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"전력계통 출력변동성 장기대책 필요”
한전 수행 ‘변동성 전원 계통영향 평가 및 대책’ 용역보고서 입수
7차 전력계획상 2029년 수용한계 16GW…“대응자원 확충해야”
  [452호] 2017년 04월 17일 (월) 07:01:03 이상복 기자 lsb@e2news.com
▲ 지난해 1월 19일 11시 39분께 한울 원전 1호기(950MW)가 불시 고장으로 정지(탈락)하자 계통주파수(빨간색)가 60Hz이하로 급락했다. 그러자 석탄화력발전소들이 출력을 각각 10~20MW씩, 복합화력은 일부 발전기가 최대 160MW까지 출력을 높였고, 수백MW용량의 다수 양수발전기들이 속속 가동해 10여분 안애 주파수를 완전 정상화 시켰다. ⓒ변동성 전원 계통영향 보고서

[이투뉴스] 태양광이나 풍력 등 청정에너지를 크게 늘려 온실가스를 줄이고 에너지자립률을 높이려면, 적절한 전원믹스 조정 등을 통해 이들 재생에너지의 출력변동성 문제를 해결해야 한다는 연구용역 보고서가 나왔다. 정부의 재생에너지 확대 정책은 바람직하고 타당하지만, 전력융통이 불가능한 고립계통에서 안정적 전력공급을 유지하려면 변동성 전원의 특성도 충분히 고려해야 한다는 내용이다. 7차 전력수급기본계획상 2029년 태양광·풍력 보급량은 2만4629MW다. 

16일 본지가 지난해 한전이 외부기관에 의뢰해 수행한 ‘변동성 전원의 계통영향 평가 및 대책방안 연구’ 용역보고서를 입수해 확인한 바에 따르면, 7차 전력계획대로 전기수요가 늘고 발전소도 비율대로 증설된다는 전제 아래 시뮬레이션을 가동해 도출한 2029년 태양광·풍력 최대 수용한도는 1만6200MW(설비량 기준)다. 전력망에서 주파수는 사람으로 치면 호흡이나 맥박인데, 햇빛이나 바람에 따라 출력이 달라지는 변동성 전원의 충격을 감당하며 주파수를 정상 수준(±0.3Hz. 현행기준은 ±0.2Hz)에 가깝게 유지할 수 있는 한계가 이 정도란 얘기다. 

전영환 홍익대 교수와 국경수 전북대 교수 등 계통 전문가들이 주축이 된 이번 연구에서 연구팀은 2차 에너지기본계획과 4차 신재생에너지기본계획의 원별 정책목표를 준용해 수립된 7차 전력계획의 목표연도 전원구성을 전제로 변동성 전원 수용한계를 도출했다. 2029년 태양광은 1만6565MW, 풍력은 8064MW까지 단계적으로 늘어나고, 전력 부하패턴(실시간 소비추이)은 2015년 데이터가 그대로 유지된다고 전제했다. 소내소비율(발전설비가 직접 사용하는 전력)을 4%로 봤을 때 산정된 2029년 평일기준 최대부하는 10만7292MW다. 

이어 연구팀은 8064MW의 풍력설비와 1만6565MW의 태양광을 전국 54개 지점과 772개 지점으로 풍속과 누적일사량에 따라 가중 분배한 뒤, 여기에 일부 실제 풍력·태양광단지 발전량데이터를 적용해 분(分)과 시간 단위 출력 변화값을 시뮬레이션 했다. 그 결과 풍력은 1시간 평균 2500MW이상 출력이 감소한 횟수가 9회였고, 2시간 사이 3821MW까지 생산량이 출렁였다. 이는 2029년 설비량의 47.4%에 해당한다. 같은 방법으로 추정한 1시간 태양광 2500MW 이상 출력감소 횟수는 417회, 2시간 최대 변동량은 9852MW(설비량의 59.4%)에 달했다. 

특히 풍력과 태양광 변동성을 동시 고려했더니 1시간 평균 2500MW이상 출력감소 횟수가 464회까지 늘었다. 이런 분석을 거쳐 2029년 최대부하일(전기소비가 가장 많은 날)을 기준으로 태양광과 풍력의 출력변화가 가장 클 때 최대 수용한계량을 따져봤더니 1만6200MW가 나왔다. 이는 주파수를 60±0.3Hz이내로 유지하는 조건으로, 현행 기준(±0.2Hz)을 적용하면 수용량(1만4250MW)이 더 줄어든다. 이 조건에서는 계획대로 재생에너지 설비가 건설되더라도 1만MW 가량이 무용지물이 된다는 얘기다. 

7차 전력계획에 의하면 변동성 설비는 2023년 1만5190MW, 2024년 1만6769MW 순으로 증가한다. 하지만 시뮬레이션 추정 2023년, 2024년 신재생 수용 한계값은 각각 1만5781MW, 1만5938MW다. 이대로 가면 2024년부터는 계통이 더 이상 태양광이나 풍력 등을 수용할 수 없게 된다는 의미다. 물론 7차 계획보다 빨리 재생에너지가 증가하거나 전력믹스에 변화가 생기면 그 시기가 당겨지거나 늦춰질 수 있다. 또 원전비중을 줄이고 양수발전 등의 ESS 자원을 확충하면 수용량을 더 늘릴 수 있다는 게 전문가들의 견해다.

보고서는 “국내계통에 풍력과 태양광 등 다량의 변동성 전원이 투입될 예정인데, 연도별로 투입되는 이들 전원이 발생시킬 수 있는 최대변동성은 1분 기준 –3534MW, 1시간 기준 –6105MW로 나타났다”면서 “수급안정을 위해 변동성 전원의 발전량 예측시스템을 도입하고 5분 이상 변동성 전원 출력변동성을 담당할 가변속 양수발전 등 주파수조정 기능을 가진 자원들을 확보해야 한다”고 조언했다.

이상복 기자 lsb@e2news.com

☞ 계통 주파수, 왜 중요한가 = 우리나라는 유럽이나 대륙처럼 인접 국가와 전력망이 연결돼 있지 않아 필요한 만큼 전력을 생산-소비해야 하는 ‘전력섬’이다. 또 도서지역을 제외한 전국이 하나의 주파수(60Hz)와 망(網)으로 엮여 있는 단일 계통국가다. 20여만km의 송전선, 100GW가 넘는 발전소, 800여기의 대형변압기나 변전소가 하나의 계통안에서 같은 맥박(60Hz)으로 뛰고 있는 셈. 그런데 정상가동하던 대형발전기가 불시고장으로 멈춰서면 일시적으로 주파수가 떨어지고, 그 폭이 과도할 경우 정상을 회복하지 못해 대정전이 일어날 수 있다. 임의로 발전량을 조절할 수 없는 태양광과 풍력의 대규모 출력변화, 또는 동시정지가 유사한 위험으로 간주되는 이유다. 우리나라의 경우 신재생과 마찬가지로 출력조절이 불가능한 원전 비중이 높은 것도 전력망 취약화의 한 요인이라는 지적이 나온다.
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