전력산업 구조개편 이후 계통 건강성 지속 악화
고장파급방지장치 10여년새 18배 증가
수도권 특히 취약…일부 송전선은 모선서 분리
송·배전 및 판매사업자 공동 노력 절실

▲ 홍석우 지식경제부 장관(오른쪽)이 중앙전력관제센터에서 남호기 전력거래소 이사장으로부터  전력수급 현황에 대한 설명을 심각한 표정으로 듣고 있다.

[이투뉴스] 지난해 12월 24일 서울 삼성동 전력거래소 계통기술팀. 주준영 팀장과 6명의 팀원이 테이블 위해 수백가닥으로 얽히고 섥힌 대한민국 전력계통도를 펴놓고 둘러 앉았다. 이날 회의 주제는 6차 전력수급기본계획 수립에 따른 전력계통 안정운영 대책.

이 부서의 최홍석 차장이 "발전기가 새로 들어온 인천쪽 상황이 좋지 않다"고 하자, 주 팀장은 "문제가 발생하지 않도록 만전을 기하라"며 펜으로 수도권 지점을 가리켰다. 국내 전력계통 운영을 책임지고 있는 전력거래소 모든 사무실은 전시 작전본부를 방불케 했다.

실시간 전력수급 상황이 출렁이는 곡선으로 모니터 속에 그려지고, 한켠에선 만일의 사고에도 광역정전이 발생하지 않도록 다중 방어대책을 수립하느라 여념이 없었다. 전력거래소는 2011년 9.15 순환정전 이후 매일이 전시상태다.

그런데 계통기술팀이 속한 계통운영처 각 부서를 둘러싼 긴장감은 실시간 급전운영을 맡고 있는 중앙전력관제센터의 그것과는 또다른 성격이다. 센터가 우리나라 전역의 혈액공급을 감시·조절하는 곳이라면, 계통운영처는 이들 혈액이 말초신경까지 막힘없이 공급되도록 사전에 혈관의 건강성을 점검·확보하고, 필요할 경우 특별대책을 강구하는 역할을 맡고 있다.

지난해 순환정전 사태 이후 전 국민적 관심사는 전력수급에 쏠려있다. 그러나 충분한 전력이 공급되더라도 이를 주요장기와 신체기관에 공급할 혈관에 문제가 생기면 더 큰 불상사가 발생할 수 있다. 그래서 원활한 전력수급이 전력거래소 중책의 절반이라면, 나머지 절반은 이같은 계통의 안정적 운영이다.

▲ 주준영 전력거래소 계통기술팀장(가운데)과 팀원들이 6차 전력수급기본계획에 따른 계통운영 계획을 논의하고 있다.

송전망 포화로 발전소 증설 제약 현실화
계통의 환상망(環狀網) 운전은 이미 불가
문제는 전력난 못지 않게 바로 이 계통의 건강성이 최근 수년간 눈에 띄게 나빠지고 있다는 것. 발전소는 기존 부지나 신규부지를 활용해 전력생산량을 지속적으로 늘려가고 있는데 그에 따른 전력 수송망 확충은 6~7년째 제자리 걸음이다. 이렇다보니 멀쩡했던 기존 혈관도 과부하가 걸리고, 발전설비를 증설하려해도 전력을 감당할 송전선이 부족해 발전소를 짓지 못하는 사태가 현실화되고 있다.

현재 송전선 건설은 송전망 운영사업자(TO)인 한전의 몫이다. 그러나 수년째 천문학적 적자에 허덕여온 한전은 사실상 대규모 투자가 수반되는 송전망 확충을 후순위로 미뤄왔다. 기존 전력망에 여유가 있었기 때문이 아니라 당면한 경영난에 함몰돼 그 중요성이 드러나지 않는 송전망 선행투자를 벌일 여력이 없었다. 여기에 지난해 밀양 송전탑 사태처럼 송전설비에 대한 사회적 수용성이 어느 때보다 낮아져 신규건설도 여의치 않다.

전력거래소에 따르면 부족한 전력망으로 계통의 건강성은 해를 거듭할수록 악화되고 있다. 일례로 한전의 345kV 변전소는 설비유지 보수시까지 감안해 하나의 구역(Bay)당 2개 선로와 3대의 차단기를 확보한 1.5차단방식을 표준으로 채용하고 있다. 그러나 수도권 345kV 변전소 가운데 이 조건을 충족하는 곳은 거의 없다. 사고 시 고장전류가 초과되는 사태를 막기 위해 차단기를 모선에서 분리해 개방해 놨기 때문이다.

송전선 상황도 마찬가지여서 건설된 선로를 전력계통에서 분리해 운전하는 곳이 다수다. 계통운영상 최후의 카드를 이미 꺼내 쓴 셈으로, 계통의 환상망(環狀網) 루프(Loop) 운전은 일찌감치 포기한 상황이다.

