수요자원 : 아끼는 것이 최고의 발전

수요자원 : 아끼는 것이 최고의 발전

대학생신재생에너지기자단 15기 박정우

대학생신재생에너지기자단 15기 양진호

대학생신재생에너지기자단 15기 최명근

 

DR(Demand response, 수요반응자원) 이란?

 전기를 아껴 수익을 낸다. 이 말은 수요자원 거래시장을 표현한 것이다. 한마디로 ‘소비자들이 아낀 전기를 되팔 수 있는 전력거래시장’을 말한다. 공장이나 대형마트, 빌딩 등 전력을 아낄 수 있는 기관 및 일반 소비자가 기존 사용량보다 적게 전기를 쓰기로 중개업체(수요관리사업자)와 계약을 맺은 뒤 수요관리사업자가 아낀 전기를 모아 전력시장에 판매하고 수익을 나누는 방식이다.

이는 전력거래시간동안 의무적으로 감축해야 할 용량에 대하여 실시간 급전지시 이행의무를 지고 하루 전 시장에 자발적으로 입찰을 할 수 있는 자원으로, 한마디로 전력 시장에 팔 수 있도록 평상시 아낀 전기를 말한다. 그리고 이 아낀 전기를 전력시장에 판매하고 금전으로 보상받는 제도를 수요자원 거래시장이라고 한다.

 

(급전: 급전이란 전기를 공급한다는 뜻을 가지고 있다. 전기의 수요는 보통 주간과 야간, 한여름이나 한겨울과 같은 계절적 특성, 지리적 특성 등에 따라 다르므로 한국전력 및 전력거래소에서 전력수요와 사용량 등을 측정해 원활하게 전기를 공급해주는 역할을 한다.)

 

[수요자원을 포함한 발전기 배분 원리]

출처: KPX(전력거래소)

 

 수요자원을 이해하기 위해서는 전력을 공급하기 위해 발전기의 발전량이 배분되는 원리를 알아야 한다. 왼쪽 그림에서는 필요하거나 수요 전력이 증가할 것으로 예측되면 전력을 발전단가가 낮은 발전기부터 가동을 시작하여 점차 높은 발전단가의 발전기를 가동하는 구조를 가지고 있다. 막대그래프는 부하(공장, 수용가 등)측에서 필요로 하는 전기 양이다.

하지만 오른쪽 그림을 보게 되면, 수요자원 거래시장을 도입함으로써 고비용 발전기들을 가동하지 않고, 부하측에서 전기를 아껴 그만큼의 전력이 새로 생산될 필요가 없게 만드는 구조를 만든다.

 

 1) 수요자원 거래시장이 운영되는 구조 및 참여자

 

[수요자원 거래시장]

출처: KPX(전력거래소)

 

 전력거래소는 전반적인 수요자원을 관리하면서 전력 소비 패턴에 따라 수요관리사업자들에게 수요 감축 지시를 내리고, 이후 결과에 따른 정산 업무를 수행한다.

수요관리사업자는 전력거래소의 감축 지시를 받고 반응할 수 있는 실제 전기사용자들이 수요관리 거래시장에 원활하게 참여할 수 있게 하는 일종의 매니저로서 수요반응자원 등록, 감축 지시 전달, 감축 컨설팅 등의 역할을 수행한다.

마지막으로 고객은 실제 전력을 소비하는 주체로서 아낀 전기를 수요관리사업자를 통해 전력거래소에 제공하고 입찰가격에 따라 정산을 받는다.

 

 2) 수요자원(DR)의 종류

 -신뢰성 DR

 신뢰성 DR은 국가적인 전력 비상상황(한여름, 겨울철 등 전력 수요가 높아져 전력공급이 어려울 때)에 감축 가능한 전력용량을 수요관리 사업자와 약정을 통해 사전에 확보하고 이에 대해 금전적인 보상을 해주는 제도이다. 말 그대로 ‘약정’이라는 신뢰를 통한 수요자원이기 때문에 ‘신뢰성 DR’이라고 하며, 전력거래소가 감축지시를 발령하면 의무적으로 약정한 감축량만큼 전기사용을 제한하여야 한다.

