재생에너지 확대에 따른 전력시장제도의 문제점 및 개선방향
재생에너지 확대에 따른 전력시장제도의 문제점 및 개선방향
  • 이유수
  • 승인 2020.09.08
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

이유수 에너지경제연구원 선임연구위원

세계 각국은 지구온난화 방지에 따른 이산화탄소 감축의무를 이행하고 동시에 지속가능한 경제성장을 이루기 위해서 재생에너지의 확대와 에너지 효율향상을 통한 에너지절약 등을 중요한 수단으로 활용하고 있다.

대부분의 국가들이 태양광 및 풍력 등 변동성 재생에너지의 비중을 확대해나가고 있으며 이미 설정한 보급목표를 상회하여 달성한 경우도 나타나고 있다. 한편으로 분산에너지자원이 확대되면서 대규모 발전설비 위주의 중앙집중적 공급방식에서 일정 지역을 중심으로 소규모 친환경 발전설비를 비롯한 다양한 에너지자원이 증가하고 있다.  

태양광 및 풍력 등 변동성 재생에너지의 획기적 증가로 인한 여러 국가들의 주요 관심사는 전력계통의 안정적 운영이다.

기존의 전력계통은 원자력 및 화력 발전을 중심으로 비교적 안정적인 주파수와 전압을 유지하면서 대모규로 생산된 전력을 장거리 수송을 통해 공급하는 방식으로 유지되어 왔다. 이러한 계통운영이 가능한 것은 교류를 기반으로 하는 대규모 회전체 발전기의 관성(inertia)이 작용하면서 주파수와 전압이 일정범위를 벗어나더라도 어느 정도 이를 복원 할 수 있기 때문이다.

그러나 태양광 및 풍력 발전의 특성은 교류 전력계통의 주파 수 및 전압을 정해진 수준으로 유지하는 데 기여하기 어려운 측면이 있다. 태양광 발전에서 생산된 전력은 직류를 교류로 변화하는 인버터를 통해 배전망에 연결되지만 관성이 없다.

풍력발전은 터빈이 회전하지만 계통의 주파수와 동기화되지 않는 속성을 가지고 있어 태양광 발전과 마찬가지로 주파 수와 전압을 정해진 수준으로 유지하기 어렵다. 태양광 및 풍력은 자연조건에 의존해 전력생산에 대한 출력 예측이 어려운 불확실성과 출력변화의 변동성이 심한 특성을 가지고 있다.

우선, 변동성 재생에너지의 전력생산량에 대한 예측오차가 커지면서 발전계획량과 실제 급전량 간에 차이가 발생하기 때문에 예측오차에 대응해야 하는 예비력의 증대가 필요하다.

또한 실시간 자연조건에 따라 전력생산에 대한 출력변화의 변동성이 커짐에 따라 일정한 주파수와 전압을 유지해야 하는 계통이 불안정하고 정전의 위험이 높아지기 때문에 이를 보완할 수 있는 백업설비의 대응이 필요하다.

변동성 재생에너지의 확대로 인해 전력계통의 운영은 과거에 비해 훨씬 복잡하고 안정적으로 운영하기 어려운 상황으로 변화되고 있다. 과거 전력계통 운영은 실시간 전력수요의 변동성에 대한 대응이 주요 이슈였지만 이제는 재생에너지 확대로 인한 공급변동성의 확대와 이에 따른 계통불안의 심화까지 고려해야 한다.

재생에너지 확대로 인한 계통안정성을 확보하기 위해서는 두 가지 측면에서 대응할 수 있을 것이다. 태양광 및 풍력 등의 발전량 예측에 대한 불확실성은 인공지능 및 사물인터넷 등 4차 산업혁명기술을 적용해 어느 정도 해소할 수 있을 것으로 기대되고 있다. 

한편 실시간의 변동성은 전력운영 시스템이 얼마나 유연한 가에 달려있다. 즉 갑작스런 자연조건의 변화로 인해 변동성 재생에너지의 발전량이 부족할 경우, 수요반응, 전력저장장치, 양수, 가스터빈 등 다양한 유연성 자원의 응동 속도에 맞게 대응하는 것이 관건이 된다.

반대로 변동성 재생에너지 발전량이 필요 이상으로 과잉공급 될 경우 화력발전의 출력을 최소화하더라도 주파수와 전압의 유지를 위해서 변동성 재생에너지의 출력제한(Curtailment)을 이행할 수밖에 없는 상황이 발생한다.

전력운영 시스템이 얼마나 유연한가는 변동성 재생에너지 확대에 따른 출력제한의 정도에 달려있다. 전력계통의 운영시스템이 변동성 재생에너지의 비중이 증가하더라도 출력제한이 비례적으로 증가하지 않고 적정수준에서 유지되거나 오히려 하락한다면 그만큼 유연하다고 할 수 있다.

