1. 개황
가. 하와이주 전력산업 개요
하와이주는 미국 본토와 전력망이 분리된 도서지역으로 하와이, 마우이, 오아후, 몰로카이 등 8개 섬과 100개가 넘는 작은 섬들이 600km에 걸쳐 분포하며 약 143만 인구가 거주중이다. 주민의 대부분은 오하우섬 호놀룰루에 거주하며 고도 차이 때문에 수 킬로미터 이내에서 열대우림과 서늘한 고산지대, 사막 등 다양한 기후가 분포한다. 하와이에 전력을 공급하는 회사는 크게 KIUC(Kauai Island Utility Corporative)와 HECO(Hawaiian Electric Company)가 있다. KIUC는 하와이州 전력 판매량의 4.6%1(2014)에 해당하는 카우아이(Kauai)섬에 전력 공급을 담당하고 있으며 발전, 송전, 판매부문 모두 협동조합 형태로 운영되는 유틸리티로 2015년 기준 하와이州 전체 설비용량(3,203.2MW)의 약 5.8% (화력 116.4MW2 + 신재생69.1MW3)를 차지한다. KIUC는 2023년까지 신재생발전비중을 50%로 확대하고자 하는 목표를 세우고 신재생발전 보급 노력을 지속 중이다. HECO와 HECO의 2개의 자회사(Hawaii Electric Light, Maui Electric)는 오아후, 하와이, 마우이, 몰로카이, 라나이에 전력 공급을 담당하며 하와이州 전력 판매량의 95.4%(2014) 점유하고 있다. HECO는 권역 내 3,017.7MW 규모의 발전설비를 이용하여 하와이주 전체 전력의 95%를 공급하고 있으며, 설비용량 중 유류의 비중이 62.3%로 가장 많으며 신재생 발전의 비중은 약 30%로 높게 나타난다. 신재생 중 태양광 발전의 비중이 16%로 가장 많고 풍력이 8%로 점유비중이 높다.
1) State of Hawaii, Public Utilities Commission Annual Report, 2105. 12
2) KIUC, 2015 Adequacy of Supply Statement, 2015
3) KIUC, A Year of Accomplishment 2015 Annual Report, 2015
나. 하와이주의 마이크로그리드 추진 배경
하와이 전력시장은 앞서 살펴본 바와 같이 육지와 분리된 섬별 독립망으로 구성되어 있으며 풍부한 신재생 에너지자원을 보유하고 있으나, 유류 발전 비중이 높고 원유는 100% 수입에 의존하고 있는 실정이다. 유류발전 비중이 높다보니 지난 몇 년간 유가 상승으로 인한 전기요금 급등으로 하와이 주정부는 태양광 보급을 촉진하게 되었고, 전력 및 운송 등 에너지사용 전반에 Clean Energy 사용 확대 정책을 적극적 추진하고 있으며 증가하는 신재생전원의 안정적 운영을 위한 전전망 현대화 필요성이 확대되는 등 마이크로그리드 추진에 용이한 여건을 형성하고 있다. 본토와 분리되어 있어 외부에서 전력을 수입할 수 없고, 유류발전 비중이 높아 유가 변동성이 전기요금에 그대로 전가되는 구조를 가지고 있는 하와이주는 인근 주로부터 발전단가가 낮은 전력을 구입할 수도 없어 요금상승 억제가 어려운 실정이다. 이를 반영하듯 하와이주의 전기요금(26.17￠/kWh,2015)은 미국 평균(10.42￠/kWh,2015)보다2배가 넘는 높은 수준을 유지하고 있다. 특히 2011년 기록적인 고유가로 전기요금이 급등하면서 유류 발전 비중 축소 필요성이 증가하였고 주정부의 지원정책에 따라 분산형 태양광발전 도입이 활발히 진행중이다. 지붕형 태양광 발전단가의 지속적 하락과 넷미터링(Netmetering) 등의 정책은 분산형 태양광발전의 폭발적 성장
