[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ②발전편
대학생신재생에너지기자단 23기 김용대, 26기 신혜진
본 '대신기와 맞춰보는 전력 퍼즐' 시리즈는 전력 분야와 관련된 기초적인 개념에 대해 다룬다.
해당 시리즈의 두 번째 기사는 '발전'이다. 전력계통에서 전력 생산을 담당하는 발전 부문에 대해
국내 주요 발전원과 전력 생산 과정, 전력 수급 계획 및 해외 발전원 소개 등을 중심으로 설명하고자 한다.
[국내 전력계통 소개]
[자료 1. 국내 전력계통 구조도]
출처 : SKinno news
발전에 대해 알아보기 전, 우리나라의 전력계통의 구조를 간단히 짚고 넘어갈 필요가 있다. 전력계통은 발전소에서 전기를 생산한 뒤 이를 최종 소비자인 가정이나 산업체에 공급하기까지의 전 과정을 의미한다. 이 과정은 발전, 송전, 변전, 배전으로 나눌 수 있다.
가장 먼저 발전은 소비자에게 공급할 전기를 발전소에서 생산하는 단계이다. 그 다음으로 송전은 발전소에서 생산된 전기를 먼 거리의 변전소까지 고압으로 보내는 과정이다. 송전 시에는 전압을 높여야 하는데, 이는 전력손실을 줄이기 위함이다. 전력손실은 P_loss = I^2*R로 정의된다. 같은 전력을 보내더라도 전력이 P = V*I 이기 때문에 V가 높을 수록 I가 줄어든다. 이때 전력손실은 I^2에 비례하므로 전압을 두 배로 높이면 손실은 1/4배가 된다. 따라서 송전에는 154kV부터 765kV 수준으로 승압한다. 이러한 송전과 배전 사이에서 전압을 적절하게 조정하는 과정을 변전이라고 한다. 전기를 보다 안정적이고 효율적으로 보내기 위해 필수적인 단계이며, 실제 전력계통에서는 승압과 강압 과정이 여러 차례 이뤄진다. 송전 직전에는 전압을 올리고, 배전 직전에는 소비자가 사용하는 전압 범위인 110V~220V로 강압을 한다. 우리나라는 220V 전압체계를 사용하고 있다. 마지막으로 배전은 변전소에서 전압을 낮춘 전기를 가정, 회사, 공장 등 최종 소비처로 공급하는 과정이다.
기존의 전력공급 체계는 발전소에서 생산된 전기를 각지에 보내는 중앙 집중형 방식이었다. 하지만 최근에는 태양광, 풍력 등 재생에너지의 보급이 확대되고 전기차 보급 증가 등으로 인해 발전지와 소비지가 다양해지면서 분산형 발전 방식으로 변화하고 있다. 이에 따라 전력계통 운영에서도 유연성과 안정성이 더욱 중요해졌고, 분산형 발전 방식에 적합한 스마트그리드에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이제 전력계통의 첫 시작이라고 볼 수 있는 발전 퍼즐을 맞춰보고자 한다.
[국내 전력계통 기관 소개]
[자료 2. 국내 전력산업 구조]
출처 : 한국전력
국내 전력계통 기관은 대표적으로 한국전력과 전력거래소가 있다.
1. 한국전력
한국전력은 송변전 및 배전, 판매, 수요 관리 등의 사업을 추진하는 공기업이다.
1) 송배전사업
[자료 3. 국내 송변전 설비 현황]
출처 : 한국전력
한국전력은 1990년부터 765kV, 345KV급 대용량 송전망을 단계적으로 설치해 전력 손실을 줄이고 송전 효율을 높이고 있다. 또한 전국적으로 다중환상망 형태의 계통망을 구축해 지역 간 수급 불균형을 해소하고, 전력 수요를 적기에 충당하기 위해 배전 설비를 확충하고 있다. 이때 배전 설비는 크게 가공설비와 지중설비로 구분된다. 가공 배전설비는 건설비가 저렴하고 고장이나 자연재해 발생 시 복구가 빠르다는 장점이 있다. 반면에 지중 배전설비는 태풍, 염·진해 등 자연재해로 인한 고장을 줄이고 도시 미관을 개선하는 데 유리하다.
