국립대학교 기계
공학과
[투데이에너지] 최근 산업의 고도화 과정에서 배출되는 다량의 가스 등으로 인해 지구촌 기후의 온난화가 급속도로 이뤄지고 있다.
이러한 온난화 문제를 해결하기 위해 선진국들이 이산화탄소를 비롯한 각종 온실가스의 방출을 제한해 지구 온난화를 막는 것을 목적으로 1992년 5월 유엔차원의 기후변화 협약을 채택한 이래 온실가스 배출을 규제하는 국제사회의 노력이 꾸준히 진행되고 있다.
2023년도 발표된 제10차 전력수급계획에 따르면 2036년에는 30.6%를 달성하고자 계획하고 있다. 그러나 이러한 단기간의 급속한 신·재생에너지 발전 비율의 상승이 가져오는 여러가지 문제 가 예상치 못한 부분에서 많이 발생하고 있다.
대표적인 문제가 전력계통의 불안정이다. 신재생에너지는 근본적으로 태양 및 풍력 등 자연에너지원에 기반을 두고 전기에너지 등을 생산하는 구조로써 날씨와 바람 등 대기의 조건에 따라 생산 되는 에너지의 변동성이 날씨만큼이나 변화무쌍하다.
수많은 산업정밀기계 및 가정용 전기제품 등에 전력을 공급하는 전력계통계 입장에서는 안정성 유지, 즉 전압과 주파수를 일정하게 유지하는 것이 무엇보다 중요하나 간헐성과 변동성이 강한 신재생에너지로 생산된 전력이 전력계통에 합류하면 전체 전력계통의 불안정요소로 작용하게 되고 기계의 오작동 및 블랙아웃 등의 유발로 산업 및 가정에 상당한 피해를 주게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 간헐적으로 생산되는 신재생 전력을 일시적으로 저장했다가 필요한 시기에 전력계통에 공급하는 방안이 가장 합리적이다.
그동안 이차전지에 기반한 ESS시스템을 통해 이러한 문제에 대응했으나 신재생 전력생산량 비중이 증대되면서 잦은 화재 등 아직 기술적으로 불안전할 뿐만 아니라 용량적으로도 전력계통 안정화에는 역부족이라는 것이 확인됐다.
최근 서해안 등에 설치된 대단위 태양광 및 풍력 등의 발전설비에서 생산되는 전력을 저장설비의 부족으로 출력제한하는 사태까지 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 사태를 방지하기 위해서는 대용량 전기저장설비를 확충하는 것이 시급하다.
대용량 전기저장 및 생산이 가능하고 3분 이내의 빠른 기동과 넓은 범위의 출력조절을 안정적으로 구현할 수 있는 가장 효과적인 방법이 현재로서는 양수발전이라고 할 수 있다. 따라서 이를 위해 그동안 국내에서 이미 양수 발전소 7곳이 가동 중이며 제9차 전력수급기본 계획에 따라 1.8GW 규모의 3개(경북 영동, 강원 홍천, 경기 포천) 신규 양수발전소 건설도 추진 중이고 제10차 전력수급계획에도 1.5GW를 추가 로 반영하고 있다.
동시에 한수원에서도 최근 소형 양수발전 후보부지 15곳을 선정해 양수발전 설비용량을 1,360MW로 확충할 계획을 갖고 있는 상황이다. 그러나 기존에 건설돼 가동 중인 양수발전소 중 일부는 30년 이상된 노후설비로 운영되고 있다.
이전에는 주로 피크로드 대비 잉여 전기 저장, 농업용수 공급, 수재 예방 등 단순한 용도로 이용돼 왔으나 최근에 신재생전력(REG) 저장용으로 이용되면서 양수기동횟수가 기존 대비 10.9%로 증대되면서 설비의 노후화 및 피로도가 가속화되고 있고 고장정비일수도 2017년 대비 17배 증가한 실정이며 설비의 현대화가 시급한 상황이다.
탄소중립을 위해 앞으로도 신재생에너지의 발전비중이 지속적으로 증대될 것으로 보이며 여기에 수반하는 간헐성과 변동성으로 인한 전력계통의 불안정성을 해소하기 위해서는 대용량 전력저장과 출력변동에 효과적인 양수발전의 역할이 증대할 것으로 보인다.
탄소배출 없이 신재생에너 지원으로부터 전력을 보다 많이 그리고 안정적으로 공급받기 위해서는 이를 뒷받침할 보조저장 설비의 확충 및 고도화가 필수불가결하다.
최근 우크라이나 사태에서도 보듯이 화석연료에 기반한 에너지는 언제든지 보복의 수단이 될 수 있어 국가 안보 및 국민생활에 치명적인 손실를 초래할 수 있다.
신재생에너지원으로부터의 전력생산은 이러한 문제에서 자유로울 뿐만 아니라 청정에너지 확보 차원에서 발전비중을 지속적으로 늘려가야 하며 이를 뒷받침할 관련 설비의 현대화 및 확충이 절실히 요구된다.
이를 위한 정 부의 정책적 지원 및 국민들의 꾸준한 관심이 요구된다.