기후이변에 마비된 에너지 인프라, 텍사스 대정전

기후이변에 마비된 에너지 인프라, 텍사스 대정전

대학생신재생에너지기자단 18기 한동근

 

 

 

[자료 1. 한파에 정지된 전력 시설]

출처 : Tribune Content Agency

2021년 2월, 북미 전역에 21세기 최악의 겨울 폭풍이 찾아왔다. 2월 16일 미국 국립해양대기관리국(NOAA) 분석 자료에 따르면, 미국 본토 48개 주 전체 면적 가운데 73%가 눈에 뒤덮였다. 이는 2003년 이후 가장 넓은 지역에 눈이 쌓인 것이다. 늘 햇볕이 드는 따뜻한 미국 중남부 지역, 이른바 선 벨트(Sun Belt) 지역도 이번에 들이닥친 극한의 한파를 피할 수 없었다. 2월 15일, 텍사스 주의 기온은 1930년 이후 최저 기온인 영하 16도를 기록했다. 이는 동시간대 알래스카 주의 기온보다 낮은 수치다. 겨울에도 영상 5~10도의 온난한 날씨를 유지했던 미국 중남부 지역에 유례없는 한파가 닥치면서 피해가 속출했다. 선 벨트 지역에 속한 앨라배마, 오클라호마, 캔자스, 켄터키, 미시시피, 텍사스 6개 주는 비상사태를 선포했고, 미국 전역에서 이번 한파로 70명 이상이 사망했다.

인명피해가 속출했을 뿐만 아니라 전력 수급에도 차질이 생겼다. 여름에 덥고 겨울에 상대적으로 따뜻한 선 벨트 지역은 전력 생산량이 여름에 집중되어 있는데, 유례없는 한파로 난방 수요가 폭증하면서 이를 고려하지 못한 겨울철 전력 생산량이 수요를 감당하지 못한 것이다. 이로 인해 미국 중남부 지역 550만 가구 이상이 한파 기간 동안 전기를 원활히 사용할 수 없던 것으로 나타났다. 특히 텍사스 주가 심각한 전력난에 시달렸는데, 이번 한파로 전력난을 겪은 550만 가구 중 430만 가구 이상이 텍사스 주 하나에 집중되어 있는 것으로 나타났다. 이번 전력 부족으로 텍사스 주에서만 발생한 추산 피해 금액은 19억 달러에 달해, 이는 2017년 허리케인 하비로 인한 텍사스 주의 피해금액에 맞먹는 양이다.

 

왜 텍사스가 유독 큰 피해를 입었는가?

 이번 한파로 인한 전력난은 유독 텍사스에서 심각했다. 겨울철에도 항상 온난한 텍사스는 발전소 등 주요 인프라들이 모두 갑작스러운 한파에 대비되게 설계되지 않은 상태였고, 몰아친 겨울폭풍의 여파 속에 천연가스 및 풍력 발전소들의 전력생산이 멈춰 서면서 4만 5000MW 용량의 전력 공급이 끊기면서 대정전이 발생했다. 그렇다고 해도 기후가 비슷한 다른 선 벨트 지역에서는 텍사스만큼 심각한 전력난이 발생하지 않았다. 텍사스는 왜 다른 주와 달리 큰 피해를 입었을까?

 

1.     폐쇄적인 텍사스의 전력망

 

 

[자료 2. 미국의 전력망 지도]

출처 : NPR

북미 대륙에는 로키 산맥을 기준으로 캐나다 동부에서 플로리다까지 연결된 동부 연결 전력망(Eastern Interconnection), 서부 연결 전력망(Western Interconnection)이 있다. 각 주는 이 전력망에 연결되어 있다. 따라서 여기에 속해 있는 지역의 발전기업들은 전력을 서로 사고팔 수 있고, 전력 위기가 발생했을 때 공동으로 대응할 수 있다. 그러나 전력망 지도를 보면 알 수 있듯, 텍사스는 이 둘 어디에도 속해 있지 않다. 텍사스의 전력망(ERCOT, 텍사스전기신뢰성위원회)은 긴급 상황 시 다른 지역에서 전력 공급을 받을 수 없는 폐쇄된 전력망이라는 것이다.

텍사스의 폐쇄적 전력망은 텍사스가 의도한 것이었다. 미국 정부는 미국 전역의 발전설비와 전력 공급망을 서로 연결하여 연방에너지규제위원회 주간 에너지 거래를 관장토록 했다. 그러나 석유 가스가 풍부한 텍사스는 주 독자적으로 안정적인 전력공급이 가능하다는 자신감이 있었고, 연방정부의 규제와 관리를 피하기 위해 전력망 연결을 거부했다. 이 때문에 이번 한파로 선벨트 지역의 발전설비가 제 기능을 하지 못할 때 텍사스는 비상상황에서 다른 지역에서 전기를 수입해 올 수 없었다.

