[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ④배전편

[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ④배전편

대학생신재생에너지기자단 23기 김용대, 25기 구윤서, 김승현

 

해당 시리즈의 마지막 기사는 '배전'이다. 전력계통에서 소비자에게 전력을 전달하는 배전 부문에 대하여 배전 방식과 법령, 전기요금 종류, 장기 배전계획 소개 등으로 구성하였다.

 

국내 배전망 개요

이 시리즈에서 소개한 발전, 송전, 변전, 그리고 배전까지 연결된 망을 전력계통이라고 한다. 특히 배전은 전기를 전달한다는 역할이 같아 송전과 헷갈리기 쉽다. 이전에 언급했듯이 송전은 발전소에서 생산한 고압 전기를 먼 거리인 변전소까지 보내는 과정이고, 배전은 변전 후 전기를 최종 소비자에게 보내는 마지막 과정이다. 배전설비들은 우리가 전기를 사용할 수 있도록 직접 연결하는 역할이다. 현재 우리나라의 배전망은 한국전력이 독점적으로 운영하고 있다. 보통 전주(전신주), 변압기, 배전선로, 계량기 등이 배전 설비에 포함된다. 

 

[자료 1. 국내 배전망 현황]

출처 :  전력데이터 개방 포털시스템

한국전력공사의 전력데이터 개방 포털시스템에서는 지역별로 배전설비 현황에 대하여 선로 길이, 전선 전체길이, 지지물(기), 지지물(기)(기), 변압기(대), 개폐기(대)에 관련한 정보를 위와 같이 제공하고 있다. 최근에는 신재생에너지 확산, 에너지 수요의 분산화 그리고 전력 설비 노후화 대응 등의 시대적 흐름에 따라 배전의 역할도 진화하고 있다. 친환경 자재와 ICT 기반 기술을 활용하여 배전 건설은 진행하고, 지역 단위의 분산형 전력공급 체계, 그리고 스마트 계통 감시, 제어가 가능한 지능형 배전망이 도입됐다.

 

배전 시스템 소개

배전 시스템을 소개하는 데 있어 배전방식과 법령, 배전망 운영자의 필요성으로 내용을 구성했다.

1. 배전방식 비교

먼저 배전방식에 대해 설명하고자 한다. 배전계통은 구성 형태에 따라 크게 수지상 방식과 네트워크 방식으로 나뉜다.

• 수지상 배전방식

[자료 2. 수지상과 네트워크 선로]

출처 : DBpia

네이버 국어사전에 따르면, 수지상이란 ‘나뭇가지처럼 여러 가닥으로 벋어 나간 모양’이다. 즉, 전원 측의 변전소에서 단일 경로의 배전선로가 분기돼 부하에 전력을 공급하는 방식이다. 수지상 배전선로는 전류가 한 방향으로만 흐르기 때문에 운영 및 보호가 용이하다. 이러한 장점으로 99%의 배전선로가 수지상 방식을 차용하고 있다. 그러나 다른 선로와 연결되지 않아 공급 신뢰도가 낮고, 선로 간 부하불평형이 발생할 우려가 있다. 이 외에도 한 경로에 의존하기 때문에 고장 발생 시 해당 구간 전체가 정전되는 단점이 있다.

• 네트워크 배전방식

네트워크 배전방식은 여러 개의 배전선로를 상시 연계해 운용하는 방식이다. 다수의 전원 경로가 동시에 부하를 공급하므로, 하나의 선로에 고장이 발생해도 다른 선로를 통해 전력을 공급할 수 있다는 특징이 있다. 따라서 공급 신뢰도가 높고, 설비 이용률이 향상되는 장점이 있다. 하지만 차단기의 위치에 따라 고장 전류의 방향이 바뀌기 때문에 기존의 수지상 배전방식의 차단방식을 사용할 수 없어 보호가 복잡해지는 단점이 있다. 국내에서는 거의 도입되지 않았지만, 한전 전력연구원에서 기술 개발 및 일부 실증을 추진하고 있다.

2. 배전 관련 법령

다음은 배전 법령에 대해 살펴보고자 한다. 전기 요금 체계의 기반이 되는 공급 신뢰성과 품질 유지를 위해 정부는「전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준」을 별도로 고시하고 있다. 이 기준은 송전망과 발전설비가 정상적으로 작동하며, 전압과 주파수가 허용 범위 내에서 유지되도록 하는 기술적 요구사항을 명시한다. 또한 급격한 수요 변동이나 설비 고장에 대비한 예비력 확보, 고조파·플리커 제한, 고장 시 자동차단 시스템 등의 기준이 함께 적용된다.「전기사업법 시행규칙」 제18조(전기의 품질기준), 제19조(전압 및 주파수의 측정)는 전기사업자가 전기 품질에 관하여 일정 표준 전압 및 주파수 범위를 유지하도록 한다. 매년 1회 이상 측정해야 하며, 결과는 3년간 보존한다. 이 기준은 산업통상자원부장관이 고시한 것이다. 