2) 전력판매
[자료 4. 한국전력 전기품질]
출처 : 한국전력
한국전력은 발전회사와 민간발전회사, 구역전기사업자 등으로부터 생산된 전력을 전력거래소를 통해 구매하여 일반 소비자에게 공급하고 있다. 특히 우리나라의 전기 품질은 세계적으로 우수하다. 2023년 기준으로 한국전력은 연간 호당 정전시간 9.05분, 규정전압유지율 99.99%, 송배전 손실률 3.53%를 기록한 바 있다.
3) 수요관리
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[자료 5. 수요관리 기법, 최대수요 이전(좌), 에너지 효율향상(우)]
출처 : 한국전력
수요관리란 전력수요를 충족하기 위해 최소의 비용으로 소비자의 전기사용 패턴을 변화시키는 행위를 의미한다. 전력의 공급과 수요를 충족하는 방법으로 공급량을 조절하는 방법도 있지만, 수요를 조절하는 방법도 하나의 운영 전략이 된다.
수요관리는 크게 부하관리와 효율향상으로 구분할 수 있다. 부하관리는 최대수요와 최저수요의 차이를 축소시켜 부하를 평준화하는 기법이다. 그 예시 중 하나로 최대수요 이전(Peak Shifting)이 있다. 최대수요 이전은 피크시간대에 전력수요를 경부하 시간대로 이전하는 것이다. 피크시간대에는 경부하 시간대보다 전력요금이 더 비싸기 때문에 ESS와 같은 에너지저장장치를 동원하여 전력사용을 유동적으로 변화시킨다면 전력요금을 절약할 수 있다.
효율향상은 고효율의 전력기기를 보급하여 전기이용 효율을 높이고, 에너지를 절감하는 기법이다. 기기에는 기계적, 전기적 손실이 존재하기 때문에 효율을 100%로 만들 수 없다. 하지만 LED나 인버터, 전동기와 같은 고효율기기를 이용한다면 장기적으로 봤을 때 전력 공급량을 줄일 수 있다.
수요관리의 핵심 목적은 전력 수요를 보다 합리적으로 조절해 부하율을 향상시키고, 이를 통해 발전 원가를 절감하며, 전력 수급의 안정성과 국가적 에너지 절약에도 기여하는 데 있다. 한국전력은 이러한 목적을 달성하기 위해 다양한 수요관리 프로그램을 운영하고 있다.
2. 전력거래소
1) 전력계통 운영
[자료 6. 송전망 운영 개념도 및 지역별 발전과 수요]
출처 : 전력거래소
전력거래소는 전력계통을 실시간으로 모니터링하면서 전력의 생산부터 소비까지 모든 전기설비를 안정적으로 제어하는 역할을 수행하고 있다. 전력계통은 항상 공급과 수요가 일치해야 하고, 특정 지역의 설비에서 문제가 발생할 경우 전체 계통에 영향을 줄 수 있기 때문에 사전에 이를 예측하고 대응하는 것이 중요하다. 이에 전력거래소는 실시간으로 전력 수요에 맞게 발전기의 출력을 조정하는 급전운영을 하고있다. 이를 통해 설비 과부하를 예방하고, 계통의 전압을 적정하게 유지할 수 있다. 또한 고장 발생 시에도 신속히 대응할 수 있도록 선로를 차단할 수 있는 제어시스템을 활용하고 있다. 선로 고장과 관련한 내용은 ‘①전력계통 사고편’에서 자세히 확인할 수 있다.