 

2.     자유화된 전력 시장, 발전 기업의 무리한 비용 절감

텍사스의 전력망(이하 ERCOT)은 발전은 물론 전력의 판매까지 완전히 민영화가 진행되어 있다. ERCOT의 경우 전력시장의 95% 이상이 시장 참여자들의 자발적 계약을 통해 이루어진다. 전기 소매 업체 수가 260개가 넘을 정도로 텍사스의 전력 시장 내 경쟁은 치열하다. 전기 소매 업체들은 경쟁에서 살아남기 위해 전기 단가를 저렴하게 공급하면서도 발전 원가는 줄일 필요가 있었다. 발전 원가를 줄여야 하는 발전 업자들이 볼 때, 따뜻한 텍사스에 설치된 발전 설비는 굳이 혹한에 대비할 필요가 없다고 판단되었다. 그러므로 이번 겨울 텍사스의 발전소들은 멈췄고 한파에 대비하지 않았다.

이번 이상 한파가 미국 남부 텍사스에 들이닥친 30년 만의 혹한이라고는 하나, 도저히 예측 불가능한 상황은 아니었다. 텍사스주에서는 2011년 2월에도 혹한으로 발전소 200곳이 가동을 멈췄다. 당시 8시간 동안 1백여만 가구가 정전의 영향을 받았다. 2014년 1월에도 혹한 탓에 4시간 동안 ‘블랙아웃’ 상황이 재현됐다. 텍사스의 겨울이 통상 따뜻한 것은 사실이지만 ‘주기적으로 혹한이 닥치고 있으니 대비할 필요가 있다’는 지적이 꾸준히 제기돼 온 것 역시 사실이다. 특히 2011년 사태 이후엔 연방에너지규제위원회가 나서 텍사스 주에 “혹한기 전기 공급에 이상이 없도록 대비를 해라”라고 권고했다. 그러나 ERCOT은 혹한기 예외적 상황에 대한 대비를 시장 메커니즘으로 해결하는 구조를 택했다. 전력 수요가 급증하는 시기에 비싼 요금을 받을 수 있게 했으니, 전력 공급자들이 예외적 상황에서 비싼 요금을 받기 위해서라도 혹한기 투자를 하리라는 논리였다. 그러나 연방정부의 통제를 받지 않는 ERCOT 내 발전 업자들에게 이를 강제할 수는 없었고, 한파에 발전소들이 또 멈추게 된 것이다.

신재생에너지의 확대가 대정전의 원인일까?

일각에서는 이번 텍사스 대정전의 원인이 무리한 재생에너지 비중 증가가 낳은 사태라고 말한다. 공화당 출신인 그레그 에벗 텍사스 주지사가 "우리 풍력과 태양광 발전이 작동 안 된다" 라며 "화석연료가 필요하다는 것을 보여준다"라고 발언한 것을 시작으로, 미국 보수논객과 언론들은 한파에 제 역할을 하지 못한 재생에너지가 텍사스 대정전의 원인이라고 주장했다. 텍사스 전력 생산량의 23%를 차지하는 풍력발전이 혹한에 무용지물이 되었다며, 재생에너지의 확대가 낳은 사단이라고 비난하고 나선 것이다. 정말로 재생에너지 발전 시설이 이번 한파에 제 역할을 하지 못한 것이 이번 대정전의 원인일까?

결론부터 말하면, 풍력발전이 대정전의 주범이라는 것은 사실이 아니다. 대규모 정전사태가 발생한 가장 근본적인 원인은 텍사스주 발전소들이 눈 폭풍을 동반한 혹한에 대한 대비책을 마련해 놓지 않았다는 점이라고 <뉴욕타임스> 등 미국 언론들은 지적했다. 겨울철 텍사스 전력공급의 대부분을 담당하는 가스와 석탄화력발전에서 2만 9천㎿가 정전되고, 풍력발전에선 1만 6천㎿가 끊겼다. 4기의 원전 가운데 1기도 멈췄다.

