[투데이에너지 류희선 기자] 탄소중립이라는 목표 하에 분산형 전원은 더욱 확대되고 있으며 안정적인 공급, 효율적인 수요를 위한 연구가 각 분야에서 활발하게 진행되고 있다. 분산에너지 확대를 위해 재생에너지 비중은 갈수록 빠르게 확대되고 있으며 소규모 분산전원의 계통 안정을 위한 부분이 발빠르게 준비돼야 할 시점이다. 국내 에너지전환은 재생에너지 확대가 주를 이루며 안정적 공급을 위해 적시에 컨트롤할 수 있는 가상발전소(VPP) 기술과 제도가 핵심이 된다. 정부는 신재생에너지 3020계획과 제3차 에너지기본계획에도 분산형 에너지 공급시스템 확충을 위한 주요 과제로 소규모 분산에너지 시스템 활성화를 위한 다양한 제도를 마련하겠다고 발표했다. 
정부는 분산전원을 모아 VPP로 참여하는 전력중개시장 활성화를 도모하며 실증사업을 거쳐 중개사업자의 신재생에너지 발전량 입찰제도입을 검토하고 새로운 비즈니스 모델 개발 등 중개사업자를 지원할 전망이다. 한국지역난방공사도 지난 2019년부터 분산자원 집합 가상발전소 전력거래 국책실증연구를 통해 기술개발에 매진하고 있다. 가상발전소 활성화를 위한 전반적인 상황을 살펴본다. /편집자 주

■분산에너지 특구지정…지역주도 실현

최근 산업통상자원부는 분산형 에너지시스템을 위한 ‘지역 주도의 분산에너지 활성화 대책’을 발표했다.

수요지 인근에서 에너지를 생산, 소비, 거래하는 분산에너지 시스템 구축이 필수적인 만큼 태양광, 풍력 등 친환경 자원시스템으로의 전환이 필요하다는 것이다.

지역주도 분산에너지 활성화 대책은 △지역주도의 에너지시스템 실현 △분산형 에너지 인프라 구축 △재생에너지 출력제어 최소화 방안 추진 등을 담고 있다. 정부는 지역주도 에너지시스템 실현을 위해 맞춤형 마이크로그리드사업, 지역 에너지 역량강화, 분산에너지 특구 지정(제주도 등)을 통한 성공사례를 창출할 계획이다.

또한 재생에너지 변동성 완화를 위해 150MW 재생에너지 추가 수용이 가능한 계통안정화 ESS 23MWh를 제주도부터 우선 구축할 예정이며 재생에너지 잉여전력을 해소할 신규 유연성 자원으로 잉여전력을 수소로 전환하는 P2G, P2H, V2G기술 등을 실증한다.

■친환경 자원 확대…출력제어 지속 증가

에너지전환을 위한 핵심은 신재생에너지로 그 비중이 날로 빠르게 확대되고 있다.

한국에너지공단 통계에 따르면 1MW 이하의 소규모 태양광 발전의 용량은 2012년 약 197MW에서 2017년 4,367MW로 약 22배 증가해 연평균 증가율 85.8%를 기록했다. 

다만 재생에너지 비중이 빠르게 늘어나면서 변동성·간헐성에 대한 해결방안이 필요한 상황이다. 

변동성이 높은 발전은 저품질 전력을 생산할 수 있으며 소규모 발전은 예측을 할 수 없기 때문에 비용에도 영향을 미친다는 점을 감안해야 한다.

제주는 재생에너지 비중이 높아 과잉공급으로 태양광, 풍력발전 등을 강제로 멈추게 하는 출력제어 횟수가 2015년 3회에서 2020년 77회로 가파른 증가 추세를 보인다. 

이미 육지에서 출력제어가 발생했다. 업계의 관계자에 따르면 최근 신안에서 출력제어가 이미 2차례 발생한 바 있으며 이에 대한 해결방안은 제도보다 기술이 먼저 뒷받침이 돼야 한다고 설명했다. 

앞으로는 이같은 사례가 더 자주 발생할 수 있기 때문에 분산에너지시스템으로의 전환이 시급하며 재생에너지 확대를 위해서는 전력부문뿐 아니라 열, 수송 등 다른영역에서 유연성을 확보해야 한다. 

이에 대한 하나의 해결책으로 가장 주목받고 있는 기술은 VPP, 즉 가상발전소다. 분산자원을 모아 발전량을 예측하고 가상발전소 내에서 에너지 거래를 가능하게 하는 것이다. 

VPP는 태양광이나 풍력 등 여러 분산에너지와 정보통신기술을 결합한 시스템으로 에너지를 ICT로 운영 및 관리하는 것을 말한다.

특히 개별적으로 참여하기 어려운 소규모 발전사업자들의 참여를 가능하게 하고 거래비용을 감소시켜 신재생에너지 확대와  안정적인 운영이 가능하게 되는 것을 주요 목표로 한다.

