배경

지난해 9월 한국전력공사(이하 한전)에서는 재생에너지 확대와 수요자 · 환경 중심의 안정적 전력계통 구축을 목표로 수립한 제9차 장기 송변전설비계획을 발표했다. 제9차 장기 송변전설비계획은 제9차 전력수급기본계획의 전력수급 전망과 송변전설비확충기준에 따라 수립됐고, 2020년부터 2034년까지 15년간의 장기 송변전설비 세부계획을 포함하고 있다.

전기사업법 제3장 전력수급의 안정에 포함된 제25조와 제27조 규정에 따라 산업통상자원부는 전력수급기본계획을 수립, 공고하고 있다. 전기사업법 제25조(전력수급기본계획의 수립)에서 정한 것은 다음과 같다.

산업통상자원부장관은 전력수급의 안정을 위하여 전력수급기본계획을 수립해야 하며, 전력수급기본계획에는 아래와 같은 사항을 포함한다.

1. 전력수급의 기본방향에 관한 사항
2. 전력수급의 장기전망에 관한 사항
3. 발전설비계획 및 주요 송전 · 변전설비계획에 관한 사항
4. 전력수요의 관리에 관한 사항
5. 직전 기본계획의 평가에 관한 사항
5의2. 분산형전원의 확대에 관한 사항
6. 그 밖에 전력수급에 관하여 필요하다고 인정하는 사항

그리고 국가적으로 에너지 분야 화두인 온실가스 감축과 관련해 지난해 9월 제25조 개정 내용에는 다음 규정이 포함됐다. 산업통상자원부장관은 전력수급기본계획이 ‘기후위기 대응을 위한 탄소중립 · 녹색성장 기본법’ 제8조에 따른 중장기 국가 온실가스 감축 목표에 부합하도록 노력해야 한다.

전기사업법 제27조(송전사업자 등의 책무)의 경우에는 다음 규정을 담고 있다.

송전사업자 · 배전사업자 및 구역전기사업자는 전기의 수요 · 공급의 변화에 따라 전기를 원활하게 송전 또는 배전할 수 있도록 산업통상자원부장관이 정하여 고시하는 기준에 적합한 설비를 갖추고 이를 유지 · 관리하여야 한다.

제9차 전력수급기본계획의 송변전설비 확충기준에서는 다음의 내용을 기술하고 있다.

1. 송 · 변전설비 상정고장시 공급신뢰도 허용범위
2. 발전소 계통연계 기준
3. 송 · 변전설비 신 · 증설 기준

장기 송변전설비계획 수립은 그림 1과 같은 절차로 진행됐다.

계획수립 방향

한전은 제9차 장기 송변전설비계획에서 ‘에너지 전환 정책에 따른 수요자 · 환경 중심의 안정적 전력계통 구축’을 목표로 제시했다. 계획수립 방향을 살펴보면 다음과 같다.

1. 전력계통 신뢰도 확보 및 송변전설비 적기 확충
2. 재생에너지 적기 연계를 위한 계통 수용능력 확대
3. 송변전설비 건설 사회적 ㆍ 환경적 수용성 제고
4. 재생에너지 변동성 보완 및 계통 불확실성 대비 안정화 방안 수립

그림 2의 계획수립 방향에서 보는 바와 같이 2034년까지 77.8 GW 재생에너지 설비 규모의 대규모 재생에너지 수용이 가능한 전력망 구축을 적기에 이행해 안정적 전력공급과 전력계통 안정화를 이루는 것이 본 설비계획의 주요 추진 사항이다.

주요 수립내용

한전에서는 재생에너지 연계에 관한 사항에 주안점을 두고 계획을 수립했다. 우선 지역단위 재생에너지 예측을 통해 선제적 계통보강을 추진하고자 했다. 이를 위해 사업자 의향조사, 지역별 재생에너지 잠재량, 발전허가를 포함한 예측발전 기반의 설비계획을 수립해 공용송전망을 적기에 구축하고자 했다. 특히 재생에너지 접속용량이 부족한 전북, 전남, 경북지역을 중심으로 설비계획을 수립하고 이후 그림 3의 절차에 따라 설비계획을 수시로 수립하도록 했다.

재생에너지 연계에 있어 전력망 중립성을 강화하는 것이 요구됐다. 이에 따라 신재생에너지 접속정보 시스템 공개정보를 확대해 현재 변전소별 154kV 및 22.9kV 차단기 여유정보를 공개하고 설비 준공예정 시기, 접속진행 현황 등 공개정보(망 보강 사업명, 공사 진행정보, 준공예정일, 담당자 정보 등)를 다양화했다. 그리고 발전사업허가, 송전망 이용 신청 진행절차를 공개해 전력망 중립에 대한 투명성을 높였다. 대규모 재생에너지 계통연계를 위한 송변전설비계획은 표 3에서 정리했다.