2) 전력수급계획 수립
[자료 7. 제11차 전력수급기본계획 中 연도별 필요설비 용량]
출처 : 전력거래소
안정적인 전력계통의 운영을 위해서는 필요한 전력 수요를 사전에 예측하고 이에 맞게 공급원을 확보하는 것이 중요하다. 이에 전력거래소는 연·월·일 단위의 전력수급 운영계획을 수립하고 있다. 이때 수요예측은 경제 동향과 계절, 시간대별 패턴을 기반으로 하고, 공급원 뿐만 아니라 추가적으로 예비 전력을 확보해 수급 안정성을 높이고 있다. 전력수급운영계획과 별개로 전력수급기본계획 역시 전력거래소가 관여하고 있다. 전력수급기본계획은 2년을 주기로, 국가의 장기적인 전력수요를 예측하여 발전설비, 송변전 설비, 재생에너지 설비 등을 통합적으로 계획하는 것이다. 전력거래소는 장단기 전력수급기본계획 수립과 수요예측 모형 개발 등을 통해 전력 산업의 방향을 제시하고 있다. 가장 최근 자료는 ‘제11차 전력수급기본계획’이며, 올해 2월에 확정안이 발표됐다.
3) 전력시장 운영
[자료 8. 전력거래시스템 구성도]
출처 : 전력거래소
전력거래소는 발전소에서 생산된 전기를 거래하는 전력시장을 운영하고 있다. 전력시장 참여자는 단말기나 인터넷을 통해 입찰할 수 있고, 입찰에서 정산까지의 거래 과정은 모두 전산 시스템으로 이뤄진다. 시장 참여자는 발전회사, 전력 판매회사, 구역전기사업자, 그리고 대규모 소비자 등이 있다. 이때 전력거래소는 입찰, 정산, 시장감시, 정보공개 등의 전력시장 운영업무를 맡고 있다. 전력시장과 관련해서는 다음 본론에서 이어진다.
[국내 전력시장 소개]
1) 전력거래절차
[자료 9. 전력시장 전력거래절차]
출처 : 전력거래소
국내 전력시장은 앞서 언급했듯이 전력거래소가 주축으로 운영하고 있다. 전력거래소는 계절, 시간대별 수요 패턴 등을 바탕으로 전력 수요를 예측하고, 발전회사들은 공급 가능한 전력량을 입찰 방식으로 제출한다. 이후 예측된 수요와 입찰된 공급을 반영해 하루 전 발전계획을 수립하고, 공급과 수요가 만나는 지점에서 계통한계가격이 결정된다. 이때 계통한계가격이란 흔히 SMP(Standard Marginal Price)라고 부르며 특정 시간대에 전력을 공급하는 데 드는 비용 중 가장 높은 단가를 가진 발전기의 비용을 기준으로 정해진다. 즉, 전력시장에서 거래되는 전기의 가격은 고정된 값이 아니라 1시간 단위로 수요와 공급 상황에 따라 결정되는 것이다. 만약 수요가 급격히 늘어나거나 공급이 불안정해질 경우 단가가 높은 발전기가 선택되어 SMP가 상승할 수 있다. 반대로 수요가 줄거나 공급할 수 있는 전력이 많을 경우에는 상대적으로 낮은 가격이 형성된다. 한국전력은 이러한 SMP 가격을 기준으로 발전소에서 생산한 전력을 구매한다고 볼 수 있다. 이때 SMP 가격을 책정하는 과정에서 가장 값싼 발전기가 선택되기 때문에 현재 전력시장은 발전기 간 경쟁을 유도하는 구조로 이루어져 있다고 볼 수 있다.
