효율 향상

고장 예측, 진단, 조치

전력 사용량

오전<오후, 여름>겨울

가동되는 예비 발전설비의 전력생산 비용 낭비

추가 조사:

Q. 신재생에너지 분산 발전 체계를 구축하는게 왜 전력공급 안정성 하락? 다양한 공급원이 있으면 오히려 안정되어야 하지 않을까

신재생에너지 분산 발전 체계를 구축하면 다양한 공급원이 늘어나지만, 전력공급 안정성이 오히려 떨어질 수 있는 주요 이유는 신재생에너지의 변동성과 간헐성 때문이다.

• 태양광·풍력 등 신재생에너지는 기후와 날씨에 따라 발전량이 크게 달라진다. 구름이 끼거나 바람이 약하면 발전량이 급격히 줄고, 반대로 일시적으로 발전량이 많아지면 전압·주파수 변동 등 전력 품질 문제로 이어질 수 있다. 이런 불안정성은 기존의 대규모 발전소(원자력, 석탄, 가스 등)와 달리 공급 예측이 어렵고, 전력망 전체의 균형을 맞추기 어렵게 만든다148.

• 분산형 발전은 공급원이 많아지는 장점이 있지만, 각 발전원의 출력이 일정하지 않아 전체 계통의 변동성이 커진다. 기존 전력망은 대규모 발전소에서 일방향으로 전기가 흐르도록 설계되어 있는데, 분산형 신재생 발전이 늘어나면 전력 흐름이 양방향이 되고, 여러 소규모 발전소의 출력이 동시에 변동하면서 계통 운영이 복잡해진다. 이로 인해 전압·주파수 유지 등 전력 품질 관리가 더 어려워진다35.

• 신재생에너지는 전력계통에 필요한 보조 서비스(관성, 무효전력 등) 제공이 어렵다. 기존 발전기는 전력망의 주파수와 전압을 안정적으로 유지하는 데 기여하지만, 신재생 발전원(특히 인버터 기반)은 이런 역할을 제대로 하지 못해 추가적인 설비나 기술(스마트 인버터, 에너지저장장치 등)이 필요하다14.

• 실제로 제주도 등에서는 재생에너지 발전량이 많아질수록 출력 제한(발전소 가동 중단) 조치가 빈번하게 일어나고 있다. 이는 전력망이 변동성을 감당하지 못해 수급 불균형이 발생하고 있기 때문이다1.

즉, 공급원이 다양해지면 이론적으로는 리스크가 분산되어 안정성이 높아질 수 있지만, 신재생에너지는 공급의 예측 가능성과 계통 안정성 측면에서 기존 발전원과 큰 차이가 있어, 별도의 기술적 보완책 없이는 오히려 전체 전력공급의 불안정성이 커질 수 있다1348.
이 때문에 스마트 인버터, 에너지저장장치(ESS), 계통운영기술 등 다양한 보완책이 병행되어야 신재생 분산 발전 체계에서도 안정적인 전력공급이 가능하다.

1.제주도 풍력·태양광 출력제한

• 제주도는 재생에너지 발전 비중이 14%를 넘어서면서 전력계통의 불안정 문제가 현실화되고 있음.

• 전력수요가 낮은 봄·가을에는 재생에너지 발전량이 수요를 초과해 재생에너지 발전설비의 출력제한(발전량 강제 감소) 조치가 연간 40회 이상 시행되고 있음.

• 만약 별도의 대책 없이 출력제한(=전력 계통 안정성을 위해 제생에너지 발전량을 강제로 조절하는 조치로, 수급 불균형 시계통 주파수/전압 불안정을 방지하기 위해 시행되는 것)만 지속된다면 2040년에는 전체 재생에너지 발전량의 13%가 계통에 공급되지 못할 것으로 전망이 됨.

2.원자력 감발운전 사례

• 재생에너지 발전량이 급증하는 특정 시기(연휴 등)에는 전력수요가 낮아져 원자력 발전소가 13시간~124시간 동안 30% 감발운전을 실시한 사례가 있음. 이는 재생에너지의 변동성으로 인한 전력계통 불안정성 때문임.

