1. 연구 배경 및 목적
■연구 배경
○ 세계 각국은 에너지전환 및 탄소중립 실현을 위해 재생에너지 비중을 빠르게 증대시키면서 이전에 경험하지 못했던 전력수급 및 계통 불안정 상황에 직면
○ 현재 빠르게 확대되고 있는 변동적 재생에너지원(특히 풍력)은 그 변동성으로 인해 에너지 공급안보의 새로운 위협요소로 작용할 수 있음.
■연구 목적
○ 이러한 최근의 세계 에너지 시장의 역동적 변화를 염두에 두면서, 유럽 국가들이 특히 변동적 재생에너지의 보급이 확대 과정에서 자국의 전력 수급 및 계통 안정성을 확보했는지를 국가간 전력망 연계를 바탕으로 살펴 봄.
○ 이를 위해 일반적으로 예상할 수 있는 변동적 재생에너지의 발전비중과 변동적 재생에너지의 출력제한율 간의 연관성을 3가지 가설로 나타냈고, 그리고 이러한 가설이 실제로 실현되었는지, 국가마다 차이점은 있는지를 풍력발전 보급이 빠르게 이루어진 덴마크, 독일, 영국, 아일랜드, 스페인, 이탈리아 등 6개국의 사례분석을 통해 살펴 봄.
2. 연구내용 및 주요 분석 결과
■변동적 재생에너지 비중 증가에 따른 계통 유연성 강화 방법
○ 유럽의 변동적 재생에너지 발전비중과 국가 간 전력거래는 대체적으로 1990년대 에너지시장 자유화, 2000년대 기후변화 대응 및 재생에너지 보급 확대 정책, 그리고 2010년대 대규모 해상풍력발전단지 사업추진 등에 의해서 크게 증가
○ 변동적 재생에너지 비중 및 출력제한이 증가하는 상황에서 정부와 TSO는 자국의 전력수급 상황 및 여건에 적합한 계통 유연성을 강화하기 위한 방법을 선택･추진
○ 재생에너지 보급이 증대되는 초기에는 전력망 운영 개선, 주변국가 간 계통 연계, 재생에너지 발전예측 개선, 그리고 전력수요반응(demand response)제도 개선 등이 가장 비용효율적인 유연성 확보 수단으로 분류될 수 있음.
■[가설 1] 변동적 재생에너지 비중이 증가하면 출력제한도 함께 증가
○ 분석기간(1999~2019년)에 독일, 덴마크, 영국, 아일랜드, 스페인, 이탈리아 등 6개 국가 모두에서 풍력발전 비중과 풍력발전 출력제한율이 대체적으로 비슷한 방향으로 움직였음.
○ 다만, 이탈리아에서는 풍력발전 비중이 5%를 상회하면서 풍력발전 비중과 풍력발전 출력제한율이 반대 방향으로 움직였음.
■[가설 2] 변동적 재생에너지 비중이 낮은 수준에서는 변동적 재생에너지 발전비중 증가속도가 변동적 출력제한 증가속도를 상회
○ 재생에너지 보급 초기에 풍력발전 비중이 10% 미만인 경우에는 풍력발전 비중이 증가해도 풍력발전 출력제한율은 정체 또는 감소하였음.
○ 풍력발전 출력제한율이 감소하다가 증가하는 시점에서의 풍력발전 비중은 국가마다 상이했음.
■[가설 3] 변동적 재생에너지 비중이 높은 수준에서 국가마다 변동적 재생에너지 출력제한율이 서로 다를 수 있음.
○ 풍력발전 비중이 20%를 넘은 국가들 가운데 덴마크, 스페인, 포르투갈 등은 매우 낮은 출력제한율을 유지하고 있음.
○ 주된 요인은 이들 3국 정부가 송전망 확충 사업의 적기 추진, 주변국들과 전력시장 통합 및 연계전력망 확충 등의 풍력발전 보급 확대정책을 상당히 적극적으로 추진한데 있음.
3. 결론 및 정책제언
○ 유럽 국가 간 계통연계는 재생에너지 출력제한 감소 등의 편익으로 나타나고 있는 바, 동북아지역에서 국가 간 계통연계 사업도 재생에너지 발전원 운영 및 제어라는 측면에서 각국에 분명한 에너지 및 경제적 이익과 위기상황의 공동 대처라는 효과를 가져다 줄 것으로 봄.
○ 유럽에서는 풍력발전 비중이 약 10%를 넘어서부터 출력제한 문제가 심각하게 발생하였는데, 현재 동북아 3국의 풍력발전 비중은 2019년에 중국 5.6%, 일본 0.8%, 한국 0.5%로 매우 낮은 수준에 있음.
○ 덴마크와 독일을 중심으로 추진되고 있는 대규모 해상풍력개발 위한 다국간 사업은 동북아 3국이 공동으로 추진할 수 있는 사업의 좋은 원형(prototype)으로 생각해 볼 수 있음.
○ 마지막으로 국가 간 전력망 연계가 이루어지게 되면 필연적으로 인접국의 전력 수급 및 송전 위험도 전력과 함께 수입될 수도 있는 바, 동북아 지역 내 민관 전문가 그룹을 구성해서 이와 관련된 연구를 사전에 충분히 수행 함.
