'경직성 전원' 원전·석탄 입지 좁아진다
'경직성 전원' 원전·석탄 입지 좁아진다
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  • 이상복 기자
  • 승인 2020.10.12 07:20
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전영환 홍익대 교수, 2030 발전계획 모의
“신규석탄도 최저한계 출력 감발 잦을 것”
▲▲'석탄화력의 미래'. 전영환 홍익대 교수와 장인의공간이 2030년 봄 주말 석탄화력의 운영전망을 시뮬레이션 한 결과 대부분의 발전기가 토요일 낮부터 정지했다가 저녁에 다시 발전을 시작해 다음날인 일요일 다시 정지하는 패턴을 보였다. 발전정지와 재가동에 반나절 이상 시간이 소요되는 석탄화력의 특성상 정상운영이 불가능하다는 걸 의미한다. 각 색상이 발전기별 가동상태를 가리킨다.
▲'석탄화력의 미래'. 전영환 홍익대 교수와 장인의공간이 2030년 봄 주말 석탄화력의 운영전망을 시뮬레이션 한 결과 대부분의 발전기가 토요일 낮부터 정지했다가 저녁에 다시 발전을 시작해 다음날인 일요일 다시 정지하는 패턴을 보였다. 발전정지와 재가동에 반나절 이상 시간이 소요되는 석탄화력의 특성상 정상운영이 불가능하다는 걸 의미한다. 각 색상이 발전기별 가동상태를 가리킨다.

[이투뉴스] 원전과 석탄화력의 입지가 갈수록 좁아질 전망이다. 사고위험이나 핵폐기물, 온실가스 탓만이 아니다. 재생에너지 증가로 빠르게 출력을 높이거나 낮출 수 있는 유연성 전원(電源) 필요성은 증가하는데, 거꾸로 이들 발전기는 그런 특성과 가장 거리가 먼 전원이라서다.

전영환 홍익대 전자전기공학부 교수가 정해성 장인의공간 박사팀과 최근 모의 분석한 결과에 따르면, 보조서비스(Ancillary Service)시장 활성화 정도에 따라 차이는 있지만 태양광·풍력 등의 재생에너지가 늘어날수록 두 전원은 출력조정 경직성으로 자연스럽게 퇴출될 수밖에 없는 운명이다.

재생에너지 예측오차에 대비해 추가로 필요한 예비력을 기존 발전기로 확보하는 시나리오와 ESS(에너지저장장치)나 속응성 수요자원(Fast DR)과 같은 자원으로 확보하는 또다른 시나리오에서 모두 경제성 확보가 불가능한 수준의 파행운영이 불가피하다는 결과가 나왔다.

이번 모의는 전력계통 전문가로 잘 알려진 전 교수가 2017년 기상데이터와 8차 전력수급계획 설비용량을 토대로 2030년 예상 순부하(Net-load)를 산출해 발전원별 발전계획(Unit Commitment)을 수립하는 방식으로 진행했다. 모의에 필요한 프로그래밍 등은 장인의공간이 맡았다. 정부는 8차 계획에서 석탄 6기를 조기폐지하고 4기를 LNG로 전환하는 한편 양수 3기 확충을 결정했었다.

가장 심각한 상황은 재생에너지 발전량은 많고 전력수요는 적은 봄철에 나타났다. 2030년 봄 최소 순부하 때 재생에너지 예비력을 기존 발전기로 확보하는 시나리오에서 원전은 신규양수 3기를 모두 가동해도 전체 설비의 절반 이상을 멈춰 세워야 한다는 결과가 도출됐다.

원전은 전력수요 변화나 재생에너지 출력변화에 따라 즉각 발전량을 증감하지 못하는 경직성 전원이다. 석탄화력은 출력조절은 가능하지만 설비량 대비 분당 출력조절 속도가 최대 3.1%에 불과해 LNG(16.7%)나 수력(41.0%), 양수(37.5%) 등의 유연성 전원처럼 기민한 출력조절이 어렵다.

원전의 경우 원자로에 붕산을 투입해 핵분열 속도를 서서히 낮추는 방법이 있지만, 워낙 감발 속도가 느린데다 안전성이 검증되지 않아 원전 사업자도 꺼리는 수단이다. 이번 모의는 원전 출력조절 없이는 발전기로 예비력을 확보할 수 없어 원전 정지 한계값을 얻기 위해 원전 출력조정이 가능한 것으로 상정하고 했다.