2) REC 거래
[자료 10. REC 거래 개념도]
출처 : ENlighten
SMP외에 신재생에너지를 위한 전력시장이 따로 존재한다. 바로 REC이다. REC(Renewable Energy Certificate)는 신재생에너지원을 활용해 1MWh 단위로 생산한 전기에 대해 발급되는 인증서이다. 이 인증서는 신재생에너지 보급을 확대하기 위한 정책적 수단 중 하나로, RPS 제도와 함께 운영되고 있다. 이때 RPS는 500MW 이상의 대규모 발전사업자에게 전체 발전량 중 일부를 신재생에너지로 공급하도록 의무를 부여하는 제도이다. 하지만 공급의무자가 모든 전력을 신재생에너지로 공급하기 어려울 수 있기 때문에, 직접 신재생에너지 설비를 짓는 방법 이외에 외부 신재생에너지 발전사업자로부터 REC를 구매하여 공급 의무를 수행할 수 있도록 방안을 세워둔 것이다. REC는 전력거래소를 통해 거래할 수 있고, 발전원 종류에 따라 가중치가 다르게 적용되기 때문에 시장에서 가격도 다르게 형성된다.
[국내 발전원 소개]
1. 전원믹스
전원믹스는 다양한 발전원을 활용하여 전력 공급의 효율성을 극대화하는 것으로, 전력을 다양한 방법으로 생산하거나 전원별 구성비율을 나타내는 개념이다. 화석연료의 수급 불안정, 재생에너지의 간헐성 등 모든 전원은 장단점을 보유하고 있으므로 한 전원에만 의존 시 전력망의 안정성이 위협받을 수 있다. 따라서 균형 잡힌 전원믹스의 구성이 중요하다. 특히 4차 산업 혁명으로 인한 데이터 센터의 증가, 탄소중립 달성을 위한 연료의 전기화 등으로 전력 사용량이 급증한 최근에는 그 중요성이 더욱 강조된다.
전력망에서 전기에너지를 안정적으로 공급하기 위해서는 매 순간 생산하는 전력과 전력 수요가 같아야 한다. 수요의 변동이나 발전기 고장 등에 의해 발생하는 수급불균형은 발전기의 출력을 조절함으로써 대처 가능하다. 발전기의 출력은 조속기를 이용해 직접 조정하거나, 전력거래소의 자동운영시스템(EMS)에서 매 4초마다 발전기에 보내는 제어신호를 통해 조정할 수 있으며, 이를 “자동부하추종”이라고 한다. 전력망의 안정성은 발전기의 출력변동이 빠를수록, 그리고 가능한 많은 발전기가 자동부하추종 운전 기능을 가질수록 좋아진다. 이러한 출력조절 능력은 발전기의 유연성과 관련이 있으며, 발전기의 유연성은 발전방식과 특성에 따라 다르다.
[자료 11. 기저부하와 첨두부하]
출처: 위키피디아
안정적인 전원믹스 구성을 위해, 각 발전원의 특성과 유연성을 고려하여 기저부하(Base load)와 첨두부하(Peak load)를 구성하여야 한다. 기저부하는 전력망에 걸리는 최소한의 부하수요를 의미한다. 즉, 24시간 운전이 보장되며, 수요변동에 따른 발전기의 출력조정이 적어 공급이 거의 바뀌지 않는 발전원이다. 장기간 일정한 전력을 생산해야 하므로 출력을 빠르게 변경할 수 없는, 유연성이 낮은 발전원이나 저렴한 연료비를 가진 발전원이 기저부하를 담당한다.
첨두부하는 하루 간 나타난 부하량 가운데 최댓값을 이르는 말이다. 즉, 기저부하 이상의 수요에 해당한다. 주로 피크타임(Peak time), 전력수요가 급증할 때 가동하는 발전원으로, 보통 하루에 여덟 시간 미만 가동한다. 전력수요가 변동함에 따라 가변적으로 전력을 생산해야 하므로, 단시간 내에 발전이 가능하고 유연성이 높은 발전원이 첨두부하를 담당한다.
