님 안녕하세요😃 삶은에너지 도라입니다!

님! 오늘의 에너지는 얼마나 차 있으신가요?🔋 

연인 사이든지, 친구 사이든지 신뢰가 쌓여야 안정적인 관계로 발전하고 그 관계가 오래가지요. 우리 전기 친구도 마찬가지라고 하네요. 오늘은 이 ‘안정성’에 대한 이야기를 해보려고해요.

님의 연말이 좋은 관계들로 채워지길 바라며 오늘의 레터를 시작해볼게요!

4화의 전력산업 밸류체인 이야기 기억하시나요? 전기는 만들어서(발전) 보낸 뒤(송전) 전압을 낮추고(변전) 나눠서(배전) 팔아요(판매). 이렇게 전기가 생산된 곳에서 소비자에게 도달하기까지 거치는 연결망을 전력계통이라고 합니다. (전력시스템, 전력망, 전력그리드 다 같은 말이에요!) 

국내 전력계통은 인접한 다른 나라와 연계되지 않은 고립계통이라는 특징이 있어요. 따라서 우리나라는 국가 간 계통연계가 이루어진 유럽과는 달리 남은 전기나 부족한 전기를 인근 국가와 거래할 수 없어요. 또한 현재 우리나라는 대부분의 전기를 해안가에 위치한 대규모 원전과 석탄화력발전소에서 생산해, 수도권과 대도시로 송전하는 중앙집중형 전력계통을 운영하고 있어요. 그리고 국내 재생에너지 발전 규모의 4분의 3 가량이 전남, 전북, 충남, 강원, 경북, 제주에 설치되어 있어요. 전력거래소 자료에 따르면 전남이 2,476MW로 가장 많고 이어 전북(2,024MW), 충남(1,983MW), 경북(1,740MW), 강원 (1,334MW), 경기(1,179MW), 제주(932MW) 순입니다. 반면 전력소비는 수도권에서 높은 비중을 차지하고 있는데요! 이처럼 생산지와 소비지가 멀리 떨어져 있기 때문에 장거리 수송을 위한 안정적인 전력계통이 중요해요.

계통 안정성
그래서 뭐시중헌디? 

품질이 높은 전력을 안정적이고 효율적으로 공급하기 위해서는 믿을 수 있는 전력계통이 필요해요. 이를 ‘계통 안정성’을 확보한다고도 하죠. 계통의 안정성을 위해서는 1️⃣관성이 확보되고, 2️⃣주파수와 3️⃣전압이 잘 유지되는 것이 중요해요.

그러니까 전기의 공급과 수요를 적절하게 일치시켜야 일정한 주파수를 유지할 수 있다는 것입니다. 우리나라는 법적으로 계통주파수를 평상시 60±0.2Hz의 범위 이내로 유지하여야 한다고 명시해놨어요. 주파수 조정이 제대로 되지 않아 일정 범위 이상 벗어나면 발전기가 탈락해 운전하지 못하게 되고 이 경우, 넓은 지역에 걸쳐 정전이 발생해요.😦

• 계통안정성 약화로 인해 발생한 텍사스 정전사태 

2021년 2월 미국에 극심한 한파가 있었고 이로 인해 텍사스에 대규모 정전이 발생했어요. 정전 때문에 텍사스주에서만 약 400만 명이 추위🥶 속에서 전기 없이 살았고 일부 산업체도 한 달 가까이 전력을 공급받지 못했어요. 텍사스의 여름 기온에 최적화된 가스·석탄 화력과 원전 설비 대부분이 단열 처리가 되어 있지 않아 한파로 고장이 나고 총 30GW(원전 30기 분량)가 정지했어요. 원전도 한파로 급수펌프 설비가 고장 나 정지하며 사태 악화에 일조했다는!

이번엔 전압 유지에 대해 알아볼게요.

전기사업법에 따라 전기사업자는 변전소에서 변압기에 이르기까지 공급하는 전압을 적절하게 유지할 의무가 있어요. 우리가 집에서 쓰는 돼지코🐽 플러그는 220V죠. 규정 전압은 220±13V(하한치 : 207, 상한치 : 233)입니다. 전압관리는 전력의 흐름이 단방향이라는 전제조건에서 이루어지고 있어요. 간헐성 전원이 연결되면 이 흐름의 반대 방향으로 역조류가 발생하여 연계 지점의 전압이 상승해요. 전압이 갑자기 상승하면 적정전압조정 능력을 잃어 설비나 기기의 이상이 발생할 가능성이 높아요. 한국의 경우 정전 시간 및 규정 전압 유지율은 한전의 배전계통에서 관리하고 주파수는 전력거래소에서 관리하고 있어요! 전력거래소는 계통을 안정적으로 운영하기 위해 발전량이 너무 많을 것으로 예상되는 경우 발전사업자에게 발전기 출력량을 제어하라고 명령해요! 이러한 조치를 출력제한이라고 해요. 

출력제한
풍력발전기: 나 다시 돌아갈래~~ 

우리나라에서 재생에너지 발전 비중이 가장 높은 지역은 어디일까요? 바로 제주도🏝️입니다. 그런데 제주도에서 재생에너지 발전 비중이 늘수록 재생에너지 생산을 중단시키는 출력제한(curtailment) 현상이 늘어나고 있어요. 제주도의 출력제한 횟수는 해를 거듭할수록 증가하고 있다고 해요.😭

위 표의 국가들은 변동성 재생에너지 비율이 높은 국가들임에도 출력제한 비율이 낮게 유지되고 있어요. 국가들마다 출력제한의 주요 원인은 다르지만, 대응책에 있어 크게 정책적 지원과 전력시장 제도 및 계통 개선으로 출력제한에 대응하고 있어요. 즉, 보상제도와 계통 운영제도 등을 정교화하고 관련 지원 정책을 입법하는 거죠. 

‘계통에 문제가 생기니 설비 확대 멈춰✋!’라고 생각할 수도 있지만, 이미 에너지전환은 전 세계의 흐름🌊으로, 보급 속도를 조절하는 것은 출력제한 문제의 궁극적 해답이 될 수 없어요. (재생에너지가 전력망을 위태롭게 한다는 것은 오해라는 국제에너지기구(IEA)의 보고서도 있어요!) 산업부가 제시한 제10차 전력수급기본계획에 따르면 2030년까지 재생에너지 비율을 21.6%까지 늘려야 하지만 현재의 화석연료 중심의 전력 시스템은 재생에너지와 충돌할 수밖에 없어요. 제주에서 벌어지는 출력제한 문제는 육지 어디서든 비슷하게 벌어질 수 있어요. 따라서 전력 시스템의 개편과 함께 유연성 자원을 확보하는 것이 중요합니다. 

현재 우리나라의 재생에너지 확산은 초기 단계에 있어요. 지금의 변동성 재생에너지 비중은 작더라도, 앞으로 더 많이 보급함에 따라 계통 변동성이 증가할거예요. 재생에너지 발전 초기 단계인 우리나라에서, 선진국의 전력시장과 같은 수준으로 의무나 규제를 재생에너지 사업자들에게 적용하기엔 어려움이 있어요. 지금까지 기저발전원이 화석 연료 중심으로 움직여왔다면, 재생에너지가 전력시장에 들어와 공정한 플레이를 할 수 있도록 시장과 정책이 문🚪을 열어줘야해요. 꼭꼭 닫힌 문을 스스로 열기는 매우 어려워보입니다. 공정한 경쟁을 할 수 있도록 발판을 마련해주고, 재생에너지 산업의 파이를 키우는 것이 중요해요.