 

 -경제성 DR

 빌딩이나 제철소, 아파트 등에서 아낀 전기(수요자원)을 모아 전력시장에 판매하는 제도이다. 전력거래소에서 화력, 수력, 원자력 등의 발전를 가동하여 얻은 고비용 발전자원 대신에 저렴한 수요자원을 구매함으로써 에너지 절감효과와 비용 절감을 동시에 기대해 볼 수 있다.

 

 3) 수요자원 거래의 필요성

 -전력 공급 설비 확충의 어려움

 국내 전력 소비량은 꾸준히 증가하고 있다. 이에 따라 발전, 송 배전을 위한 설비들 역시 확충되어 왔다. 하지만 점차 환경과 건강에 관한 인식이 높아지면서 주변 환경에 대한 영향과 송전선의 고전압에 대한 지역 주민들의 우려와 반발에 의해, 최근에는 이러한 송전선로를 확보하는 것이 과거보다 어렵게 됐다. 또한, 추가적인 수요에 맞춰 발전설비를 건설하는 데는 막대한 투자비용이 소요된다.

이러한 공급 위주의 전력 수급정책에서 수요자원을 활용한 효율적인 전력수급으로 나아가고자 하는 것이 수요자원 거래시장이 필요한 첫 번째 이유이다.

 

 -온실가스 감축

 현재 기후변화로 인해 파리기후협정 등 전 세계에서 온실가스 감축을 위해 노력하고 있다. 우리나라는 기후변화협약에 따른 온실가스 감축 의무를 수행하기 위해 ‘2030 국가 온실가스 감축목표 달성을 위한 기본로드맵’을 대내외적으로 발표했고, 2030년 국가 온실가스 배출량 전망치(BAU) 대비 37% 중 32.5%를 국내 부문에서 감축하기로 결정했다. 수요관리를 통해서 전력소비가 줄어든다면 발전량이 감소하고, 이것은 곧 이산화탄소 등 온실가스 배출의 감소로 이어진다.

 

미국, 일본의 DR정책

1) 미국

 1970년대 석유 파동으로 인하여 수요관리 정책이 등장하여 2005년 에너지 정책법(Energy Policy Act, EPAct) 등의 법규 정비로 미국 연방에너지규제위 원회(Federal Energy Regulatory Commission, FERC)가 전력신뢰도기구를 지정함으로써 수요반응 프로그램 확대하였다. 미국의 수요반응 프로그램은 절감된 전력에 대한 인세티브를 주는 인센티브 기반 프로그램과 가격신호에 따른 시간대 기반 프로그램으로 구분한다.

 

 

[미국 수요반응의 단계별 특징]

출처 : 한국전력 경제경영연구원

 

또한 미국의 DR 시장은 크게 DR 1.0, DR 1.5, DR 2.0으로 구분된다.

-DR 1.0: 2008년 정립된 초기모델로 서비스 공급자인 수요관리사업자 가 등장하기 이전의 상태

-DR 1.5: 수요관리사업자의 등장을 통해 수요자원 거래시장이 더욱 확대된 상태로 여전히 중소형 C&I(Commercia and Industrial) 및 일부 주거용에 제한하여 서비스를 제공하며, 현재 운영되고 있는 시장의 형태를 의미한다.

-DR 2.0은 모든 주거용 고객까지 확대된 시장형태이다. 새로운 프로그램 및 보조서비스가 소개되는 상태로, 미국 정부에서 발표한 로드맵에서는 DR 2.0은 2010년 시작되었으며 2019년까지 시범운영을 마치고 2020년 이후 시스템으로 정착하는 것을 목표로 하고 있다고 언급되었다.

 

 현재 북미에서 확보된 수요자원 용량 약 28GW 중 21GW는 중소형 C&I DR, 7GW는 가정용 DR 을 통해 확보되었으며, 2025년에는 중소형 C&I DR로부터 26GW, 가정용 DR로부터 23GW를 확보할 것으로 예상하고 있다.