2. 한국의 전원믹스 및 발전원별 특성
[자료 12. 국내 에너지원별 발전량 현황]
출처: e-나라지표
국내에서 기저부하는 원자력 발전소과 석탄 발전소가 담당하고 있다. 원자력 발전소와 석탄 발전소는 같은 방식으로 전력을 생산한다. 연료에서 나온 열에너지를 사용하여 보일러에서 물을 끓이고, 그 과정에서 발생한 증기를 이용하여 터빈을 돌려 발전하는 방식이다. 이때 두 발전 방식의 열원에 차이가 있는데, 석탄 발전은 석탄을 연소시켜 얻은 열 에너지를 사용하고, 원자력 발전은 우라늄의 핵분열 시 나오는 에너지를 이용한다.
석탄 연료는 연소 과정에서 발생하는 열을 빠르게 조절하기 어렵고, 원자력 발전의 핵분열 반응 또한 일정한 속도로, 안정적으로 이루어져야 한다. 또한 원자력 발전은 전력 생산까지 약 24시간, 석탄 발전은 약 4시간이 걸린다. 이처럼 가동시간이 길고 발전정지 후 재가동이 어려워, 두 발전 방식 모두 지속적이고 일정한 출력을 제공하는 데 적합하다. 따라서 원자력발전은 2024년 기준 약 31.7%, 석탄발전은 감소 추세에 있음에도 불구하고 28.1%의 발전 비율을 유지하고 있어, 지속적인 전력 공급에 핵심적인 역할을 하고 있다.
2024년 기준 28.1%의 발전 비율로 석탄 발전과 동일한 규모를 차지하는 가스(LNG) 발전의 경우 첨두부하를 담당한다. 가스 발전은 가스 터빈을 돌려 전력을 생산하는데, 압축기에서 압축된 공기가 천연가스 연료와 혼합되어 연소함으로써 고온 고압의 기체가 팽창하는 것을 이용하여 터빈을 구동한다. 원자력 발전이나 석탄 발전과 달리 터빈 구동을 위해 물을 끓일 필요가 없으므로 가동시간이 짧다. 따라서 신속히 전력수요에 대응이 가능하여 첨두부하를 담당하고 있다.
양수 발전 또한 첨두부하를 담당한다. 양수 발전은 전기 값이 저렴한 심야, 주말 시간대에 하부 저수지에 있는 물을 상부 저수지로 끌어올린 뒤, 전력 수요가 증가하는 주중에 물을 떨어뜨려 전기를 얻는 방식이다. 수력 발전 방식의 일종이며, 기존의 댐식, 유역 변경식 발전과 달리 물을 인공적으로 양수(揚水)한다는 점에서 차이가 있다. 댐은 빗물 등을 모았다가 떨어뜨리고, 유역 변경식은 기존 수로의 경사를 키우거나 바꾸는 식으로 전기를 발생시키기 때문이다. 양수 발전은 물의 운동에너지로 터빈을 돌리므로 가동 후 전력 생산까지 3분 만이 소요되어, 급증하는 수요에 빠르게 대응할 수 있다.
3. 재생에너지와 전력망 안정성
탄소중립 달성을 위한 에너지 전환을 향한 목소리가 커지며, 신재생에너지의 역할도 확대되고 있다. 이러한 흐름에 따라 국내 신재생에너지의 발전 비중도 2015년 0.7%에서 2024년에는 10.5%로 눈에 띄게 증가한 모습을 보인다. 신재생에너지에는 태양광, 풍력, 수력, 해양 및 바이오, 폐기물, 연료전지 발전 등이 포함되나, 본 기사에서는 그 비중이 큰 태양광과 풍력, 연료전지에 한해서 특성을 살펴보고자 한다.
먼저 태양광 발전은 태양광 패널을 이용하여 태양빛을 직접 전기에너지로 변환하는 방식이다. 이는 금속과 반도체의 접촉면이나 반도체의 PN접합에 빛이 조사될 때 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한다.