[출처 : 에너지경제연구원 보고서, 한국전기안전공사 블로그]

• 캘리포니아주는 태양관 등 재생에너지 비중이 높아, 늦은 오후 태양광 발전의 급격한 하락과 폭염에 따른 전력수요 증가에 제대로 대응하지 못해 순차적 부하차단(순환정전)이 발생함.

• 폭염과 태양광 발전의 급격한 감소에 따라 전력 공급 부족이 원인이라고 함.

• 재생에너지의 변동성이 공급안정성을 위협할 수 있음을 보여줌.

2.남호주(2016년 9월, 2017년 2월)·영국(2019년 8월) 대규모 정전

• 남호주와 영국에서는 풍력·태양광 등 변동성 재생에너지의 비중이 높아진 상황에서 갑작스러운 발전량 급감 및 주파수 하락에 적절히 대등하지 못해 대규모 정전이 발생했음.

• 남호주는 강풍으로 인한 송전선 손상과 풍력 발전기의 자동 차단으로 인해 주 전체가 정전됨.

• 재생에너지 확대가 전력계통의 주파수·전압 유지에 어려움을 줄 수 있음.

1)
1448.75,1391.0,1360.575,1350.325,1370.525,1422.45,1531.175,1705.925,1924.025,2011.5,2009.5,1960.45,1876.575,1933.85,1959.25,1974.05,1985.95,1979.75,1932.05,1878.875,1809.85,1752.05,1757.225,1737.175  

2)
1642.4,1578.525,1541.6,1529.85,1539.025,1582.525,1671.725,1813.2,2005.875,2085.55,2063.375,1994.1,1884.65,1971.275,2003.425,2008.0,2031.9,2021.225,1980.575,1935.775,1869.475,1809.575,1801.925,1785.0  

3)
1686.55,1624.425,1593.75,1579.475,1592.325,1633.175,1724.325,1875.625,2043.2,2034.7,1953.475,1859.525,1750.375,1814.35,1858.575,1914.675,1984.525,2003.525,1974.475,1934.45,1865.2,1805.025,1797.55,1780.775  

4)
1682.675,1615.475,1574.625,1558.0,1565.45,1600.525,1689.825,1821.625,1992.7,2015.8,1977.7,1910.75,1800.175,1844.325,1863.95,1875.1,1906.525,1910.45,1886.525,1851.35,1798.675,1749.15,1751.175,1739.6  

5)
1648.55,1587.95,1548.75,1528.1,1534.4,1553.2,1595.0,1631.95,1649.475,1582.5,1505.675,1436.85,1370.5,1396.35,1446.2,1511.825,1599.575,1666.975,1699.125,1689.4,1668.8,1641.65,1662.875,1662.625  

6)
1580.05,1517.65,1477.35,1456.675,1463.1,1481.05,1508.85,1526.9,1537.55,1498.9,1438.275,1365.225,1335.05,1353.4,1399.625,1476.0,1589.75,1696.95,1744.95,1735.575,1710.875,1676.875,1670.425,1666.625  

2)
0.288,0,0,0,0,0,0,0.01488,58.07684,524.6554,1257.676,1629.33048,2014.01936,1873.35292,1906.0848,1449.10484,946.71668,207.9604,85.89272,56.88404,98.94844,11.0616,0.7296,0  

3)
0.284,0,0,0,0,0,0.048,2.0596,359.7166,1444.24104,2931.1916,4181.28944,4415.93328,3920.9534,3234.69116,2048.68832,1004.81296,570.2042,434.80424,227.42276,149.8806,113.07676,59.15832,2.748  

4)
0.34,0,0,0,0,0,0,0.14156,167.39368,940.55552,1939.41716,3452.01316,4875.65596,4840.6462,4267.8122,2936.65532,1458.19184,630.95268,366.66104,219.44908,173.83216,126.44124,78.69296,2.89264  

5)
0.34,0,0,0,0,0,0,3.44824,558.00432,2931.34668,5531.8168,6998.1212,7557.88184,7342.93148,6239.2738,3989.9856,1622.53844,662.20672,703.43796,650.97044,456.50996,328.29032,157.50796,34.41016  