[자료 3. 표준전압 및 허용오차] 

출처: 전기사업법 시행규칙

이 자료에서 명시된 전압 기준은 저압 배전의 대표적인 전압 수준이다. 보통 배전선로는 3상 4선식으로 22.9kV(고압), 380/220V(저압) 등이 사용된다. 고압 배전선로의 경우 한전 기준으로 22.9kV가 대표적인 표준이다. 송전된 전기는 실제 변압기를 통해 저압으로 변환돼 주택과 건물에 공급된다. 이는 저압 기준이며, 고압은 별도의 기준이 있을 수 있다. 전압 강하 등의 이상이 생기면 보호설비나 전압 보상기술을 통해 조정한다. 단지 물리적 설비의 관리를 요구하고 전기요금의 신뢰도를 뒷받침한다. 

3. 배전망 운영자(DSO, Distribution System Operator)의 필요성

[자료 4. TSO와 DSO의 개념]

출처 : ResearchGate

향후 탄소중립 목표 달성을 위해 배전계통에 태양광, 풍력과 같은 소규모 분산형 에너지 자원(DER, Distributed Energy Resources)이 접속되는 용량이 점차 늘어날 전망이다. 이때 계통 안정성 확보를 위해 배전계통에서의 양방향 전력 흐름을 관리하고, 더 나아가 DER을 통해 새로운 비즈니스를 창출하는 배전망 운영자의 필요성이 대두되고 있다.

배전망 운영자(DSO, Distribution System Operator)는 송전망 운영자(TSO, Transmission System Operator)에 대응해 배전계통을 운영·관리하는 주체이다. 송전망 운영자가 고전압으로 장거리 송전을 담당해 전체 전력계통의 안정성을 유지하는 데 초점을 둔다면, 배전망 운영자는 상대적으로 낮은 전압의 배전계통을 관리하고 지역 수준에서 전력 품질과 신뢰성을 보장하는 데 초점을 둔다.

2024년 11월 7일에 게재된 일렉트릭파워 기사에 따르면, ‘배전망운영자(DSO) 출범식’에서 한국전력은 배전망 Code, 장기배전계획, 전력망 감시·제어 시스템 등 배전망 운영에 관한 정책과 계획을 발표하고 향후 배전망 운영자로서 역할을 수행할 것으로 발표한 바 있다. 이에 앞으로의 국내 배전망 운영자는 한국전력이 담당할 것으로 보인다.

 

전력 도매 및 소매가격

배전 단계에서 전기소비자가 이용 요금을 내고 전력을 사용하게 된다. 이에 대해 전기 요금 책정 방식과 SMP, LMP의 차이를 소개하고자 한다.

1. 전기 요금 책정 방식

전기요금은 「전기사업법」 및 산업통상자원부 고시 「전기요금산정기준」에 따라 총괄원가 방식으로 산정된다. 이 요금 항목별로는 기본요금, 전력량 요금, 연료비 조정요금, 기후환경요금 등이 포함된다. 특히 제11조와 제14조에서는 전기요금 산정의 기본 구조와 차등요금, 누진요금 체계의 도입 근거를 명시하고 있다. 이러한 제도와 관련하여 주택용 전기요금은 사용량이 많을수록 단가가 급격히 상승하는 3단계 누진요금제 형태로 운영되고 있다. 여름철 에어컨을 많이 틀다 보면 예상보다 전기 요금이 많이 나와서 당황하게 되는데, 그 비밀은 바로 이 누진요금제에 숨어 있다.

[자료 5. 사용전력량 당 요금]

출처: 찾기 쉬운 생활 법령 정보

예를 들어 저압 전력을 사용하는 주택의 경우, 월 사용량이 200kW 이하일 때는 kWh당 112.0원의 전력량 요금을 적용받지만 400kWh를 초과할 경우는 단가가 299.3원으로 거의 세 배 가까이 상승한다. 이는 고압 전력 사용자에게도 동일한 구조로 적용된다. 사용량이 많을수록 단가가 가파르게 증가하는 것이다. 누진요금제는 법령상 근거에 따라 전기사업자의 총괄원가 회수 및 공공성 확보라는 이중 목표를 실현하고 있다.

