왜 전력시장이 개혁되어야 하는가?

 

한국의 전기품질과 가격은 최상의 수준이다. 민영화되어 발전소, 송전망과 배전망 등이 다양하게 분산되어 있는 미국보다 가격이 저렴하고 재해에 정전 등의 사고가 적게 일어나며 정전 후 복구 시간도 빠르다. 이렇게 잘 유지되는 공기업 중심의 전력망이 왜 개편되어야 할까?

 

재생에너지로의 에너지전환은 전기에너지의 위상을 변화시켰다. 기존의 전력은 다른 에너지원으로부터 전환 생산되었기 때문에 다른 에너지원을 직접 사용하는 것보다 효율이 높기 힘들다. 그래서 전기는 고급에너지로서 필수적일 때 사용되었다. 가령 공장의 동력장치를 전기 모터로 돌릴 수도 있고 화석연료를 사용하는 내연 혹은 외연 기관으로 돌릴 수 있다. 그러나 재생에너지 시대에는 거의 모든 에너지가 태양광이나 바람과 같은 재생에너지원에서 일단 전기를 생산한 다음 다른 에너지원으로 변환되어 사용될 것이다. 난방도 가스를 태우는 것이 아니라 전기에서 히터나 히트펌트로 열을 얻어 하게 될 것이다. 전기가 끊길 경우 시민들이 받을 수 있는 피해가 이전과는 비교할 수 없을 만큼 커질 것이다. 전기의 안정적인 수급에 대한 시민의 확신이 필요하다.

 

재생에너지원은 변동성이 강하고 분산적이다. 비교적 규모가 큰 해상풍력이라도 그 규모가 석탄화력발전소에 비해서는 수십분의 일에 불과하다. 태양광발전소는 풍력발전소보다도 수백분의 일인 경우가 허다하다. 그 출력 또한 에너지의 자연적 시간적 변화에 의존하기 때문에 변동이 심하다. 여러 곳에 흩어져 있는 수많은 작은 발전소들의 출력이 시시때때로 변화할 때 이를 통제하고 제어하는 것은 쉬운 일이 아니다.

 

에너지전환 시대에는 전력의 중요성이 갈수록 커지는데 그 안정성은 갈수록 떨어지는 모순적인 상황에 직면하게 된다. 그런 에너지에 의존하는 시민, 기업과 학교 등 사회 구성원에게 전력의 통제와 투명성이 매우 중요한 과제가 된다. 과연 이를 ㈜한국전력이라는 공기업이 기존처럼 일괄적으로 수행할 수 있는지 의문이 들 수밖에 없다. 그것이 어렵다면 전력망의 구조와 통제, 그리고 전력시장이 어떻게 개편되어야 시민에게 투명하고 안전한 전력을 제공할 수 있는지 확인할 필요가 있다.     

 

전통적 전력망과 재생에너지 중심 전력망의 차이

 

화석연료나 수력, 원자력을 이용하는 전통적 전력망에서는 전력의 배분이 선형적이었다. 발전소에서 생산된 전력은 모두 승압되어 송전망에 물리고 전력의 생산과 소비를 일치시키는 전력중개소의 계량에 따라 강압되어 배전망을 거쳐 소비자에게 전달되었다. 전력중개소를 장악한 국영전력회사가 발전소와 송전망, 그리고 배전망과 소비자 모두를 제어하는 일의적 체제였다. 전력조류는 발전소에서 소비자에게로 한 방향으로 흘렀다. 

 

 

하지만 재생에너지 중심의 전력망을 구축해야 할 경우 이런 선형적이고 일방통행적 방식이 통하기 어렵다. 

 

무엇보다 재생에너지는 풍력과 태양광처럼 시간 변동성과 공간 제약성을 지니고 있기 때문이다. 바람이 잘 부는 곳, 햇빛이 좋고 비용이 적게 드는 곳에 설치되고, 전력이 생산되는 양이 자연 조건에 따라 시간에 따라 변동하는 특성이 있다. 

 

그 다음으로 전통적인 전력망에서는 하나의 발전소에서 대량으로 전기를 생산하기 때문에 전력회사가 관리해야 할 발전소의 숫자가 한정되어 있었고 이들 발전소가 모두 동일한 송전망에 연결되어 있어 통제하기가 쉬웠다. 하지만 재생에너지 발전소는 그 크기가 천차만별이고 발전소의 수도 수만 개에 이를 정도로 많다. 올해 독일 총선 결과 사민당-녹색당-자민당이 연정을 추진하면서 ‘모든 지붕에 태양광 패널을 설치하는 것’을 합의했다는 소식이 있다.^[1] 이것이 실행되면 독일의 발전소는 수천만 개소에 이를 것이다.

