최근 기후변화에 대응하기 위한 탄소중립(Net Zero)이 전세계적으로 화두 및 정책목표가 되고 있는 가운데 대부분의 선진국들은 탄소중립을 달성하기 위한 수단으로 분산에너지를 확대하고 있다. 분산에너지는 전통적인 중앙집중형 전력 수급 시스템에 대비되는 개념으로 에너지의 사용지역 인근에서 생산 및 소비되는 에너지다. 관련법에서 명시한 정의로는 전력수요의 지역 인근에 설치해 송전선로의 건설을 최소화할 수 있는 40MW 이하의 모든 발전설비 또는 500MW 이하의 집단에너지, 구역전기, 자가용 발전설비를 의미한다(전기사업법 제2조 제21호, 전기사업법 시행규칙 제3조의 그림 1과 같이 수요지 인근에서 에너지의 생산 및 저장, 잉여 전력의 해소 등에 기여할 수 있는 자원들이 분산에너지의 범위에 속한다.
분산에너지의 장점
기본적으로 분산에너지는 규모가 작고 에너지 사용지역 인근에 위치한다는 특징을 가지고 있으며 이러한 특징과 연계 되어 장점과 단점이 나타난다. 장점으로는 먼저 분산에너지 자원들은 대규모 발전소와 장거리 송전망을 필요로 하지 않는다는 점을 꼽을 수 있다. 따라서 대규모 전원시설을 건설할 때보다 전원(電源)의 입지를 확보하기 훨씬 용이하다. 입지의 확보는 물리적인 공간뿐 아니라 해당 지역의 주민수용성까지 모두 만족해야 하는데, 분산에너지는 두 가지 모두에서 기존의 대단위 발전소 및 송전선을 건설하는 방식보다 수월하다.
특히 송 · 배전망을 신규로 건설하기 위해 투입되는 인프라 건축비용과 운영비용을 크게 절감할 수 있다. 운영비용에는 장거리 송전에서 발생하는 에너지 손실도 포함된다. 또한 분산에너지는 말 그대로 전원이 소규모로 분산돼 있기 때문에 중앙집중적인 전원시스템보다 전력을 더 안정적으로 공급할 수 있다.
중앙집중형 에너지는 광역 송배전망을 기반으로 전력을 공급하다보니 중앙계통에서 문제가 발생할 경우 광역적인 정전사태가 우려된다. 분산에너지도 계통상의 문제가 발생할 가능성은 존재한다. 그러나 개별 분산전원에서 계통사고가 발생하더라도 국지적으로만 이루어지고 다른 분산전원의 계통을 활용해 전력을 공급할 수도 있어 상대적으로 안정적인 전력 공급이 가능하다. 이러한 측면에서 분산에너지는 전력계통의 안정성을 높이는데 기여한다고 평가된다. 다만 분산에너지자원 중 일부는 다른 측면에서 계통의 안정성을 저해하기도 하며, 이는 단점을 소개할 때 구체적으로 설명할 예정이다.
이와 함께 분산에너지자원들은 전반적으로 친환경적이다. 자원별로 정도의 차이는 있으나 재생에너지, 수요반응자원(DR), 에너지저장장치(ESS) 등은 온실가스나 각종 대기오염물질 배출감소에 기여하는 바가 상당하다. 이 외에도 DR과 ESS는 유연성 자원으로 부하이전 및 첨두부하의 억제에 기여해 전력운영시스템의 효율성을 높이는 효과가 있다.
분산에너지의 단점
단점으로는 분산에너지자원 중 태양광 에너지와 풍력 에너지의 변동성 및 간헐성이 대표적이다. 태양광과 풍력은 일조량과 풍량에 의존하기 때문에 원하는 시간에 필요한 전력을 생산하지 못할 수 있고 다른 시간대에서는 전력 수요보다 과도하게 발전이 이뤄질 수 있다. 이에 따라 재생에너지의 간헐성은 전력계통의 안정성을 저해하게 된다. 게다가 우리나라는 발전 여건상 분산에너지자원 중 태양광 중심으로 재생에너지의 비중을 확대하는 상황이다.
예를 들어 제3차 에너지기본계획의 시나리오 분석에 따르면 2040년 재생에너지의 비중이 40%가 될 경우 그 간헐성으로 인해 재생에너지 차단량(curtailment)이 21.5%까지 증가할 수 있다는 지적이 나왔다(박종배, 2019; 그림 2 참고). 따라서 향후 재생에너지의 비중을 확대하기 위해서는 변동성과 간헐성 문제를 완화할 ESS나 양수(揚水), 가스터빈과 같은 백업설비가 상당히 확보돼야 한다.
출력의 불안정성 외에도 발전효율이 중앙집중형 에너지 시스템에 비해 낮다. 여기에서 발전효율은 규모의 경제와 설비이용률의 크게 두 가지 방향에서 설명한다. 대규모 발전소를 짓고 그에 맞는 송배전망을 갖추는 데에는 거액의 고정비용이 발생한다. 그러나 그 발전소에서 생산한 전력을 소비하는 수요자가 많을수록 단위 발전량당 평균 고정비용은 감소하게 된다. 이러한 현상을 규모의 경제(economies of scale)라고 하며, 표 1에서 설명하는 것처럼 중앙집중형 에너지 시스템은 규모의 경제를 통해 효율성을 제고하는 구조다. 그렇지만 분산에너지는 개념 자체가 지역 단위 소규모 발전을 전제로 하기 때문에 규모의 경제를 기대할 수 없다.
또한 설비이용률(capacity factor)이라는 개념이 있다. 설비이용률은 1년 동안 최대 발전가능량 대비 실제 발전량의 비율을 의미한다(산업통상자원부, 2019). 중앙집중형 에너지 시스템에서는 발전원에 따라 50~70%대의 설비이용률을 보이는 데에 반해, 분산에너지자원의 대표주자들인 태양광과 풍력의 경우 각각 15%, 20% 수준으로 파악되고 있다. 따라서 설비이용률의 관점에서도 분산에너지는 그 자원에 따라 발전효율이 상당히 떨어진다고 평가할 수 있다.
지금까지 분산에너지의 특성에 따른 장점과 단점을 간단하게 살펴봤다. 비록 주요 분산에너지자원들인 태양광과 풍력을 중심으로 출력의 불안정성과 상대적으로 낮은 발전효율에도 불구하고 정부는 분산에너지를 확대하고자 노력하고 있다. 이는 에너지부문에서의 탄소중립과 전력의 생산-소비 측면에서 지속되고 있는 지역 간 불균형 해소 등의 정책목표를 달성하기 위해 분산에너지 사회로의 전환이 중요하다는 현실인식에 따른 것이라 하겠다.
분산에너지의 장점들이 이러한 정책목표를 이루는 데에 큰 역할을 할 수 있다는 기대감을 바탕으로 정부에서는 지난 6월 30일 분산에너지 활성화 추진전략을 제시했다. 추진전략에서는 전력-비전력 부문 간 결합 재생에너지 잉여전력을 해소하는 방안(그림 3), 에너지 슈퍼스테이션을 통한 자가발전 충전인프라 구축방안(그림 4) 등 분산에너지 자원들이 가지고 있는 한계를 보완하는 다양한 정책과제들을 제시했다.
제시된 정책과제 및 추진전략을 바탕으로 1차적으로 목표로 하는 2040년까지 분산에너지 비중 30%가 달성될 것인지 앞으로의 발전부문 변화를 관심을 가지고 지켜봐야 할 것이다.
이동규 서울시립대학교 경제학부 조교수 keaj@kea.kr