을 견인하여 하와이 태양광 발전 설비용량(493.2MW) 중분산형 태양광발전의 비중이 98.7%에 육박하게 되었다. 2015년 6월 하와이 주정부는 2045년까지 화석연료를 퇴출시키고 하와이에서 소비하는 전력의 100%를 신재생으로 공급하기 위해 RPS 목표를 상향조정 했다. 하와이는 2015년 말 기준으로 신재생전력 공급 비중이 23.2%로 2015년 목표인 15%를 이미 초과달성 하였다. 소비자가 소유한 지붕형 태양광의 발전량이 전년대비 24.8% 상승하여 RPS 목표 초과달성을 견인한 것으로 분석된다. 이렇게 신재생에너지 발전량이 증가함에 따라 하와이주의 발전용 원유 사용량은 2011년 이후 지속적으로 감소하는 추세를 보인다. 이에 더불어 하와이 정부는 수송부문 원유소비 감소를 위해 2045년까지 전기차 10만대 보급목표를 설정하고 전기차 전용 계시별 차등요금 등 보급 촉진 정책도 적극적으로 추진 중에 있다. 전기차를 상용화하기 위한 방안으로 전기차 충선소 대중화를 추진 중이며 급속 충전소 확대 보급을 위한 대규모 투자도 진행중이다. 마이크로그리드의 핵심 요소중 하나인 전기차 보급 확대로 전기차를 활용한 EV DR(Demand Response, 수요반응) 및 V2G(Vehicle to Grid) 자원이 확대될 전망이다. HECO는 2016년 4월 3.4억 달러 규모의 ‘Hawaii Grid Modernization Plan’을 발표하고 2017년에서 2018년까지 오아후 섬을 시작으로 하와이섬, 마우이섬에 455,000대 이상의 스마트미터를 설치할 예정이다. 모든 고객이 스마트미터 교체 대상이지만 개인정보 보호 등의 이유로 설치 거부의사를 밝힐 수 있으며, 설치 거부 고객은 매월 15달러의 추가요금을 지불하게 된다. 그밖에 하와이 전력망 전체를 세밀하게 살펴볼 수 있는 아일랜드 퍼스 시스템과 리뉴어블와치와 같은 모니터링 시스템 도입으로 소비자와 전력 생산, 소비 관련 정보를 공유할 수 있는 기반을 구축하고 있다.
가. JUMPSmart Maui 프로젝트 : EV VPP(가상발전소4) 실증, 일본 NEDO5 공동 참여
일본과 하와이주가 공동으로 추진하는 전기차를 핵심으로 한 VPP 실증 프로젝트로, 마우이섬에서 약 380여대의 전기차와 30여 가구가 자발적으로 프로젝트에 참여할 예정이다. 프로젝트가 진행될 마우이섬에는 약 72MW의 풍력발전과 70MW 이상의 지붕형 태양광 발전이 보급되어 있으며, 향후 전기차 보급도 빠르게 증가할 것으로 전망된다. NEDO와 하와이주는 2011년 11월 마우이섬 Kihei 지역의 분산에너지자원 운영과 전기차 충전소 기술개발 및 실증사업(2011~2017.2) 관련 양해각서를 체결하고 NEDO는 약 3,700만 달러를 투자하여 히타치의 전기차 급속충전소 설치, 분산에너지자원 운전 및 제어기술 실증을 진행 중이다. 프로젝트의 1단계는 DC 급속충전소 15개소 설치, 30개 가구에 SmartPCS(전력변환장치), EV 충전기, 홈 배터리 등을 포함한 Smart Home System 구축이 포함되며 2단계에서는 1단계에 구축한 시스템을 바탕으로 EV 중심의 VPP기술을 실증한다. 본 프로젝트를 통해 EV 전용 계시별 차등요금을 도입하여 가정에서의 EV 충전 시간대를 저녁시간에서 심야(22시) 이후로 이동효과와 풍력발전량이 많은 밤에서 새벽 시간대 EV 충전률의 증가로 풍력 제약 비발전량의 감소로 풍력발전 이용률 증대 및 전력시스템의 신뢰도 향상 관련 기술을 실증한다. 또한 마이크로 DMS(Distributed Management System), SmartPCS(Power Conditioning System)을 이용해 지붕형 태양광, EV를 포함한 가정용 배터리 등 분산형 마이크로그리드의 전압 안정화 기술을 실증한다.
