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[포럼] 2019 동북아 전력포럼에서 동북아 슈퍼그리드의 현재와 미래를 보다!

by R.E.F. 15기 김성렬 2019. 12. 25.

2019 동북아 전력포럼에서 동북아 슈퍼그리드의 현재와 미래를 보다!

 

대학생신재생에너지기자단 14기 변홍균, 15기 김성렬

 

 

 

한국, 중국, 러시아, 몽골, 일본을 잇는 동북아 슈퍼그리드의 현황과 도전과제를 논의하는 자리로 20191128() 여의도 켄싱턴 호텔에서 개최되었다. ‘에너지전환 성공을 위한 동북아 전력 공유 및 협력을 주제로 진행된 이번 포럼은 러시아과학원 시베리아 에너지연구소의 보로파이 원장, 에너지경제연구원 조용성 원장의 기조연설과 에너지 분야 전문가들의 패널 발표로 구성되었다,

 

[동북아시아 포럼 준비 모습 ⓒ 14기 변홍균]

 

기조연설 1) 동북아 전력연계가 역내에 미칠 영향 및 효과

보로파이 러시아과학원 시베리아에너지연구소 원장

 

동북아시아는 각 국가의 전력, 에너지 협력을 통해 많은 혜택을 창출할 수 있는 지역이다. 비록 이에 대해 해결해야 할 다양한 정치적 문제들이 남아있지만, 이는 UN을 비롯한 다양한 국제기구의 지원을 받을 수 있는 사안이며, 지금이야말로 다자간 협력과 협업을 통해 국가간 전력연계가 어떠한 이익을 발생하는지를 조사해야 할 때이다.

 

서유럽의 경우 수년간에 걸쳐 전력시스템을 통한 상호연계가 성공적으로 구축되었다. 이를 통해 동북아 지역이 당면한 문제를 유럽의 사례를 참조할 수 있을 것이다.

 

러시아는 중앙아시아 국가들과 계통연계 사업을 추진하고 있는데, ‘Caspian ring’‘Black sea ring’이 대표적인 모델이다. 이것이 가능했던 이유는, 주변 국가의 주도적인 역할과 HVDC(고압직류송전; High Voltage Direct Current) 기술 덕분이었다.

 

‘Asian ring’, 즉 동북아 슈퍼그리드를 구축하기 위해선, 러시아 극동 남부, 중국, 북한, 대한민국, 일본을 잇는 전력연계로부터 얻을 수 있는 다양한 가능성과 혜택을 모색하고, 공동 개발 및 운영 가능하도록 하는 것이 핵심이 될 것이다.

 

기조연설 2) “에너지전환, 전력산업 그리고 동북아 슈퍼그리드”,

-에너지경제연구원 조용성 원장

 

2017년 기준 전 세계 최종에너지 소비의 80%는 화석연료에 의존하고 있어서 온실가스 및 이산화탄소 배출량은 급격히 증가하고 있다. 선진국의 경우 천연가스 등을 바탕으로 에너지원의 다변화를 활발히 진행 중이나, 개발도상국은 경제적 문제로 인해 화석연료의 사용량이 여전히 증가하고 있다. 과거 온실가스에 관한 논의는 선진국의 책임으로 여겨졌지만, 이제는 선진국과 개발도상국 모두 온실가스를 줄여야 한다는 의견이 제시되고 있다.

 

한편, 세계는 지금 최종에너지 소비의 형태가 전기로 바뀌는 전력화가 심화되고 있다. 우리나라의 경우 199022.6%에서 201628.3%로 전기 소비량이 상승하였으며, 전 세계 평균 전기 소비량(13.3% 18.8%)과 비교했을 때 높은 사용량을 보인다. 이는 경제성장과 함께 전기 소비가 증가한 탓이다.

 

주요국가들의 1인당 전력 소비 흐름을 보면 한국의 수치는 급격히 증가하였으며, OECD 국가 평균에 비해 높다. 전력 소비가 증가하는 원인 중 하나는 소득 수준이 포함된다. 전 세계적으로 경제성장과 함께 전기 소비가 증가할 수밖에 없다. 그러나 일본과 독일은 전력소비가 일정 수준 증가하다 정체하는 현상을 보였으며, 이는 경제성장이 일정 수준 이상으로 도달했을 때 전력 소비가 유지된다는 점을 시사한다.

