신재생 간헐성 보완…출력제어·유연성 전원 필수

[이투뉴스] 신재생에너지 간헐성(불안정한 전력생산) 보완을 위한 출력예측·제어기술 및 유연성 전원(양수·ESS·가스발전 등)을 확보하고 에너지전환 가교역할을 담당한 가스발전의 수익성을 제고해야 한다는 연구결과가 발표됐다.

신재생 주민수용성 향상을 위해 국민과 지역주민 모두에게 인센티브가 필요하고, 경매제도 등 유효경쟁 촉진을 통한 발전단가 하락을 유도해야 한다는 의견도 있었다. 

에너지경제연구원(원장 박주헌)은 30일 서울 역삼동 삼정호텔 아도니스홀에서 ‘에너지전환정책 방향과 과제’를 주제로 ‘연구성과발표 세미나’를 가졌다.

해당 세미나는 ‘8차 전력수급기본계획’과 ‘신재생에너지 3020이행계획’ 등 신재생에너지 중심 전원구성 전환을 위한 정책현안을 분석하고, 실현방안을 모색하는 자리였다. 세미나에는 박주헌 에너지경제연구원장, 이원욱 국회의원(신재생에너지대표 공동대표) 등 250여명이 참석했다.

연구성과발표는 2017년 연구 과제를 수행한 에경연 연구진들 발표 및 산·학·연 전문가 토론으로 구성됐다.

기조 강연 ‘에너지전환정책 방향과 과제(조성봉 한국자원경제학회 회장)’을 시작으로 1부 ‘전원구성 변화와 과제’에선 ▶전원구성 변화와 정책과제(박찬국 부연구위원) ▶전력계통 유연성 강화방안(안재균 부연구위원), 2부 ‘신재생에너지 확대와 과제’에선 ▶신재생에너지 확대를 위한 주민 수용성 제고 방안(정성삼 부연구위원) ▶신재생 공급의무화제도(RPS)현황과 개선방향(조성민 연구위원) 등 순이었다.

기조강연에서 조성봉 회장은 기존 경제급전에서 벗어나 환경·사회 가치를 반영하려는 현 정부의 에너지정책방향을 설명했다. 탈핵, 석탄발전 감축 등 기후변화 대응, 신재생에너지 확대 등을 중심으로 한 정부의 국정과제 및 산업부·환경부 등 각 부처별 제도 개선사항과 시책 방향을 정리했다.
특히 조 회장은 우리나라와 미국의 에너지원별 발전량 구성을 비교, 전원계획을 선(先)설비·후(後)연료가 아닌 선 연료·후 설비 체계로 전환해야 한다고 강조했다.

이는 전원계획 시 연료 수급을 기초로 한 미국의 연도별 원별 발전량은 안정적인 추세로 향후 연료·설비 계획을 위한 예측이 가능하나, 설비 중심인 우리나라는 연도별 원별 발전량이 불안정해 예측 가능성이 떨어진다고 설명했다. 연료별 장기물량 확보계획에도 악영향을 미쳐 스팟(spot)시장 등 단기물량에 의존하는 등 발전단가 상승 요인으로 작용한다는 지적이다.

또 신재생에너지 간헐성에 대비하기 위해 LNG발전소가 앞으로 일정 수준 가동률을 안정적으로 유지해야 하나, 현 경제급전 시스템에선 수익성 하락으로 원전·석탄에 밀려 본격적으로 신재생에너지가 자리 잡는 시기 전인 죽음의 계곡(Death Valley)를 넘지 못할 수 있다고 우려했다. 이밖에도 전기요금 규제에 따른 발전비용 미반영 등 근원적인 에너지비용 문제를 해결해야 한다고 촉구했다.

◆유연성 전원에 현실적 보상 위한 보조서비스시장 필요
1부 ‘전원구성 변화와 과제’에서 박찬국 부연구위원은 신재생에너지 확대에 따른 비용 증가 문제와 선제적으로 대비할 사항들을 짚어보았다. 우선 태양광 발전단가는 신규 설비가격이 하락해도, 해당 설치연도 단가가 적용된 기존 설비로 기대치만큼 큰 폭으로 내려가지 않을 것이라 전망했다.

