네가와트 시대 온다

2015년 10월 01일 18:11

정부의 에너지 정책이 공급 위주에서 수요관리 중심으로 변화되고 있다. 특히 최근 국내 전력수요관리(네가와트) 시장이 열림에 따라, 네가와트가 신산업으로서의 중요성이 부각되고 있다. 이에 미국, 유럽을 포함한 선진국의 수요관리 시장을 분석하고 한국 시장의 나아갈 방향을 전망해 본다.

 

네가와트(negawatt)는 네거티브(negative)란 단어와 전력 단위인 메가와트(megawatt)가 합쳐진 용어로 절전을 통해 ‘아낀 전기’를 뜻한다. 네가와트란 용어는 미국의 환경 과학자인 에이모리 로빈스(Amory Lovins)가 1989년 국제 학회에서 처음 사용했는데, 이는 절약이나 효율화를 통한 에너지 소비 감량을 표현하기 위해서였다.

 

수요관리를 의미하는 네가와트는 전력산업의 패러다임 변화를 가져왔고 지금은 새로운 에너지 자원의 개념으로 정착했다. 현재 미국, 영국 등에서 수요자원 거래가 활발하고 이루어지고 있으며, 우리나라도 지난해 11월 수요자원 거래 시장을 개설했다.

 

에너지 지속 가능성을 위해

정부는 2014년 1월 제2차 국가에너지 기본계획을 수립할 때 2035년까지 수요관리를 통해 전력수요의 15%를 감축하겠다는 목표를 설정했다. 또한 그해 7월 산업통상자원부는 민관 합동으로 6대 에너지 신산업을 발굴했는데, 그중 하나로 전력수요관리(네가와트) 산업을 통해 2017년까지 원자력발전소 2기의 발전량에 해당하는 190만kW의 전력을 확보할 계획이라고 밝혔다.

 

정부가 수요관리에 적극 나선 이유는 현실적 측면에서 보면 전력 설비의 수용성 저하 때문이다. 즉 발전소를 더 이상 짓기 어려울 뿐 아니라 밀양 사태에서 보듯이 송전시설도 추가로 설치하기 힘들어 발전을 통한 전력 수급이 한계에 다다랐다는 판단에서다. 그래서 소비자의 전력량을 조정해 공급과 수요의 균형을 맞추는 수요관리에 눈을 돌린 것이다.

 

한국스마트그리드사업단 김대경 전문위원은 “전 세계적으로 큰 틀에서 보면 에너지 지속 가능성을

위해 전력 수요관리를 포함한 에너지 수요관리가 필요하다”고 밝혔다. 김 위원에 따르면, 인류가 지금처럼 에너지를 계속 쓴다면 에너지는 지속 가능하지 못한데, 에너지 효율 향상 기술, 에너지 절약 기술, 대체 에너지 기술을 통해 에너지 지속 가능성을 담보할 수 있다. 그는 이 중에서 에너지 효율화, 에너지 절약은 에너지 수요관리를 통해 달성할 수 있다고 본다.

 

전남 나주에 있는 전력거래소의 중앙전력관제센터. - 전력거래소 제공
전남 나주에 있는 전력거래소의 중앙전력관제센터. - 전력거래소 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

최근에는 수요관리에 대한 또 다른 필요성이 대두되고 있다. 태양광, 풍력 등 분산자원이 증가하고 있는데, 이는 우리가 예측할 수 없을 정도로 출력이 불안정하기 때문에 효율적으로 제어하려면 수요관리가 필요한 것이다.


기술적으로는 정보통신기술ICT이 발달하면서 수요관리가 가능한 수준으로 왔다는 것이 전문가들의 공통된 의견이다. 이전에 비해 센서, 자동화기기 등에 관련된 ICT의 발달로 수요관리의 제반 환경이 조성됐다는 뜻이다.

 

최근 수요자원, 국내 전체 발전설비의 2.5% 규모로

전력수요관리는 전통적으로 부하만 다루는 수요관리가 있고, 발전자원까지 포함하는 넓은 의미의 수요관리가 있다. 크게 에너지 효율화(Energy Efficiency, EE), 수요반응(Demand Response, DR), 자가발전(Self Generation)으로 나눌 수 있다.