우리나라는 아직 변동성 재생에너지의 비중이 높지 않지만 이미 지역적으로 재생에너지와 관련된 전력계통의 불안정 문제가 나타나고 있다. 지역적으로 태양광 및 풍력 발전이 증가하면서 수급 불균형 문제가 대두되고 있다는 점이 전 력계통의 안정적 운영을 어렵게 하고 있다.

최근 제주도에서 풍력발전에 대한 출력제한 횟수가 증가하는 한편, 향후 제어가 가능하면 태양광 발전도 출력제한이 불가피한 상황이 될 수 있다. 또한 전라도 지역에서 태양광 발전의 비중이 증가하면서 과전압이 발생한 사례도 나타나고 있다. 태양광 발전의 잉여전력 활용을 위한 P2G(Power to Gas)에 대한 논의도 활발해지고 있으나 여전히 경제성 문제가 발목을 잡고 있다.

아직은 태양광 및 풍력 발전 등의 잉여전력을 활용해 물의 전기분해를 통한 그린수소 제조과정이 비용측면에서 경제적 이지 않기 때문이다. 이와 관련 잉여전력 활용을 위한 전력수요 개발(Reverse DR)에 대한 논의도 진행되고 있다. 뿐만 아니라 재생에너지 확대와 함께 계통접속 문제도 대두되고 있다. 태양광 발전설비 물량이 급격하게 증가함에도 불구하고 계통망의 부족과 배전선로 접속허용 기준 등으로 접속대기 물량이 많아진 것이다.

결국 늘어나는 재생에너지로 인해 송전혼잡이 발생하면 출력제어가 가능하도록 스마트 인버터가 갖춰지도록 유도할 필요가 있다. 또 다른 문제는 재생에너지 확대로 인한 경직성 전원과의 조화문제다. 변동성 재생에너지가 확대되면서 전력수요가 낮을 경우 화석연료 발전이 최소출력을 유지하도록 감발한다.

최근에는 원자력 발전도 출력감발을 시행한 바 있는데 감발에 따른 안전성 논란도 대두되고 있다. 그리고 신에너지로서 경직성 전원으로 알려진 연료전지의 확대계획으로 인해 재생에너지 발전의 확대와 상충되는 측면을 어떻게 조화시킬 것인지 등의 문제가 남아 있다.  

변동성 재생에너지의 증가와 함께 나타나고 있는 또 다른 변화는 분산에너지자원의 확대다. 분산에너지자원은 소규모 재생에너지 발전원을 비롯한 수요반응(DR), 에너지저장장치(ESS), 전기자동차 등이 포함되고 있는데 이들 자원이 전력시스템의 변화를 촉진하고 있다.

전통적 전력거래 구조는 대규모 발전설비의 생산전력을 소비자에게 판매하는 방식으로서 한 방향으로 거래관련 정보가 전달되는 반면, 분산 에너지자원의 확대는 배전계통운영자(DSO) 중심으로 거래 메커니즘이 형성될 것으로 전망되고 있다.

배전계통운영자가 배전망을 중심으로 분산에너지자원의 플랫폼 역할을 수행하면서 분산에너지 소유자인 소비자와 전력거래 및 관련 서비스에 대한 상호 정보교환을 이행한다. 동시에 송전계통 운영자(TSO)와의 정보교환을 통해 망혼잡과 피크부하를 관리하는 방식으로 전력계통 운영의 효율화를 증진시키는 역할을 할 것이다.  

우리나라에서 중소규모 재생에너지를 포함한 분산에너지 자원의 확대는 기존의 전통적 전력계통 운영과 시장구조로 는 전력시스템의 안정성 확보와 시장거래 활성화의 추진이 용이하지 않을 것으로 판단된다. 그 이유는 미래 전력시스템의 모습으로부터 출발해 역으로 추론해 보면 자명해질 것이다.

미래 전력시스템은 현재와 같이 단순한 전력공급 차원을 넘어서서 분산에너지원의 가치를 극대화하는 플랫폼으로 진화될 것으로 전망된다. 분산에너지자원이 확대됨에 따라 중앙집중적으로 공급된 전력을 판매해 얻는 수입은 감소하
고 새로운 배전망을 중심으로 하는 소매서비스의 확대로 수입이 증가할 것이다.

개별 소비자들은 태양광 발전과 관련된 기술을 배전망에 연계해 다른 분산에너지자원 및 중앙집중적 자원과 거래를 통해 수익을 창출한다. 미래의 전력운영시스템은 얼핏 보면 훨씬 더 복잡하고 분산화되어 운영되지만 정보통신기술과 함께 4차 산업혁명 기술을 활용해 스마트화 및 자동화 기반의 제어를 용이하게 함으로써 전력시스템 이보다 효율적으로 운영될 것으로 전망되고 있다.  

