[디지털비즈온 김맹근 기자] 2021년 10월 ｢2050 탄소중립 시나리오안｣에서 탄소중립을 달성하기 위한 부문별 세부 정책 방향을 제시했다. 이 시나리오에 따르면 발전부문에서는 재생에너지 발 전 비중을 최대 71%까지 확대하고, 수송부문에서는 친환경차의 보급 비중을 최소 85% 이상으로 증가시켜야만 탄소중립을 달성할 수 있는 것으로 나타났다.
재생에너지 기반의 전력 생산량이 늘어나면 전력시스템 운영자가 원전, 석탄, LNG 등의 중앙급 전 발전기를 통해 충족시켜야 하는 전력수요는 과거보다 감소할 수밖에 없다. 또한 발전량이 계 량되지 않는 수요지 인근의 재생에너지 발전 시설의 확대로 인한 다양한 문제도 발생할 수 있다.
태양광이나 풍력 발전과 같은 변동성 재생에너지는 출력을 마음대로 조절하기 어려운 특징을 지 닌다. 특히 태양광 발전은 주로 낮 시간대에 출력이 증가하여 중앙급전 발전설비가 대응해야 하 는 순부하가 급격하게 감소하는 덕커브(duck curve) 현상을 발생시키기도 한다.
해가 뜨는 시점에는 순부하가 급격히 감소하는 반면, 해가지는 시간대에는 순부하가 짧은 시간 동안 많이 증가하는 상황을 초래하여, 발전단가가 저렴한 기저발전원의 가동률을 낮추고 발전단가가 비싼 추종 설비(주로 LNG 복합) 가동률은 높아질 수밖에 없다.
재생에너지 보급에 따른 순부하패턴의 변화 전망
최근 그 비중이 급격하게 증가한 PPA(Power Purchase Agreement)와 ESS(Energy Storage System) 등의 자원들을 반영하기 위해 2020년의 부하자료를 이용해 미래의 순부하 패턴을 전망해 본다. 또한 기존의 계시별 요금제 설계 과정에서는 총부하량 기준의 부하 집중도를 이용해 시간대를 차등하였으나, 순부하량 기준의 부하 집중도를 이용하는 방식으로 변경해야 할 필요성에 대해 살펴보고자 한다. 이를 위해서 순부하 패턴 현황을 계산해보고 향후 순부하량을 비롯한 패턴이 어떻게 될 것인지를 전망해본다.
순부하를 추정하기 위해 미국의 전력회사인 PJM이 전력수요 예측에 활용하는 재구축 수요 (Reconstituted Load) 기법을 응용하여 미래의 순부하를 추정하기로 한다. 우선 현재 확보 한 부하패턴 자료에 BTM(behind the meter) 태양광 발전량 효과를 고려한 실부하패턴을 복원한다. 이렇게 구한 실부하패턴 자료를 이용해 우리가 전망하고자 하는 미래 시점의 실부하패 턴을 추정하며, 이후 해당 미래 시점의 BTM 태양광 발전량을 추정하여 차감한 후 순부하를 예측하는 것이다.
미계측 설비 발전패턴 추정은 전력 계량기(meter)를 중심으로 앞을 전력 공급자측인 FTM(front the meter), 뒤를 전력 소 비자측인 BTM이라고 일컫는다. 일반적으로 발전기들은 FTM에 위치해 있어 송배전망을 통해서 수요지로 전력을 보낸다.
그러나 계량기 후단 즉, BTM측에 위치하여 송배전망을 거치지 않고 바로 수요지에 전력을 공급하는 발전기도 있다. 이러한 발전기를 통해 생산한 전력은 전력시 장을 통해 거래되지 않고 한전과의 직거래인 PPA 계약이나 자체 소비 방식인 상계 거래를 통해 거래된다.
자가용 발전설비라 하더라도 2020년 12월 설비용량을 기준으로 변동성 재생에너지 보급전망치에 비례하여 변 동성 재생에너지 발전량을 계산했다. 한편 현재 설치된 신재생에너지 자가용 설비 중 약 95%가 태양광 설비인 점을 고려하여 향후 자가용 설비 전망치의 대부분이 태양광 자가용 설 비인 것으로 가정하였다.
태양광과 풍력에너지 설비는 ESS와 연계하여 충·방전을 통해 수요에 대응하고 있기에, 전력시 장에서 거래되는 실적은 실제 발전패턴에 기반한 것이 아니라 ESS와 연계한 방전량을 토대로 산정된다. 따라서 변동성 재생에너지 설비의 발전량을 추정하기 위해서는 이러한 ESS 충·방전 량을 보정할 필요가 있다.
전기차 부하가 전력부하에 미치는 영향
현재 전기차 충전량과 관련하여 공식적으로 사용 가능한 시간대별 자료는 한전이 제공하는 2020년도 기준 월별 충전량 데이터뿐이다. 이 자료는 한전 소유의 충전기만을 대상으로 하므로, 전체 충전기에서 충전되는 충전량은 추정이 필요하다. 2021년 9월 30일 기준 한전 소유의 급속충전기는 3,886개, 완속충전기는 5,831개이다. 이를 21년 6월말 기준 국내 충전기 전체 개수로 나눠 단순 비례상수를 구한다.
이렇게 구한 비례상수를 2020년 시간대별 평균 충전량에 곱해서 전체 범용 충전기들의 시간대별 충전부하량를 추정하였다. 또한, 개인용 충전기를 통한 충전량을 구하기 위해 한전에서 비공식적으로 제공한 2020년도 기준 자가소비 요금제 가입자의 시간대별 충전량 데이터를 활용하였다.
자가소비 충전량은 개인용 충전기를 통한 자가소비 요금제를 이용하는 고객 중 대략 10,240명의 충전량에 해당한다. 자가소비 요금제를 사용하는 전체 고객 수는 알 수 없으므로 비례상수 없이 그대로 사용하였다.
해외에서는 순수전기차 소유자들의 개인용 충전기 보유율이 평균 80%에 달한다. 만약 2034년에 목표인 전기차 485.2만대 보급이 달성되었을 때, 전기차 이용자들이 대부분 개인용 충전기를 사용한다면 자가소비로 인한 최대 부하는 예상보다 매우 클 수 있다. 만약 2034년에 국내 전기차 이용자 중 80%가 개인용 충전기를 사용한다고 가정해보면 약 388만명이 개인용 충전기를 이용하여 충전한다고 볼 수 있다.