에너지 효율화는 에너지 절약을 포함하는 개념으로 고효율 기기를 사용해 에너지 효율을 높임으로써 에너지를 절감하는 활동이며, 수요반응은 전력 사용자가 전기요금(가격신호) 또는 그 외의 금전적 유인에 반응하게 함으로써 정상적인 전력소비패턴을 조정해 수요를 관리하는 활동이다. 자가발전은 건물에 태양광 시설을 설치하는 것처럼 수용가가 자신의 건물에 발전시설을 짓는 활동이다. 이 중에서 네가와트는 수요반응 영역에서의 에너지 절감 활동을 뜻한다. 현재 우리나라는 여름철이나 겨울철의 전력수요가 급등한다는 특징 때문에 수요반응 서비스를 피크 부하를 감축하는 데만 적용하고 있다.


네가와트 시장(수요자원 거래시장)은 공장, 대형마트, 빌딩 등에서 소비자가 아낀 전기를 모아서 판매함으로써 수익을 창출하는 전력시장을 의미한다. 우리나라의 경우 지난해 전기사업법 개정으로 시장이 개설됐다. 기존에는 정부 재원을 기반으로 전력시장과 별도로 수요관리가 이루어졌으나, 시장이 열리면서 경쟁체제로 재편된 것이다. 수요관리사업자가 전력절감량을 전력시장에 입찰하고, 발전기와의 가격경쟁을 통해 수익을 내게 된다. 수요자원의 감축단가(입찰가격)가 동시간대 발전단가보다 낮을 경우 낙찰되는 방식이다.

 

수요관리사업자는 전력을 감축하겠다는 고객을 모집하고 전력거래소와 계약을 체결한 뒤, 전력거래소로부터 감축지시를 받아 고객의 전력수요를 제어하고 절약한 전력량만큼 정산금을 지급받아 정산한다. 전력거래소에 따르면, 8월 현재 KT, 벽산파워, 에너낙(EnerNOC) 등 15개 업체가 수요관리사업자로 시장에 참여하고 있다. 최근 이들의 고객은 1300개를 넘어섰고, 수요자원 등록용량은 국내 전체 발전 설비의 2.5% 규모인 2.44GW로 증가했다. 이는 LNG 발전기 5기의 전기생산량과 맞먹는데, 전력 피크 시기존의 발전기를 돌리지 않아도 된다는 뜻이다.


구체적으로 네가와트 시장은 의무감축을 이행하는 신뢰성 수요반응 시장과 자발적 입찰로 참여하는 경제성 수요반응 시장으로 나뉜다. 신뢰성 수요반응(피크감축 DR)은 예비력 500만kW 이하의 전력 수급 위기 시 전력거래소의 급전지시가 내려오면 1시간 내로 감축지시를 따라야 하는데, 전력계통의 신뢰성을 높이는 것이 목적이고 최대 전력을 낮추고 수급불안에 대응하는 역할을 한다. 경제성 수요반응(요금절감 DR)은 수요자원의 감축단가가 발전단가보다 낮다고 판단되면 자율적으로 입찰할 수 있는데, 하루 전 시장에 입찰해 낙찰에 성공하면 전력시장가격(System Marginal Price, SPM)을 낮출 수 있다.

 

예를 들어 지난해 12월 18일 겨울철 기온이 급격하게 하락하자 난방수요가 증가하면서 오전 9시부터 12시까지 3시간 동안 수요감축 지시가 발령됐는데, 이를 통해 1.66GW의 전력을 감축할 수 있었다. 이는 신뢰성 수요반응의 사례이다. 또 올해 1월 19일 경제성 수요반응으로 첫 낙찰사례가 나왔다. 당일 오전 9시부터 10시까지 발전자원과의 가격경쟁을 거쳐 수요자원 40MW가 낙찰됐으며, 정산금액은 600만 원 정도였다. 즉 SMP는 150.31원/kWh였는데, 149원/kWh로 입찰한 감축단가가 낙찰된 것이다.