이와 함께 전기 요금 체계에서 국제 에너지 가격의 급등락에 따라 연료비 조정요금이 별도로 도입되어 운영되고 있다. 석탄, 천연가스(LNG), 유류 등 주요 발전연료의 국제 가격 변동을 반영하는 항목이다. 제20조, 제24조에 근거하여 산업통상자원부가 분기마다 조정 단가를 고시한다. 2021년부터는 이 항목이 고지서에 kWh당 단가로 별도 표시됐다. 또한 에너지 전환 및 탄소중립 정책을 반영한 새로운 요금 항목이 도입됐다. 바로 기후환경요금이다. 기후환경요금은 2021년부터 전기요금 고지서에 포함되기 시작했으며, 신재생에너지 확대와 미세먼지 저감, 그리고 온실가스 감축 등의 환경적 공익사업을 위한 재원 마련을 위해 사용된다. 제14조에 따라 자원의 효율적인 배분과 사회정책적 목적을 고려한 요금 항목으로 해석할 수 있다. 추가적으로 산업기반기금, 부가가치세 등 별도 부과 항목은 제 20조와 제26조에 따라 정산 및 검증 과정을 거쳐 반영되며, 최종 소비자 요금에 포함된다.

2. SMP와 LMP 차이

• SMP (System Marginal Price)

[자료 6. 계통한계가격 일별 1시간 단위 SMP 가격]

출처 : 전력거래소

SMP란 전력시장 전체에 적용되는 계통한계가격으로, 전력퍼즐 시리즈의 발전편에서 개념을 다룬 적이 있다. 그러나 이와 비슷한 LMP와 어떤 차이점이 있는지 다루고자 한다.

우선 SMP는 한 시간 동안 전력 수요를 충족하기 위해 투입된 가장 높은 단가를 가진 발전기의 가격으로 결정된다. 모든 발전사가 동일한 도매가격을 적용받는 단일 정산가격 체계이며, 국내에선 육지와 제주 SMP 2가지로 구분하여 균일한 가격을 적용하는 특징이 있다. 한국은 2001년 전력시장 개설 이후 SMP 단일가격 체계를 유지해왔다.

• LMP (Locational Marginal Price)

[자료 7. LMP 개념]

출처 : 에너지경제연구원

LMP는 지역별 한계가격으로, 지역별로 도매전력 가격을 책정하는 방식이다. SMP와 달리 송전망의 혼잡 비용과 전력 손실 비용까지 고려해 지역의 한계 발전비용을 계산하는 특징이 있다. 송변전편에서도 다루었듯, 우리나라는 발전 밀집 지역과 수요 밀집 지역이 따로 구분돼 있다. 이로 인해 발전설비 밀집 지역에서는 송전제약과 송전손실에 대한 비용을 부담해야 하는데, 기존의 SMP 체제에서는 육지 도매전력 가격이 동일했기 때문에 이에 대한 해결책이 필요한 상황이었다. 이때 LMP는 지역별 공급·수요 상황을 가격에 반영하므로 발전설비 및 소비시설의 입지를 효과적으로 유도할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 될 경우 발전량보다 소비량이 많은 지역은 LMP가 증가하고, 발전량보다 소비량이 낮은 지역은 LMP가 낮아질 수 있다.

이에 정부는 2025년에 LMP를 도입하고, 2026년에는 소매요금(전기요금) 역시 지역별로 부과하는 지역별 차등요금제를 시행할 계획을 밝혔다. 그러나 LMP와 지역별 차등요금제가 도입될 경우 시장 운영이 복잡해지고, 지역 간 가격 편차로 인한 형평성의 문제가 발생할 가능성도 존재해 계통기여도를 반영한 ‘모선가격제(Nodal Pricing)’로 도입해야 한다는 의견도 존재한다.

 

장기 배전계획 첫 수립

우리나라 발전설비는 주로 해안가 지역에 밀집해 있지만, 전력 수요는 수도권에 집중돼 있다. 특히 서울은 전력 생산량 대비 소비량을 나타내는 전력자립률이 10%를 밑도는 상황이다. 이에 대응하기 위해 에너지 사용 지역 인근에서 생산과 소비가 함께 이뤄지는 분산에너지의 활성화가 본격적으로 시작됐고, 이에 따라 배전망의 중요도도 함께 상승했다. 분산에너지 시대에 걸맞은 배전망의 역할 확대를 반영해, 한국전력은 처음으로 5년 이상의 장기 배전 계획을 계획하고 관련 업무에 착수했다.