풍력 발전은 바람의 운동에너지를 변환하여 전기에너지를 생산하는 방식이다. 바람의 운동에너지를 이용해 풍력 터빈을 돌려 역학적 에너지로 전환하고, 이를 다시 전기 에너지로 변환하는 시스템이다.
연료전지는 수소가 가진 화학에너지를 전기화학 반응을 통해 전기에너지로 변환하는 에너지 변환 장치이다. 수소와 산소가 화학반응을 일으킬 때 물과 전기가 생산되는 것을 이용하는 방식이다. 일반적인 발전 방식인 연료 연소를 사용하지 않으므로 효율적이며 배출가스가 없는 것이 특징이다.
[자료 13. 연료전지 발전원리]
출처: 춘천그린에너지(주)
대표적인 재생에너지인 태양광과 풍력 발전의 경우 일조량과 풍속 등 기상 조건에 의존하므로 변동성이 크고 예측도 어렵다. 특히 태양광의 경우 낮 시간대와 달리 해가 지면 급격히 출력이 감소할 수밖에 없다. 따라서 태양광 발전량이 급증하게 될 경우 덕 커브(Duck curve) 현상이 발생한다. 태양광 발전 비율이 높은 전력망에서는 피크 시간에 순 부하가 급감하지만 일몰 이후 태양광 발전량이 사라진 후 전력 수요가 급증해 피크를 달성하게 되는데, 이때 부하의 그래프가 오리 모양을 닮았다고 하여 덕 커브 현상이라 일컫는다.
[자료 14. 덕 커브 현상]
출처: Synergy
덕 커브 현상과 같이, 재생에너지의 큰 변동성과 예측 불확실성은 안정적인 전력망 운영에 있어 중요한 과제이다. 태양광과 풍력과 같은 변동성 재생에너지의 출력을 효율적으로 관리하기 위해 출력제어(출력제한)이 시행된다. 출력제어는 재생에너지 발전량이 과도하게 많은 시점에 송배전망 사업자가 재생에너지 발전 설비의 출력을 직간접적으로 차단하는 것을 말한다.
출력제한은 생산한 전력을 저장하거나 송출하지 못해 강제로 생산을 제한하는 것이므로, 재생에너지 발전사업자의 수익을 감소시키는 주요 원인이다. 이는 재생에너지 비중 확대를 막아 재생에너지 시장의 발달을 저해하는 데까지 영향을 미치므로 출력제한에 대응하기 위해 여러 기술과 제도가 제안되고 있다. 기술적 측면에서는, 재생에너지 출력량의 예측 정확도 향상, 중앙급전 발전기의 최소 출력 조정, ESS나 재생에너지 연계 수소 생산 등 잉여전력을 흡수하여 전력을 저장하는 장치를 도입할 수 있다. 또 제도적 측면의 개선도 가능한데, 플러스 DR이 대표적이다. 이는 잉여전력이 발생하는 시간대의 수요를 개발하거나, 타 시간대로 부하를 이전하여 잉여전력의 소비를 유도하는 방식으로, 정해진 시간의 수요를 낮추는 수요반응(DR)의 반대 개념이다.
전세계적인 에너지 전환 흐름에 따라 재생에너지의 비중은 앞으로도 꾸준히 확대될 전망이다. 이에 따른 전력망 불안정성 확대에 대응하기 위해, 유연성 자원인 ESS, P2G(Power to gas)의 중요성, 전력시장 제도 변화의 필요성도 활발히 논의되고 있다. 또한, LNG를 이용한 열병합 발전, 복합 발전은 에너지 전환의 중간다리 역할을 하며 당분간 그 수요가 유지될 전망이다. 끊임없이 변화하는 환경에 적응하고 지속가능한 전원믹스를 구축하기 위해, 국내 전원믹스도 변화를 이어갈 것이다.