 

 

[자료 3. ERCOT의 겨울 폭풍 기간 전력 생산량]

출처 : U.S Energy Infromation Administration

그림 자료를 보면, 다른 발전원에 비해 천연가스의 전력 공급량이 큰 폭으로 줄어든 것을 볼 수 있다. 대규모 정전 기간에 가스발전은 전력망에 다섯 차례 공급을 중단했으며, 가스발전 생산 시설뿐만 아니라 가스 수송로가 얼어버렸다. 일반 가정과 사무실의 난방용 가스 수요가 치솟아 가스공급 부족을 부채질한 데다, 비싸진 가스 가격에 이윤을 내지 못하자 가스 발전사들이 발전소 가동을 중단한 것도 영향을 끼쳤다. ERCOT 관계자도 천연가스, 석탄, 원자력 발전 등 기저 전원에서 장비 결빙이 정전 사태의 주요 원인이었다고 말했다. 결국 이번 대정전의 원인은 재생에너지 발전량 부족만이 아니라는 것이다.

 

텍사스 대정전, 전력산업에 남긴 교훈

전력산업계에서 자유화된 전력시장, 높은 재생에너지 비중으로 미래의 모범 전력망 모델로 평가받아왔던 텍사스의 전력망, ERCOT이 영하 16도의 추위에 멈춰버렸다. 이번 텍사스의 재난은 기후 변화가 아주 빠른 속도로 엄습하고 있으며 에너지의 분배와 관리도 생산만큼 중요하다는 교훈을 주고 있다. 이번 미국의 한파와 같이 계통이 고립된 상황에서 급격하게 재생에너지를 늘릴 경우 계통운영 및 공급에 문제가 없을까 하는 우려다.

이번 텍사스 대정전은 기후이변으로 인한 한파에 전력 인프라가 제 기능을 하지 못하면서 일어난 일이다. 이상기후 현상을 줄이기 위해 녹색 에너지로 전환을 이뤄야 하는 것은 물론이지만, 먼저 당장 기후이변에도 인프라가 제 기능을 할 수 있게 대비해야 한다. 지난 18일 바이든 대통령의 국토안보 정책을 담당하는 리즈 셔우드 랜달 백악관 보좌관은 “기후 변화가 현실이며 우리가 이에 대해 적절한 준비가 되어 있지 않다는 것을 보여준다”라고 말했다. 그는 텍사스 정전사태를 언급하며 “전력망이 기후변화로 과부하가 걸렸지만, 인프라는 극한 조건을 견딜 수 있도록 설계되지 않았다”며 앞으로 연방 정부는 악천후에 대비한 인프라 강화를 위해 주 정부와 협력할 것이라고 강조했다. 규제받지 않는 자유화된 전력시장은 결국 이상기후에 대비를 소홀히 하게 만들었다. 정부 차원에서 전력시설이 극한의 상황에서도 잘 가동할 수 있도록 최소한의 감독과 규제를 해야 한다.

 

 

[자료 4. 마이크로그리드]

출처 : ShutterStock

재난으로 거대 전력망이 무너질 경우에 대비해 마을 단위로 자가발전을 하고 이를 공유하는 분산형 전력시스템의 필요성이 입증되기도 했다. 동네나 마을공동체가 각자 전기를 생산하고 에너지를 ESS에 저장하며 이를 배분하는 마이크로 그리드를 통해 거대 전력망이 무너지는 상황에도 병원 같은 필수 인프라를 계속 작동시킬 수 있다는 것이다. 에너지 전환이 이뤄지면서, 마이크로 그리드의 필요성은 꾸준히 부각되어 왔다. 이번 대정전과 같이 거대 전력망이 마비되었을 때도, 소규모 공동체마다 분산 전력망이 잘 구축되어 있었다면 400만에 달하는 사람들이 전기를 못 쓰는 일은 없었을 것이다. 기후변화로 갈수록 전력수요와 공급이 들쭉날쭉하기에, 생산되는 전력을 효율적으로 분배하고 충분히 저장할 수 있는 기반시설이 필요하다. 

그동안 우리는 원전이냐 태양광이냐, 석탄이나 풍력이냐 하는 식의 에너지 생산방식에만 관심을 뒀지 이를 효율적으로 배분하는 전력망과 같은 인프라에는 소홀했다. 텍사스 대정전 사태는 재생에너지 중심의 전력산업 구조개편을 추진하는데 어떤 걸림돌이 있는지 여실히 보여줬다. 우리나라도 마찬가지다. 고립된 계통, 해외 의존도 높은 천연자원, 제조업 중심의 산업구조, 낮은 전력가격 유지 등 우리나라가 안고 있는 현안이 이번 텍사스 대정전을 통해 드러났다. 우리나라는 최근 탄소중립 실현을 위해 재생에너지의 전력생산 비중만을 집중적으로 늘려왔다. 그러나 이것에 그쳐서는 안 된다. 재난 상황에 전력수급 위기가 올 경우 이를 어떻게 극복하고 안정적인 전력 수급을 유지할 것인지 우리 전력망을 다시 점검할 필요가 있다. 이상기후 현상의 빈도가 계속 증가하고 있는 불편한 현실 속에서, 에너지 인프라를 안정적으로 유지하는 것이 우리에게 중요한 숙제다.