 

미국의 피크 저감 vs 유럽의 신재생에너지 관리

사실 수요관리의 원조는 미국이다. 1970년대 오일쇼크로 미국 환경보호청EPA에서 수요관리에 관련해 입법화했지만, 2000년대 들어 환경규제, ICT 발달로 전력시장이 황금기에 접어들었다. 특히 미국 연방에너지규제위원회(FERC)는 도매시장에서 수요반응자원을 발전자원과 동등하게 대우하라고 명령하기도 했다(FERC Order 745). 미국은 에너지 효율화 프로그램, 수요반응 프로그램, 자가발전 인센티브 프로그램을 모두 갖추고 있다.

 

미국은 우리나라처럼 애초부터 피크 저감을 목적으로 수요반응을 시작했다. 예를 들어 여름철 에어컨 수요 때문에 전력 소비가 순간적으로 피크로 올라가는데, 이를 전부 발전으로 대응하기보다 수요관리를 통해 대응하는 것이 효과적이고 경제적이기 때문이다.

 

세계에서 수요자원 거래가 가장 활성화돼 있는 곳이 미국이다. 2014년 수요자원 거래 시장 규모는 27.25GW 수준이다. 미국 최대 전력계통과 전력시장을 운영하는 PJM 인터커넥션 LLC(Limited Liability Company, 유한책임회사), 즉 PJM이 미국 수요자원 시장의 41%를 차지하며, 2014년 수요반응 지급비용은 7600억 원 정도에 이른다. PJM은 펜실베이니아, 메릴랜드 등을 비롯한 미국 북동부 13개 주를 관할하는 지역송전망기구로 우리나라 전력거래소와 비슷한 역할을 한다. 2014년 PJM의 수요반응에 참여한 소비자는 1만 8000여 개에 달하며, 80여 개의 수요관리사업자가 등록돼 있다.

 

PJM은 자신들이 관리하는 발전용량의 약 6%를 수요자원 용량으로 설정하고 있으며, 우리나라보다 다양한 수요반응 프로그램을 적용하고 있다. 지정기간 동안 계통운영자의 부하감축 지시가 있을 때 반드시 따라야 하는 용량 프로그램(Capacity Program)은 약 9360MW가 등록돼 있어 가장 큰 비중을 차지한다.

 

또 실제로 감축된 수요에 대해서만 보상해 주는 비상 에너지 프로그램(Emergency Energy Program), 주파수 조정, 예비력 등에 이용하는 부가 서비스가 존재한다.

 

미국 수요반응 시장 현황  - GTM research(2014.9), “US demand response market outlook” 제공
미국 수요반응 시장 현황  - GTM research(2014.9), “US demand response market outlook” 제공

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

유럽은 수요자원 시장 제도가 미비하고 스마트미터 보급이 미흡해 북미보다 시장 활성화가 더딘 편이다. 하지만 신재생에너지원 확대에 따른 전력망의 불안정성을 해결하기 위해 최근 수요반응 활용에 적극적이다. ‘2020 계획’에 따라 2020년까지 전체 발전량의 20%를 신재생에너지로 공급하겠다는 것이 유럽 전체의 목표이기 때문이다. 유럽 내에서 수요반응이 가장 활발한 국가는 영국, 스위스 등이며, 프랑스, 핀란드 등에서도 수요반응 시장이 확대되고 있다.

 

일본은 본래 에너지 효율화를 잘했기 때문에 수요반응의 필요성을 별로 느끼지 못했다. 하지만 후쿠시마 원전 사고 이후 원전 운영을 줄이고 발전소를 더 이상 건설하지 못하게 되자, 상황이 달라졌다. 발전 자원의 부족을 해결할 수 있는 방안으로 수요반응이 주목받게 된 것이다. 김대경 전문위원은 “일본정부 차원에서 미국의 대표적 수요관리 회사인 에너낙, 컴버지(Comverge)와 수요반응에 대한 실증사업을 진행하고 있다”고 설명했다.