신재생 발전평균단가는 2030년을 기점으로 상승(최고가 kWh당 160원)하다 하락으로 추세가 전환될 것이란 분석이다. 신재생에너지 확대에 따른 전력계통 불안전성에 대비해 충분한 계통 유연성을 확보하려면 재생에너지 출력제어 역량을 제고하고, 배터리 및 양수발전 등 에너지저장장치를 최적 활용해야 한다고 밝혔다. 기존 에너지원 대비 태양광·풍력 등 간헐적 에너지원은 발전량 비중이 높을수록 계통비용이 더 높아지는 특징이 있다고 설명했다.

이외에도 ▶에너지원 수입과 독립 전력계통망 환경에서 과도한 LNG발전 증가에 따른 에너지안보 위협 ▶원전 비중 축소 시 에너지시스템 안전성 확보를 위한 안전 규제 및 감시시스템 , 주변국 협력체계 구축 ▶ 에너지시스템 안전성 강화를 위한 정비일수 확대 시 발전비용 인상 ▶온실가스, 미세먼지, 방사성물질, 산림파괴, 생물다양성 감소 등을 종합 고려한 균형 있는 전원별 외부비용 반영 ▶에너지가격 및 세제개편을 통한 수요관리 및 저탄소에너지 전환 ▶원전 감축에 따른 지역·산업 보상 차원에서 해외 원전해체시장 선점 및 원전수출 적극 지원 등 에너지전환에 따른 문제점과 해법을 제시했다.

안재균 부연구위원은 신재생에너지 확대 시 전력계통 불안전성을 보완할 수 있는 계통 유연성 확보를 주제로 미국·유럽 등 각 선진국 사례를 설명하고, 국내 전력계통 유연성 모델을 분석했다.

특히 현행 변동비 반영시장(CBP)에선 신재생에너지 증대로 전력계통 간헐성이 확대될 경우, CON(발전계획 대비 초과발전량)및 COFF(발전계획 대비 미발전량)정산금 증가로 비용 측면에서 비효율이 발생하고 있다고 지적했다.

해법으로 전력계통 간헐성 문제에 대비, 양수발전·에너지저장시스템(ESS)등 유연성 전원에 대한 현실적인 보상을 해줄 실시간 시장 등 보조서비스시장을 운영해야 한다고 제안했다. 이를 통해 충분한 유연성 전원을 확보해야 하다는 주문이다.

이러한 실시간 시장 운영으로 계통상황을 반영한 실시간 가격을 형성, 유연성 전원에 대한 인센티브를 제고해야 한다는 입장이다. 안 부연구위원은 “실시간 시장이 계통신뢰도 유지에 가장 비용효과가 있는 수단이며, 선도·쌍무계약이나 발전설비 투자 의사결정에 적합한 가격신호를 제공할 수 있다”고 제안했다.

1부 패널토론에는 양성배 한국전력거래소 전력계획처장, 박종배 건국대학교 교수, 전영환 홍익대학교 교수가 참석했다.

양성배 처장은 태양광·풍력에 대한 간헐성 축소를 위해 발전량 예측오차 감소를 위한 별도 관제시스템을 구축, 나주와 제주도에서 운영 중이라 밝혔다. 또 현재 미미하나 향후 정부 의지대로 신재생에너지 발전비중이 상당히 올라갈 경우, 과도한 전력생산으로 신재생 발전설비 출력을 제한할 필요가 있을 시, 보조서비스시장 등 적정 보상을 받을 수 있는 체계 구축과 관련 연구가 절실하다는 입장이었다.

특히 양수발전·ESS뿐 아니라 가스복합이 아닌 가스터빈 단독운전에 대한 보상도 필요하다고 역설했다. 또 한국전력공사와 전력수급계약(PPA)을 맺은 신재생 발전용량이 전체 600만kW중 400만kW로 매우 높은 비중을 차지하나, 거래소 발전량 모니터링에 반영되지 않아 위협적인 시장예측 오차요인이 될 수 있다고 지적했다.

