우크라이나 사태로 인한 글로벌 에너지 충격에도 불구하고 유럽, 미국 및 일본은 물론 중국이나 인도를 비롯한 전세계가 재생에너지 확충을 가속화하고 있다. 또한 2050 탄소중립을 위해 SMR을 비롯한 원전의 일정부분 역할도 강조되고 있다. 그러나 간과되고 있는 진짜 중요한 사실이 있다. 바로 ‘전력망’이다. 선후진국을 막론하고 모든 전력망은 일방적인 공급과 수동적인 수요를 전제로 조성되었고 그것도 미국을 비롯한 대부분의 선진국에서는 매우 노후 되었다. 미국에서 정전이 일상인 점을 보면 잘 알 수 있다. 문제는 간헐성이라는 근본적 문제를 갖고 있는 재생에너지를 중심으로 분산형 전원의 비중이 증가하는 와중에 기존 전력망은 이러한 수요/공급 쌍방의 유연한 망 관리에 최적이지 않다는 점이다. 극심한 수요 변동과 분산형 소형 전원의 증가라는 극한의 관리 환경에도 탄력적/효율적으로 대처할 수 있는 차세대 전력망을 구체적으로 살펴보고 시사점을 정리해 본다. <편집자 주>

 

 

 

 

[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 일본의 차세대 전력망 구축에 대한 이해를 위해 전력시장의 일반적 특징과 함께 우리와 일본의 전력망과 관련된 주요 사항을 먼저 살펴보자.

 

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• 일본과 우리나라, 인근 국가와 연결할 수 없는 독립 전력망

 

전력공급은 상수도와 유사하면서도 특별한 차이점이 있다. 즉 공급원(상수원이나 발전소)에서 최종 수요가까지 배관이나 송/배전 설비를 통해 공급하는 것은 유사하지만, 상수도의 경우 배관망이 어느 정도 일시적인 저장 능력을 담당하는 반면 전력은 중간에 대용량 배터리를 설치하지 않는 한 전력 송/배전선 내에 전기를 저장할 수 없다는 근본적 차이점이 있다.

 

따라서 가동중단과 재개의 자유도 기준에서 원전과 석탄발전설비를 기저부하(base load)로 그리고 천연가스 발전설비를 첨두부하(peak load)로 사용하여 수요 변동에 대비하고 있다.

 

또한 우리 전력시장은 민간발전기업이 있음에도 전력거래소와 한전을 중심으로 제주도나 도서지역을 제외하고 전국적으로 단일한 공급망을 갖고 있는 반면, 국토가 주요 4개 섬으로 이루어진 일본은 전국에 산재한 10개 회사가 권역별로 전력공급을 담당하고 있는데 무엇보다 동서 지역 간 전력 주파수가 다르다.

 

그리고 우리는 반도국가로서 국가 간 전력망을 공유하고 있는 유럽처럼 중국 및 러시아 등과 전력망을 연결하여 전력수급 안정을 도모할 수 있음에도 불구하고 북한이라는 장벽 때문에 실질적으로는 일본과 같은 독립된 전력망을 운용할 수밖에 없다.

 

 

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• 일본의 전력공급 구조, 권역별 10개 회사가 동서 간 주파수 상이

 

앞서 언급했듯이 일본의 전력공급은 단일 공급망을 운용하고 있는 우리와 달리 총 10개 회사가 권역별로 나눠 맡고 있다.

 

도쿄를 중심으로 동부에는 홋카이도, 도호쿠, 간토 및 주부(동부)의 4개 회사가, 그리고 서부에는 주부(동부 이외), 간사이, 주고쿠, 시코쿠 및 큐슈의 5개 회사가 담당하고 있으며 오키나와섬은 별도의 회사가 운영 중이다.

 

이는 1950년대 2차대전 후 전력공급이 극히 곤란했을 때 경제민주화의 일환으로 전력산업 구조조정을 추진한 데 따른 것이다.

 

특히 동서 간 전력 주파수가 달라서 동부 4개 회사는 50Hz로, 서부 5개 회사는 60Hz로 각각 공급하고 있는데 이는 1895년 도쿄가 독일의 AEG로부터, 1896년 오사카가 미국의 GE로부터 발전기를 각각 처음 도입한 데서 비롯되었다.

 

따라서 두 지역 간 송전에서 고압 직류 변환을 위한 세 개의 주파수 변환설비가 운영되고 있다.