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참고문헌

[서론]

1. 고재원, "북극 찬공기 가둔 제트기류 둑 터지자 영하 39도의 한파가 미국을 때렸다",동아사이언스, 2021. 02. 18 (http://dongascience.donga.com/news.php?idx=44073)

2. 이형민, "텍사스 430만가구 ‘대정전’… 이상기후가 전력시스템 초과", 국민일보, 2021. 02. 17 (news.kmib.co.kr/article/view.asp?arcid=0015545083&code=61131111)

3. 한국경제, "미국 4분의 3이 얼었다…한파에 10여명 사망·550만가구 정전", 2021. 02. 17 (https://www.hankyung.com/international/article/202102179476Y)

4. Celine Castronuovo, "Close to 70 dead in states with severe winter weather: report", The Hill, 2021. 02. 20 (thehill.com/homenews/state-watch/539751-as-temperatures-expected-to-warm-approximately-70-dead-from-severe)

5. Doyle Rice, Elinor Aspegren, "At least 4 dead, 150M people under winter advisories as 'unprecedented' storm stretches across 25 states; 4.3M without power in Texas", USA Today, 2021. 02. 15 (www.usatoday.com/story/news/nation/2021/02/15/winter-storm-texas-power-outages-south-ice-snow/4487366001/)

6. FEMA, Disaster Information (www.fema.gov/disasters/disaster-declarations?field_dv2_state_territory_tribal_value=All&field_year_value=2021&field_dv2_declaration_type_value=DR&field_dv2_incident_type_target_id_selective=All)

7. Kelly McLaughlin, "14 states face rolling blackouts amid massive winter storms after a major power operator declared an energy emergency", Insider, 2021. 02. 16 (www.insider.com/texas-snow-storm-blackouts-states-power-grid-electricity-energy-emergency-2021-2)

[왜 텍사스가 유독 큰 피해를 입었는가?]

1. 구본영, "[fn스트리트] 텍사스 정전 사태", 부산파이낸셜뉴스, 2021. 02. 18 (busan.fnnews.com/news/202102181824432151)

2. 이철민, "美 최대 에너지 생산 텍사스, 왜 한파에 덜덜 떠는 신세 됐나", 조선일보, 2021. 02. 18 (www.chosun.com/international/us/2021/02/18/M26BPZJQYVARRLDWL6RCGXNSZE/)

3. 이현우, "美 텍사스 이례적 한파 속 21명 동사...대규모 정전으로 피해 확산", 아시아경제, 2021. 02. 17 (www.asiae.co.kr/article/2021021715124312466)

4. 이현우, 주혜연, 김진이, "해외 실시간 시장 운영사례 분석 및 시사점 연구 = The Survey on Real Time Market Application Cases in PJM and ERCOT", 대한전기학회 학술대회 논문집, Vol.2016, No.7, 416-417, 2016

5. 조기원, "재생에너지 탓이라던 텍사스 정전, ‘전력 시장 자유화’ 참사였다", 한겨레, 2021. 02. 23 (www.hani.co.kr/arti/international/international_general/984124.html)

[신재생에너지의 확대가 대정전의 원인일까?]

1. 노광준, "신재생에너지가 문제? '텍사스 정전사태'의 진실", 오마이뉴스, 2021. 02. 23 (www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0002721133)

2. 이근영, "미 텍사스 ‘한파 정전’, 풍력 아닌 가스발전 중단 때문이었다", 한겨레, 2021. 02. 21 (www.hani.co.kr/arti/science/science_general/983844.html)

3. Vernica Penney, "How Texas’ Power Generation Failed During the Storm, in Charts", New York Times, 2021. 02. 19 (www.nytimes.com/interactive/2021/02/19/climate/texas-storm-power-generation-charts.html)

[텍사스 대정전, 전력산업에 남긴 교훈]

1. 노광준, "신재생에너지가 문제? '텍사스 정전사태'의 진실", 오마이뉴스, 2021. 02. 23 (www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0002721133)

2. 유희덕, "전력산업 전환 앞둔 우리나라에 숙제 던진 ‘텍사스 대정전’", 전기신문, 2021. 02. 22 (m.electimes.com/article.php?aid=1613973162212903002)