향후 전력산업은 새로운 기술적용으로 친환경 설비활용의 비용감소와 디지털화를 통해 진화함으로써 자동화와 효율 화를 달성할 것으로 예측되고 있다. 이러한 전력산업의 진화가 가능하려면 다음의 전제조건이 필요하다.

첫째, 새로운 기술의 시장진입은 유연한 운영시스템을 전제로 하고 있다. 앞에서 언급된 바와 같이 재생에너지의 확대와 전력계통의 안정적 통합문제는 유연성 자원의 수월한 확보와 합리적 보상체계를 통해 해결할 수 있다.

우리나라는 여전히 전력수급 불균형 문제를 완화할 수 있는 보조서비스 시장의 운영이 미흡하다. 재생에너지 확대로 인한 계통의 안정화 측면에서 유연성 자원의 확보를 포함 한 보조서비스 시장의 효율적 운영이 절대적으로 필요할 것이다.

둘째, 에너지 기술 및 데이터의 활용은 다양한 서비스 관련 비즈니스 기회를 확대해나갈 것이므로 기술과 데이터의 폭 넓은 활용이 가능한 시장제도가 구축돼야 한다.

전력 소비자를 포함한 수요 측면에서 수익창출 가능성이 커지고 있으며 기존의 독점시장에서 전력판매를 통한 수입규모보다 전력 거래 외에 다양한 서비스의 통합적 부가가치 창출의 규모가 더 커질 것으로 기대되고 있다.

셋째, 다양한 사업자 출현에 따른 조정의 역할은 시장의 가격기능과 디지털화로 접근하는 방식이 요구되고 있다. 현재와 같이 중앙집중적으로 관리 또는 통제하는 방식은 한계에 도달했으며 문제를 해결할 수 있는 범위를 벗어나고 있다.

우리나라의 기존 전력시장 운영은 전력공급의 변동성이 심한 재생에너지원의 확대, 기술과 데이터의 광범위한 활용, 다양한 에너지원 및 사업자의 시장참여 등을 제한할 수밖에 없는 구조 하에서 이루어지고 있다.

현행 전력시장은 친환경적 발전기술의 발달과 경쟁력 확보 등 환경변화에도 불구하고 가격 및 진입 규제 등 전통적 규제시스템에서 벗어나지 못한 것이 가장 큰 문제로 지적될 수 있다.

먼저 전력 도매시장의 비용요인이 소매시장의 전기요금으로 제대로 반영되지 못하고 단절되어 있어 최종 소비자의 전력소비가 왜곡돼 나타나고 있다. 또한 도매시장도 시장의 수요와 공급에 의한 가격메커니즘이 적용되지 않고 발전자회사와 한전간의 재무 불균형 해소 차원에서 비용을 배분하는 구조로 시장의 가격 및 공급 안정성을 위한 규제 시스템이 적용되고 있는 상황이다.

여기에 20MW 이상의 중앙급전 발전기의 전력거래를 도매시장을 통해서만 하도록 관리함으로써 시장참여자의 자율성과 시장운영의 효율성을 저해하고 있다.

외국의 사례처럼 도매시장을 다양화해 선물 및 선도 시장 등 계약시장, 실시간 시장, 보조서비스 시장 등 시장의 가격시스템을 활용해 효율적인 자원배분의 노력을 기울이지 않고 있다. 오직 중앙에서 통제와 관리를 통해 전력공급 및 요금의 안정성을 최우선으로 하는 시스템 구축에만 치중해왔다.

이제 전력공급 측면에서도 불확실성과 변동성이 높은 재생에너지의 비중이 증가하고 다양한 분산에너지가 확대되는 환경 하에서 과거의 전력운영 시스템의 혁신적 변화 없이는 재생에너지를 포함한 분산에너지자원 등의 대폭적인 수용이 불가능할 것이다. 따라서 재생에너지 및 분산에너지자원의 활성화를 촉진하기 위해서는 중장기적으로 전력 시장구조 및 가격체계 등을 비롯해 전력시장의 운영시스템을 개선해나갈 필요가 있다.

먼저 전력 도매시장의 운영시스템 측면에서 보면, 재생에너지의 불확실성과 변동성을 반영해 실시간으로 전력수급이 반영되는 실시간 시장과 계통의 유연성을 높이기 위해서는 유연성 자원의 확보를 용이하게 하는 시장제도를 설계할 필요가 있다.

현재 하루 전 시장만을 운영하면서 가격결정 발전계획으로 계통한계가격을 결정하고 송전망 및 열 생산 등의 제약요인을 반영하는 운영발전계획과의 차이를 별도로 보상하는 체계는 더 많은 추가비용을 유발하고 있다.

