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재생 에너지 도입 확대의 관건, 바로 화력발전?신 재생 에너지 특집 - 연재 기사 제 3회
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2018.09.10 21:52
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재생 에너지는 친환경적이지만 계절이나 날씨의 변화에 의해 출력이 바뀔 수 있어 불안정하다.
이 과제를 해결하고 재생 에너지의 도입을 더욱 확대하기 위해서는 변동을 제어할 수 있는 ‘조정 능력’이 필요하다 . 이번 연재에서는 이러한 조정 능력과 이 능력을 갖추기 위해 필요한 화력발전은 재생 에너지 확대와 어떤 관계가 있는지 파헤쳐 보았다.

 

재생 에너지의 변화를 제어하는 방법
 

이번 연재의 주제인 ‘조정 능력’은 재생 에너지의 도입 확대를 위한 중요한 요소다. 전기는 수요와 공급의 균형이 무너지면, 즉 조정 능력이 없으면 정전으로 이어질 수 있기 때문이다. 그런데 날씨 등에 따라 발전량이 크게 좌우되는 태양광 발전이나 풍력 발전 등 재생 에너지 유래의 전기는 수급 균형을 제어하기가 어렵다.

따라서 이를 제어하기 위해서는 안정적으로 발전할 수 있는 전원(발전하는 방법)을 별도로 마련해 두고, 재생에너지 유래의 전기 출력이 보조하는 방식으로 균형을 조절해야 한다. 여기서 별도로 마련해야 하는 안정적 발전 방식이 바로 화력 발전이다. 화력 발전은 연료의 투입량을 변화시킴으로써 출력을 제어할 수 있기 때문이다.

[그림 1] 전력 수요와 발전량의 이미지

즉 화력 발전의 경우 날씨 등의 요인에 의해 변수가 발생하는 태양광 발전이나 풍력 발전과 달리 상황에 따라 자유롭게 조절이 가능하다. 그러므로 재생 에너지 유래의 전력이 계획대로 공급되지 못할 경우 화력 발전의 출력을 증가시킴으로써 수급의 균형을 조정할 수 있는 것이다. 이렇게 제어 가능한 발전 방식과 변수가 많은 발전 방식의 보완 관계를 통해 조정 능력을 확보할 수 있다.

화력 발전은 지금까지 전력의 주요 공급원으로서 중요한 역할을 해 왔다. 화력 발전소는 출력을 제어함으로써 공급을 조절할 수 있다는 가장 큰 장점이 있기 때문이다. 현재는 재생 에너지의 도입이 진행될수록 그 변동을 제어하고 수급 균형을 조정하기 위한 조정 능력이 더욱 중요해지고 있다. 이러한 상황에서 기술적인 측면에서 축전지를 이용하여 조정 능력을 활용하는 방법도 기대되지만, 현재로서는 화력 발전을 이용해 전력을 안정적으로 공급하는 것이 중요한 대안으로 여겨지고 있다.

[그림 2] 조정력 적정과 한계 비용

화력발전의 감소와 그 이유 - 가동률의 저하 예상

한편으로는 화력 발전이 쇠퇴되고 있다는 지적도 있다. 그것은 화력 발전소 건설 시 막대한 비용과 일정 기간의 리드타임(건설에서 운영까지의 시간)이 필요하기 때문이다. 따라서 화력발전소 건설 후 오랜 기간에 걸쳐 조금씩 투자금을 회수해야 한다. 결국 장기적으로 투자금 회수가 확보되지 않으면 투자를 단행하기 어려워진다.

기존(전력 소매 자유화 이전)에는 발전소 건설에 필요한 투자비를 기반으로 전기 요금을 결정하는 ‘총괄 원가 방식'으로 인해 요금을 안정적으로 회수할 수 있었다. 그런데 현재로서는 전력 소매의 전면 자유화에 따라 사업자간 경쟁이 활발해졌다. 이에 전기의 소비자가는 소매 사업자 간의 경쟁에 의해 정해지게 되었으며, 소매 사업자는 더 싼 전원을 조달하려고 경쟁하게 되었다. 이러한 상황 때문에 소매 사업자가 결정하는 가격에 의해 도매 전력 가격도 변화하고 있다. 결국 발전소 건설시 투자한 금액을 어떻게 회수할 수 있을지 정확히 예측하기 어려워졌다. 게다가 재생 가능 에너지의 도입 확대에 따라 화력 발전의 가동률 자체도 저하될 것이라는 전망이 보이면서 상황은 더욱 악화되었다.

예를 들어 전력 수요가 낮음은 상황에서 재생 에너지 유래의 전력이 많이 발전될 것으로 예상되는 경우, 수급의 균형을 맞추기 위해 출력을 억제해야 한다. 이때 억제하는 전원의 순서는 ‘우선 공급 규칙’으로 정해져 있는데, 이는 재생 에너지 유래의 전력보다 화력 발전을 먼저 억제하는 것으로 되어 있다 .

[그림 2] 영국의 발전소 설비 이용률의 현황과 전망(출처: 해외 전력 조사회 ‘해외 전기 사업 통계 2015')

이 규칙에 의해 화력 발전소의 설비 가동률이 저하될 수 있는 것이다. 향후 설비 가동률 하락이 예상되는 경우, 발전소에 투자한 금액의 회수 가능성 전망에도 영향을 미칠 수밖에 없다. 실제로 영구에서는 재생 에너지의 도입이 진행됨에 따라 가스 화력(GTCC)의 가동률은 크게 감소한 것으로 나타났다(아래 그래프 참고). 이에 일본도 같은 길을 걷게 될 것이라는 예측이 나오고 있다. 이와 같이 전력 소매 자유화와 재생 가능 에너지의 도입으로 화력 발전의 설비 투자 비용 회수가 점차 어려워질 것으로 예상된다. 이로 인해 화력 발전소에 대한 투자가 줄어들 것이라는 우려가 나오는 것이다. 게다가 화력 발전소는 노후화하면 고장이 잦아진다. 추가 투자에 의한 보수와 재건축이 없으면 폐쇄될 수밖에 없다.

