재생에너지 확대와 기술 혁신에 따른 전력 시스템의 분산화 및 에너지 프로슈머 중심의 스마트 그리드 전환 doc_id PCY_201709190559565061_22

최근 관심을 받고 있는 전기차 확산은 여러 가지 측면에서 에너지시장에 영향을 미친다. 첫째 가솔린, 디젤 등 화석연료의 수요를 감소시키고 전력 수요를 증가시킨다. 전력생산을 화석연료에 의존할 경우 그 의미는 반감될 수 있지만 전기차의 확대는 재생에너지 발전이 증가할수록 그 의미 또한 커진다. 둘째, 전력이 화석연료나 원자력 발전 등 재생에너지가 아닌 발전원에 의해 생산된다 하더라도 전기차 충전이 전력사용이 적은 심야시간에 이루어질 경우 낭비되는 전력자원을 활용하게 됨으로써 전력사용의 효율성을 크게 높일 수 있다. 또한 재생에너지원을 사용하는 경우에는 불안정한 전력을 저장하여 효율적으로 사용할 수 있다. 전력이 부족할 때에는 EV가 전력망에 전력을 공급하고 전력이 과잉일 때 전력망에서 EV에 전력을 충전하는 시스템이 확산되면 전력수요의 평활화를 통해 피크전력 수요에 대비한 발전소를 추가로 건설하거나 유지하는 부담이 줄게 된다. 전기차의 경우 그 기초가 되는 전지기술의 혁신이 계속되고 있다. 1세대 리튬이온전지의 경우 2012년에 에너지 밀도가 60~100Wh/kg, 가격 7만엔~10만엔/kWh, 1회 충전으로 가능한 주행거리가 120km~200km 정도였다. 양극재 등의 재료를 개량한 2세대 리튬이온전지의 경우 에너지 밀도가 250Wh/kg, 가격은 2만엔/kWh 수준으로 성능이 크게 개선되는 추세에 있으며, 일반 보급형 EV의 주행거리가 금년 말이나 내년 중에는 300km 이상으로 향상될 전망이다. 또한 리튬이온전지의 개량뿐 아니라 전해질에 고체재료를 사용하여 성능을 향상시키기 위해 각 기업들이 관련 소재 기술의 개발에 주력하는 등 다양한 차세대 기술을 경쟁적으로 개발하고 있다. 예를 들면 히타치조선의 경우 전해질의 액체를 황화물(黃化物)계 재료를 활용하는 기술을 개발하고 있다. 미국에서는 신규로 풍력에서 8.6GW, 태양광 및 태양열발전에서 7.4GW를 더하여 가스발전(6GW) 설비용량을 넘어섰다. 재생에너지 전력생산은 2014년의 13.4%에 이어서 3.2%의 수력발전 감소에도 불구하고 13.7%의 수준을 유지하였다. 전세계적으로 2015년은 전력부문에서 중앙집중식에서 분산형으로의 변환이 가속된 시기였으며, 여기에는 기술적 진보, 사회적 변화, 정책목적, 특히 가격저하와 가변적인 풍력과 태양광 비율의 증가가 주요 요인이었다. 중요한 도전과제는 재생에너지 발전비율 증가를 전력계통에 통합 적용하는 것으로서, 비용을 최소화하면서 공급과 수요 양 측면에서 가변적인 재생에너지 자원의 균형을 맞추기 위한 보다 유연한 시스템을 개발하는 것임을 밝히고 있다. 에너지 프로슈머는 에너지의 생산과 소비를 동시에 추구하면서 에너지절약이나 잉여전력의 판매를 통해 전기요금을 절약하거나 수익을 창출하는 소비자를 말한다. 전력 소비자는 스마트그리드 기반 하에 공급 측과 수요 측의 에너지사용 정보 교환이 이루어지기 전에는 전력회사로부터 전력을 공급받아서 사용하였다. 그러나 전력사용 정보에 대한 인식을 바탕으로 전력소비 감축에 대한 유인과 신재생에너지의 기술발전으로 태양광의 설치 유인이 생기면서 소비자는 이제 전력을 직접 생산하면서 소비하는 방향으로 점차 변화되고 있다. 특히 신재생에너지 전원의 발전단가와 전력저장장치의 비용하락으로 경제성 확보문제가 일정부분 해결될 가능성이 높아지면서 이들 설비들의 시장진입이 증가하고 있다. 소비자들은 태양광, 풍력, 연료전지 등 다양한 신재생에너지 전원을 설치하여 잉여전력을 거래할 수 있는 기반이 마련되고 있다. 