미국 캘리포니아주가 2045년까지 전력수요의 100%를 재생에너지로 공급하는 목표를 세운 가운데 최근 일시적으로 이 목표에 도달했던 것으로 나타났다. 이에 따라 캘리포니아주가 탄소중립을 위한 재생에너지 전력망의 미래를 보여주는 것이라는 평가도 나왔다. 

하지만 재생에너지가 늘어나는 만큼 전력수요를 넘어 과잉 생산되는 재생에너지 전력이 ‘출력제한’되는 상황도 급증하고 있다. 재생에너지 전력 공급의 안정성을 유지해주는 배터리의 역할이 중요하다고 분석이 나오는 이유다.

◇ 블룸버그, “캘리포니아주, 청정 전력망의 미래”

5일 블룸버그통신 보도에 따르면, 미국 캘리포니아주가 지난달 30일(현지시간) 전력수요의 99.87%를 재생에너지로 공급했다. 블룸버그는 “4월의 마지막 날, 캘리포니아주가 이정표를 세웠다”며 “일시적이지만 태양광과 풍력, 기타 재생에너지가 캘리포니아주 전기수요의 거의 100%를 충족했다”고 보도하면서 청정 전력망의 미래를 보여주는 것이라고 평가했다.

블룸버그는 지난해 덴마크는 풍력으로 호주 남부는 태양광으로 전력수요의 100%를 공급한 적이 있지만, 캘리포니아주의 80%에 전기를 공급하는 전력망에서 재생에너지가 전력수요의 100%를 충족했다는 점에서 훨씬 더 의미하는 바가 크다고 분석했다. 캘리포니아주는 전 세계 5위 경제권으로 역내 경제규모(GDP)가 3조 달러(약 3,600조원)로 미국 전체 GDP에서 차지하는 비율이 14.6%에 달하며 인구는 2020년 추계 기준 3,975만 명에 이른다.

캘리포니아의 전력 시스템에는 풍력과 태양광, 천연가스, 대규모 수력, 원자력 등에서 전력이 공급되며 인접한 주에서 수입하는 전력과 배터리(전력저장장치)로 시스템 안정성을 유지하고 있다. 블룸버그는 캘리포니아주에서는 이러한 모든 기술을 통한 전력 공급이 수요를 충족하면서 전력시스템이 조화롭게 작동하고 있다고 설명했다.

◇ 캘리포니아, 2045년까지 재생 전력 100% 목표

캘리포니아주는 2045년까지 전력수요 100%를 재생에너지로 공급하는 것을 목표로 하는 법을 2018년 9월에 마련해 발효했다. 주정부는 청정에너지 전원체계 구축을 위한 정책 방안으로 신재생에너지전원 확충, 배출권거래제 요건 강화, 부문별 에너지효율 증진, 전력망 고도화 계획 등을 제시해 추진하고 있다. 

또한 주정부는 연방정부와 별도로 차별적인 에너지·기후변화 대응 정책을 수립·이행하고 있다. 주정부는 경제성장 및 고용창출을 추진하되, 기후변화의 영향 감축, 신재생에너지 보급·확대를 통한 에너지공급 능력 강화, 에너지효율 개선, 수송부문 온실가스 감축 대책, 주정부간 지역협력 및 국제협력 활동 추진, 지역사회의 빈곤 해소 등을 동시에 추구하는 포괄적 기후변화 대응 정책을 추진하고 있다.

캘리포니아주는 일시적이지만 전력수요의 100%를 재생에너지로 공급한 이번 경험을 바탕으로 풍력과 태양광, 배터리 공급을 확대해 2045년까지 전체 전력의 100% 재생에너지 공급 목표를 달성한다는 계획이다. 하지만 이를 위한 과제가 적지 않은 것으로 분석된다.

◇ 재생에너지 공급 안정 위해 배터리 역할 중요

블룸버그는 재생에너지 전력 공급의 안정성을 유지해주는 배터리의 역할이 중요하다고 분석한다. 전력수요가 적은 야간에 풍력을 통해 생산된 전력이 배터리에 저장되고, 저장된 전력은 태양광 발전량이 증가하기 전까지 사용된다. 이후 태양광에서 생산된 전력이 오후 내내 배터리에 저장된다. 이처럼 바람이 많이 부는 야간에는 풍력에서, 낮에는 태양광에서 전력을 생산해 저장하고 사용함으로써 전력망이 안정성을 유지할 수 있다는 것이다.

하지만 블룸버그는 캘리포니아의 배터리 용량이 주에서 생산할 수 있는 풍력과 태양광 발전량을 모두 저장하기에 충분하지 않았다고 지적한다. 지난달 30일 재생에너지가 전력수요의 99.87%를 충당했을 시점에 태양광발전 2,900MW 이상이 배터리 용량 부족으로 ‘출력제한’된 것으로 나타났다. 출력제한은 전력계통 안정화를 위해 필요 이상으로 생산되는 전력 생산을 차단하는 조치다.

캘리포니아에서 전력계통의 수급균형을 모니터링하는 CAISO(California Independent System Operator)에 따르면, 2014년 이후 캘리포니아에서는 풍력과 태양광발전의 출력제한이 매년 증가하고 있고, 지난 3월 한 달 동안에 출력제한량이 2018년 한 해 동안의 출력제한량을 초과하는 것으로 나타났다.

◇ 제주도, 재생에너지 늘어나면서 ‘출력제한’도 급증

국내에서는 제주도에 재생에너지 보급이 빠르게 늘어나면서 전력 과잉 공급에 따른 출력제한 조치도 증가하고 있다. 제주도는 현재 태양광발전소 600MW와 풍력발전소 295MW가 운영되고 있지만, 봄철 오후 전력수요는 500MW 수준에 불과해 전력 과잉 문제가 자주 일어나고 있는 것으로 전해지고 있다. ‘제주의 소리’에 따르면, 2015년 3차례(152MWh)에 불과했던 출력제한이 2020년에는 77차례(1만9449MWh)로 급증했다.

제주도의 ‘탄소 없는 섬’ 정책에 따라 2030년까지 도내 전력 생산의 100%를 재생에너지로 전환하게 되면 출력제한이 한 해에 2000시간에 육박할 수 있다는 전망도 나왔다. 3일 에너지경제연구원 분석에 따르면, 2030년 재생에너지 증가에 따른 출력제한은 878GWh로 예측되는데, 이를 2020년 도내 재생에너지 출력제한에 따른 손실액 34억 원을 적용해 계산하면 2030년에는 피해액이 1,500억 원에 달할 수도 있다는 예측이다.

블룸버그는 “출력제한은 전력시스템이 제대로 작동되고 있다는 신호라는 점에서 문제가 되지 않는다”면서도 “하지만 온실가스 배출이 없고 비용도 추가되지 않는 재생에너지 전력을 생산적으로 사용할 수 있는 기회를 잃게 되는 만큼 배터리 용량을 개선해 저장하거나 전력이 필요한 기업에서 사용할 수 있게 해야 한다”고 지적했다. 또한 과잉 생산된 재생에너지 전력을 수소에너지로 전환하거나 철강 및 알루미늄 생산에 이용할 수 있도록 지원하는 등과 같은 다양한 기술들을 결합하는 상상력이 필요하다고 제안했다.

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