 

2) 일본

 일본은 2011 년 후쿠시마 원전사고 이후 Schneider사, EnerNOC사, Comverge사 등 다양한 글로벌 수요관리사업자가 일본 정부 및 유틸리티와의 협업을 통해 소규모 DR 실증사업을 다수 운영하였다. 특히, 정부 주도로 실증사업 선 운영 후, 유틸리티가 뒤를 이어 실증사업을 운영하는 계획을 시행했다. 2017년 DR시장(NegaWatt Market) 개설됨에 따라 일본 내 수요자원의 중요성이 본격적으로 부각되었다. 일본 최대 유틸리티인 TEPCO사는 수요자원 활용을 통한 계통신뢰도 유지 및 노후화된 석탄발전원의 운영비용 절감을 위해 다수의 수요관리사업자와의 협업을 진행하였다. 또한, 2019 년부터 DR이 주파수조정에 참여 가능할 것으로 예상됨에 따라 TEPCO사는 고객에게 신에너지서비스를 제공할 뿐만 아니라 보조서비스로도 활용 가능한 수요자원 발굴하고 있다.

향후 일본의 수요자원 운영 규모는 2030년 최대  63GW까지 증가할 것이라 예상된다. 일본 정부는 주택용 및 상업용 고객의 냉방기, 온수기 및 전기자동차가 향후 수요자원으로 활용될 뿐만 아니라 기존 수요자원과 VPP(Virtual Power Plant : 가상발전소) 자원이 통합 운영될 것이라 전망하였다. 이에 따라 2018년 정부는 가정용 및 상업용 소규모 분산전원을 대상으로 한 VPP 구축 실증사업에 41억 엔을 투자하였으며 50 MW 이상의 용량제어가 가능한 기술을 연구개발 중이다.

 

[세계 지역별 수요반응 시장 성장 전망]

출처 : 녹색기술센터

 

국내 DR시장

 2014년 11월 개설된 국내 DR시장은 효율적인 발전과 에너지사용 그리고 가장 중요한 전력시장 안정화를 위해 현재까지 시행 중이다. 2019년 올해 기준, DR시장 도입으로 인해 대형 원자력 발전기 4기에 해당하는 4.4GW의 수요자원을 확보하고 있다. 2018년 전력시장 통계에 의하면 4.1GW에 따른 정산금이 1,850억원 이므로 올해 정산금도 어느정도 예측할 수 있다. 그리고 2018년 개최된 수요관리사업자 협회에서 시장 개설부터 당시까지 883GWh의 전력량을 절약하였다고 발표한 바 있다.

 

[연간 수요자원 의무감축용량 / 정산금]

출처 : 2018년도 전력시장통계(한국전력거래소)

 

 2019년 시장 참여사도 설립초기 11개 수요관리사업자, 861개 전기사용자에서 올해 25개 수요관리사업자, 3800여개 전기사용자로 대폭 늘었다. 그리고 19년 8월 기준 전력소모 감축이행률은 158%로 전년대비 3.3%, 전월대비 0.6%로 상승하였다. 또한 기존의 참여사는 전력을 많이 사용하는(줄일 전력이 많은) 기업단위였지만 최근 소규모DR(국민DR)의 형태로 일반 가정에서도 참여가 가능해졌다.

 

 하지만 이와 같은 성과에도 불구하고 개선점은 존재했다. 18년 10월 16일 국정감사로 DR시장은 지속적인 감축이행률 하락, 불이행시 실질적 패널티의 부재, 대기업의 고객사 독점현상 등을 지적받았다. 다음은 주요 지적사항과 내재했던 문제점들이다.

