탈중앙화(Decentralization)
탈중앙화는 화석, 원자력발전 등 중앙집중식 거대 에너지 공급 방식에서 신재생에너지 중심의 분산형 에너지시스템으로의 전환이며 분산화라고도 불린다. 전력산업의 에너지전환에 따라 기존 중앙집중식 발전시스템에서 분산형 발전시스템 연결이 증가하고 있고 이에 따라 분산에너지 관리가 중요해지고 있다. 최근 몇 년을 보면 분산전원의 설치 가격, 발전 비용이 지속적으로 감소함에 따라 전통적인 발전원 대비 가격 경쟁력도 개선되고 있다. 분산에너지원을 효율적으로 사용·관리하기 위해서는 가상발전소(VPP, Virtual Power Plant)와 같은 통합 자원 관리시스템이 필요하다.
가상발전소는 물리적으로 특정한 곳에 존재하는 발전소는 아니지만, 전기를 공급하는 것과 동일한 효과를 가진 발전소로 ICT 및 자동제어기술을 활용하여 다양한 분산에너지원을 연결·제어하여 하나의 발전소처럼 운영할 수 있는 시스템이다. 가상발전소는 자원의 구성에 따라 크게 수요형 VPP, 공급형 VPP로 나눌 수 있다.
미국의 내비건트 컨설팅사는 분산형 발전시스템이 IoT, Big Data, AI 등의 ICT 기술과 결합하여 다대다 네트워크를 클라우드상에서 구현하는 '에너지 클라우드'라는 새로운 서비스로 진화할 것으로 전망한다. 에너지클라우드란 기존 전력계통뿐만 아니라 태양전지, 풍력 등 분산에너지까지 모든 에너지원이 연결된 미래 에너지망으로, 신재생에너지 보급, 확산 정책에 따라 점차 에너지클라우드 생태계가 활성화되고 복잡한 네트워크가 등장할 것으로 전망된다. 대규모 플랜트에서 생산하던 방식에서 다양한 곳에서 다양한 방식으로 에너지를 생산하고, 생산과 소비 사이 미스매칭 해결을 위해 생산된 에너지를 어디로든 전송 및 저장하는 방식으로 발전하였다. 전기차 까지도 에너지 저장 매체로 활용하는 연구가 나오고 있다.
분산에너지로 인한 변화
분산자원(Distributed Energy Resources, DER)은 수요지 인근 또는 배전망에 연계되어 에너지 · 용량 · 보조서비스 제공, 잉여 전기 해소 등이 가능한 전력 자원을 의미한다. 기후변화 대응 및 탄소중립 달성 방안으로 태양광, ESS, DR 등 분산자원 보급 확대가 추진되고 있으며, 국내 분산자원은 태양광을 중심으로 보급 확대 중이고 이러한 추세는 지속될 것으로 전망된다.
분산에너지는 기존의 에너지시스템에서 에너지공급과 수요 측면의 변화가 요구되며 에너지 신산업의 등장으로 기존과 다른 에너지전환을 필요로 한다. 공급 측면의 변화 방향은 재생가능한 분산형 전원으로 발전 정책이 전환되어야 하고, 대규모 중앙집중형 발전에 따른 원거리 송전방식의 문제점을 인식해야 한다. 2021년 산업통상자원부는 '분산에너지 활성화 추진전략'을 발표하였고, 추진배경 중 하나로 대규모 발전소 및 송전선로 건설 관련 사회적 갈등 및 비용 증가를 제시했다.
분산에너지원을 활성화하고 운영환경을 갖추기 위해서는 스마트그리드(Smart Grid)와 가상발전소를 구축하고 지역 내에서 전기의 생산과 소비가 우선적으로 이루어질 수 있는 환경을 갖추어야 한다. 이를 위해 기존 전력망에서는 불가능했던 새로운 비즈니스 모델을 완성해야 하는데, 이 모델이 될 수 있는 것이 스마트그리드와 마이크로그리드(Micro Grid)이다. 마이크로그리드는 스마트그리드를 소지역 특성에 맞게 소규모로 적용한 것이다. 마이크로그리드와 가상발전소는 비슷한 컨셉이며 가상발전소는 반드시 메인 계통에 연결되어야 하는 반면, 마이크로그리드는 꼭 메인 계통과 연결될 필요가 없다.