[해외 발전원 소개]
국제적으로 탄소중립의 기조가 강조되고, 요구되고 있다. 우리나라도 역시 2050년까지 탄소중립을 선언한 바 있고, 이를 위해 2030년 국가온실가스감축목표(NDC)를 세우기도 했다. 탄소중립을 이루기 위해선 온실가스 배출 비중이 높은 ‘전력·에너지’ 부문에 초점을 맞추는 것이 중요하다. 지금까지는 국내를 위주로 발전원을 살펴보았으므로, 이번에는 해외에서 재생에너지 발전 비중을 높이고 있는 사례를 소개하고자 한다.
1. 덴마크
[자료 15. 덴마크의 원스톱 숍 제도 인허가 절차]
출처 : 국회도서관
덴마크는 2023년 기준으로 전체 전력 생산의 약 58퍼센트를 풍력발전으로 충당하고 있고, 2035년까지 풍력 비중을 최대 84퍼센트까지 확대할 계획이다. 덴마크는 1973년 오일 쇼크를 계기로 에너지 공급의 안정을 위해 화석연료 비중을 낮추고 특히 풍력 산업을 지원하기 시작했다. 덴마크의 재생에너지 전환에 있어 핵심적인 요소는 ‘원스톱 숍’ 제도를 꼽을 수 있다. 원스톱 숍 제도란 다른 정부부처와 협의하지 않고 에너지청(Danish Energy Agency, DEA)에서 해상풍력발전의 인허가 절차를 진행할 수 있는 제도이다. 이를 통해 사업자 입장에서는 신속하게 풍력발전 사업을 추진할 수 있다. 우리나라의 경우 육상을 포함해 풍력발전단지 개발에 평균 6년정도 소요되는 데 반해, 원스톱 숍 제도를 통해서는 공사 인허가 기간이 평균 2년 10개월로 크게 줄어든다. 이와 더불어 풍력발전단지 입지를 선정하는 초기 단계에서부터 어민단체 등의 이해관계자가 참여할 수 있도록 설계하여 사업 추진과 관련해서 발생할 수 있는 갈등을 미리 예방하고 있다.
2. 독일
[자료 16. 2024년 독일 공공 전력 순 발전량]
출처 : Energy-Charts
2024년 기준, 독일은 전체 전력의 약 59퍼센트를 재생에너지로 생산하고 있다. 2030년까지 전력 소비 80%를 재생에너지로 확대하는 것을 목표로 삼았고, 2023년에 재생에너지법(EEG)을 개정하여 2030년까지 215GW에 달하는 태양광 에너지 발전량을 달성하기 위해 노력하고 있다. 이를 위해 독일 정부는 태양광 시스템 설치 절차에 대한 규제를 완화하거나 설치 시 부가가치세를 면제하는 등 개인 태양광 패널에 대한 수요를 증가시키기도 했다. 그 예시로 발코니 태양광이 있다. 말 그대로 개인 주택의 발코니에 태양광 패널을 설치하는 것이다. 러시아-우크라이나 전쟁으로 인해 에너지 안보에 위협을 느끼면서 독일의 도시 및 지방자치단체는 발코니 태양광 시스템에 보조금을 지급했다. 그 결과 2023년에 약 35만 개의 발코니 태양광이 설치될 수 있었고, 2024년에는 인허가 절차를 간소화시켜 2배 가까이 설치율을 높였다. 이외에도 임대차법 및 주거용 부동산법을 변경하여 집주인이 정당한 이유를 주장하지 않는 한, 세입자가 쉽게 발코니 태양광을 설치할 수 있도록 지원했다.
3. 노르웨이
[자료 17. 노르웨이 발전 설비 공급 전망]
출처 : 세계에너지시장정보
노르웨이는 전체 전력 생산량의 88%를 차지할 정도로 수력발전의 비중이 높은 국가이다. 노르웨이에는 강수가 풍부하고 댐과 저수지가 있기 때문에 수력발전에 적합한 환경이다. 하지만 동절기에는 저수지가 얼어버릴 수 있기 때문에 수요에 따라 영국, 네덜란드, 독일 등 인접 국가로 전력을 수출하기도 한다.