 

수많은 작은 발전소에서 생산되는 전력을 모두 승압하여 초고압 송전망에 물리는 것은 비효율적이다. 자가소비용으로 사용하다 남으면 변압기를 타고 역조류로 이웃집으로 전송되는 경우에서부터, 근방의 배전망에 연결되어 전력중개소를 거치지 않고 인근에서 소비되는 발전소, 대규모 풍력 혹은 태양광 발전소의 경우는 통상의 발전소처럼 승압되어 기존 송전망에 물리는 경우, 초대규모 원거리 해상풍력발전소의 경우는 생산된 전력이 고압직류로 변환되어 육지로 송전된 다음 다시 교류로 변환되어 통상 송전망에 물리는 경우까지 다양한 상황이 발생한다.

 

많은 수의 발전소, 발전소의 전기가 물리적으로 연결되는 장소의 다양성 등이 재생에너지 전력망이 새롭게 구성될 것을 요구한다.

 

재생에너지 전력망의 구성

 

전통 전력망이 발전소-송전망-전력거래-배전망-소비자로 선형적, 일방적이고 송전망까지의 참여 주체도 제한적이다. 한편 재생에너지는 시간적 변동성, 공간적 제약성과 함께 전력의 흐름이 역방향으로 흐르기도 한다. 또한 전력생산의 주체가 많고 이들이 소비자, 배전망, 송전망, 별도 직류송전망 등 여러 곳에 연결된다. 이런 복잡한 상황에서 전력망을 어떻게 구성해야 안정적이고 효율적인 전력의 생산과 소비가 가능할까?

 

에너지전환 시대의 소비자는 단순히 전력을 소비만 하는 것이 아니라 동시에 전력을 생산하기도 하는 프로슈머가 된다. 변동성 분산형재생에너지(DER, 태양광과 풍력)로 전력을 생산하면서 안정적이고 값싼 전기를 쓰기 위해 전력저장장치(ESS, 전기자동차EV 포함)를 설치하여 스스로 전력 밸런싱(balancing)을 책임진다. 소비전력이 큰 소비자는 밸런싱을 위해 수소연료전지, 바이오가스발전, 바이오매스발전, 소수력발전 등 필요한 시간에 발전할 수 있는 유연발전기(FP)를 설치하여 밸런싱을 더 적극적으로 수행한다. 또 전력이 모자라는 시간에서 남는 시간으로 전력소비를 변경시키는 방법, 가령 EV 충전시간을 전력이 남아도는 시간으로 변경시키는 것과 같은 수요자원(DR)도 적극 활용한다. 밸런싱과 가격통제를 효율적으로 하기 위해 가상발전소(VPP) 기법을 활용한다.

 

이런 프로슈머들이 모여 에너지공동체(EC)를 이룬다. 이 에너지공동체도 프로슈머의 전력으로 다 커버할 수 없는 전력량과 밸런싱을 위해 규모가 더 큰 자체 DER, ESS, FP를 설치하고 DR과 VPP 기술을 사용한다.

 

 

이런 EC들이 모여 배전망(DSO)을 구축한다. 이 지역배전망 또한 EC보다 규모가 더 큰 DER, ESS, FP를 설치하고 DR, VPP를 활용한다. 지역배전망은 기초배전망과 광역배전망으로 나뉘어져 중층으로 구성될 수 있다. 광역배전망에서는 밸런싱을 위해 VPP 기술을 단순 채용하기보다는 전력거래소의 기능 일부를 분담하는 것이 더 효율적일 것이다.

 

 

이 위에 송전망과 전력거래소가 구축된다. 이 또한 동형 반복적이다. 여기에는 수백 MW에서 수 GW에 이르는 거대한 DER, 수백 MWh에서 수 GWh에 이르는 거대한 ESS(양수발전소pumped Hydro, pH 포함), 거대한 FP(연료전지FC, 재생에너지에서 변환된 가스를 이용한 가스터빈발전소 Green Gas Turbine, 바이오가스, 바이오매스 등)를 갖추고 전력거래소(PX)가 지역배전망운영자와 함께 전력 밸런싱을 최종 책임진다. 여기에는 별도로 원거리 거대 DER 전력을 송전하기 위해 고압직류송전망을 갖추어야 한다. 