 

[피크관리 기능이 탑재된 삼성전자 무풍에어컨과 T9000냉장고]

출처 : 한국에너지신문

 

1) 스마트 미터기 연계 문제

 올해 말 도입되기로 예정되어있는 소규모 수요자원 거래 ‘국민DR’ 사업에 맞추어서 삼성전자, LG전자 등의 대기업들은 여러 스마트 가전을 출시하고 있다. 스마트 가전(Auto DR)이란 (앞서 설명한 바와 같이) 전력거래소에서 피크절감을 요청하면 스스로 가동률을 조정하여 전기를 절약하는 방식으로 운영된다. 이는 국민들도 쉽게 DR시장에 참여하여 전기요금을 보상 받을 수 있다는 것이다. 하지만 스마트 가전을 이용하기 위해서는 스마트 가전 구입뿐만 아니라, 가정에 IOT 스마트 계측기를 설치해야 한다. 즉, 기존의 한전 스마트미터기(AMI)가 있음에도 스마트가전을 사용하기 위해서는 IoT 스마트 계측기를 따로 설치해야 한다는 것이다. 업계 관계자들은 “한전에서 스마트미터기를 공유할 수 있다면 스마트가전 및 국민DR의 발전이 더 빠르고 수월하게 진행될 수 있을 것” 이라고 언급했다.

 

2) 대기업 독점

 DR시장이 앞으로 점점 더 중요한 역할을 할 것으로 예상되는 가운데, 많은 기업들이 DR시장에 뛰어들었다. 그로 인해 DR시장의 경쟁이 과열되어 수수료가 점점 낮아지고 있다는 것이다. 2년전부터 대기업들은 정상 마진 이하의 낮은 수수료율로 기업을 모집하면서 중소기업이 DR시장에서 설 자리를 잃었다. 대기업들은 낮은 수수료에도 기업 운영에 큰 어려움이 없지만 중소기업은 기업 운영에 차질이 있기 때문에 중소기업이 DR시장에 참여하기 힘든 상황이다. DR시장이 더 성장하기 위해서는 정부에서 DR시장의 불공정 거래(마이너스 수수료, 끼워팔기 등)에 대한 규제와 정책을 도입과 동시에 대기업 독점형태에서 벗어나기 위한 새로운 모델을 제시해야할 것이다.

 

 3) 애매한 발령 조건

 전력거래소에서 제시한 전력감축 기본 조건은 전력수요가 목표치를 넘어야 하고, 예비력이 1000만kW 이하로 떨어져야 한다. 2017년에서 2018년 사이의 겨울, 정부의 약 10회가 넘는 전력감축요청으로 DR시장에 참여했던 1300개 이상의 기업들이 시장에서 퇴출되었다. 이러한 기업들은 이러한 수치적인 전력감축 요청이 전력요금을 절약하는 것에는 도움이 되겠지만, 기업의 생산업무에는 큰 차질이 생겼다고 말한다. 이러한 사실을 인지하고 정부는 지난해 여름, 예비력이 709kw까지 내려갔는데도 불구하고, 기업이 조업 막바지에 있는 시점이었다는 것을 감안하여 전력감축요청을 한 번도 제시하지 않았다. 이러한 현상이 지속된다면 장기적으로 DR의 영향력이 없어질 것이며, 단기적으로는 DR참여업체에게 기본급이 주어지는 것은 달라지지 않기 때문에 DR시장이 오히려 손해를 부를 수도 있다. 따라서 DR시장의 의미를 명확히 정의해야하고, 효과를 보기위해서는 참여기업의 산업계여건과 전력감축 사이에서 새로운 정책이 제시되어야 할 것이다.

 

그래서 2019년 12월 1일부터 개편된 DR거래시장을 시행한다. 개편된 주요 내용은 다음과 같다.

1) 기본급 차등 지급 방식

 시장 참여를 늘리기 위해 기본급을 기존 단가의 60%수준으로 줄이는 대신 40시간 이상 DR시장에 참여하면 현행과 동일한 기본 요금을 받게끔 하였다. 즉 0시간 참여시 기존 단가의 60%를, 40시간 이상 참여시 기존 단가의 100%를 지급받는 것이다. 중간인 0~40시간 미만으로 참여하게 되면 차등해서 요금을 지급받는다.

이는 참여만 해도 기본급의 100%를 받을 수 있음으로 인한 지속적인 감축이행률 감소 현상을 해결하고자 하는 의지도 보인다.

