제주도에서 태양광·풍력 발전이 빠르게 증가하면서 전력 과잉 공급에 따른 ‘출력제한’도 급증하고 있다. 제주도가 재생에너지 출력 문제를 어떻게 해결할지가 국내 재생에너지 확대와 에너지전환을 위한 중요한 과제가 되고 있다는 지적이 나온다. 재생에너지 확대에 따른 변동성과 일시적인 공급과잉 문제는 제주를 시작으로 이제는 전국으로 확대될 전망이다. 제주도의 재생에너지 출력제한 문제는 다양한 기술혁신의 조합을 통해 큰 비용을 들이지 않고도 해결할 수 있다는 분석도 제기된다. 

◇ 제주, 태양광·풍력 발전 비중 20% 육박…‘출력제한’도 급증

제주도는 풍력과 태양광을 중심으로 한 재생에너지 발전량 비중이 국내 광역지자체 중에서 가장 높다. 제주도는 2030년까지 탄소 배출 없는 섬을 만들겠다는 ‘카폰프리아일랜드 2030(CFI 2030)’ 목표를 2012년에 선언한 이후 재생에너지 설비가 빠르게 늘어났다. 한국전력통계를 보면, 2021년 기준 제주도의 전력 소비량 대비 태양광·풍력 발전량 비중은 19.6%에 도달했다. 

하지만 빠른 재생에너지 보급 속도에 비례해 출력제한 명령 횟수 또한 급증하고 있다. 제주도의 재생에너지 발전설비에 대한 출력제한 명령은 2015년 3회로 시작해 2020년에는 77회, 지난해에는 64회를 기록했다. 올해 상반기에만 약 60회를 기록할 것으로 예상돼 역대 최고치에 달할 전망이다. 

출력제한율도 2015년 0.04%에서 지난해에는 2.09%까지 증가해 출력제한량은 지난해 1만2016메가와트시(MWh)에 달했다. 2020년 풍력발전 제한출력으로 인한 손실액만 약 30억원 가량으로 추산됐다. 출력제한 명령은 이전까지 풍력발전설비 대상으로 시행되다 2020년부터 태양광 발전설비로도 확대되고 있다.

전력계통에서는 순간적으로 계통에 들어가는 전력의 양(단위 시간당 발전량)과 계통에서 나오는 전력의 양(단위 시간당 소비량)이 일치해야 한다. 출력제한이란 전력 공급과잉, 즉 발전량이 많을 것으로 예상되는 경우, 전력거래소가 전력수급 불일치로 인한 계통 불안정을 방지하기 위해 발전사업자에게 발전기 출력량을 제어하라는 명령을 전달하는 조치다. 

◇ 왜 풍력·태양광발전 멈추고 화석연료 사용하나?

제주도의 태양광·풍력의 발전량 비중이 20%로 국내에서는 가장 높지만, 전력 소비량을 충족할 정도는 아니다. 그런데 왜 태양광·풍력 발전설비에 출력제한 조치를 하는 것일까? 

현재 전력계통에서는 출력을 조절하기 어려운 원자력·석탄 등 대형 기저발전의 가동이 우선 유지되고 날씨나 계절적 영향을 많이 받는 태양광·풍력발전이 출력제한의 대상이 되고 있다. 특히 전력 수요가 낮아지는 시간대에 태양광·풍력 발전량이 증가해 일시적으로 수급불균형(공급과잉)이 일어나는 경우가 늘어나면서 재생에너지 발전기에 대한 출력제한 조치도 늘어나고 있다. 

국제에너지기구(IEA)가 제시하는 변동성 재생에너지(태양광·풍력)의 계통연계 수준에 따르면, 2021년 전국 기준 변동성 재생에너지 비중은 4.7%로 변동성 재생에너지 발전량이 계통에 미치는 영향이 없거나(1단계) 계통운영에 미치는 영향이 적은(2단계) 단계다. 

하지만 제주도는 이미 변동성 재생에너지가 계통 운영 패턴을 결정하는 단계(3단계)에 도달했다. 제주도가 육지보다 먼저 출력제한 문제를 마주한 것이다. 제주도가 재생에너지 출력 문제를 어떻게 해결할지가 국내 재생에너지 확대와 에너지전환을 위한 중요한 과제로 제기되는 이유다. 

재생에너지 확대에 따른 변동성과 일시적인 공급과잉 문제는 제주를 시작으로 이제는 전국으로 확대될 전망이다. 2021년 기준 광역별 전력 소비량 대비 태양광·풍력의 발전량 비중은 제주(19.6%)에 이어 전북(19.3%), 전남(16.2%), 강원(15.5%), 경북(8.5%)의 순으로 높다. 출력제한은 이미 태양광발전이 급증한 전라남도 신안 일대에서 발생하기 시작했다. 

◇ 기후솔루션·넥스트, 유연성 자원으로 출력제한 문제 해결 가능

기후솔루션과 사단법인 넥스트는 최근 ‘2030 탄소 없는 섬 제주도, 출력제한 없는 섬에서부터: 재생에너지 출력제한 문제 해결방안의 비용 분석’ 보고서를 발표했다. 보고서에 따르면 재생에너지 출력제한율을 일정 수준으로 유지하면서도 제주도의 CFI 2030 목표를 달성하고 재생에너지를 확대하는 것이 가능한 것으로 분석된다. 

이를 위해서는 현재 제주도에서 가동 중인 화석연료 기반의 필수운전 발전기 3대를 동기조상기(전력계통 안정화 설비)로 대체하고, 2034년까지 1151MW 수준의 저장장치를 포함한 유연성 자원을 도입해야 한다. 이러한 수단들을 도입하면 계통의 신뢰도 유지에 필요한 자원들이 확보된다는 설명이다.

보고서에 따르면 현재 재생에너지 보급계획대로면 2034년까지 총 3조5천억원의 전력 시스템 운영 비용이 들어갈 것으로 예상되며 이 경우 출력제한율은 19.2%에 달할 전망이다. 하지만 전체 투자 비용의 5.7%(2천억원)만 추가로 투자하면 출력제한율을 3% 수준으로 줄일 수 있다. 

김승완 충남대학교 전기공학과 교수는 “제주도의 재생에너지 출력제한 문제는 다양한 기술혁신의 조합을 통해 큰 비용을 들이지 않고도 해결할 수 있음을 다양한 시나리오 분석을 통해 확인했다”며 “정책당국은 이런 혁신기술들이 빠르게 도입되고 실증될 수 있도록 노력해야 한다”고 말했다. 

정부는 현재 수립 중인 제10차 전력계획에서 제주의 재생에너지 출력제한 문제를 해소하는 방안을 집중 검토하고 있다. 정부와 전력거래소 등은 단기방안으로 260MWh 규모의 에너지저장장치를 설치하고 재생에너지 발전사업에 대한 전력시장 개편 방안을 논의하며 재생에너지 잉여전력을 가스와 열 등 다른 에너지 형태로 변환·저장해 사용하는 ‘섹터커플링(sector coupling)’ 사업을 본격 추진하고 있다.

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