이에 사업자가 화력 발전소를 신설 또는 재건축할 의사가 없는 경우 향후 화력 발전은 더욱 감소하게 될 것이다.

 

화력에 투자하지 않으면 어떻게 될까?
 

재생 에너지 도입 확대의 관건인 조정 능력을 좌우하는 화력 발전. 이러한 화력 발전소가 신설 또는 재 건축을 하지 않고 기존 발전소도 폐쇄된다면 어떤 문제가 발생할까? 상황은 다소 심각하다. 먼저 첫 번째 문제로는 전기요금의 상승이다. 중장기적으로 수요에 비해 공급이 부족하면 전기 요금이 오를 가능성이 높기 때문이다 .

두 번째는 재생 에너지 도입의 감소다. 화력 발전이 재생 에너지의 조정 능력을 보완하는 큰 역할을 하고 있기 때문에 화력 발전의 쇠퇴로 조정 능력을 확보하지 못한다면 재생 에너지의 도입 확대에 제동이 걸릴 수 있다. 재생 에너지의 도입을 위해 화력 발전소 건설을 확대하는 것은 모순처럼 보일 수 있으나, 그 배경에는 이러한 사정이 있는 것이다.

게다가 대규모의 전원을 건설하기 위해서는 일정한 기간이 필요하다. 실제로 화력 발전소의 건설 계획 수립에서 시운전까지 평균적으로 약 10년이 걸린다. 따라서 앞으로도 조정 능력과 공급 능력을 유지할 수 있도록 전원 투자를 촉진하는 대책을 세울 필요가 있다. 그래서 검토되고 있는 것이 전원이 가진 가치를 확보하고 그 가치에 맞게 거래할 수 있는 시장을 창출하는 것이다.

현재의 전력 시장인 '일본 도매 전력 거래소'는 실제로 발전된 전기의 양(kWh 가치)에 따라 전기를 거래하고 있다. 이 시장에서는 화력 발전에 의한 전력도 그 가치를 인정 받을 수 있다. 가동률이 낮은 화력 발전이라도 필요할 때 발전할 수 있는 능력과 수급 균형을 조정하는 능력을 가지고 있어, 전력 시스템 전체에서 정전 없이 전기를 공급하는데 중요한 역할을 하고 있기 때문이다. 즉 일본 도매 전력 거래소에서는 이러한 관점에서 전원을 평가하고 그 가치에 대해 적절한 대가를 얻을 수 있도록 함으로써 화력 발전에 대한 투자금을 쉽게 모을 수 있도록 하는 정책이 진행되고 있다.

따라서 가동률은 낮지만 조정 능력으로서 중요한 역할을 하는 화력 발전 설비 투자 비용을 안정적으로 회수할 수 있다.

 

조정력을 확보하기 위한 대책

① ‘필요할 때 발전할 수 있는 능력’과 ‘용량 시장’
이처럼 필요할 때 발전할 수 있는 능력을 kW 가치의 용량으로 평가하고 거래하는 시장을 용량 시장이라 한다.

이 시장은 필요할 때 발전할 수 있는 능력이 있으면 연중 가동률에 상관 없이 용량으로 대가가 지급된다. 수요가 최대가 된 경우에도 충분히 충당할 수 있는 양을 미리 확보함으로써 정전이나 도매 전력 가격의 상승이 일어나지 않도록 하는 것이 이 시장의 목적이다.

이 구조라면 재생 에너지 유래의 전력 조정을 위해 화력 발전소가 풀 가동하지 않아도 화력 발전소를 가지고 있는 것 자체가 필요할 때 발전할 수 있는 능력으로 평가되어 수익을 얻을 수 있다. 이에 이 원리를 이용한다면 화력 발전소를 신설하는 경우에도 도움이 된다. 용량(공급력)이 가지는 kW 가치를 미리 거래하는 용량 시장을 통해 지속적인 투자 비용을 회수할 수 있기 때문이다. 해외에서는 이미 유사한 제도를 도입한 나라도 있다.

② 조정 능력 공모와 수급 조정 시장

또 하나의 수급 균형을 조정하는 능력(조정 능력)은 ΔkW(델타 키로와트)의 가치라고 한다. 이를 거래하는 '수급 조정 시장'의 설립도 검토되고 있다. 시장 창설에 앞서 공모에 의해 조정 능력을 조달하는 구조가 2016년부터 실시되고 있다. 일반 송배전 사업자는 조정 능력이 있는 전원을 보유한 사업자로부터 조정 능력을 공모한다.

낙찰된 조정 능력이 있는 전원의 소유주는 전력 수급의 균형이 필요할 때, 일반 송배전 사업자의 지령에 따라 출력을 변화시키면서 전력을 공급한다. 이를 이용해 해외의 선행 사례 등을 참고하여 2020년을 목표로 유연한 조정 능력의 조달과 거래가 가능한 '수급 조정 시장'을 창설할 계획이다. 이처럼 일본에서는 조정 능력을 확보에 기여하는 화력 발전을 보호하면서도, 화력 발전의 쇠퇴라는 만약을 대비한 여러 대책을 마련해 둠으로써 재생 에너지 도입 확대를 위한 다각적 노력을 기울이고 있다.

우리나라 역시 일본처럼 에너지 자원의 해외 의존도가 높은데다 향후 환경에 대한 세계적 규제 강화가 예상되는 만큼, 재생 에너지 확대를 위한 다양한 전략이 필요한 시점이다.

 

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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