 

전 세계 수요반응 시장은 현재 미국을 비롯한 북미지역이 가장 큰 시장을 형성하고 있지만, 앞으로 10년 내에 유럽과 아시아 시장이 급속히 성장할 것으로 예상된다. 글로벌 에너지시장조사 전문기관인 내비건트 리서치(Navigant research)에 따르면, 세계 수요반응시장이 2014년 약 16억 달러에서 2023년 97억 달러로 성장할 것으로 전망된다. 또 세계의 수요반응용량은 2014년 30.8GW에서 2023년 196.7GW로 확대될 것으로 예측된다.

 

 

유럽 수요반응 시장 현황 - SEDC(2014.4), “Mapping Demand Response in Europe Today” 제공
유럽 수요반응 시장 현황 - SEDC(2014.4), “Mapping Demand Response in Europe Today” 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

국내 수요자원 거래시장 매년 8% 성장한다

한국은 2014년 현재 전력 수요 피크가 80GW, 발전 용량이 90GW에 이르는 전 세계 대규모의 수요관리 시장 중 하나이다. 전력 수요량에 비해 예비전력량이 낮아 전력망의 스트레스가 큰 편이다. 특히 산업계에서 전체 에너지의 50% 이상을 소비해 에너지 다소비 제조업 고객이 수요관리의 대상이 될 수 있다. 최근 산업통상자원부 발표에 따르면, 수요자원거래시장 개설 이후 15개 수요관리사업자를 통해 지난해 11월부터 올해 7월까지 8개월간 거래된 전력량이 69.62GWh에 이르렀다. 또 정부 계획에 따르면 수요자원은 2017년까지 190만kW(1.9GW)가 확보되고, 2035년까지는 20GW로 증가할 전망이다. 목표가 제대로 달성된다면, 국내 수요자원 거래시장은 매년 8% 이상씩 성장한다고 볼 수 있다.

 

국내 수요자원 거래시장에도 에너낙, 슈나이더일렉트릭(에너지풀) 등 외국계 기업이 참여하고 있다. 지난 7월 17일 수요반응 분야의 글로벌 선도업체인 에너낙은 서울시의 입찰을 통해 수요반응사업자로 선정됐다고 밝혔다. 에너낙은 아시아, 유럽, 북미지역에서 수요반응 시장에 참여하고 있으며, 서울시 16개 시설을 국내 전력시장에 등록해 최적화된 수요반응 서비스를 제공하고 있다. 서울시는 연중 계통전력 사용량 중 일정부분을 감축하는 대가로 정산금을 받게 된다. 산업통상자원부는 국내 수요자원 거래시장을 개설할 당시 벤치마킹을 위해 에너낙을 집중적으로 분석했다고 알려져 있다.


프랑스에 본사를 둔 슈나이더일렉트릭은 국내 업체와 협력을 통해 국내 수요반응 시장에 진출하고 있다. 국내 최대 수요관리사업자인 벽산파워와 업무협약을 맺었고, 슈나이더일렉트릭의 자회사 에너지풀이 효성과 수요관리 사업을 위한 업무협약을 체결했다. 에너지풀은 유럽 최대의 수요관리업체로 프랑스, 일본 등 6개국과 사업 중이다.

 

국내 수요관리사업의 대표주자인 벽산파워는 자체 개발한 에너지관리 솔루션 ‘에너글’을 기반으로 국내는 물론 해외 시장까지 진출하고 있다. 에너글은 스마트그리드 연동형 통합 에너지관리 솔루션으로 사무형 빌딩, 가정, 상업시설 등 여러 분야에 적용할 수 있는 것이 특징이다. 지난해 벽산파워는 215개 사이트에 41MW 규모의 지능형 수요관리서비스사업을 수행했으며, 미국 캘리포니아주에 있는 10개 대학 건물을 대상으로는 에너글 실증단지를 구축해 운영한 바가 있다.

