안정적인 전력 공급이 가능할 것인가, 마이크로그리드

안정적인 전력 공급이 가능할 것인가, 마이크로그리드

대학생신재생에너지기자단 24기 박선혜

[대규모에서 소규모로]

우리나라는 2022년 기준으로 기저 발전인 원자력과 석탄의 발전량은 각각 176,054GWh, 193,231GWh로 집계된 반면 신재생에너지 발전량은 53,182GWh로 집계되었다. 수치에서도 확인할 수 있듯 우리나라의 전력 체계는 중앙 집중형 대규모 전력 생산 방식이 절대적, 지배적이라고 볼 수 있다. 그러나 탄소중립, 기존 기저 발전의 유한성 및 위험성으로 인해 신재생에너지 기술의 발전이 발 빠르게 이루어지고 있고 그에 따라 소규모로 전력의 분산, 배치가 가능한 분산 전원이 떠오르고 있다. 그렇다면 이러한 분산 전원에서 나오는 분산 에너지는 어떻게 관리하는 것일까?

[자료1. 발전원별 발전 추이]

출처: 한국수력원자력

 

[마이크로그리드란?]

분산 전원이라고 하면 한 번쯤은 스마트그리드라는 말을 들어본 적이 있을 것이다. 스마트그리드의 정확한 의미는 신·재생에너지에 바탕을 둔 분산 전원의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 및 기존의 발전설비에 들어가는 화석연료 사용을 절감하여 온실가스 감소 효과를 기대할 수 있는 전력망이다. 마이크로그리드는 위와 같은 스마트그리드를 소지역 특성에 맞게 적용한 전력망이다. 즉, 정보통신기술(ICT)을 접목한 차세대 전력망인 동시에 분산 에너지원을 수용하여 에너지의 공급과 수요를 관리하는 지역 관리망인 것이다.  또한 마이크로그리드는 기존의 발전소에서 전기를 생산하는 방식이 아닌 양방향의 송배전을 바탕으로 다양한 프로슈머가 전력 생산을 맡게 되는 방식이다. 

[자료2. 스마트그리드의 축소판이라 불리는 마이크로그리드]

출처: 산업일보

마이크로그리드의 종류는 운전 형태를 기준으로 독립형과 계통형으로 나눌 수 있다. 독립형 마이크로그리드는 중앙 전력계통과 연계되지 않은 독립적인 전력망이다. 그러나 우리나라의 대부분의 지역은 한전의 전력망으로 전력을 공급받을 수 있다. 그렇기 때문에 독립형 마이크로그리드는 우리나라에서 접근성이 떨어진다. 한편 계통형 마이크로그리드는 평상시에는 중앙 전력계통에서 전력을 공급하고 정전 등의 비상시에는 단독운전을 한다. 그렇기 때문에 독립형 마이크로그리드보다 더 우리나라에 맞는 구조이다.

 

[마이크로그리드 시스템 구조]

마이크로그리드 시스템의 구조는 각각의 목적과 환경 특성에 따라 달라진다. 기본적으로 마이크로드그리드의 일반적인 구조는 태양광 패널과 풍력 터빈이 있다. 이러한 발전 모듈들은 신재생 에너지를 사용하여 전력을 생산한다. 또한 디젤엔진, 소규모 터빈, 연료전지는 소규모의 전통적인 화석 연료를 이용하여 전력을 생산한다.

[자료3. 마이크로그리드의 일반적인 구조]

출처: Riss

마이크로그리드 시스템의 구체적인 기기 요소의 기능으로는 유효/무효전력 제어 및 전력품질 보상이 가능한 PCS, 단독운동 방지 등의 배전계통 연계 보호 기능이 있는 STS/IED, 범용 통신과 IEC-61850 변환 기능이 있는 Network Gateway, 부하(전력, 열) 및 신재생에너지 발전량을 예측할 수 있는 μ-Grid EMS가 있다.

 

[마이크로그리드 시스템의 국내와 해외 현황]

국내에서는 최근 분산에너지특별법의 통과로 분산 전원 설치의 증가가 예상되며 이에 따라 한국전력은 지역단위 마이크로그리드의 활성화를 추진할 예정이다. 지역 단위 마이크로그리드를 통해 전기 요금의 의존도를 낮추고 자원 무기화에 지역사회 규모로 대처할 수 있을 것이라고 발표하였다. 아직 구축 초기 단계로 플랫폼을 운영 중이나, 낮은 전기 요금 때문에 편익 확보가 크지 않다. 또한 이전에 여러 대학교에서 캠퍼스 마이크로그리드를 시도했지만, 성공 사례는 없는 것으로 알려졌다.