기존 전력망이나 미래 전력망 계획 및 운영에 있어서 가장 중점을 둬야 할 부분은 신뢰성 있는 안정적 전력공급이다.
이를 위해 한전에서는 다음과 같은 전력 신기술 적용을 통해 전력망 혁신을 추구하고자 했다.

첫째, 계통안정화용 ESS(Energy Storage System) 도입이다. 제9차 전력수급기본계획에서는 송전사업자의 주파수조정, 발전제약 완화용 ESS 신규설비 투자 계획이 제시됐다. 이에 한전에서는 2023년까지 육지의 발전제약완화를 위한 1.4GW ESS 설치를 계획했다.

고장 시에는 최저주파수 하락 완화를 통한 신뢰도 유지 및 동 · 서해안 지역 제약 완화를 추진과제로 계획했다. 특히 2022년까지 제주에 90MW 규모의 ESS 설치를 통한 주파수 신뢰도 유지를 계획으로 포함시켰다.

둘째, 발전제약 최소화를 위한 유연송전시스템(FlexibleAC Transmission System, FACTS) 확대다. 지난해 9월 신한울 1호기 계통연계 시점 및 2023년 3월 신고리 5호기 연계 시점에 제약 발생이 예상돼 이를 해소할 수 있는 해법이
요구됐다.

표 4와 같이 FACTS 기술 적용을 통해 동해안 및 울산 · 경남지역의 신규 발전기 연계 대비 안정도 개선으로 발전제약 완화가 가능할 것으로 예측됐다.

셋째, 대규모 재생에너지 운영에 대비하는 것이다. 재생에너지는 특성상 출력 변동성과 불확실성이 존재하므로 이에 대응할 수 있는 재생에너지 출력 감시 · 예측 · 평가 · 제어 기반의 시스템 구축이 필요할 것이다. 따라서 한전에서는 현재의 예측 · 감시 기반의 시스템에서 좀 더 개선된 예측 · 감시 · 평가 · 제어 종합시스템 구축 계획을 수립해 기술 혁신을 추구했다.

넷째, 계통과밀지역 복합문제 해소를 위한 신기술 전력설비 도입이다. 수도권 송전망의 경우에 송전선로 과부하, 고장전류 등 전력계통 불안정 문제가 존재하므로 이를 동시에 해소하기 위해 초고압망 BtB HVDC를 적용한 전력계통 안정화가 마련됐다.

다섯째, 재생에너지 확대에 따라 줄어든 전력계통 관성을 확보하는 것이다. 기존 대규모 화력발전기 감소로 계통 관
성이 감소돼 전력계통 주파수 변동 취약성이 커졌으므로 이에 대한 대안으로 폐지 화력발전기를 동기조상기로 용도 전환해 관성을 확보함과 동시에 플라이휠 추가 등으로 관성을 보강한 동기조상기를 도입해 계통 관성을 보강하는 계획이 수립됐다.

계획수립 결과

제9차 장기 송변전설비계획 결과를 정리하면 다음과 같은 전력망 확장 계획이 공표됐다.

1. 2034년 기준 총 송전선로 길이는 4만 8,075C-km이며, 2019년 대비 약 1.39배 증가(1만 3,558C-km) 전망 (신규 발전소 계통연계를 위한 접속설비 포함)
2. 2034년 기준 총 변전소 수는 1,154개소이며, 2019년 대비 약 1.34배 증가(291개) 전망 (발전소 건설과 관련한 스위치야드, 변환소, 개폐소 포함)
3. 2034년 기준 총 변전설비 용량은 47만 8,222MVA이며, 2019년 대비 약 1.44배 증가(14만 6,462MVA) 전망 (2034년 초고압 변전설비 용량은 48.6% 점유 예상

향후 추진과제 및 결론

한전에서는 ‘2050 탄소중립 시나리오’ 및 국가온실가스감축목표(Nationally Determined Contributions, NDC)를 반영해 국가상위계획과의 정합성 확보를 토대로 추가계획 수립을 추진하고 있다. 여기에서 정부 ‘2050 탄소중립 시나리오’ 및 국가온실가스감축목표(NDC)에 따라 지역별 전원구성을 반영한 전력망 수용능력을 검토하고 재생에너지 기반 기간망(Backbone grid), AC/DC 복합망 기술 등을 반영한 재생에너지 접속과 지역 간 전력융통을 위한 계통 보강방안이 도출될 것이다. 결론으로 기존 전력망이나 미래 전력망 계획 및 운영에 있어서 가장 중점을 두어야 할 부분은 신뢰성 있는 안정적 전력공급이다.

향후 에너지전환에 따른 전력산업 환경 변화를 수용할 수 있는 전력망 구축 과제들이 정책 및 기술혁신 장기 로드맵에 따라 차근차근 이행된다면 미래 국가 에너지의 안정적 공급은 희망적일 것이다.

이정호 한국전기연구원 연구위원 keaj@kea.kr