1. 서론

우리나라의 전력품질은 세계최고 수준이다. 이는 안정적인 출력을 기반으로 한 석탄화력, 원자력 등의 기저발전과 함께 전력수요 변동성에 유동적으로 대처할 수 있는 속응제어가 가능한 발전기의 조화로운 운용에 바탕을 두고 있다.

또한, 전력의 품질을 저하시키는 전동기, 반도체 등의 유도성, 비선형 부하에 대해서는 이를 효과적으로 억제할 수 있도록 FACTS(Flexible AC Transmission System) 등의 전력전자기기 기반의 제어 기법들이 연구되어 왔고 그 기술들이 상용화된 결과, 많은 연구자들과 엔지니어들의 노력으로 눈부신 성과인 세계 최고수준의 전력품질이라는 결실을 맺게 할 수 있었다.

앞서 서술한 기저발전과는 달리 풍력, 태양광 발전 등의 신재생발전은 날씨 및 기후 등 자연환경에 영향을 받는 출력의 변동성이 심한 비선형적인 발전원이다. 이러한 가변적인 발전특성은 계통연계시 계통에 큰 영향을 줄 수 있으나 현재는 계통에서 수급되고 있는 총 전력량 중 신재생발전의 비중이 낮기 때문에 신재생발전이 전력계통에 미치는 영향은 미미하다. 하지만 정부가 최근 발표한 신재생에너지 3020정책은 전력수요의 20%를 신재생발전기가 공급하는 것을 목표로써 제시되어 있기 때문에 향후 신재생에너지 발전량이 이 목표에 근접하게 된다면 그 영향력은 무시할 수 없게 된다. 또한, 그 용량은 약 62.6GW(태양광 33GW, 풍력 15.7GW, 기타 13.9GW)가 필요할 것이라고 전문기관은 내다봤다.

신재생에너지원으로써 주로 사용되는 태양광 및 풍력발전은 출력예측 및 제어가 기존의 계통과 연계된 발전기들과는 다르기 때문에 계통 연계를 고려한다면 수급운영이 지금보다 복잡해지고, 계통관성력이 거의 없어 송전선로 사고 등 계통에 이상 발생 시 계통 회복력이 낮아진다. 특히 우리나라는 분단국가라는 상황과 지리적 특성으로 인하여 독립형 전력계통망을 이루고 있기 때문에 변동성에 대하여 계통연계를 통해 이를 완충시켜줄 수 있는 국가들이 없어 문제가 발생할 경우에는 자체적으로 그 문제를 해결해야 한다.

국내 전력계통망과 비교할 수 있는 유럽과 북미지역의 계통은 타국가간 전력망이 연계되어 있고 우리나라에 비해 에너지원도 풍부하며(수력, 양수, 화력 등의 출력) 시간에 따른 국가별 전력수요량이 다르기 때문에 상호 보완적인 관계를 활용하여 전력계통의 수용성 및 유연성을 국내의 실정보다 더 좋게 향상시킬 수 있었다.

전력계통의 신뢰도에 큰 영향을 주는 또 다른 요소 중 한 가지는 한정된 전력량을 공급할 수 있는 송전선로와 깊은 연관이 있다. 우리는 흔히 송전선로를 전기에너지가 흐르는 길이라고 일컫는다. 송전선로도 길과 마찬가지로 고장이 발생할 경우 전기에너지가 흐르는 길이 막히거나 다른 길로 우회하여 흘러야하나 이 길도 과부하로 인해 전기에너지가 흐를 수 없을 때는 해당 발전기를 정지시키므로 전력계통의 운영여건이 악화될 수 있다. 그래서 4차 산업혁명의 시기와 맞물려 전력 수요가 꾸준히 증가하고 있는 추세에 따라 지속적으로 전력계통의 뼈대와 같은 송전선로의 보강이 필요하다. 송전선로 확대 등의 전력계통망 보강 및 운영방법 등의 개선을 통해 안정적 전력공급 및 계통신뢰도를 유지해야 한다. 신재생에너지 보급률이 확대됨에 따라 계통 안정성이 저하되고 있는 상황에 처한 국가들 또한 위와 같은 방법으로 전력계통 불안전 요인에 대해 다각적인 해결방안 강구를 통해 전력계통을 운영하며 계통수용성을 확대해 왔다. 여기서는 후쿠시마 원전사고 후 신재생에너지 보급을 확대한 일본, 신재생에너지 보급률이 높은 유럽과 북미에서 전력계통의 안정적 운영 전략을 만들고 시행한 사례를 고찰해 보고, 이를 토대로 우리나라의 신재생에너지 3020정책 실현을 위한 전력계통 안정화 전략 및 기술개발 방향에 대해 논하여 보기로 한다.

2. 신재생발전기 보급 확대 시 전력계통의 영향

대표적으로 상용화되고 있는 신재생발전원인 태양광, 풍력발전기는 일조량, 풍속 등 기후변화에 따라 다음 그림. 1, 그림. 2와 같이 출력이 가변적인 변동성 전원이다. 출력변동의 정도는 설비규모에 따라 다르나 이러한 변동성 전원에 의해 전력계통에 미치는 영향(전기적 현상)을 7가지 유형으로 구분하여 다음 그림. 1, 그림. 2와 같이 정리하였다.

3. 전력계통 안정화 기술개발 방향

본 장에서는 신재생발전기 보급 확대에 따른 신재생발전기가 전력계통에 미치는 영향을 최소화하기 위하여 세부 기술개발 방향을 다음과 같이 제시한다.

4. 결 론

우리나라는 신재생발전기 보급 확대를 위해 2030년까지 총 발전량 중 신재생발전량을 20%까지 확대하는 것을 목표로 제시하였다, 친환경, 쾌적한 삶의 환경구현을 위해 이 제시된 목표는 반드시 실현되어야 할 것이다. 이를 위해서는 신재생발전기의 계통 연계시 계통의 수용성 확대와 계통 운영의 안정성을 확보하기 위해 계통안정화 기술을 우리기술로 개발해야 한다. 뿐만 아니라 비 R&D적 측면에서도 우리나라 전력계통 특성에 맞게 적용할 수 있는 각종 제도 및 기준 등 그리드코드 마련도 병행되어야 한다.

2030년까지 신재생발전기의 보급 확대는 점진적으로 증가하고 있는 추세이므로 상기에서 논한 신재생발전기의 계통연계로 인하여 계통에서 발생할 수 있는 불안정한 현상이 1~2년 내에 단기적으로는 나타나지는 않을 것이다. 그렇기 때문에 내년(2018년)부터 신재생에너지 관련 분야의 R&D예산을 확보하여 연구개발을 추진한다면 2030년에는 개발된 기술이 적용될 수 있다.

계통안정화 기술개발 과제를 발굴, 과제의 목표 설정, 계통안정화 기술개발 로드맵을 수립하고, 기술개발 예산규모 및 기간을 산출하여 “계통안정화 R&D사업” 예산을 확보해야 기술개발을 차질 없이 추진할 수 있다. 이 논문을 통해 신재생발전기 보급 확대에 따른 우리나라의 전력계통 안정화에 기여하고 기술개발 시스템과 표준화, 개발제품 및 기술이 세계 수출사업화 되기를 기대한다.