 

2) 피크수요DR, 환경DR 등 자발적 프로그램 신설

 피크수요DR은 기준 수요를 초과시 자발적으로 참여할 수 있는 DR이고, 환경DR은 미세먼지 저감조치 발령시 석탄발전 제약에 따른 전력수요안정을 위한 DR이다.

위의 두 신설 프로그램과 기존의 경제성D로 참여자에게 자발적인 참여 기회를 늘렸다.

 

3) 자원별 감축이행책임 강화

 등록시험시 기존의 전체 이행률인 70%에서 80%로 강화되었고, 시간대별 이행률이 70% 미만인 구간이 한 구간이라도 존재할 경우 DR시장에 참여할 수 없도록 하였다.

개편안 시행이라는 환경의 급변으로 인해 중계사는 신설 프로그램 적용, 고객사 계약 등 제약이 존재한다고 거래소 측에 의견을 제시하였다. 거래소측은 수렴하여 12월부터 바뀐 시장 제도로 참여를 하되, 6개월(유예기간)은 기존 방식으로 정산금을 지급받고 내년 6월부터는 개편된 방식으로 요금을 수령하게 된다.

 

결론 및 시사점

 2014년 11월 개설된 DR시장은 현재 개설 4년만에 참여 업체와 용량이 대폭 증가하면서 올해 참여업체가 25개 수요관리사업자, 3800여개 전기사용자로 늘었났고, 용량 또한 대형원자력 발전기 4기에 해당하는 4.4GW를 확보하는 성과들을 얻어냈다. 하지만 앞서 언급하였듯 발령조건과 가격 설정, 스마트미터기(AMI)문제 등에서 아직 해결해야할 과제가 많다. 그럼에도 불구하고, DR시장의 전망이 밝은 이유는 국민들이 직접 참여가 가능한 ‘국민DR', 스마트 가전을 활용한 ’스마트 DR', 신재생 에너지의 전력 변동성에 대응하는 ‘Fast DR' 등 다양한 에너지 신산업과 연계가 가능하다는 점 때문이다. 앞으로 DR시장이 미래 전력시장의 주도적인 역할을 하기 위해선 제도적인 체질개선이 필수적이다. 이러한 문제가 해결된다면 국민 모두가 전력발전을 주도할 수 있는 새로운 패러다임이 시작될 수 있을 것이라 생각한다.

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참고문헌

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http://www.keei.re.kr/keei/download/focus/ef1606/ef1606_40.pdf

 

[2] 한국전력거래소, “수요자원거래시장 현황 및 운영정보”, 2018.03

 

[3] 솔라커넥트, “수요자원(Demand Response, DR) 거래시장 — 새로 각광받는 에너지 신산업”, 2019.01.09, 

http://blog.solarconnect.kr/221437806120

 

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[5] 박윤석, “수요자원시장, 3년만에 883GWh 전력수요 감축”, 일렉트릭 파워, 2018.07.06, 

http://www.epj.co.kr/news/articleView.html?idxno=14673

 

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[8] 한국전력거래소, 19년 8월 수요자원거래시장 현황 및 운영정보, 2019.11.08

 

[9] 오철, “탈 많았던 DR, 전면 개편…"시기 조절 필요" 우려도”, 한국에너지, 2019.09.24, 

http://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=108307

 

[10] 오철, “[2018 국감 현장] "DR시장 허술한 관리·부실한 제도···줄줄 새는 혈세"”, 한국에너지, 2018.10.18,

http://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=103015

 

[11] 김지희, “글로벌 수요반응 운영현황 분석 및 전망”, 전기저널 / 2018.10.04 ,

http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=2311

 

[12] 오철 / “[신년 기획] DR시장 5년차…변화는 계속된다”, 한국에너지, 2019.01.02,

http://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=104164

 

[13]오철 / “[포커스] 연말 도입되는 ‘국민DR’, 추진에 문제 없나”, 한국에너지, 2019.04.15, 

http://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=106105

 

[14] 김예지, “국민 DR시장 활성화 위해 '계량기' 문제 풀어야”, 전기신문, 2019.11.08,

http://www.electimes.com/article.php?aid=1573110848189352002