 

 

<그림 1>에서 <그림 4>까지의 재생에너지 기반의 전력망 구조를 보면 각 층위가 약간의 구성 차이는 있지만 기본적으로 동형(homomorphic)이면서 반복적이라는 것을 알 수 있다.

 

 

 

 

전력시장 개편의 경과와 논점

 

시장이 자원 배분을 적정화하고 상품의 생산 및 소비를 효율화한다는 이념에 입각하여 국영 혹은 공영 기업이 민영화되기 시작했고, 이에 따라 전통적으로 비시장경제적 기업이 운영하던 상수도, 철도, 전력 시장이 민영화되거나 민간에 개방되었다. 우리나라도 이런 흐름에 따라 전력시장 개방 계획이 수립되었고 단계적으로 시장 개방을 단행할 예정이었지만 전력생산, 특히 재생에너지 전력 생산에만 민간에 개방되었을 뿐 나머지 시장에 대한 개방이 지지부진한 상태이다.

 

전력시장의 개방 혹은 민영화에 반대하는 논리는 자연적 독점시장이면서 시민의 복지에 직접적 영향을 미치는 산업이 시장에 개방될 경우 시장경제의 이점을 누리기보다는 독점의 폐해가 더 심각하게 나타난다는 점에 근거한다. 또 이는 상수도, 철도, 전력 시장을 민영화한 영국과 미국의 사례에서 입증되었다. 서비스의 품질은 떨어지는데 가격은 올랐고 장기투자에 소홀히 하여 재해를 당할 경우 시민들에게 큰 손실을 입혔다. 기후변화로 인한 자연재해가 지속적으로 심해지는 상황에서 이런 문제는 더욱 심각해졌다.

 

특히 전력은 모든 생산자와 소비자가 단일한 송배전망에 연결되고 생산품과 소비품을 분리할 수 없을 뿐만 아니라 생산과 동시에 동일한 양이 소비되어야 하는 독특한 상품이다. 전력망이 민간에 개방되고 몇몇 회사가 독과점을 할 경우 최고의 고급 에너지상품인 전력에 의지하는 소비자는 독과점 전력회사의 횡포에 대항할 방법이 별로 없다. 그런 의미에서 전력은 최후까지 시장경제에 완전히 맡길 수 없는 산업이라 할 수 있다.

 

우리나라 전력시장 개편의 기본구조는 1999년 김대중 정부 시절에 수립되었다. 이 개편의 근거가 된 원리는 재생에너지로의 전환이 아니라 1997년 외환위기 이후 민영화를 통한 효율화라는 신자유주의적 흐름이었다. 4단계로 수립된 개편은 2단계까지 실행된 후 멈추어 있는 상태이다.^[2]

 

 

시민의 복지에 필수적인 자연독점적 상품에 대한 신자유주의적 민영화의 모형이 파산되고 재생에너지 기반 에너지전환이 실현되어야 하는 지금, 새로운 전력시장의 모형과 주체가 모색되어야 할 것이다.

 

재생에너지 전력망 각 층위의 운영 주체

 

재생에너지 전력망의 주체는 프로슈머, 에너지공동체, 기초배전망, 광역배전망, 송전망이 있지만 이들은 선형적으로 연결된 것이 아니라 동형반복형이며 포섭형이다. 모든 주체가 DER, ESS, FP, DR, Balancing(VPP 혹은 전력중개소)를 지니고 있다. 에너지공동체는 프로슈머를 포섭하고 기초배전망은 에너지공동체를 포섭하는 형태이다.

 

프로슈머는 개인 혹은 법인이지만 그 상부 층위 단위의 운영주체는 무엇이어야 하고 그 법적 지위는 어떻게 되어야 할까? 이 운영주체를 잘 설계할 때에만 민영화의 문제를 회피하면서 재생에너지 시대에 걸맞은 통제와 투명성을 확보하여 시민들의 안정감 속에서 그들에게 안정된 에너지를 공급할 수 있을 것이다.

 

 

전력망에 대한 참여는 아래층위로 갈수록 프로슈머에게 투명하게 조직될 필요가 있고 위로 갈수록 지방정부와 중앙정부가 직접 책임지는 형태를 가져야 한다. 그 동안 쌓여온 ㈜한전의 기술적 능력을 충분히 살리기 위해 낮은 층위의 전력망에 한전의 법인격 참여와 함께 적극적인 기술지원이 요구된다. 재정투입이 요구되는 재생에너지 송전용 고압직류송전망은 중앙정부가 직접 투자한 국영공기업이 담당해야 할 것이다.