이러한 시장운영 하에서는 실시간으로 변동하는 재생에너지원의 특성과 대체 자원의 시장가치를 제대로 반영할 수 없으므로 우선 계약시장, 하루 전 시장, 실시간 시장 등을 별도로 운영하면서 제약요인을 반영한 가격결정 시스템을 조성할 필요가 있다.  

다음으로 전력 소매시장의 구조측면에서 보면 현재 한전의 독점적 시장운영 구조로는 분산에너지자원을 확대하기 어 려울 것이다. 분산에너지자원의 특성은 대형 전력회사로부터 공급되는 전력의 사용을 줄이고 전력공급의 자급자족 및 잉여전력의 판매 등을 통해 수익을 창출하는 등 궁극적으로 전력회사의 경쟁상대가 되기 때문이다. 따라서 소규모 재생에너지를 비롯한 다양한 분산에너지자원의 활성화를 위해서는 전력 소매시장의 개방이 필요한데 일본과 같이 대 형 전력회사를 그대로 두고 다양한 사업자 및 프로슈머 등에 대한 시장의 진입규제를 완화하는 방식이 현실적 대안이 될 것으로 보인다.

현 전기사업법상에서는 2004년 2월부터 신규 판매사업자의 허용이 가능하지만 진입 자격 및 허가 요건의 규정과 공급사 전환절차의 표준화 규정 등이 미비해 사실상 독점체제로 유지돼 왔다. 이러한 규정마련과 제한적인 사업허가 즉, 겸업금지 조항 등에 대한 유지여부 등도 새롭게 개편돼야 될 사항이다.

하지만 전력 소매시장 개방에서 진입규제 완화방식은 지배적 사업자와 신규기업의 경쟁이 공정하지 않을 가능성이 크기 때문에 공정경쟁의 여건을 조성하는 것이 관건일 것이다. 시장참여자의 도매시장에서의 전력구매 조건과 송배전망에 대한 이용조건이 공정한 시장경쟁 질서를 확립하는 데 가장 중요한 사항이라 하겠다.

다른 사업자에 대한 도매시장에서의 전력구매 조건은 최소한 한전과 동일하게 적용하는 한편, 송배전망 이용에 대해서는 제3자에 대한 차별대우를 금지하는 원칙에 입각해 지배적 사업자의 망과 판매부문의 분리가 요구된다. 최소한 회계분리에서 법적분리, 최종적으로 소유분리를 통해 망이용에 대한 공정한 룰이 적용되도록 하는 것이 중요할 것이다.

그럼에도 불구하고 기존 지배적 사업자의 시장에 대한 영향력이 우위인 점을 고려해 다수의 다른 사업자들에 대한 경쟁력이 확보되도록 시장을 설계하는 것이 필요하다.

소매시장의 개방초기에는 일정기간 동안 신규사업자의 송배전 요금에 대한 할인, 지배적 사업자에 대한 규제강화 등 비대칭 규제를 시행해 경쟁적 시장여건을 형성하는 데 주력할 필요가 있다. 그리고 대규모 수용가의 도매시장에서의 직거래와 관련해서도 다른 판매사업자와 동일한 조건이 적용되도록 해야 한다.

마지막으로 시장의 가격기능을 활성화해 시장에서 적정한 자원배분이 이루어지도록 해야 할 것이다.

우선 도매시장 의 가격기능이 활성화돼 비용절감과 발전설비 투자 유인의 신호 역할을 하도록 해야 할 것이다. 그리고 전력 도매시 장의 비용발생 요인이 소매시장의 전기요금에 제대로 반영돼 소비자의 에너지소비에 대한 신호 역할을 하도록 하는 것이 가장 중요하다.

이 과정에서 전기요금의 용도별 교차 보조 문제를 해결하지 않고서는 시장개방의 논의도 진전 되기 어려운 측면이 있다. 시장이 개방되면 신규 사업자들은 비교적 원가회수율이 높은 고객들을 대상으로 판매 전략을 마련하는 한편, 최종 공급의무자가 원가회수율이 낮은 고객들의 공급서비스를 부담해야 하기 때문이다.

따라서 용도별 전기요금의 원가 회수율을 조정해 전압별 요금체계로 이행할 필요가 있다. 이와 함께 소매시장이 개방된다면 현재의 과도한 요금규제에서 점진적으로 요금자유화로 이행될 것이다. 그러나 개방초기에는 요금상한제를 시행해 시장의 경쟁상황에 따라 폐지를 결정하고, 규제요금을 포함해 소비자가 요금을 선택하도록 다양한 요금메뉴의 제시가 필요하다.

특히 시간대별 비용반영을 통한 차별화된 요금제를 제시해 소비자의 소비패턴에 부합하는 요금을 선택하도록 할 필요가 있다. 

이유수 선임연구위원 keaj@keaj.kr

 


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.