한전의 에너지 밸리 사업을 통한 스마트 그리드 활성화 방안

한전의 에너지 밸리 사업을 통한 스마트 그리드 활성화 방안

 한국전력공사(이하 한전)는 대한민국의 전력 공급을 책임지는 대표적인 에너지 공기업으로서, 효율은 물론이고 안정적인 전력 체계망을 구축하기 위해 노력하고 있다. 이에 더불어 최근에는 친환경적인 에너지원 보급사업을 하여, CO2 줄이기를 적극 권장하고 발 빠르게 움직이고 있다.

 그 대표적인 사업 중 하나가 바로 ‘에너지 밸리’이다. ‘에너지 밸리’는 한전에서 전라남도, 광주시, 나주시와 협력하여 나주 혁신도시와 광주광역시에 걸쳐 민간기업, 대학 및 연구기관이 참여하여 산학 협력체계를 만들고 중소기업을 유치하여 성장 시킬 수 있는 에너지 신산업 단지를 구축하는 사업이다.

 ‘에너지 밸리’ 로드맵에서 중기에는 스마트 에너지 도시(2018~20년도)를, 장기에는 글로벌 에너지 허브(2021~25년도)를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 실현하기 위해 한전은 우선 초기 단계에서 에너지 기술에 대한 실증단지를 구축하고, 시범사업을 완성한 후, 이에 대한 결과를 기반으로 스마트 에너지 도시를 건설하려는 계획을 갖고 진행해 나가고 있다. 스마트 에너지 도시를 구성하는 기술로는 ESS, 해상풍력, 전기자동차 충전 인프라 등이 있으며, 이 기술들을 구체화 시킨 후에 스마트 그리드에 적용 시키는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 실증단지에는 세부적으로 실시간 가전 전력 소모 현황을 조사할 수 있는 AMI미터기, 전력 소비 관리 시스템을 개발하고 있다. 이렇게 기술을 검증하고 도시 단위로 확대하면서, 한전의 기술을 해외로 수출, 공유하고 외국 정부나 기관과 협약을 맺고 미래 전력 산업 모델을 만드는 것이 후기 단계이다. 다음은 한전의 ‘에너지밸리 사업’의 대표적인 구성 내용이다. 아래의 전기자동차 충전 인프라, ESS, 해상풍력 기술을 세부적으로 살펴보면 다음과 같다.

[전기자동차 인프라 구축을 위한 한전의 노력]

 한전은 전기자동차 인프라 구축을 위해 지속적인 노력을 진행하고 있다. 2009년부터 대규모로 진행된 스마트 그리드 사업을 통하여 제주도를 전기자동차와 스마트 그리드에 특화된 섬으로 구축했고 확산사업을 통해서 끊임없는 발전을 해나가고 있다.

 전기자동차의 충전방식은 급속 충전방식과 완속 충전방식이 있다. 급속 충전기는 보통 직류전원(DC)을 전기자동차의 배터리에 직접 충전하며 충전 전압은 450V DC이고 충전 시간은 25분 이내로 상당히 빠르다. 하지만 제작사별로 충전기 표준이 다르기 때문에 일부 차량별로 사용 가능한 급속 충전기의 종류가 다르다. 완속 충전기는 차량내부의 충전기가 교류 전력을 직류로 변환하여 배터리를 충전 시키는 방식으로 출력 전압은 220V AC, 충전 시간은 6시간 내외이다. 급속 충전기와 달리 규격이 표준화 되어있기 때문에 차량에 관계없이 호환이 가능하다는 장점을 지니고 있다. 

 전기자동차는 충전된 전기를 저장하는 하나의 배터리로서, 유동적인 전력 사용을 가능하게 하여 전력계통에서도 중요한 역할을 하게 된다. 우리나라는 보통 출퇴근을 목적으로 자동차를 많이 사용하기 때문에 낮 시간대에는 자동차가 주차되어 있는 경우가 대부분이다. 반대로 전력의 수요의 피크 시간대는 낮이기 때문에 낮 시간에 차량에 충전되어 있는 잉여 전력을 송전한다면 고객 입장에서는 수익을 창출할 수 있고, 발전소 입장에서는 불필요한 전력 가동을 하지 않아도 되기 때문에‘WIN-WIN’이라고 볼 수 있다. 이러한 기술을 ‘V2G Technology(Vehicle to Grid)’라고 한다. 이 기술은 2017년까지 전력연구원 주관, 현대자동차, 한전 KDN을 비롯한 10개 기관이 공동으로 참여해 V2G 핵심 기술과 모델을 개발 할 예정이다. 이 기술을 통해서 전기 자동차는 ESS의 역할까지 수행하게 되는 것이다.

[주파수조정용 ESS 사업을 통한 전력체계 안정화]

 에너지저장장치(ESS)는 스마트 시티를 실현하기 위한 핵심 기술 중의 하나로, 생산된 전력을 저장하여 전력 수요가 급증하는 시간대에 전력을 사용할 수 있도록 한다. 한전은 ESS를 에너지 효율을 향상 시키고 온실가스를 감축 시킬 수 있는 신성장동력 중 하나로 보고 관련 사업을 적극적으로 추진하고 있다.

 한전은 기존 발전기가 담당하던 주파수조정(Frequency Regulation, FR) 기능을 ESS로 대체하여 전기 품질을 높이고 발전 비용을 낮추는 것에 초점을 맞추어 ESS를 활용하였다. 주파수 조정이란 전력을 안정적으로 공급하기 위해 전력수요 변동에 대비하여 발전량을 조절, 표준주파수인 60Hz로 일정하게 균형을 유지하는 것이다. 기존에는 발전기 자체적으로 출력을 조절하여 주파수 조정을 해왔지만, 전력과 ICT가 융복합된 신기술인 ESS가 FR 기능을 담당하여 전력 공급의 안정성을 강화하는 것이다.