분산에너지자원을 하나로 통합해 하나의 발전소처럼 운영하며 빅데이터 분석에 의한 분산에너지 발전량 정밀예측을 통해 재생에너지의 불확실성을 최소화해 전력계통을 안정화하고, 재생에너지 시장참여자 확대를 가능하게 해준다.

 

 

■한난, 집단에너지 기반 VPP 기술개발 ‘박차’

한국지역난방공사도 P2H, CHP시스템을 활용한 가상발전소 운영 기술을 개발 중에 있다.

한난은 건국대학교, 가천대학교, 한국남부발전, 해줌 등 11개 기관과 함께 VPP 국책실증연구 3차년도 과제에 참여 중이며 ‘도시형 스마트그리드 기반 에너지 공유공동체 서비스 실증 및 운영기술 개발 연구’에서 ‘분산자원 집합 가상발전소 전력거래’ 연구를 추진 중이다.

한난은 이번 국책과제에서 VPP 실증을 위해 VPP사업 플랫폼 자원연계, VPP 운영을 위한 관련 법, 전력시장 제도개선 방안 마련 등에 주력한다.

지난해 5월에는 △P2H와 CHP시스템을 활용한 가상발전소 에너지 거래 및 운영방법 △주파수 제어 가능 P2H 기기, 시스템 구성, 운영, 에너지 관리 및 거래방법 △에너지변환으로 계통 주파수 조정, 열생산·저장 등 집단에너지 기반 가상발전소 기술특허 3건을 출원한 바 있다.

또한 지난해 7월 재생에너지 데이터 가상발전소 플랫폼 연계 추진계획을 수립했으며 통합모니터링시스템을 구축 중에 있다. 

올해 8월 중 한난 16곳과 타사 2곳 등 총 12.7MW 규모의 태양광 18개소 연계가 완료되면 통합모니터링시스템이 가동될 전망이다. 이로써 각 태양광 발전소 간의 발전량, 에측량 확인이 가능한 VPP플랫폼이 구성되는 것이다.

연구 3차년도(2021년 3월~)를 맞아 한난은 빅데이터 기반 발전량 패턴분석 및 정밀예측 방안 검토를 통해 재생에너지의 발전량 분석에 박차를 가한다.

특히 VPP플랫폼에서 취득한 발전량 데이터를 바탕으로 기상청 기후정보를 대입해 주요 요소를 파악 후 가중치를 정의하며 발전량 예측 오차 평가를 위한 평가척도를 적용해 예측정확도 분석을 수행할 방침이다. 

■VPP 활성화 위해 필요한 제도는

그러나 현 전력가격제도로는 VPP의 주요 목적인 전력계통의 안정적 운영을 위한 목표를 달성하기는 어렵다. 에너지경제연구원의 연구보고서에 따르면 VPP 활성화를 위해서는 단기적으로 소규모 전력 중개시장 활성화가 요구된다.

구체적 수단으로는 계통기여에 따른 인센티브 제공, 중개사업자의 REC 집합체 거래를 통한 수익 제고, 수익 안정성 확보를 위한 중개사업자의 REC 장기고정계약 참여 허용, 효과적인 전력거래 유인을 제공하는 장기고정계약 정산방법의 개선을 제시했다.

또한 보고서에 따르면 도매전력시장에서 보조서비스 시장참여로 인한 추가 수익확보가 필요한데 이는 관련 기술의 개발, 송배전단과의 협력체계, 정산 등의 제도 구축이 요구되므로 중장기적 계획 마련이 요구된다고 설명했다.

그러나 아직까지 VPP 활성화를 위해 시행되는 제도는 재생에너지 발전량 예측제도가 유일하다.

지난 2020년 9월 정부는 재생에너지 확대에 따른 출력 변동성에 대응하고자 재생에너지 발전량 예측제도 도입을 발표했다. 

주요내용은 20MW 이상 태양광 또는 풍력발전 사업자이거나 1MW 이하 태양광, 풍력을 20MW 이상 모집한 소규모 전력중개사업자가 재생에너지 발전량을 하루 전에 예측해 전력거래소에 제출하고 예측오차율이 8% 이하인 경우 kWh당 3~4원의 정산금을 지급해 전력계통을 안정화한다는 것이다. 

다만 단순히 재생에너지 발전량 예측정확도 증가만으로 전력계통 안정화를 기대하기 어려워 향후 전력계통의 안정화를 통해 재생에너지 수용성을 늘리기 위해서는 소규모 전력중개사업자의 전력계통 기여 역할을 단순히 중개거래에 그치지 말고 정부의 분산에너지 지역주의 개념에 부합되도록 분산전원의 모집 및 배전계통 안정화의 역할을 설정하고 신사업모델을 개발해 나가야 할 것이다.

한난의 관계자는 "이러한 맥락으로 재생에너지 발전량 예측제도 역시 단순히 예측 오차율에 의한 수수료 지급보다는 소규모 전력중개사업자라는 이름에 걸맞게 모집한 재생에너지를 매입하고 재생에너지 정밀예측 및 전력계통 유연화 기술을 활용해 전력거래소에 판매할 수 있도록 제도를 개선해 나가야 한다"고 설명했다.
 

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