전력계통 설비의 고장은 전력수급 부족과는 다른 양상으로 시간적 대비나 예측이 현행 기술로는 불가능하다는 게 계통 전문가들의 공동된 지적이다. 지역에 따라 부하와 특성이 다르고, 고장 발생 시 파급현상도 다양해 면밀한 검토가 개별적으로 수행돼야 한다는 얘기다.

전력거래소 관계자는 "전력수급 비상이 표면으로 드러난 절반의 문제라면 나머지 절반의 문제는 생산된 전력을 실어 나르는 전력망에 숨어있다"면서 "정부와 한전, 전력거래소가 머리를 맞대고 서둘러 해법을 찾아야 한다"고 강조했다.

갈수록 늘어나는 응급조치(SPS)…계통 건전성 지속 저하
한전의 장기적이고 적극적인 투자·님비해소 관건 
전력계통의 건강성 악화를 방증하는 이상징후는 이미 표면으로 드러나기 시작했다. 2001년 전력산업 구조개편 당시 3대에 불과했던 고장파급방지장치(SPS. Special Protection System)는 지난해 현재 56대로 무려 18배나 증가했다. (본지 225호 1면 송전망·전력계통 안정성 '적신호' 기사 참조)

SPS는 변압기나 송전선처럼 전력설비를 대상으로 하는 자체 보호계전기와 달리 계통의 취약개소에 설치되는 일종의 특별 보호장치다. 사람에 비유하면 근본적 치료가 불가능한 상황에 상황이 더 악화되지만 않도록 일단 응급조치를 취한 환부다.

SPS는 계통고장이 발생할 경우 시간적으로 운전원이 개입하기 어려운 상황에서 계통안정성이 불안해지고 고장이 광역화되는 것을 방지하기 위해 자동으로 작동되는 시스템을 갖추고 있다. 일본 동경전력도 도쿄시내에 전력을 공급하는 환상전력망인 400kV급 선로와 하위 전압으로 가지친 275kV 방사성 송전선에서 고장이 발생해 정전이 되면 자동으로 독립계통을 구성해 정전확산을 막는 시스템이 구현돼 있다.

이외에도 간사이전력과 구주전력을 이어주는 연계선로에 고장이 발생할 경우 계통주파수의 급격한 저하를 방지하기 위한 SPS시스템이 운영되고 있다. 하지만 SPS는 어디까지는 임시방편이다. 적정 수준의 설비투자와 신뢰할만한 수준의 수요예측 및 장기전원과 계통망에 대한 확충이 뒤따른다면 이런 특수설비를 운용할 이유가 없다. 전력거래소가 SPS증가를 계통이 건전성이 저하되는 신호로 받아들이고 우려하는 이유다.

문제 해결은 녹록지 않다. TO인 한전의 적극적이고 장기적인 투자가 선행돼야 하고, 현장의 전력설비 님비(Nimby)도 슬기롭게 풀어야 한다. 지금과 같은 상황이 지속되면 발전소는 제 성능보다 출력을 낮춰 가동해야 하고 SPS는 갈수록 더 늘어날 수밖에 없다. 이런 가운데 특정지역서 국지 정전사고가 일어나면 이 일대의 SPS가 연쇄적으로 작동되면서 순환정전 못지 않은 혼란이 야기될 수 있다.

전력거래소 관계자는 "향후 적극적인 네트워크 확충뿐만 아니라 다양한 수요측 전원 개발과 더 나아가 공급위주 솔루션을 대체해 줄 수 있는 수요자원 발굴 등 발전, 송·배전 및 판매사업자의 공동 노력이 절실하다"고 지적했다.

겉으로 드러나지 않는 전력계통의 건강성
미국·인도 블랙아웃도 3~7분만에 광역화  

전력계통시스템은 땅끝 해남에서 강원도 최전방 철원까지 철탑과 전선으로 연결돼 있고, 동해안 거대 돔 속의 원자로부터 제주해안 바닷속 해저케이블에 이르기까지 유기적으로 연동된 하나의 거대한 단일 입출력시스템이다.

계통운영 전문가들은 이 계통시스템의 건전성, 또는 신뢰도로 표현되는 건강지수를 살펴볼 때 단순히 적정 예비력을 확보할 수 있는지에 대한 적정도(Adequacy)를 따지는 것은 사람의 건강을 판단할 때 혈압 하나만 챙겨보는 행위와 같다고 입을 모은다.

겉으로 드러난 항목이 모두 정상이라도 매년 간기능수치가 저하된다면 그 사실을 간과할 수 없듯, 어느 순간 전력망의 생명을 위협할 수 있는 계통 안전도(Security)도 각별히 챙겨야 한다는 지적이다.