이번 장기 배전계획은 지난해 수행된 ‘분산에너지활성화특별법’에 따라 수립되는 최초의 법정 배전계획으로, 2028년까지의 계획을 수립해 2025년 하반기에 이를 공개할 예정이다. 2028년까지 분산에너지의 40% 증가를 전망하며 특히 태양광 중심의 계통 대응 방안이 강화될 예정이다. 기존에는 3년 이하의 단기 중심 계획에 머물렀던 것과 달리, 이번 계획은 지역별 전력 수요와 분산에너지의 향후 장기 보급 전망을 반영한 5년 단위의 종합적인 계획이라는 점에서 주목할 의의가 있다.

한전은 장기 배전계획을 세우기 위해 지난 10월부터 173개의 전국 단위 분산에너지 실태조사를 실시했다. 그 결과 현재 약 26GW로 전체 발전원의 17% 수준이던 분산에너지가 2028년에는 36GW, 즉 전체 발전원의 20%로 약 40% 증가해 기존의 전기사용자뿐만 아니라 다수의 발전사업자도 배전망을 적극적으로 이용하는 상황이 될 것으로 전망됐다. 또한 분산 에너지가 대부분 호남권에 집중된 점도 고려해 지역 편중을 반영한 전력망 운영 계획도 수립할 것으로 예상된다.

그뿐만 아니라 분산에너지의 안정적인 운영과 관련해 감시·제어 인프라 구축이나 출력제어 절차 등 운영계획도 함께 구축할 예정이다. 장기 배전계획은 전력산업 및 이해관계자들의 분산에너지 투자 기술개발, 지역 분산 유도 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 특히 분산법 시행 이후에도 미비했던 배전망 운영계획이 마련되면서, 관련 사업자들이 따를 규정이 마련됐다는 점과 국민이 보다 효율적이고 안정적인 전력 서비스를 누릴 수 있도록 이바지한다는 점에서 그 의의가 크다.

 

배전계통에서의 현안 및 대응책

지금까지 배전계통의 주요 키워드를 살펴보며 전력퍼즐 시리즈의 배전편을 마무리한다. 현재 분산에너지자원(DER)의 비중이 꾸준히 증가하면서 과거에 비해 배전계통에서 큰 변화를 맞이하고 있다. 특히 태양광과 풍력의 경우 간헐적인 발전 특성이 있어 전압변동률 증가, 역전력 흐름, 보호협조 복잡 등의 새로운 부담을 주고 있다. 이러한 변화를 뒷받침하기 위해 분산에너지와 관련된 법과 제도들이 보완되고 있고, 더 나아가 새로운 기술과 운영방식이 요구되고 있다.

대표적으로 정부가 2023년에 제정한「분산에너지 활성화 특별법」이 있다. 해당 특별법의 주요 내용 중 ‘분산에너지 특구 지정’은 선정된 특화지역 내에서 소규모 분산에너지 사업자와 소비자 간 전력거래를 허용해 기존의 발전 및 판매 겸업 금지 사항을 극복할 수 있도록 특례를 제공한 사항이다. 이에 따라 앞으로 신재생에너지를 기반의 소규모 전력시장이 점차 확대될 전망이다. 특히 연료전지, 태양광, 풍력 등의 분산에너지 자원들을 모아 AI를 사용해 발전량과 수요량을 예측할 수 있다면 하나의 VPP(Virtual Power Plant)를 형성해 전력시장에 입찰할 수 있는 전력중개사업을 참여할 수 있다. 이때 분산에너지 자원들을 효과적으로 관리하기 위해선 계통 부담을 완화할 수 있는 ESS(Energy Storage System)와 같이 유연성 자원들 역시 확대될 것으로 전망된다.

결국 전력계통이 중앙집중형 체계에서 분산형 체계로 변화되면서 향후 배전망에서는 안정적인 운영을 위해 AI를 기반으로 한 지능화 기술을 차용할 수 밖에 없고, 또한 소비자가 계통 유연성에 직접 기여할 수 있는 DR(Demand Response)와 V2G(Vehicle to Grid) 기술 역시 활성화될 것으로 보인다. 기존에 비해 배전 계통의 운영방식과 전력시장이 더욱 복잡해진 시대가 됐지만, 탄소중립 시대를 맞이하는 것은 분산에너지를 어떻게 효과적으로 관리하는 가에 달려있다.

