[11차 전기본 해설편]②출력제어 전망과 과제

권효재

2025-04-23 - 7분 걸림 - 댓글 남기기

지난 칼럼에 이어, 이번에는 11차 전력수급기본계획(전기본)을 바탕으로 에너지 인프라 투자에 어떤 시사점이 있는지 짚어본다. 2050 탄소중립 달성을 위한 무탄소 발전 확대는 11차 전기본의 핵심 목표다. 2023년 기준, 원자력과 재생에너지를 포함한 무탄소 발전 비중은 39.1%였고, 그 중 재생에너지는 8.4%였다.

정부는 2038년까지 무탄소 발전 비중을 70.7%, 재생에너지는 29.2%까지 끌어올릴 계획이다. 이에 따라 재생에너지 발전량은 2023년 49.4 TWh에서 2038년 205.7 TWh로 4배 이상 증가할 전망이다. 하지만 이렇게 재생에너지가 빠르게 늘어나면 전력계통의 불안정성이 심화되므로, 정부는 향후 재생에너지 출력제어를 본격 시행할 계획이다.

출력제어는 왜 발생하는가

태양광이나 풍력처럼 날씨에 따라 발전량이 들쭉날쭉한 발전원을 VRE(Variable Renewable Energy)라고 한다. 전력망은 0.1초 단위로 수요와 발전이 정확히 일치해야 한다.

만약 수요가 급격히 증가하거나, 갑작스러운 기상 변화로 VRE 발전량이 크게 변하면 전력망의 주파수나 전압이 흔들린다. 심지어 예상보다 태양이나 바람이 좋아서 발전이 너무 많이 되는 경우에도 전력망은 불안정해진다. 이런 경우, 빠른 대응이 가능한 발전기를 동원해 전력을 조절하고, 그래도 안 되면 일부 발전기를 강제로 차단해야 한다.

이처럼 VRE는 발전량 예측이 어려워 계통 운영에 부담을 준다. VRE 비중이 낮을 때는 다른 발전기로 대응이 가능하지만, 비중이 높아지면 백업 설비를 대규모로 대기시켜야 한다.

기상 예측이 점점 정밀해지고 있지만, 실시간으로 변하는 구름이나 바람을 완벽히 맞추는 것은 여전히 어렵다.

VRE 변동에 대응하기 위해 다양한 백업 설비가 필요하다. 예를 들어 ‘1초에서 10초 사이’에는 동기조상기, ‘1분에서 30분 사이’에는 LNG 발전기가 주로 쓰인다.

화석연료 발전기는 연료 투입량 조절로 출력 조절이 가능하고, 회전하는 기계 부품의 관성 덕분에 계통 안정화에도 도움이 된다. 원자력 같은 대형 발전기는 계통 안정에 꼭 필요해서 발전을 멈출 수 없다. 이런 발전기를 'must-run'이라고 부른다.

문제는 재생에너지가 많아져서 수요보다 발전이 많아지는 경우다. 이때 잉여 전력은 어디론가 보내거나, 저장하거나, 소비해야 한다. 송전망이 충분하면 다른 지역으로 전기를 보내고, ESS(에너지저장장치)나 수소 생산 설비를 활용할 수도 있다. 하지만 이 모든 걸 동원해도 잉여 전력을 다 처리할 수 없으면, 결국 일부 VRE 발전기의 출력을 차단할 수밖에 없다. 이를 출력제어(Curtailment)라고 한다.

아래는 전력거래소가 발표한 4월 13일 출력제어 실적이다. 제주를 제외한 육지 지역에서 최대 2GW의 출력제어가 발생했다.

출력제어에 대한 정부 계획과 전망

4월 14일 제주도는 강한 햇빛과 바람 덕분에 사상 처음으로, 재생에너지 발전량이 전력 수요를 초과한 시간이 4시간 동안 지속됐다. 이 사례는 앞으로 전국적으로 출력제어가 어떻게 전개될지를 잘 보여준다.

예를 들어, 13시 기준 제주도의 전력 수요는 532 MWh였지만 재생에너지는 572 MWh를 생산했다. LNG복합 등 기존 발전기도 계통 안정을 위해 131 MWh를 생산했다.

잉여 전력 171 MWh 중 157 MWh는 육지로 송전하고, 14 MWh는 ESS에 저장했다. 결국 전체 발전량 717 MWh 중 185 MWh(약 26%)를 ESS와 송전으로 처리한 것이다.

하지만 우리나라는 전력망이 고립된 구조다. 중국, 일본 등과 연결된 국제 송전망이 없어, 제주처럼 남은 것은 ESS와 출력제어뿐이다. 정부는 2038년까지 총 130 GWh의 ESS를 구축할 계획인데, 이는 20 GW 규모 잉여 전력을 약 6시간 저장할 수 있는 수준이다.

하지만 2038년에는 재생에너지 발전 용량이 122 GW까지 늘어날 예정이라, ESS만으로는 출력제어를 완전히 막을 수 없다. 오히려 일부 출력제어는 경제적 효율성 측면에서 불가피하다.

정부는 2038년까지 연간 출력제어율을 5% 수준으로 설정했다. 이는 연간 7.5GW씩 재생에너지 설비가 늘어날 때 발생할 수 있는 출력제어 수준이다. 지역별로는 더 심각할 수 있다. 특히 태양광이 집중된 호남 지역에서는 연간 출력제어율이 10%를 넘고, 매출 감소는 15~20%에 이를 수 있다.

출력제어가 발생하면 발전사업자에게는 보상 문제가 생긴다. 정부는 앞으로 송전용량을 확보하기 위해 재생에너지 발전기도 입찰에 참여해야 한다고 밝혔다.

해외에서는 이미 이러한 송전용량 입찰 경쟁이 일반화돼 있고, 이에 따라 발전사업자의 수익 변동성이 커지고 있다. 국내도 비슷한 방향으로 갈 가능성이 크다. SMP(계통한계가격)+REC(신재생에너지공급인증서) 조합으로 일정 수익을 보장받던 구조에서, 이제는 출력제어를 피하기 위한 경쟁과 ESS 투자로 수익성을 방어해야 하는 구조로 바뀌고 있다.

즉 향후에는 입찰 경쟁을 극복하거나 ESS를 자부담으로 설치해 출력제어로 인한 손실을 줄이고 수익성을 향상시키는 노력이 필요할 것이다.