6)
1.16304,0,0,0,0,0,0,0.71036,194.54848,1208.46464,3167.7434,5665.32032,7167.108,7503.06248,6443.73892,4468.4548,1898.76004,725.98844,655.94308,564.31832,434.39804,235.8456,149.37632,29.6226  

2)
16424.0,15785.25,15416.0,15298.5,15395.25,15825.25,16717.25,18132.0,20058.75,20855.5,20633.75,19941.0,18846.5,19712.75,20034.25,20080.0,20319.0,20212.25,19805.75,19357.75,18694.75,18095.75,18019.25,17850.0  

3)
16865.5,16244.25,15937.5,15794.75,15923.25,16331.75,17243.25,18756.25,20432.0,20347.0,19534.75,18595.25,17503.75,18143.5,18585.75,19146.75,19845.25,20035.25,19744.75,19344.5,18652.0,18050.25,17975.5,17807.75  

4)
16826.75,16154.75,15746.25,15580.0,15654.5,16005.25,16898.25,18216.25,19927.0,20158.0,19777.0,19107.5,18001.75,18443.25,18639.5,18751.0,19065.25,19104.5,18865.25,18513.5,17986.75,17491.5,17511.75,17396.0  

5)
16485.5,15879.5,15487.5,15281.0,15344.0,15532.0,15950.0,16319.5,16494.75,15825.0,15056.75,14368.5,13705.0,13963.5,14462.0,15118.25,15995.75,16669.75,16991.25,16894.0,16688.0,16416.5,16628.75,16625.25  

6)
15800.5,15176.5,14773.5,14566.75,14631.0,14810.5,15088.5,15269.0,15375.5,14989.0,14382.75,13652.25,13350.5,13534.0,13996.25,14760.0,15897.5,16969.5,17449.5,17355.75,17108.75,16768.75,16704.25,16666.25  

• 지리적·기상적 특징

  = 세계에서 가장 건조한 사막이자 연중 80% 이상이 맑음.

  = 연평균 일조시간이 매우 높아 태양광 발전에 최적화된 환경

• 발전 사례

  = Oasis de Atacama 태양광 단지는 약 1,450ha에 2,300,000개의 바이퍼셜 패널 설치, 연간 3.1TWh 생산, 120만 가구에 전력을 공급하는 수준

• 의의 및 한계

  = 칠레의 에너지 전환 및 탄소중립 정책에 핵심이 됨. 연 140만 톤 탄소 배출 저감 효과가 있음

  = 예외적으로 먼지폭풍, 황사 등이 일시적 발전 저하 원인이 되기도 함.

2. 독일 북해·발트해 - 해상 풍력

• 지리적·기상적 특징

  = 해안을 따라 넓은 평야와 얕은 해역이 형성돼 있고, 계절풍(특히 겨울철 북서풍, 남서풍) 영향이 큼

  = 고기압이 자주 발생하는여름철에는 무풍일이 증가, 발전량이 줄어듦.

• 발전량 변동 분석

  = 풍속 및 방향의 계절·지리 변동이 25% 수준으로 큼. 겨울에는 바람이 세고 변동성이 크며, 여름에는 무풍이나 적풍일이 늘어 풍력 발전량이 상대적으로 감

  (*적풍 : 풍속이 풍력 터빈이 제대로 작동하지 못할 정도로 낮은 상황)

한 달마다 일주일 전 전력량 사용 데이터를 기반으로 시간별 요금 재설정

이 때 요금 변동은 미미하게, 하지만 에너지 마일리지는 많이 쌓이도록 해서 급변동까지는 안 이어지도록

에너지 마일리지는 에너지앱에서 확인할 수 있고 1년마다 에너지 마일리지를 반영하여 세금감면등의 실질적 혜택주기

대기전력처럼 늘 거의 일정량을 쓰고 필수재인 가전제품은 전력망에 직접 연결되어 스마트그리드에 완전 통합

사용자가 사용을 조절하는 가전제품의 경우 스마트그리드 완전통합보다는 요금으로 대략적 조정