발전설비의 경제적 운용에 필수적이다. 태양광·풍력발전은 자연여건에 크게 의존하고 있어 전력수요 패턴에 맞게 공급하기 어려운 것이 큰 단점으로 지적받는다. 에너지저장기술은 분산형 전원에서 생산된 전력의 저장을 통해 예측 가능한 전력공급을 가능하게 할 수 있다. 때문에 전력저장은 직접적인 경제적 효과뿐 만 아니라 계통의 신뢰성 확보, 산업의 고도화 실현, 신재생에너지 보급 촉진, 지구온난화 문제 해결 등 다양한 효과가 기대되고 있어 향후 전력사업에서 새로운 가치사슬을 창조하는 사업으로 발돋움하고 있다. 최호기자 snoop@etnews.co.kr

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