 14년 52MW 시범 사업 성공 후, 15년에 184MW ESS를 변전소 7곳에 구축하여 세계 최대용량 FR용 ESS 236MW를 운영하게 되었다. 이를 통해 주파수 유지 및 전기품질 확보, 전력계통 효율화가 기대되며 약 350억 원의 전력 구입비 절감이 예상된다. 또한 사업 참여기업들은 이번 경험을 바탕으로 시스템 효율, 에너지 밀도 향상 등 기술적 성장을 이루었으며, FR용 ESS 사업실적을 기반으로 해외 시장에서 약 1,700억 원의 사업 수주를 달성했다. 향후‘16년 140MW,‘17년 124MW를 추가하여 총 500MW의 FR용 ESS를 구축하고, 신재생 출력 안정용 및 피크 절감용 ESS분야로 활용 범위를 넓혀 ESS산업 생태계를 조성할 계획이다.

[신재생 에너지 중 해상풍력에 집중하는 이유]

 풍력이란 11종류의 신재생 에너지원 중에서 자연적으로 부는 바람을 에너지원으로 활용하는 기술을 말한다. 풍력에 있어서 육지풍력과 해상풍력으로 나뉘게 되는데, 현재 우리나라는 해상풍력에 보다 더 집중을 하고 있다. 과연 무엇 때문에 바다에 설치하여 에너지를 얻는 것일까?

 이는 바람을 자연친화적 에너지로 배출량을 감소하는데, 육상풍력보다 확장성이 풍부하여 연관 산업을 고려하였을 때 상호효과가 크기 때문이다. 우리나라처럼 국토가 작은 국가에서 풍력발전기를 설치할 공간을 만들기는 쉬운 것만은 아니다. 이 때문에 바다 속에 기둥을 세우고 풍차를 돌리는 해상 풍력에 대한 관심이 점점 높아지고 있다. 해상풍력발전은 육상에서의 풍력발전보다 설치장소에 구애를 받지 않으면서 소음도 적다는 장점을 가지고 있다. 또한, 바람의 난류와 높이나 방향에 따른 풍속변화가 적은 것이 특징이며, 소음우려가 작기 때문에 풍력기의 고속화와 대형화가 가능해진다. 그러나 해상풍력발전에서는 기초 및 설치공사의 기술적, 경제적 과제등 해결해야 할 과제가 있기 때문에, 이에 관한 기술적인 연구가 활발하게 진행될 필요가 있다.

 한 편, 해상풍력과 관련하여 원전 2.5개 정도를 대체할 '서남해 해상풍력' 이 3월부터 공사에 들어갔다. 이 ‘서남해 해상풍력’은 한전 자회사인 한국해상풍력 주식회사엣 실증 및 시범을 하게 되고 2020년 이후 각 민간사업자와 한전 및 각 발전소가 주관하여 풍력단지를 확산시킬 계획이다. 이렇게 2010년 로드맵 발표 이후 사업자 구성을 마친 ‘서남해 해상풍력’은 2014년까지 1단계 사업을 마무리했어야 했지만, 지역주민들의 반대와 경제성 하락 등의 영향으로 다소 차질이 생겼었다. 하지만 최근 정부의 에너지신산업의 적극적인 투자로 다시 진행되고 있는 상황이다.'서남해 해상풍력' 개발사업의 로드맵은 다음과 같다.

 

 이처럼 일본 후쿠시마 원자력발전소 위기 사태로 원전의 잠재적 위험성이 우려가 커지고 있는 상황에서 위험성이 낮은 풍력 에너지에 대한 수요가 앞으로도 급증할 전망이다.

[에너지 밸리 사업의 해외 시장 성과 사례와 앞으로의 기대 효과]

 전기자동차, ESS분야, 해상풍력 등 스마트 그리드 사업에 집중하고 있는 한전의 궁극적인 목표는 대한민국 전체를 스마트 그리드 망으로 연결하는 것이다. 지금 한전은 에너지 자립 섬에서 부터 시작된 스마트 그리드망을 조금 더 넓혀서 하나의 도시로, 좀 더 넓혀서 하나의 나라로 확장하는 과정을 보고 있다. 현재는 그 과정으로 제주도에 실증사업을 진행 중이다. 뿐만 아니라 해외 사업도 활발히 진행 중이며 대표적인 사례로 15년 10월에 체결한 한전의 두바이 스마트 그리드 시범 사업 구축 계약이 있다.이번 스마트 그리드 수출 사업은 직접적으로 많은 수익을 냈던 사업은 아니었지만, 장기적으로는 UAE를 비롯한 중동 국가에서 한전의 스마트 그리드 기술력을 알리고 이를 수출할 수 있는 기반을 닦는 교두보 사업으로 볼 수 있다. 이를 시작으로 전세계적으로 스마트 그리드 구축 사업을 주도할 수 있을 것이다. 
 

 이와 같은 사업을 진행하여 신재생에너지원에 기반한 스마트 그리드를 확산시킨다면, 전력을 효율적으로 사용하고 현재 운용되고 있는 송변전 시설과 연계하여 안정적인 전력 공급에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 발전소 역시 한전과 발맞춰서 전력을 생산해내기 때문에 석탄 화력사업은 점점 비율을 낮추게 될 것이고, 아직은 효율성이 낮지만 친환경적이고 고갈되지 않는 신재생에너지원을 도입하는데 기여하게 될 것이다.