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배전계통에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ③송변전편", 23기 김용대, 25기 구윤서, https://renewableenergyfollowers.org/4838

[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ③송변전편

2. "[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐]②발전편", 23기 김용대, 26기 신혜진, https://renewableenergyfollowers.org/4801

[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ②발전편

 

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참고문헌 

[국내 배전망 개요]

1) 한국전력공사, 한국전력공사 홈페이지, "송배전사업", https://www.kepco.co.kr/home/business/transbus.do

2) SK이노베이션 E&S, SKinno News, "[에너지백과] 발전/송전/배전/변전", 2022.08.11, https://skinnonews.com/archives/119382

[배전 시스템 소개]

1) 김우현 외 1명, “배전 계통의 고장 구간 분리 방법 및 장치“, 대한민국특허청(KR), 2022.05.27, https://patentimages.storage.googleapis.com/f9/97/33/334149f37c6c7c/KR20220069596A.pdf

2) 산업통상자원부, 국가법령정보센터, "전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준", 2023.04.25, https://www.law.go.kr/admRulLsInfoP.do?admRulId=33703&efYd=0

3) “수지상”, 네이버 국어사전, https://ko.dict.naver.com/#/search?query=수지상&range=word

4) 원동준 외 3명, “배전망 운영자(DSO)”, 분산에너지 시스템 개론, 전기신문, pp. 204, 2025.03

5) 이재용, “한전, 배전망운영자(DSO) 출범··· 운영자로서 의무와 역할 강화 다짐”, 일렉트릭파워, 2024.11.07, http://www.epj.co.kr/news/articleView.html?idxno=35244

6) 채우규, “네트워크 배전방식, 배전급 전력공급 방식의 진화”, 전기저널, 2021.06.10, http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=4118

[전력 도매 및 소매 가격]

1) 강대영, “지역별 한계가격제(LMP)의 개념과 도입 효과”, 에너지경제연구원, pp. 22~30, 2024.01, https://keei-lib.egentouch.com/%24/10110/contents/5964969?checkinId=3003023&articleId=1773376

2) 김용대 외 1명, “[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ②발전편”, 대학생신재생에너지기자단, 2025.04.28, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4801

3) 김용대 외 1명, “[대신기와 맞춰보는 전력퍼즐] ③송변전편”, 대학생신재생에너지기자단, 2025.05.26, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4838

4) 산업통상자원부, 국가법령정보센터, "중소기업 등의 전력거래계약 등에 관한 고시", 2023.08.01, https://www.law.go.kr/LSW/admRulLsInfoP.do?admRulId=33701&efYd=0

5) 에너지경제신문, “[신년기획] 전기도매시장에 부는 자유시장경제바람…"수급 안정과 함께 가야”, 에너지경제 2024.01.02, https://m.ekn.kr/view.php?key=20231220010006358

6) 윤대원, “반쪽짜리 LMP 안되려면 (상)단순화된 기준에 취지 못 살려…‘모선요금제’ 도입 시급”, 전기신문, 2024.09.16, https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=342570#:~:text=그동안 우리 전력시장에서는 연료비를 중심으로,등을 전력시장에 반영하고 발전사

7) 찾기쉬운 생활법령정보, "그동안 우리집 전기 사용량은 보통 월 250kWh 내외였고 전기요금은 평균 22,000원 정도였습니다. 그런데 이번 달에 약 410kWh의 전기를 썼는데, 전기요금은 평소의 배가 넘는 45,000원 정도가 나왔습니다. 왜 이렇게 갑자기 전기요금이 많이 나왔을까요?", 2025.05.15, https://easylaw.go.kr/CSP/OnhunqueansInfoRetrieve.laf?onhunqnaAstSeq=96&onhunqueSeq=4981&curPage=1&sch=&pageType=20

8) 최호, “LMP, 권역별 동일요금 역차별” vs “전력자급률 큰 영향 없어”, 전자신문, 2024.10.15, https://www.etnews.com/20241015000254

[장기 배전계획 첫 수립]

1) 뉴시스,”'송전망 대신 배전망' 전력 인프라 판 바꾼다…장기 배전망 계획 마련”, 2024.11.23, https://www.newsis.com/view/NISX20241122_0002969920

2) 오승진, 전기신문, “한전, 국내 첫 ‘장기 배전계획’ 수립 본격화”, 2025.05.07. https://www.electimes.com/news/articleView.html?idxno=354427

3) 한국전력공사, “한전, 국내 첫 ‘장기 배전계획’ 수립 [보도자료]”, 한국전력공사, 2025.05.02, https://www.kepco.co.kr/home/media/newsroom/pr/boardView.do

[배전계통에서의 현안 및 대응책]

1) 박윤석, “분산에너지 특S화지역 후보지 7곳 선정”, 일렉트릭파워, 2025.05.22, http://www.epj.co.kr/news/articleView.html?idxno=36314

2) Eco News, “<에코용어사전> 발전기 없는 가상 발전소, VPP”, SK에코플랜트 뉴스룸, 2023.11.14, https://news.skecoplant.com/plant-tomorrow/13781/