[자료4. 한전이 제시한 마이크로그리드 구조도]

출처: 에너지데일리

해외는 국내보다 더 활발한 연구가 진행되고 있다. 미국은 여러 개의 마이크로그리드 컨소시엄을 구성하여 5개의 실증 시스템을 운영 중이다. 컨소시엄은 마이크로그리드 전체 시스템 운영을 위한 전압제어, 조류제어, 단독 운전 시 부하 절체, 신뢰성 확보 등의 기능으로 구성된다. 유럽의 경우 유럽연합을 구성하여 100여 개의 단체가 그리스, 스페인 등 8개의 마이크로그리드 실증시험 시스템을 운영하고 있다. 일본은 전력회사보다 민간 회사 주도로 서로 다른 목적에서 마이크로그리드 개념을 실증하고 있고 해외 사업 진출을 시도하고 있다. 뿐만 아니라 시미즈는 건설 회사가 독자적으로 미래형 에너지 자립형 건물의 상업화를 위해 마이크로그리드를 구축하여 실증 시험을 진행하였다. 이렇듯 세계 마이크로그리드 시장 규모는 21년 기준 약 676억 달러에 이를 전망으로 예측되며, 에너지사업 중 마이크로그리드는 제로에너지빌딩 다음으로 큰 시장을 형성할 것으로 보고 있다.

그렇다면 국내보다 해외에서의 상용화가 더 쉬운 것일까? LS산전(주) 전력연구소 김영국 박사는 한국의 전기료가 다른 나라에 비해 저렴하기 때문에 마이크로그리드의 구축을 위한 투자 비용을 내기 어렵다고 주장하였다. 또한 비용뿐만 아니라 제도적인 측면에서도 메꿔야 할 부분이 있고, 투자한 것에 대해 안정적으로 자리 잡기 위해서는 회수 기간이 필요하기 때문에 앞으로 여러 관문을 넘어야 할 것으로 보인다.

 

[앞으로 나아갈 방향]

마이크로그리드는 기존의 체제에 익숙해져 있기도 할 뿐만 아니라 우리나라의 구조적인 문제 때문에 아직 상용화가 어려운 부분이 많다. 따라서 작은 지역에서의 성공이 중요한 신호가 될 것이다. 또한 신재생에너지를 생산했을 때 잉여전력을 담기 위해 관리할 수 있는 전력망도 필요하지만 원자력 에너지, 화력 에너지를 완전히 사용하지 않을 수는 없다. 그렇기 때문에 기저 발전의 사용량은 줄이되, 마이크로그리드와 같이 보완할 수 있는 전력망을 안정적으로 구축하는 것이 핵심이라고 생각한다.

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마이크로그리드에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "차세대 똑똑한 전력망, 스마트 그리드!", 19기 양은우, https://renewableenergyfollowers.org/3392

차세대 똑똑한 전력망, 스마트 그리드!

2. " '전력 잡아먹는 괴물' 대학 캠퍼스, 마이크로그리드 혁신의 중심으로", 17기 강하은, 17기 손예진, https://renewableenergyfollowers.org/2949

'전력 잡아먹는 괴물' 대학 캠퍼스, 마이크로그리드 혁신의 중심으로

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참고문헌

[대규모에서 소규모로]

1) "기저부하운전", 서울대 원자력정책센터, 2018.05.17., https://atomic.snu.ac.kr/index.php/%EA%B8%B0%EC%A0%80%EB%B6%80%ED%95%98%EC%9A%B4%EC%A0%84

2) 이택윤, 한국수력원자력, "발전원별 현황", https://npp.khnp.co.kr/index.khnp?menuCd=DOM_000000102002001002 

[마이크로그리드란?]

1) 한국전력공사, "스마트그리드란?", https://home.kepco.co.kr/kepco/KO/C/htmlView/KOCDHP00201.do?menuCd=FN05030502 

2) 한국전력신문, "에너지 자급자족을 위한 마이크로그리드 확산", 전력신문, 2022.10.21., http://www.epnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=61693 

[마이크로그리드 시스템 구조]

1) 김학진, 이삼열, "마이크로그리드 활성화를 위한 정책 의사결정 문제 연구", 에너지경제연구원, vol.14, no.1, pp. 1-34 (34 pages), 2015.03.

2) 이학주, "마이크로그리드 기술 개요 및 현황", Journal of the Electrical World / Monthly Magazine, Koreascience, https://koreascience.kr/article/JAKO201170764949204.pdf

3) 한국에너지공단, 마이크로그리드 동향 및 전망, 제745호,  http://www.energy.or.kr/web/kem_home_new/energy_issue/mail_vol90/pdf/issue_193_01_all.pdf

[마이크로그리드 시스템의 국내와 해외 현황]

1) 이학주, "마이크로그리드 기술 개요 및 현황", Journal of the Electrical World / Monthly Magazine, Koreascience, https://koreascience.kr/article/JAKO201170764949204.pdf

2) 조해진, "스마트그리드 축소판 '마이크로그리드' 한국 상용화 어려운 이유", 산업일보, 2021.04.13., https://www.kidd.co.kr/exhi/news/view.php?news_idx=221780