실제 운영에서는 주말 전 미리 출력을 낮췄다가 그 다음주초 다시 출력을 높일 순 있을지 몰라도 모의처럼 토요일과 일요일 낮 시간에 한해 출력을 낮췄다가 다시 높이는 건 현실적으로 어렵다. 전 교수는 향후 원전을 주말 내내 감발하는 시나리오 모의도 계획하고 있다. 어떤 경우든 기존 원전의 경제성 확보조차 여의치 않다는 게 연구팀의 잠정 결론이다.

예비력을 발전기가 아닌 ESS나 속응성 DR 등으로 확보하는 시나리오에선 석탄화력이 철퇴를 맞았다. 이 조건에서 일부석탄은 주간에도 감발했고, 일부는 주말마다 기동정지와 재가동을 반복해야 했다. 심지어 현재 건설 중인 일부 신규석탄도 최소출력 발전을 피하지 못했다.

신규석탄을 계획대로 건설해도 정상가동이 어려울 수 있다는 얘기다. 반면 대표적 ESS인 양수발전은 주간엔 재생에너지 잉여전력을 저장하고 밤에는 발전하는 형태로 운영이 달라질 전망이다. 지금은 심야에 하부저수지 물을 펌핑하고 주간에 물을 떨어뜨려 전력을 생산하고 있다.

주간 시간대 양수로 확보 가능한 부하(수요)는 최대 6028MW, 심야 발전가능출력은 5500MW로 집계됐다.

전영환 교수는 "석탄은 LNG처럼 바로 기동·정지가 어려워 일부를 아예 정지시켜 놓을 수밖에 없을 것”이라며 “상시발전을 전제로 건설하는 석탄은 이용률이 일정 수준 이하로 떨어지면 경제성이 없다. 이런 상황에 석탄을 2045년까지 가져가는 것이 가능하겠냐”고 반문했다.

전통발전기 중 수요변화 가장 빠르게 응동한다는 가스발전도 안심할 처지는 아니다.

이번 모의분석에서 일부 신규 LNG복합은 석탄발전처럼 주말에 최소 출력 가동 패턴을 보였고, 또 다른 복합발전기는 하루에도 수시로 가동·정지를 반복했다. 현재도 일부 LNG발전기는 낮시간대 가동을 멈췄다가 일몰시간대 다시 가동하는 운영으로 적자를 보고 있다.

시뮬레이션은 2030년 태양광은 36.1GW, 풍력발전은 17.6GW인 가운데 계통에서 수용가능한 재생에너지 출력을 25GW로 전제했다. 1분 출력변동성 표준편차는 593MW, 5분 변동성은 1196MW, 10분 변동성은 1499MW를 각각 상정했다.

봄철 순부하 최대는 21번째주에 10.4GWh, 최소부하는 9번째주 9.1GWh로 각각 나타났다.

전 교수는 "적정 예비력 확보를 위해 보조서비스시장을 개선하고 실시간시장을 정상화 해 유연성 전원을 확충해야 한다”면서 “재생에너지 계통접속 대기 적체 문제의 경우 출력 제어 시스템 개발·적용하면 대기량을 상당부문 해소할 수 있을 것”이라고 조언했다.

신한울 1,2호기 등 대형원전이 새로 가동되는 내년부터 전력수요가 적은 경부하 시간대 원전 감발이 본격화 될 것이란 우려도 내비쳤다.

그는 "동해안 송전여건 탓에 내년부터는 신한울 원전 추가 가동으로 원전 발전제약이 상시화 되고, 재생에너지 비중 확대에 따라 육상계통에서도 2025년 전·후 제주와 같은 출력제약이 나타날 전망"이라며 "예비력을 어떻게 확보할 것인가가 매우 중요하다"고 강조했다. 

이상복 기자 lsb@e2news.com



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조영래 2020-10-12 18:55:58
편파적 모의다. 원전을 상수로 넣고 신재생을 추가해야한다.

12 2020-10-12 09:26:14
원전 입지가 좁아진다고? ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ

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