 

IEA 보고서는 2040년까지 전 세계 전력 수요는 60% 이상 증가할 것이며, 이 중 90%가 개발도상국에서 발생할 것이라 발표했다. 또한, 최종 에너지 소비의 전력화가 심화되면서 세계 최종 에너지 소비에서 전력 비중은 204025%, 전력 생산에서 재생에너지가 차지하는 비중은 201725%에서 204040%까지 증가할 것으로 예상했다. 이와 같은 전력화는 탄소배출 감축에 기여하지만, 탄소배출이 최종 소비부문에서 발전 부문으로 단순히 이동하는 것 이상의 결과를 창출하기 위해서는 전력 공급의 저탄소화를 위한 추가적인 조치가 필요하다.

 

동북아 슈퍼그리드는 전기를 공급하는 과정에서 저탄소 형태의 전기를 공급하는 것에 대한 방안이 될 수 있다. 동북아 슈퍼그리드는 서로가 이익을 볼 수 있는 협력이며, 몽골과 러시아, 시베리아, 극동 지역의 경우 큰 잠재력을 보유하고 있으며, 한국과 일본은 발전 부문에서의 잠재량은 적지만 전력 수요가 높은 곳이다.

 

전력망의 연계는 경제적인 측면에서의 이득과 함께 재생에너지 개발 촉진과 에너지원 다변화, 예비전력을 통한 전력안보 향상, 국가 간의 관계를 개선 시키는 이점이 있다.

 

동북아 슈퍼그리드에 관한 구상은 오래전부터 진행되었으며, 최근 민간 기업 등 관련 연구가 활성화되고 있다. 그러나 높은 초기설치 비용과 투자 비용을 안정적으로 회수하는 과정에서 신뢰도가 떨어져 투자가 어렵다는 문제가 존재한다. 이외에도 동북아를 둘러싼 역사적, 정치적 갈등으로 인해 많은 어려움을 겪고 있다. 정치, 외교적으로 어려운 상황에서 동북아 전력망의 연계가 가능할지에 대한 비관적인 입장들이 있다.

 

러시아와 서유럽이 파이프라인을 통해 천연가스를 공급한 사례는 이러한 부정적 의견들에 대한 답이 될 수 있다. 소련(러시아)-서유럽 간 가스 수송망이 구축되기 시작한 시기는 1960년대 말, 정치적 냉전 시기였지만, 경제적 이해관계를 바탕으로 상호 에너지 수급 안정과 경제적 이득을 위해 성사되었다. 이러한 관점으로 동북아 슈퍼그리드가 경제적 이해관계뿐만 아니라, 지역의 평화를 구축하는 하나의 수단이 될 수 있지 않을까 한다.

 

 

주제발표 1) “러시아 극동지역 전력 현황 및 향후 개발 계획”,

-러시아과학원 시베리아에너지연구소 세르게이 박사

 

러시아는 유라시아 국가들과 인접해 있으며 거대한 전력계통연계를 실행하고 있다. 노르웨이, 북유럽, 동유럽, 코커스 산악 국가, 카자흐스탄, 동아시아(몽골, 중국)를 통한 전체 계통연계 선로는 140여 개에 달하며 이와 같은 다양한 전력 계통연계에 참여하여 이득을 취하고 있다.

 

러시아는 북유럽 국가를 대상으로 잉여 전력을 판매하는 입장이었다. 그러나 많은 수력 발전소를 보유한 북유럽 국가는 강수량이 많은 연도에는 수력 발전량이 증가하여 전력 가격이 하락하였을 때 러시아에서는 이를 구매하여 저렴한 가격에 전기를 공급할 수 있었다. 해외로 전력이 송배전 될 수 있기에 전력 공급에 신뢰도를 높이는 사례가 발생했으며, 계통연계가 소비자에게 혜택을 줄 수 있다는 점과 단순히 수혜국이 되는 것이 아닌, 상호호혜적인 역할을 할 수 있다는 것을 시사한다.

 

한국-러시아 간의 전력·에너지 협력 부분에서는 탄탄한 경제적 관계가 선제조건으로 마련되어야 한다. 러시아는 에너지자원이 풍부한 나라지만, 한국은 상대적으로 적은 상황이며 그로 인해 원자력 발전에 대한 의존도가 높고 화석연료를 수입하고 있다. 이러한 상황에 대응하기 위해 첨두부하가 비동시적으로 발생해야 하며, -러는 설비 용량의 차이가 있으므로 용량에 따라 상호교환할 수 있는 전제조건을 마련해야 한다. 또한, -러의 다른 전기요금은 양국 간의 전력거래를 활성화하는 매개체가 될 수 있다.