박종배 교수는 각국 에너지전환정책이 예상보다 빠른 속도로 전개되고 있다고 강조했다. 수요 측에선 RE100운동 등이 활발하고, 소비자가 특정 에너지원을 선택·요구하는 사례도 있다고 밝혔다. 공급 측에서도 ‘덴마크 2050’의 경우 100% 재생에너지 발전비중을 목표로 하고 있다고 전했다. 유럽에선 석탄발전소에 주던 용량요금(CP)지불에 대해 심각하게 고려하고 있고, 재생에너지 기반의 전력시스템에서 열·수송까지 전반적인 에너지시스템 전환을 계획하고 있다고 설명했다.

박 교수는 기존 에너지원 포트폴리오에 대한 미래 정산가격 대비 신재생에너지 포트폴리오를 통한 미래 정산가격을 비용효과 측면에서 비교 산정할 필요가 있다고 밝혔다. 단순히 비용증가만 비출 게 아니라 에너지전환에 따른 비용 상쇄부분도 주목할 필요가 있다는 주장이다.

신재생에너지 확대에 따른 정산단가 기준에 실제 비용이 반영될 수 있도록 비용기준을 명확히 하고, 에너지안보 측면에서 중요한 역할을 맡을 LNG발전설비 등 유연성 전원을 실제 필요한 만큼 확보할 수 있도록 관련 지원시책이 필요하다고 역설했다.

전영환 교수는 신재생에너지 간헐성 보완을 위한 유연성 전원시스템 구축이 매우 시급하다고 밝혔다. 우선 유연성 전원은 계통 성향에 따라 크게 단기와 중장기로 나눠 준비할 수 있다. 1분 이하 단기에는 양수발전과 ESS 등을 복합 활용하고, 1분 이상 중장기에는 가스단독 발전 확충으로 대비할 수 있다고 설명했다.

문제는 독립 전력계통망인 우리나라 현실에서 2025년께 전체 수요가 50GW일 때, 정부 계획대로 태양광·풍력 등 간헐성 전원이 30GW까지 확대될 경우, 동 시점에서 20GW의 유연성 전원을 확보해야 하는 만큼 준비기간이 매우 부족하다고 문제를 제기했다. 또 같은 시간 원전 역시 30GW가 운영 중인 만큼 결국 신재생에너지의 출력제어가 필요한데, 대규모가 아닌 소규모 발전설비의 출력제어가 가능한지 실증이 필요하다는 입장이다. 

반면 프랑스처럼 신재생에너지가 확대되는 환경에 맞춰 원전 출력을 제어하는 기술을 연구하는 국가가 있는 만큼, 원전수출을 고려한다면 반드시 기술 확보가 필요하다고 조언했다.

또 제주지역에서 초과 전력 생산 시 신재생에너지 발전설비를 온·오프(ON·OFF)하는 방식은 비용측면에서 비효율적이며, 단지별 최대출력제어 방식을 연구·도입하는 게 필요하다고 밝혔다. 이어 아직까지 온실가스 감축대응이 미흡한 편인데, 오는 6월 정부 감축대책이 발표되면 현 전원 구성을 전반적으로 재검토하는 과정이 이뤄질 것이라 전했다.

◆RPS시장 보완 위한 경매제도 도입
2부 ‘신재생에너지 확대와 과제’에선 주로 주민수용성 문제와 RPS제도 개선방안이 다뤄졌다.

정성삼 부연구위원은 설문조사와 조건부 가치 측정법 등을 활용해 신재생에너지 주민수용성 확보에 필요한 평균수용의사액(기대수익률)을 산출했다. 연구 결과, 태양광은 전국이 연 3.1%, 발전소 주변 주민이 연 12.3%, 풍력은 전국이 연 5.4%, 주민이 연 9.1%, 바이오매스는 전국이 연 7.1%, 주민이 연 10.9%의 기대수익률을 원했다.

발전사업 참여주민DMS 신재생 공급인증서 가중치를 20%로 가산했을 때는 태양광 연 16.15%, 풍력은 연 9.82%, 바이오매스는 21.19%까지 높아졌다. 이를 통해 적정 보상을 통한 지역주민수용성 개선이 중요한 요소이며, 일반 국민들에게도 신재생 발전사업 참여 인센티브가 필요하다고 강조했다. 또 직관적이고 명확한 보상 제도를 설계해야 한다고 제안했다.