[자료 18. 노르웨이 Kvilldal 발전소]
출처 : Statkraft
노르웨이의 대표적인 발전 회사는 ‘Statkraft’이다. Statkraft는 2024년 기준 365개의 수력발전소를 전 세계적으로 보유하고 있고, 그 설비용량은 14,245MW에 달할정도로 유럽 최대 수력발전 생산 기업이다. 노르웨이에서 가장 설비용량이 큰 수력발전소는 ‘Kvilldal’이라는 발전소로, 1,240MW 규모이며 Rogaland 주에 위치해 있다. 수력발전은 친환경 에너지를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 에너지를 필요할 때 양수발전의 형태로 저장할 수 있어 유연하게 전력을 관리할 수 있다는 장점이 있다. 따라서 노르웨이와 같이 환경이 잘 갖추어 진다면 그 가치가 더욱 높아진다. 양수발전과 관련해서는 대신기 홈페이지 내 ‘양수발전, 미래의 재생 에너지로 자리 잡을 수 있을까?’ 기사를 참고하면 더욱 자세히 알 수 있다.
[발전 부문의 최근 이슈 및 연구동향]
탄소중립이라는 시대적 과제 아래, 최근의 발전부문은 기술‧제도적 전환이 동시에 요구되는 중대한 전환기에 직면해 있다. 특히 태양광과 풍력을 중심으로 한 변동성 재생에너지의 급격한 증가로, 계통 불안정성 문제가 구조적 과제로 대두되고 있다. 이를 해결하기 위해 에너지 저장 시스템(ESS), 스마트그리드, 수요반응(DR) 등 다양한 기술적 대응이 이루어지고 있으며, 전력망의 실시간 예측 및 제어를 위한 인공지능(AI)·빅데이터 기반 기술의 적용이 활발히 이루어지고 있다.
에너지 안보도 중요한 이슈 중 하나이다. 이에 다각도의 에너지원 확보 전략도 활발히 논의되고 있다. 수소 연료, 소형모듈원자로(SMR), 연료전지 발전, 탄소 포집 및 저장(CCUS) 기술 등은 기존 화석연료 기반 전력 시스템의 한계를 보완하는 대안으로 떠오르고 있으며, 이러한 기술들은 상호보완적으로 작동하며 하이브리드 전원 체계를 구성할 수 있다. 이러한 기술 발전은 기존 전력체계의 유연성과 대응력을 높이고, 장기적으로는 탄소중립 실현의 경로를 다변화하는 데 기여할 것으로 기대된다.
연구개발(R&D) 분야에서도 전력수요 예측 정밀화, 분산형 전원 간 연결성 강화, LMP 기반 가격 신호 반영 운영 전략, 디지털 트윈 기반 계통 시뮬레이션 등 전력 시스템 전반의 지능화 및 최적화에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 기술 동향은 단순한 공급 확대를 넘어, 에너지 시스템의 구조적 전환을 지향하고 있다는 점에서 중요한 의미를 갖는다.
앞으로 한국의 발전 부문은 재생에너지를 중심으로 한 에너지 믹스를 확대하는 한편, 전력망의 안정성과 유연성을 확보할 수 있는 기술적 기반을 함께 마련해야 한다. 이를 위해서는 기술 간 연계성 강화, 전력시장 제도의 정비, 그리고 국제적 협력을 통한 기술 표준 및 공급망 구축이 병행되어야 한다.
결국, 전력계통의 에너지 전환은 단일 기술이나 제도 개편만으로는 이루어질 수 없다. 발전 부문 전체의 시스템 전환을 뒷받침하는 기술 개발과 정책 정비가 함께 이루어질 때, 비로소 지속 가능한 미래로의 전환이 현실화될 것이다.
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https://www.statkraft.com/about-statkraft/where-we-operate/norway/kvilldal-hydropower-plant/
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