 

‘국민발전소’를 넘어 사물인터넷 시대로

우리나라는 아직까지 수요관리에 대한 본격적인 실증을 한 적은 없다. 제주 스마트그리드 실증단지에서 기존 전력망에 ICT를 접목하는 시범 사업을 운영하며 수요관리 기술 중 일부를 자체적으로 실증한 정도이다. 김대경 전문위원은 “시뮬레이션상에서 전기요금을 실시간으로 바꾼다고 가정하고 부하가 반응하는 실험을 한 것”이라며 “당시 시뮬레이션상으로 3% 가까이 에너지를 절약했다”고 설명했다. 김 전문위원에 따르면, 수요반응의 핵심 기술은 전자식 전력량계인 스마트미터, 가격신호를 주고받을 수 있는 양방향 통신시스템, 계량데이터 관리시스템(Measured Data Management System, MDMS)으로 구성되는 첨단계량인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI)이다. AMI를 통해 수요반응(DR)을 구현할 수 있다는 뜻이다.

 

벽산파워 네트워크 운영센터NOC. 자체 개발한 에너지관리 솔루션 ‘에너글’을 기반으로 수요관리 서비스를 수행하고 있다. - 벽산파워 제공
벽산파워 네트워크 운영센터NOC. 자체 개발한 에너지관리 솔루션 ‘에너글’을 기반으로 수요관리 서비스를 수행하고 있다. - 벽산파워 제공

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

또 DR에는 AMI 기술뿐 아니라 흩어져 있는 자원을 중앙에서 모아서 합치는 부하 수집 기술(aggregation technology)이 필요하다. 수집한 수요자원들은 우선순위를 조정하는 분석을 거쳐 가격신호에 따라 실시간으로 제어해야 한다. 이때 주고받는 데이터양은 엄청나기 때문에 대용량 데이터의 초고속 처리에 ICT와 빅데이터 분석기술이 적용된다.

 

현재 국내 네가와트 시장에서는 전력을 줄여야 할 시점에 전화로 지시해 감축하는 수동DR을 실시하고 있는데, 앞으로는 전화 지시가 필요 없는 자동DR이 대세가 될 것이다. 감축 신호가 자동으로 전달되고, 말단에서 그 신호를 받아 자동으로 감축하는 방식이다. 이와 관련해 한국에너지기술평가원의 지원으로 서울대 차세대융합기술연구원이 주관하고 있는 ‘ICT융합을 기반으로 한 국민발전소 비즈니스 플랫폼 개발’ 과제는 주목받을 만하다.


연구원 산하의 스마트그리드연구센터에서는 이 과제를 통해 국민발전소(National Virtual Power Plant, NVPP) 플랫폼을 개발하고 있는데, 이 플랫폼에다 전력망에서 수요반응 신호가 왔을 때 국민발전소가 이를 받아 자동으로 부하를 감축하거나 이전하는 기능을 하는 AutoDR 서비스를 제작하고 있다. 연구센터의 김미점 책임연구원은 “이 서비스는 사업자나 수용가 누구나 계정을 만들면 DR 사업에 참여할 수 있다”고 설명했다. 앞으로는 가정이나 작은 상점도 DR 사업에 참여할 수 있다는 뜻이다. 국민발전소 프로젝트는 8월부터 시작되는 3차년도에는 개발된 플랫폼을 실증하기 위해 지자체를 포함한 다양한 기관들과 협의 중이다.


미래의 DR은 어떤 모습일까. DR이 사물인터넷(IoT)과 만나면 미국의 경제학자 제레미 리프킨의 말처럼 ‘제3의 산업혁명’을 일으킬지도 모른다. 세탁기, 냉장고, 에어컨처럼 분산돼 있는 기기 하나하나가 자체 통신 기능과 제어 가능한 센서를 갖춘다면, 신호를 받아서 스스로 전력을 조절할 수 있을 것이다. IoT 기반의 DR이 구현된다면 에너지 효율도 굉장히 높아질 것이다.

 

*본 콘텐츠는 녹색기술센터에서 발행한 <Green Tech. Horizon> 7호에서 발췌한 내용입니다.


이충환

cosmos@donga.com

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