주택용, 일반용, 산업용 등 용도별 소비자에 관계없이 모두 이러한 활동이 가능하여 수익을 창출할 수 있게 되었다. 에너지 프로슈머는 신재생에너지 전원을 통하여 생산된 전력을 자가소비하고, 잉여전력을 전력회사와 상계거래함으로써 전기요금을 절감하거나 이웃에게 판매 또는 인터넷의 전력거래 플랫폼을 통하여 거래하는 등 다양한 형태로 사업이 가능하다. 둘째, 이웃 간의 거래는 에너지 프로슈머의 잉여전력을 전력회사에 판매하는 것이 아니라 동일 배전망 내에 존재하는 이웃에게 판매하는 형태를 말한다. 판매자는 잉여전력을 매개로 구매자와의 거래가격이 설정되어야 하는데 양자 간의 거래를 위한 중개사업자가 필요하다. 그렇지 않으면 인터넷을 통한 전력거래 플랫폼을 구축하여 직접 개인 간의 거래가 형성될 수도 있다. 중개사업자를 활용하는 거래이든 개인 간 직접적 전력거래이든 간에 중개료 또는 거래수수료를 지불하고도 상호 간에 이익이 발생되어야 거래가 성립될 수 있다. 그리고 가격설정의 범위는 전기요금보다는 낮고 신재생에너지 발전단가보다는 높은 가격수준에서 거래가격이 형성될 것이다. 셋째, 분산자원 중개시장을 통한 도매거래는 소비자가 생산하는 소규모 분산자원을 중개사업자가 모아서 도매시장에 판매하는 방식이다. 신재생에너지 설비용량이 큰 규모의 발전사업자가 도매시장에 거래하는 방식과 마찬가지로, 중개사업자가 소비자의 잉여전력을 모아서 도매시장에서 판매하고 계통한계가격과 신재생에너지 공급인증서를 받는 형태로 추진되는 거래형태이다. 또한 IT기술은 기존 전력망의 스마트 그리드로의 진화를 더욱 촉진할 것이다. 전력 생산과 운반, 소비과정에서 공급자와 소비자의 상호작용이 활발해질 것이다. 기존의 전통발전의 전력공급에 의지하던 중앙집중식 전력시스템이 분산발전을 하는 다수의 공급자와 연결되고 전력흐름은 공급자에서 수요자로의 일방적 방향에서 쌍방향으로 유연하게 변화될 것으로 예상되고 있다. 가정에 있는 전자기기들까지 IoT가 적용되고 전력 소비량과 요금을 실시간으로 제공하는 스마트미터 보급 등이 확대되면 스마트 그리드의 역할은 더욱 높아질 것이다. 재생에너지의 확대와 전력망의 스마트 그리드 진화로 전력시장에서는 경쟁구도 변화와 신사업 출현이 기대되고 있다. 풍력과 태양광 등 분산발전이 석탄과 원자력 등 기존의 전통발전소를 위협하는 경우가 늘어날 것이다. 또한 지금까지 수동적으로 전력을 사용만 하던 소비자는 자가발전과 전력 소비패턴 정보를 활용해 직접 전력을 생산하고 판매하는 프로슈머(Prosumer)로 변화하는 경우가 많아질 것이다. 이러한 과정에서 전력사업의 무게중심이 기간전력망 등 하드웨어 중심에서 전력 네트워크 플랫폼 서비스로 이동할 것이다. 그런데, 에너지 프로슈머의 입장에서는 한전과의 상계거래와 이웃에게 잉여전력의 판매에 대한 선택의 문제에 봉착하게 될 것이다. 에너지 프로슈머는 한전과의 상계거래보다 잉여전력의 판매를 통해서 더 많은 편익을 얻을 수 있다면 이웃에게 잉여전력을 판매하게 될 것이다. 이 경우 전기소비량이 적은 누진구간이 3단계 이하의 소비자들이 이웃에게 판매하는 방식을 더 선호할 것이다. 왜냐하면 3단계 이하의 소비자들은 상계거래를 통해서 전기요금 절감의 편익을 얻는 것보다 오히려 자가소비를 적게 하고 잉여생산량을 이웃에 판매하는 것이 더 유리하기 때문이다. 즉, 누진구간이 3단계 이하의 소비자들은 누진율이 상대적으로 낮기 때문에 전기요금의 절약 금액이 크지 않기 때문이다. 따라서 현재의 주택용 누진요금제 하에서 에너지 프로슈머의 거래유인은 전기소비량의 많고 적음에 따라 달라지기 때문에, 향후 주택용 누진요금제를 어떻게 운영할 것인가가 에너지 프로슈머의 활성화에 영향을 미치게 될 것으로 보인다. 우리나라의 누진요금제는 과도한 누진단계와 누진율을 유지하고 있기 때문에 논란이 되고 있다.