 

러시아 시베리아 지역과 극동지역은 수력 발전이 풍부한 지역이다. 기술적 잠재력으로 추산하면 시베리아의 경우 757TWh/year, 극동 지역 684TWh/year의 발전량을 갖고 있으며 이는 러시아 전체의 수요를 상회하는 수치이다. 또한, 극동지역에서 5GW급의 조력 발전소가 존재하며 러시아 극동전력의 계통으로는 감당할 수 없으므로 이를 수용할 수 있는 거대 규모의 전력계통 체계가 필요하다.

 

전력계통연계를 위해 재정적, 정치적, 기술적 문제와 시장 방면의 과제가 있다. 이러한 도전과제를 해소하기 위해서는 단합된 노력과 이해 당사국 간의 협력이 필요하다.

 

주제발표 2) “동북아 전력망 연계실현 위한 재생에너지 공급 잠재력 분석 및 협력 방안”,

-에너지경제연구원 이성규 팀장

 

동북아 국가들이 재생에너지 비율을 2030년까지 높이려고 하고 있지만, 각국에서는 재생에너지에 의한 출력제한 문제를 겪고 있다.

 

일본은 최근에 들어서 규슈지방에서 출력문제가 발생하고 있는데 이유는 원전발전 때문이다. 최근에 원전들이 가동하기 시작해서 기저발전에서 많은 부분을 차지하게 되었다고, 그로 인해 재생에너지 발생량이 많은 시간대에 출력제한 문제가 발생하기 시작했다. 일본 측에서는 한일간의 전력망 연계를 통해 양국의 출력제한 문제를 해결하기 위해 향후 구체적인 논의가 필요하다고 제안하고 있다.

 

중국은 출력제한을 가장 먼저 경험한 나라로, 풍력의 경우 10% 이상의 출력제한을 보이고 있다. 태양광은 10%에서 6%대로 떨어졌는데, 중국 정부의 노력으로 감소한 것으로 보인다. 중국이 겪고 있는 출력제한의 핵심은 중국 서부지역의 태양광/풍력에서 비롯한 풍부한 발전 잠재력이 있는 데 비해 송전 인프라가 투자가 잘되지 않았기 때문이다. 중국 서부지역은 전력소비가 많지 않으므로 대부분 화중/베이징 지역으로 보내야 하는데 송전 거리가 3000~4000km에 이르러서 송전비용 및 손실이 크다.

 

중국은 이런 문제를 송전망 확충으로 해결하려고 하고 있다. 재생에너지 발전에서 잉여전력이 발생하고 있는데, 이는 대부분 화북, 화중, 동부지역으로 집중되고 있다. 중국은 동북부지역의 풍력 잉여전력을 북한-남한으로 보내는 계획을 구상하고 있다. 한편으로는 한중해저 송전망을 통해서 초기에는 2GW, 2035년에는 10GW까지 보내는 구상을 하고 있다.

 

동북아 지역에는 아직 미개발된 재생에너지 잠재력이 많다. 예를 들어, 중국은 남부지역의 수력발전, 몽골은 고비사막의 태양광과 국토 전체에 풍부한 풍력, 러시아는 수력 발전과, 사할린 지역의 풍력발전이 있다. 동북아 슈퍼그리드가 성공하기 위해서는 역내 풍부한 재생에너지원들을 공동으로 개발하는 것은 물론, 각국이 출력제한 문제를 어떻게 해결하는 데에 따라 크게 좌우가 될 것이다.

 

국가 간 전력 협력을 하면 출력제한문제를 해결할 수 있고, 발전단가 석탄보다 낮출 수 있으며, 다자간 전력연계조사를 통해 조사할 수 있다. 또한, 시장 자유화를 통해 국가간 교역 확대를 이룰 수 있다.아직 동북아 지역은 국가 간의 외교/전략적인 요인에 의해 전력사업 성장이 더디지만 일단 실행 가능할 수 있는 작은 것부터 하되, 준비는 크게 해야 한다.

 

 

 

이어지는 패널토론에서는 동북아 슈퍼그리드 사업의 현황과 재생에너지 급증에 따른 시장/정책 체계 변화에 대해 다뤘다.