 

 

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• 일본 전력시장, 2016년에 전면 자유화

 

일본은 전력생산‧공급자(발전 및 송배전)와 계약을 체결할 수 없는 경우 최후 수단 서비스조항에 따라 소매자유화 대상 소비자에게 전력을 공급할 책임도 졌었다.

 

그러나 2016년 4월 전력회사가 완전자유화 되면서 모든 고객이 전력 공급자를 자유롭게 선택할 수 있는 자격을 갖게 되어 완전경쟁체제가 되었다.

 

전력시장 자유화 이전에는 전력회사는 기본적으로 자기 구역에서 수급 균형을 유지하여 독립적으로 운영할 의무가 있었고, 구역 간 상호 접속을 통해 대량의 전력을 송전할 수 없었다.

 

지역 간 부족한 송전 용량 문제는 일본의 현재 전력망에 여전히 남아 있다.

 

 

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• 재생에너지 확대 보급으로 전력공급 안정성 제고가 중요

 

일본은 후쿠시마 원전 사고 이전에는 54기의 원자로가 가동 중이었으나 사고 이후 전면 가동중단 조치가 시행되면서 2030년까지 완전폐쇄한다는 방침을 세웠다.

 

그런데 아직도 전력공급이 핍박한 상황에서 러시아-우크라 전쟁으로 인한 글로벌 에너지 공급 교란을 맞아 기존의 탈원전 기조에서 전환하려는 움직임을 보이고 있다.

 

현재 일본에는 2022년 12월 말 기준으로 10기의 원자로가 재가동 중이다.

 

그럼에도 녹색 전환(GX: Green Transformation)을 가속화 한다는 방침에는 변함이 없어 재생에너지-특히 국내 재생에너지 조달 비율을 높이고 있는데 태양광 및 풍력 등 재생에너지는 일조량과 풍량 등의 변동이 심하므로 전력공급의 안정성이 떨어지는 간헐성도 따라서 커지는 문제를 해결해야 한다.

 

따라서 일본은 향후 전력의 안정공급을 위해 전국적 차원의 광역 운용을 한층 촉진하고 전력시장 자유화 기조하에 송배전사업의 변화 및 차세대 전력망의 구축을 추진하며 전력 시스템의 유연성 향상을 위한 제도 정비를 추진하고 있다.

 

 

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• 재생에너지 대량 도입을 위한 차세대 전력망 구축과 계통 정비/조정력 확보 추진 중

 

일본은 태양광 104~118GW(2030년), 해상풍력 10GW(2030년) 및 30~45GW(2040년)라는 목표를 설정하였다. 이를 위해 차세대 전력망 구축과 계통 정비 및 조정력 확보를 추진하고 있다.

 

차세대 전력망 구축과 관련하여 중요한 이슈로, 우선 홋카이도 등의 재생에너지 잠재력을 활용하기 위한 홋카이도~혼슈 간 해저 직류 송전망의 정비를 위해 2GW 신설을 검토 중이다.

 

또한 동서 간 전력망 연계 강화를 위해 주파수 변환 설비를 현재 2.1GW에서 향후 2027년 3GW로 증설할 계획이다. 이를 위해서는 약 3.8조엔에서 4.8조엔이 소요될 것으로 추산되고 있는데 자금조달 여건을 정비하는 것이 중요한 과제이다.

 

조정력 확보를 위해서는 대형 정치용 축전지 도입의 가속화, 장기 탈탄소 전원의 경매 및 수소‧암모니아의 활용 등이 추진될 예정이다.

 

정치용 축전지 도입은 저비용화, 전력수요관리(DR)에서의 활용 및 접속 룰 정비 등을 통해 촉진한다는 방침이다.

 

장기 탈탄소 전원 경매를 위해서는 축전지, 양수발전 및 수소 등 탈탄소 전원에 대한 투자를 촉진할 수 있도록 할 계획이다.

 

한편 수소‧암모니아 활용과 관련해서는 국제수소 공급망 구축과 잉여 재생에너지 등을 활용한 수전해 장치에 의한 일본 내 수소의 제조를 추진할 예정이다.

 

다음 기사에서는 일본의 전력자유화에 따른 송배전사업의 변화, 차세대 전력망의 구축 및 송배전 관련 비용부담의 방향 등을 이어서 살펴보고자 한다.

 

[정리=최봉 산업경제 전문기자]

 

 

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