 

전력시장 개혁의 방향

 

본고는 전력시장 전체에 대한 완전한 개편방향을 제시하기보다는 위에서 기술한 재생에너지 중심 전력망으로의 전환을 위해 시급히 필요한 시장의 변화와 구조 개편에 중점을 두고자 한다.

 

재생에너지 전력망의 새로운 구축을 위해 필요한 첫 번째 요구사항은 프로슈머와 에너지공동체의 활성화다. 이들이 활성화할 때 그 상위의 전력망도 그에 기반해 구축될 수 있기 때문이다. 그 개혁의 시작은 프로슈머와 에너지공동체가 기능할 수 있는 전기사업 면허와 가격 및 요금제도의 개편이다. 프로슈머가 스스로 광범위하게 에너지저장장치를 갖춘다면 각 소비자의 전력 안정성을 훨씬 높일 뿐만 아니라 사회가 구축해야 하는 총 에너지저장장치의 양도 크게 줄일 수 있다.

 

이를 위해서는 무엇보다 전력 도매가와 소매가가 전력 수요에 맞게 실시간으로 다르게 책정되어야 한다. 재생에너지의 특성상 전기 출력을 쉽게 조절할 수 없기 때문에 프로슈머와 에너지공동체가 전기가 남아돌 때는 전력을 저장하고 부족할 때는 방전할 동기를 부여하도록 전력 도소매가가 조정되어야 할 것이다. 

 

에너지공동체에 가장 필요한 면허는 전기도소매권이다. 에너지공동체가 참여 프로슈머, 혹은 배전망으로부터 전기를 구매하여 다른 참여 프로슈머에게 소매할 수 있는 권리와 다른 배전망에 판매할 수 있는 권리를 확보해야 한다. 그래야만 에너지공동체가 독자적으로 전력을 중개하고 판매하여 얻는 수익으로 법인을 운영할 수 있다. 지금처럼 ㈜한전이 소비자의 대한 전력 소매를 독점하고 배전망에 인입되는 발전소의 전력 도매를 독점하는 한, 에너지공동체는 구축될 수 없다.

 

프로슈머와 에너지공동체에 실시간 가격제와 요금제가 적용되고 에너지공동체에 전력 도소매 면허가 주어질 때에만 재생에너지 전력망의 기초가 구축될 수 있고 그에 기반해 같은 원리로 상위 전력망이 구축될 수 있을 것이다.

 

한편 재생에너지는 공간제약성이 있어 기존의 송전망으로 커버하기 힘들다. 특히 대규모 태양광발전 적지가 있는 남부지방, 해상풍력발전의 적지인 제주도, 서남해안과 동남해안 등은 송전망을 새로 구축해야 한다. 이런 대규모 재생에너지 발전소를 민간 혹은 공기업이 짓기만 하면 그 전력을 나르는 것은 국가가 책임져야 한다. 국가가 가칭 재생에너지송전공사를 설립하고 대대적으로 재정을 투입하여 별도의 재생에너지 송전망을 구축한다면, 향후 건설될 대규모 재생에너지 발전소들이 이 망을 값싸고 신속하게 사용할 수 있을 것이다. 

 

가칭 재생에너지송전공사는 에너지전환을 촉진하는 한편 재생에너지 전력 가격을 떨어뜨려 에너지전환 중에 산업경쟁력을 유지하는 첩경이 될 것이다.

 

글을 맺으며 

 

본고는 실험적인 제언이다. 재생에너지 중심 전력망이 시민에 의해 투명하게 운영되면서 시민들을 위한 안정된 에너지를 제공하는 새로운 구조를 제안하고, 그를 위한 법적 제도적 개혁을 제안한다.

 

변화의 방향은 제일 아래인 프로슈머와 에너지공동체에서 온다. 그를 위해 전력 가격과 요금 제도를 혁신해야 하고 에너지공동체에 전력 도소매권을 부여해야 한다.

 

전체적인 에너지전환을 위해 국가의 역할도 막대하다. 위 변화의 방향에 부합되도록 법적 제도적 개편을 단행해야 한다. 또한 에너지전환의 촉진과 산업경쟁력 유지의 핵심인 새로운 송전망   구축을 위한 국영기업을 설립하고 대대적으로 재정을 투입해야 할 것이다. 

 

참고문헌

 

[1] 한국일보, 2021년 10월 15일, 

https://m.hankookilbo.com/News/Read/A2021101523180001627

[2] 소규모전력중개사업 활성화 방안 도출, 한국에너지기술연구원, ㈜국토환경연구원, 2020년 10월

[3] 산업자원부(1999), 전력산업 구조개편 기본계획 요약 정리.