[패널토론 모습 ⓒ 14기 변홍균]

 

몽골 에너지부 정책총괄부 엥흐테반 군드삼바 부장은 몽골의 중장기 전력계획과 동북아 협력에 대해 발표했다.

 

몽골은 현재 석탄 화력이 대부분의 발전 비중을 차지하며 신재생에너지 발전은 7%에 불과한 실정이다. 전체 전력 수요의 20%를 러시아와 중국에서 충당하고 있으며, 열악한 송배전 선로의 상황으로 13% 이상의 손실이 발생하고 있다. 2015년 몽골 국회에서는 중장기 전력계획(2015-2030)’을 강력하게 추진하여 공급 신뢰성, 인접국과의 개발 네트워크 구성, 에너지 효율성을 강조하며, 2030년까지 지능형 스마트그리드 시스템 구축 및 신재생에너지 발전 비율을 30%로 늘릴 것을 목표로 삼고 있다.

 

몽골 정부는 우선 정책 1단계에서 전력 예비용량을 늘려 신재생에너지 전환에 속도를 늘릴 계획이다. 몽골의 전력계통은 작은 편이기 때문에 기존의 열병합 발전 가속화는 물론 석탄 발전소 용량도 늘릴 예정이며, 양수발전 설비를 늘려 에너지 저장능력을 확보해 신재생에너지의 유연성을 늘릴 방침이다. 또한, 낮은 송배전 효율을 극복하기 위해 러시아와 송배전 증설에 관한 논의를 하고 있다.

 

군드삼바 부장은 몽골이 동북아 전력 계통연계에 커다란 관심을 나타내고 있다고 설명했다. 몽골은 고비사막에 거대한 태양광, 풍력 잠재력을 보유하고 있으며 그 양은 4GW일 것으로 추산되고 있다. 송배전 선로를 중국을 관통해 설치할 수 있다면 동북아의 다른 지역과의 접속점 마련이 가능하다. 동북아 슈퍼그리드는 중국과 러시아의 전력 수입 의존도가 높은 몽골이 고비사막의 신재생에너지 개발 및 전력 수출의 기회가 될 것으로 전했다.

 

 

한전 계통계획처 송호승 실장은 현재 진행되고 있는 한중 전력연계와 동북아 슈퍼그리드의 이점을 설명했다.

 

인접 국가와의 전력연계의 중요성을 가까운 제주도의 사례에서 볼 수 있다. 과거 제주도에는 발전소의 설치 및 유지·보수가 어려웠지만, 한전은 고압직류송전(HVDC)을 통해 육지의 잉여 전력을 제주도로 송전하여 도내 전력계통의 안정성을 높였다. 이와 같은 사례는 동북아 전력연계를 통해 국가 간 경제성 및 안정성에서 이점을 볼 수 있다는 사실을 알려준다. 또한, 재생에너지 잠재력이 높은 중굴, 몽골, 러시아의 재생에너지를 공유할 수 있다면 동북아 주요 국가가 에너지 공동체로 발전할 수 있을 것이다.

 

한국과 중국의 전력연계는 2017년 동방경제포럼에서 문재인 대통령이 동북아 슈퍼그리드를 제안한 이후 사업계획이 본격화되었다. 이후 이듬해 기술 경제적인 면에서 사업의 타당성을 확보하면서 올해 9월 한국전력공사와 중국 국가전망공사는 공동 사업개발을 추진하기에 이르렀다.

 

-중 계통연계가 실현된다면, 수도권의 부족한 발전력을 지방으로부터 공급받기 위한 설비 건설을 줄일 수 있다. 그뿐만 아니라, 계통섬(Grid Island)을 극복할 수 있으며 국내 재생에너지 발전증가에 따른 간헐성도 대응할 수 있고 전력 신뢰도도 높일 수 있다.

 

전력연계가 활발한 유럽의 경우, 2030년에 20억에서 50억 유로의 연간 발전비용을 절감할 수 있다는 보고가 있다. 국가 간 에너지 교류를 통해 동북아 지역의 협력에 기여하고, 발전비용 및 전기요금을 낮추는 등 한-중 계통연계가 사회적 편익도 가져다 줄 수 있다는 긍정적인 전망을 볼 수 있다.

 

송호승 실장은 전력망 연계사업에서 중요한 것은 국제적인 재생에너지 공동개발이며, 이를 위해서는 한전뿐만 아니라 기업, 제조업체, 건설업체 모두의 협업이 필요하다고 덧붙였다.