조성민 연구위원은 현 RPS제도의 문제를 보완키 위해 경매제도 도입이 필요하다고 역설했다. 우선 RPS제도가 재생에너지 발전단가나 REC거래가격을 낮추지 못하고 있다고 문제를 제기했다. 또 전력시장가격(SMP)와 REC가 둘 다 변동하는 불확실성이 존재하고, 현물·계약·자체건설·판매사업자·태양광입찰(판매사업자 선정) 등 복잡한 시장구조를 갖고 있다고 설명했다.

이 때문에 수익 극대화를 목적으로 한 투기 행태를 유발하고, 얼마 비중이 안 되는 입찰시장 과 현물시장이 전체 시장가격에 큰 영향을 미치는 구조라고 밝혔다. 또 판매사업자가 아닌 발전사업자에게 RPS구매 의무를 부여, REC구매비용 감축 유인이 부족하고, 과징금 회피에만 골몰하는 구조라고 지적했다.

이는 정부 기준가격에 따라 구매계약 체결 후 정산하는 방식을 선호하고, 특수목적법인(SPC)구성 시 장비 및 EPC에 대해 입찰보다 수의계약을 선호하는 행태를 유발한다고 밝혔다. 비제도적 측면에선 주민반대 및 지자체 인허가 지연, 전력계통 연계 지연, 소규모 프로젝트 확대에 따른 발전단가 상승 등 문제가 나타나고 있다고 분석했다.

조 연구위원은 이러한 RPS제도를 개선키 위해 경매 제도를 도입할 필요가 있다고 강조했다. 이는 다수 경쟁자를 통해 구매가격 하락을 유도하는 취지를 담고 있다. 또 시장통합으로 단순한 시장구조를 조성할 수 있다고 평가했다. 수요자와 공급자를 명확히 분리해 공급자의 역량을 강화하는 효과도 기대했다.

다양한 국가의 경매제도를 살펴본 결과, 국내 경매제도는 ▶설비용량에 따른 대상선정 ▶물량 공개 ▶정기 시장개설 ▶입찰 규모 구분(소규모 발전차액지원제도(FIT) 유지) ▶장기고정가격(SMP+REC) 정산 ▶가격입찰 후 정성평가 등이 필요하다고 제안했다. 가격결정방식은 RPS하에서 단일가격이 적합하나 주민참여 프로젝트는 별도 인센티브를 부여토록 설정했다.

2부 토론에는 이상훈 녹색에너지전략연구소장, 한재각 에너지기후정책연구소장 등이 참석했다. 이상훈 소장은 구매가격 하락은 RPS제도나 경매제도 등 방식의 문제가 아닌 유효경쟁을 만들지 못하는 복합적인 시장·정책구조가 문제라고 적시했다. 가령 발전사업자로 구매가 한정된 점이나 정부 목표에 따른 기대치에 한참 못 미치는 부지 확보 등 공급과 수요가 원활하지 않은 상태에서 유효경쟁이 발생할 여지가 부족하다는 설명이다. 이는 전반적인 시장·제도 개선이 뒤따를 필요가 있다는 지적이다.

한재각 소장은 계량적 측면에서 수익이나 인센티브 등으로 주민수용성을 개선할 수 있다는 좁은 시각을 경계해야 한다고 주문했다. 오랫동안 터전을 일구며 살아온 집 뒷동산에 갑자기 커다란 발전설비가 들어설 경우, 측정할 수 없는 정서적 박탈감 등이 주된 수용성 하락의 원인으로 작용할 수 있다고 강조했다. 정부가 과거 산업발달 시대의 개발방식을 완전히 버리고, 주민과 환경과 상생하는 새로운 차원의 접근법을 제시하지 않은 한 주민수용성에 대한 복합적인 문제를 풀기는 요원하다고 지적했다.

한편 이날 세미나에서는 석유,가스,전력,수요관리,에너지신산업분야의 2017년우수연구성과에 대한 포스터 전시도 함께 진행됐다.

최덕환 기자 hwan0324@e2news.com