이를 소홀히 여겨 발생한 해외 초대형 정전사고는 계통 안전도에 대한 중요성을 잘 말해주고 있다. 2003년 미국을 강타한 광역정전이 무려 5000만명의 문명생활을 앗아가기까지는 불과 7분밖에 걸리지 않았다. 올해 발생한 역대 최대 인도 광역정전도 불과 3분만에 6억2000만명에 피해를 입혔다.

그러나 이런 심각한 사안에 대한 우리 전력당국의 위기인식과 대응은 아직 미흡한 수준이다. 더욱이 현행 기술로는 이같은 전력계통의 '심장마비' 현상을 막을 방법이 없다는 점에서 철저한 사전 대응이 요구되고 있다.   

하반기 전력계통 건전성 감시기술(PSHI) 첫선
전력 예비력 사전 예측 기술개발도 동시 추진

전력거래소는 이런 치명적 위험에 선제적으로 대응하기 위해 올해 하반기 완료를 목표로 전력계통 건전성 감시기술(PSHI. Power System Health Index) 개발에 착수한 상태다. 전력거래소에 의하면 전력산업은 석유, 가스, 도로망과 더불어 네트워크라는 상호 연계망을 통해 상시 감시가 필요한 분야다.

전력공학 등의 물리적 법칙이 네트워크를 지배하고 있으며, 이를 효율적으로 관측하고 제어하는 기술개발이 지속적으로 추진되고 있다.

효율과 기술측면에서 세계 최고수준으로 알려진 한국의 전력관제 시스템이지만, 현재 전력거래소 중앙전력관제센터 담당자가 24시간, 365일 상시 주시해야 하는 화면은 7개나 된다. 만약 운전원들이 하나의 화면을 주시하면서 계통상황을 빈틈없이 관제할 수 있다면 현행 운전방식의 혁신적 변화도 가능하다. 

PSHI 개발은 이런 점에 착안해 전력계통의 사전 예측정보까지 제공할 목적으로 개발이 추진되고 있다. 지금처럼 계통상태를 실시간으로 나타내는 값을 확인하는 수준이 아니라 향후 야기될 수 있는 계통의 위험을 사전에 가시적이고도 직관적인 수치정보로 제공해 적기 사전대응을 가능케 하는 게 목적이다.

전 세계 계통분야에서 전체 계통에 대한 건전성 지수를 평가하는 기술개발은 이번이 처음이다.

미래 예비력 상황에 대한 사전 예측 진단기술(알고리즘 지수)도 PSHI와 동시에 개발이 추진되고 있다. 지난해 9.15 순환정전 당시에도 당일 오후 부하조정 시점 이전에 이미 전력 부족상황이 예측되고 있었고, 이에 정부와 전력거래소가 전국적인 블랙아웃으로의 확산을 막기 위해 읍참마속의 순환단전을 실시했다.

다만 당시 중대 결정의 이면에는 비상상황에 대한 판단을 지원해 줄 수 있는 정보, 즉 얼마 후 예비력 부족상황이 도래할 것이란 정보를 미리 제공해 줄 수 있는 시스템이 없어 망설임과 혼란속에 인적 경험과 지식에 기초한 판단을 내릴 수밖에 없었다.

향후 이들 시스템이 성공적으로 개발되고 전력망 제어의 두뇌에 해당하는 EMS시스템과 연동 운영된다면 망 운영자들이 보다 신속하고 객관적인 의사결정을 내릴 수 있어 결과적으로 국내 전력계통의 안전성이 한층 제고되는 효과를 거둘 것으로 기대되고 있다.

최홍석 전력거래소 계통기술팀 차장은 "자동차를 운전할 때 전방을 빈틈없이 주시하는 동시에 시선을 앞에 두고 내다보면 보다 안전한 운행이 가능하듯 PSHI나 예비력 사전 예측 진단기술은 계통운영에 매우 유용한 자료로 활용될 것"이라고 말했다.

이상복 기자 lsb@e2news.com


[인터뷰] 송광헌 전력거래소 계통운영처장
"송전선 이용률로 계통안전 말하는 것은 어불성설"

▲ 송광헌 계통운영처장이 국내 전력계통 현황을 설명하고 있다.

"사람은 따지면 노년기쯤 될 겁니다. 그동안 투자가 소홀했죠. 지금 치료를 하지 않으면 안됩니다. 특히 전력자립도가 낮은 경인지역의 문제가 심각합니다."

송광헌 전력거래소 계통운영처장<사진>에게 "국내 전력계통의 건강성을 단적으로 말해달라"고 주문하자 주저없이 되돌아온 답변이다. 그는 전력거래소의 실시간 계통관제를 담당하는 야전사령관이다. 계통운영처는 예고없는 발전기 고장, 예측치 못한 기상 변화, 제철부하 급증 등 계통안전을 위협하는 다양한 공격을 방어하면서 안정적으로 계통이 유지되도록 하는 업무를 맡고 있다.

