전력망 안정성 고려한 에너지 믹스 결정 추진해야

주한규 한국원자력연구원장

제11차 전력수급기본계획 수립이 막바지 단계에 이르러 다음 달 초 발표될 예정이다. 이 계획에는 지속적인 신재생에너지 확대와 아울러 신규원전 건설계획이 포함될 것으로 알려졌다. 제10차 계획에서는 2030년 국가온실가스 감축목표 달성을 위한 발전 에너지 믹스를 원자력 32.8 %, 신재생 21.5 %, 석탄 21.2 %로 설정한 바 있다. 2023년 신재생 발전 비중은 9.5 %인데 향후 7년 동안 두 배 이상 늘어나야 한다. 이 신재생 확대 목표는 제11차 계획에서 다소 조정은 있겠지만 크게 바뀌지는 않을 것으로 예상된다. 이러한 도전적인 목표 설정은 전력망 안정성 확보라는 과제를 부과하였다.

일반적으로 재생에너지는 분산전원으로 인식되고 있다. 대표적인 재생에너지원인 태양광 발전시설은 입지 요건에 큰 제약 없이 설치할 수 있기 때문에 수요지 인근에 바로 설치할 수 있으므로 장거리 송전망 건설 부담이 적을 것이라는 게 장점으로 부각된다. 그러나 실제 설치된 태양광 시설 현황을 보면 그렇지 못하다. 최신판 한국전력통계월보를 보면 2023년 11월 현재 우리나라 태양광 시설 총용량은 23.7 GW인데 그중 42 %가 호남지역에 설치되어 있다. 수도권 지역은 6.8 %에 불과하다. 반면 전력수요 비중은 수도권이 39 %인데 비해 호남 지역은 12 %로 낮다. 호남지역에 태양광 시설이 상대적으로 많은 것은 경제성 있는 설치가 가능한 토지가 많기 때문이다.

태양광 발전 시설은 각 지역 배전망에 물려있어 생산된 태양광 전력은 일단 지역의 전력수요를 충당한 뒤 잉여 전력이 송전망을 타고 타지역으로 송출되게 된다. 아직까지는 호남지역의 태양광 발전량이 지역 수요를 다 충당할 정도는 아니지만 2030년 태양광 설비 용량이 지금의 두 배 이상이 되면 정오 인근 시간대 호남지역 태양광 발전량이 지역 수요를 초과해 수도권 지역으로 송출이 불가피하게 된다.

제10차 계획에 따르면 신재생 발전 비중 20% 이상 달성을 위해 풍력 발전 설비가 현재의 10배 가량인 19.3 GW로 계획되어 있다. 이는 최신 원전 14기 정도에 해당하는 대규모 용량이다. 이런 풍력 발전도 상당 부분 호남 해상 지역에 예정되어 있어 수도권 송전 부담을 가중시킨다.

태양광이나 풍력발전을 수용할 송전선은 출력의 변동성 때문에 실제 평균적으로 이용하는 전력에 비해 5~6배 정도 큰 용량으로 건설해야 한다. 당초 기대했던 분산전원으로서 장점과는 달리 재생에너지 확대와 더불어 송전망의 대규모 확충 부담이 가중되는 것은 사실이다. 여기에 더하여 직류전원인 태양광의 발전량이 날씨 변화에 따라 급변할 때 교류 전력망에 초래할 불안정성은 추가적인 부담이다. 회전력에 의해 전기를 생산하는 교류발전기는 회전 관성이 있어 순간적인 부하 변동에는 관성으로써 대응할 수 있지만 태양광 발전 비중이 늘어 교류발전기가 줄수록 그 관성이 약해져 전력망이 불안해질 것이다. 전력전문가들은 소위 무효전력의 감소도 전력망 불안정성을 가중시킬 것이라 우려한다.

재생에너지 확대에 따른 송전망 확충 부담과 전력망 안정성 저하를 해결할 수 있는 방안은 에너지저장장치(ESS)를 대폭 확대하는 것이다. 태양광 발전량이 많아지는 한낮에 발전량 반 정도를 저장해 두었다가 밤 시간대에 쓸 수 있도록 해야 재생에너지의 실질적 확대가 가능해진다. ESS가 고가이기는 하지만 송전선 건설 비용은 경감시켜 줄 수 있으니 비용의 득실을 분석해 적정 용량을 정할 수 있을 것이다.

들리는 바로는 제11차 계획에서는 전력망 안정성을 고려해 에너지 믹스를 결정하고 있다고 한다. 기존의 최대전력 수요 충족과 온실가스 감축 목표 달성만을 고려한 에너지 믹스에서 진일보한 조치이다. 그러나 보다 실질적으로는 전력 전문가들이 대거 참여하여 신규 발전기의 용량과 위치에 따른 전력망 안정성 분석과 비용 분석을 통해 실현 가능한 에너지 믹스를 결정해야 할 것이다.