수요 측면의 변화는 기존의 배전망을 독점하던 한국전력의 전력망이 단방향 통신에 의존해온 것이라는 한계점에서 출발한다. 과거 전력수요관리는 단순하게 소비자에게 전기 절약 요구, 전기 기기의 효율 개선으로 제한되었으며 전기요금 체계를 바꾸어 수요 조절을 하려는 시도는 정부의 가격 통제나 연료비 연계 등으로 수급 상황을 반영하기 어려웠다. 그러나 다양한 기술의 도입으로 양방향 통신이 가능해졌고, 양방향 통신을 이용한 관리 수단은 전력소비자의 역할을 강화시키는 방향으로 변하고 있다. 스마트그리드가 구성되면 IoT와 Big Data 분석을 통해 분산형 전원을 실시간 모니터링하고 정확한 수요 예측을 통해 전력수요에 대해 실시간 대응 및 그에 준하는 대응이 가능하다. 우리나라는 21년 12월 기준 27개 수요관리사업자가 5,034개 참여 고객을 가지고 약 4.5GW의 의무감축용량을 확보해 국가 전력망 안정도에 기여하고 있다.
탈중앙화를 위한 태양광, 풍력 등 변동성 재생에너지원의 증가는 전력계통의 불안정성을 증가시키고 이로인해 안정적인 전력 수급에 애로가 발생한다. 분산전원, 신재생에너지 발전, VPP, ESS, Demand Reponse(수요반응)에 IoT, Big Data, AI 기술을 적용하여 정확한 공급 및 수요 예측을 통해 변동성 전원으로 이루어진 분산 환경을 잘 모니터링, 제어, 최적화하여 계통의 불안정성을 극복하고 안정적으로 운영하는 것이 앞으로의 중요한 도전과제 및 경쟁력이 될 것이다.
분산에너지 활성화 기대 효과
분산에너지는 다양한 장점을 가지고 있으며, 분산에너지원의 확대로 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
1. 분산에너지 확산 기반 전력계통 관리·수용 능력 강화
- 통합관제시스템, ESS 구축을 통한 분산에너지의 계통 변동성 완화
- 신규 유연성자원 개발을 통한 재생에너지 잉여전력 문제 해소
- 에너지 슈퍼스테이션을 통한 계통 부담 완화 및 전기차 인프라 구축
에너지 슈퍼스테이션이란 주요소내 또는 인근에 태양광·연료 전지 등 분산전원을 설치하여 전기차 충전에 필요한 전력 일부를 자체적으로 공급하는 전기·수소차 충전과 자가발전이 가능한 복합 충전소이다.
2. 분산에너지의 생산·소비 확대로 생산·소비 분산화 유도
- 분산에너지 편익지원으로 집단에너지, 재생에너지 보급 확산 기반 마련
- 에너지 수요의 지역분산을 통한 전력 수요의 집중화 완화
- 자가소비 지원제도를 통한 에너지 자립률 및 안정성 제고
- 마을단위 마이크로그리드 구축으로 마을내 전력 생산·소비 활성화
3. 분산에너지의 안정적인 시장 참여를 통한 분산친화적 전력시장·제도 운영
- 차세대 전력시장 및 시장매커니즘 개편으로 분산에너지 변동성 완화
- 통합발전소 제도로 전력 신사업 창출, 분산에너지 관리능력 강화
- 망요금제 개발로 전력시장 참여자에 대한 지역의 계통신호 제공
- 배전계통 운영제도로 배전망 연계 분산에너지 급전·제어 추진
이를 통해 발전 83.7조원 + 산업·건물 12.3조원의 부문별 투자비 창출 + 생산유발 251.5조원 + 부가가치 74.5조원 + 고용유발 16.7만명의 경제적 파급효과, 온실가스 감축 편익 16.8조원의 환경편익의 경제적 효과를 기대할 수 있다.
분산에너지원 향후 추진 계획
Reference
- 기후변화와 에너지산업의 미래 - 에너지고위경영자과정 변화와 미래 포럼
- 분산에너지 활성화 추진전략 - 산업통상자원부
- VPP 운영현황 및 활성화 방안 - 한전경영연구원
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