 

 

인하대학교 원동준 교수는 에너지전환과 분산에너지시스템이라는 주제로, 늘어나는 재생에너지 설비에 대비해 에너지전환 정책의 정교한 변화와 전력사와 에너지 프로슈머가 상생하는 분산에너지 정책이 필요하다고 주장했다.

 

에너지전환과 그에 따른 재생에너지 설비의 증가는 우리나라가 기저발전(원자력, 석탄) 감소, 계통 운영비 증가, 재생에너지 변동성에 따른 출력제한 및 불확실성 증가 등의 여러 문제점을 직면할 것이라고 시사했다. 이런 상황에서 그는 가장 현실적인 해법을 1. 동북아전력연계(다른 계통과 연계) 2. 송전선로 건설, 3 출력제한으로 보았다. 하지만 송전선로는 건설 및 운용이 쉽지 않고, 출력제한은 경제적인 손실을 발생한다. 따라서 그는 가능한 출력제한과 송전선로를 줄이는 방향으로 가야 한다고 언급했다.

 

미국 캘리포니아의 경우 신재생에너지설비가 많이 보급되어 발전량의 변동성이 증가했지만, 다른 주와 연계가 잘 되어 출력제한은 비교적 적은 편이다. 그러나 낮아지는 부하로 인한 기저부하 정지, 비용 손실 등의 문제가 발생하고 있다. 이에 캘리포니아 전력사는 설비가 많은 쪽의 기본요금을 상향 조정하여 전력사의 수입손실을 줄이는 대신 소비자의 전기 사용요금을 감면하고 있으며, 에너지 생산자가 전기를 역송할 때 기본요금 부과를 내도록 하고 있다. 그러나 이와 같은 대응책은 생산자의 입장에서 불합리하게 작용할 수 있다.

 

원동준 교수는 이와 같은 문제를 분산에너지, 즉 마이크로그리드 부분에서 찾을 수 있다고 말했다. 특히 그는 자신의 연구결과를 통해 에너지 프로슈머의 전력거래 시장을 잘 설계하면 지역 내 재생에너지 발전 부족에 따른 역전력과 전압부족 문제 현상이 충분히 해결할 수 있다는 것을 확인했다. 이에 그는 프로슈머와 전력사 서로가 상생할 수 있는 시장체계를 구축시켜야 함과 더불어 분산자원의 확대(ESS,연료전지, 수요반응을 포함)와 지역과 중앙의 전력망 연계에 세밀한 조절과 규정이 앞으로의 에너지 전환정책에 필요할 것이라고 언급했다.

 

에너지경제연구원 안재균 박사는 에너지전환 성공을 위한 시장제도 개선을 주제로 현재 에너지전환정책 이후 소규모 태양광 설비가 늘어남에 따라 효과적인 분산에너지 운용 정책이 필요하다는 것을 시사했다.

 

태양광과 같은 변동적 재생에너지원(VRE)은 과잉발전, 변동성으로 인한 불필요한 정산금에 CON(CON : Constrained-On energy payment, 제약발전 전력량정산금. 초과 발전 전력량에 대한 정산금), COFF(COFF : Constrained-Off Payment, 제약비발전 전력량정산금. 부족 발전량에 대한 정산금)가 발생하여 발전량 예측의 중요성이 강조되고 있다.

 

우리나라의 현 CBP 시장체제가 불필요한 CON, COFF가 증가할 수밖에 없으며, 우리나라는 1일 전 시장의 수치를 사용하고, 예비력 시장이 없어 실제 발전계획과 운영계획이 크게 차이가 나서 경제학적으로 잘못된 신호를 주고 있다고 지적했다.

5분 단위로 실시간 전기요금을 측정하는 미국의 실시간 시장과 캘리포니아 램핑프로덕트 마켓(Ramping Product Market : 사전에 예비력을 정산해서 예비력 요금을 주는 제도)을 예로 들며 비용을 최적화하는 방법을 찾아야 한다고 언급했다.

 

 

이번 2019 동북아 전력포럼에서는 에너지전환에서 동북아 계통망의 현황, 그리고 미래 신재생에너지의 도전과제와 에너지 많은 과제물이 있지만, 미래에는 실현될 수 있을 거라는 가능성을 확인할 수 있는 자리였다.

 

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