미래 전력수요의 변화를 파악해 발전기의 가용자원을 배치·점검하고, 이에 따른 송·배전 설비자원의 운용전략과 계통사고 예방 및 비상계획을 수립하는 일을 수행하고 있다. 한전과 발전자회사가 현장의 전투를 지휘하는 삼국지의 관우와 장비라면, 계통운영처는 승전을 위한 전략을 짜고 전세를 분석하는 제갈공명이다.

여기서 수립된 계통 운영계획이 국가 전력망 신뢰도로 직결된다는 점에서 전력거래소의 숨겨진 '워룸(War Room)'이나 마찬가지다. 이 위기상황실에서 한반도의 전력계통을 한눈에 조망하고 있는 그의 얼굴엔 수심이 가득하다. 전력수급상황도 올해 하계피크까지 여유가 없고, 송전망 확충은 더 큰 난제다. 송 처장은 "송전선 경과지가 너무 많은 등 국내 전력망이 굉장히 어려운 상황에 봉착해 있다"고 말했다.

상황이 이렇게 악화된 일차적 원인은 한전의 책임이 크다고 했다. 그는 "전력계통은 경제성과 안전성이란 두마리의 토끼를 동시에 잡는 일이나 두 차례나 외부출신 CEO가 부임하면서 공익성보다 수익성에 초점을 맞추다보니 제때 계통 관련투자가 이뤄지지 못한 측면이 있다"면서 "50% 예비계통을 확보해야 하는 원칙을 무시하고 송전선 이용률로 안전을 말하는 것은 어불성설"이라고 직격탄을 날렸다.

송 처장은 "송전망이란건 건설 당시 망 굵기(용량)와 변압기 용량이 결정돼 사후 임의조정은 불가능하다"며 "전력수요과 계통상황이 급변한 만큼 더 늦기전에 적정한 투자가 이뤄져야 한다"고 강조했다.

전력사용량이 집중된 수도권은 계통안정을 위협하는 '시한폭탄'으로 지목했다. 송 처장은 "경인지역은 전체 전력사용량의 43%를 소비하면서 자체 발전소 보유율은 23%에 그쳐 부족분을 지방에서 끌어올리는 실정"이라며 "이번 6차 전력수급계획에 합당한 보완이 이뤄지도록 강력한 투자를 유도하고 있다"고 말했다.

전력수급 상황은 올해 하반기나 되서야 숨통이 트일 것으로 내다봤다. 연말까지 650만kW규모의 발전소가 새로 건설되도 여름철 전력피크 시기인 8월말까지 완공되는 설비는 350만kW에 불과하다는 전언이다.

송 처장은 "당초 1월말에 준공될 예정이던 신월성원전 2호기의 완공시점이 4월말로 3개월 가량 지연되면서 1~3월 동계 전력피크 기간의 수급난은 어느 때보다 어려울 것"이라고 전망했다.

석유·가스 등의 1차 에너지보다 싼 값에 전기가 공급되고, 그로 인해 산업체 및 국민들의 에너지절약 동기부여가 안되는 상황은 당장 개선이 필요하다고 지적했다. 현재 최대 전력수요의 23~25%는 냉·난방기 가동을 위해 투입되고 있다.

그는 "에어컨을 켜기 위해 원전 18기를 돌리는 건 문제가 있다"면서 "선진국에 비해서도 상당히 싼 수준인 전기요금이 현실화돼야 방마다 에어컨를 놓고 대형냉장고를 선호하는 현상도 사라질 것"이라고 말했다. 정부의 전력계통 신뢰도 감시 전담기구 설치 추진에 대해선 큰 기대감을 나타냈다.

송 처장은 "해외에선 민간 주도로 계통의 신뢰성을 감시하고 있지만 우리는 임의조직인 계통 신뢰도위원회 수준에 머물고 있다"면서 "국회에 전담기구 설립안이 상정돼 있는만큼 긍정적 결과가 나올 것으로 기대하고 있다"고 말했다.

전력거래소의 계통운영 및 관리능력에 대해선 주저없이 "세계 최고"라고 엄지손가락을 추켜 세웠다. 송 처장은 "자격요건이 까다로워 합격률이 낮은 미국 신뢰도 전담기구 자격증 취득에 응시한 우리 요원 13명 가운데 12명이 단번에 자격을 취득했다"며 "앞으로는 이런 자격증을 취득한 직원만 계통운영 업무를 볼 수 있도록 전문원 제도를 도입할 예정"이라고 말했다.

이상복 기자 lsb@e2nws.com  

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