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4) VPP(Virtual Power Plant) : 다양한 분산전원을 모아 마치 하나의 발전소처럼 운전 및 제어하는 가상발전소
5) NEDO(New Energy & Industrial Technology Development Organization) : 일본 신에너지 산업기술 종합개발 기구
하와이대학 마노아 캠퍼스는 약 40만평의 부지면적에 학생수가 2만여명으로 하와이대학의 10개 캠퍼스 중 규모가 가장 큰 캠퍼스이며 2015년 전력 소비량은 125,154MWh로 하와이주 전체 전력 소비량의의 약 1.32%를 차지하고 있다. 마노아 캠퍼스는 2012년 ‘UH Manoa SEP(Strategic Energy Plan)’을 발표하고 에너지 효율향상과 신재생 분산전원 확충으로 에너지 비용 절감을 위한 노력을 지속하고 있으며, UH Manoa MG 프로젝트도 본 플랜과 맥락을 같이 하고 있다. UH Manoa MG 프로젝트는 캠퍼스 에너지비용 절감을 주요 목표로 에너지 효율향상, 분산에너지자원 운영, 관리 및 제어관련 시스템 기술 실증을 위한 25MW 규모의 망 연결형 마이크로그리드 프로젝트이다. 마노아 캠퍼스는 마이크로그리드 프로젝트가 포함된 ‘UH Manoa SEP’ 추진으로 에어컨, 조명, 건물에너지 관리 등 소비효율을 향상시켰으며, 전력망 현대화 및 태양광 분산 전원 건설로 전력소비 예측치 대비 9%가 넘는 에너지 비용을 절감하였다. 특히 2010년 이후에 건설된 신축 건물들은 모두 고효율 건물로 건설하여 건물 수가 증가했음에도 불구하고 에너지소비량 증가가 미미한 것으로 나타났다. 향후 건물별 스마트미터 설치, 태양광 발전설비 추가 건설, 기존 건물의 효율향상, 전력망 현대화 등 ‘Net Zero Energy Campus’로 전환을 위한 투자를 지속할 계획이다.
HECO는 전기요금 상승 억제, 급증하는 분산전원의 효율적 활용, 전력망 현대화, 규제 환경에 적합한 시장모델 개발, 고객만족도 개선을 위한 대안 개발 등의 이슈가 집합된 상황에 직면해 있다고 판단하고 이를 해결하기 위해 ‘하와이 전력망 현대화 계획’에 따라 마이크로그리드를 적극적으로 추진하고 있으며 고객중심의 친환경 전력산업으로 변화를 위한 노력을 지속하고 있다. 특히 전력망의 현대화를 이해 8개의 세부 프로젝트별로 추진목표를 세우고 약 3.4억 달러 규모의 투자를 진행할 계획이다. 이러한 HECO의 전력망 현대화 노력에 대해 미 에너지부(DOE6)와 NETL7은 예상 사업기간인 2017년부터 향후 20년간 약 2.21~2.70억 달러의 예상 효익이 발생할 것으로 기대한다. HECO는 전력망 현대화 노력이 외에도 전기요금 상승 억제, 분산전원의 효율적 활용, 규제 리스크 완화, 고객만족도 개선 등의 다양한 이슈가 집합된 상황을 타개하고 미래 전력산업을 주도하기 위해 HECO의 미래 핵심역량을 평가하고 이를 위해 포괄적인 변화 프로그램 이행을 착수했다. 분산자원의 통합과 유틸리티급 에너지저장장치(ESS) 도입과 자원 확보, 요금설계 등을 중요 역량으로 평가하고 마이크로 그리드 프로젝트 확산에 적극적으로 앞장서며, 보안 강화 서비스, 보조전력 제공 서비스 등 마이크로 그리드 고객맞춤형 특화서비스를 설계하며, 서비스 가격을 차별화하는 프로그램 개발도 병행하고 있다.
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6) DOE(U.S. Department of Energy) : 미 에너지국
7) NETL(National Energy Technology Laboratory) : DOE 산하 미국 국립에너지연구소
