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스페인 전력 생산에서 풍력(23.2%)이 가장 큰 비율을 차지한다. 그 뒤를 원자력(20%)과 태양광(17%)이 뒤따른다. 재생에너지 발전 시설 용량은 85GW(기가와트)로 유럽에서 독일에 이어 둘째다. 풍부한 재생에너지 덕분에 스페인의 전력 요금은 MWh(메가와트시)당 76.3유로로 유럽에서 북유럽 연합(36유로)과 프랑스(58유로)에 이어 셋째로 저렴하다. 2030년까지 재생에너지 비율을 81%까지 높이겠다는 야심 찬 계획을 추진해온 스페인은 재생에너지만으로도 미래 전력 수요를 충분히 감당할 수 있다는 자신감에 2035년까지 모든 원자력발전소를 폐쇄하기로 2023년에 결정했다. 세르반테스의 소설 속에서 돈키호테의 '적'이었던 풍차가 이제는 스페인의 '희망'이 되었다.
지난 4월 16일 재생에너지만으로 24시간 국가 전력 수요를 충당하면서 스페인의 목표는 조기 달성된 듯 보였다. 그러나 불과 일주일 후 예상치 못한 위기가 찾아왔다. 4월 22일 마드리드 인근에서 정전으로 고속 열차 운행이 중단됐다. 교통부 장관은 "송전망의 전압 초과"로 고장이 발생했다며 전력망 관리 부실을 지적했다. 같은 날 남동부 카르타헤나에 있는 정유 공장도 전력 공급 문제로 가동이 중단됐다. 전문가들 사이에서는 전력망의 불안정성에 대한 경고의 목소리가 나오기 시작했다.
'녹색 전환'의 환희는 오래가지 못했다. 지난 4월 28일 스페인 전력 생산은 태양광 59%, 풍력 12%, 원자력 11%, 가스 5%의 구성비를 보이고 있었다. 이날 하늘은 맑았고 태양광발전이 전체 전력 생산의 절반 이상을 담당하던 순간이었다. 하지만 정오가 막 지난 12시 33분 스페인의 전력 주파수가 갑자기 50㎐(헤르츠)에서 49㎐로 급락했다. 단 5초 만에 원자력발전소 10기에 해당하는 15GW 규모의 전력 공급이 중단됐고, 전체 전력 공급이 27GW에서 12GW로 급감하면서 전국적 대정전이 발생했다. 다행히 예상보다 빠르게 전력 공급이 재개되었지만, 스페인의 전력 안정성에 대한 믿음은 크게 흔들렸다.
전력망은 수요와 공급이 매 순간 일치해야 하는 정밀한 리듬을 가진 시스템이다. 우리가 쓰는 전기는 국가별로 1초에 50번 또는 60번 위상이 바뀌는 전력 주파수를 가진다. 전력 주파수는 전력망의 안정성을 평가하는 핵심 지표다. 전력 공급이 수요에 비해 부족하면 주파수가 낮아지고 과도하면 올라간다. 일반적인 전력망에서는 주파수 하락 시 화력발전소나 원자력발전소의 터빈이 2초 이내에 속도를 변화시켜 송전망에 가해진 충격을 수 초에서 수 분 동안 완화시킨다. 이것으로 충분하지 않을 경우 사전에 준비된 예비력이 단계적으로 동원돼 주파수를 정상으로 회복시킨다.
거대한 물체가 회전하면서 발생시키는 물리적 관성이 전력 계통에 제공하는 안정성을 '계통 관성'이라 부른다. 회전하는 터빈을 기반으로 구축된 전력망은 계통 관성이 충분하다. 그러나 태양광은 회전 없이 전력을 생산해 계통 관성을 제공하지 못한다. 전력망에서 태양광 비중이 높아지면 안정성 유지가 어렵다고 하는 이유가 여기에 있다. 태양광 비중이 높아지면 전력망의 안정성을 위해서는 별도의 투자가 수반되어야 한다.
스페인의 실패는 '불균형 투자'에 있었다. 재생에너지 확대 속도에 비해 전력망 현대화는 뒤처졌던 것이다. 지난 5년간 스페인은 재생에너지에 1달러를 투자할 때 전력망에는 겨우 30센트만 투자했다. 유럽 대부분 국가들이 70센트를 투자한 것과 비교하면 현저히 낮은 수준이다. 전력망 운영사인 레드 일렉트리카는 전력망 강화를 위해 2023~24년에 걸쳐 25억 유로(약 4조원)를 투자해 487㎞의 신규 송전망을 구축했고 변압기 용량도 2.4% 증가시켰다. 하지만 재생에너지의 급속한 확대를 따라잡기에는 역부족이었다.
주변국과의 전력망 연결이 부족한 것도 심각한 문제였다. 스페인 전력망은 포르투갈, 프랑스, 안도라, 모로코와 연결되어 있지만 그 용량은 고작 3GW로 전체 전력 생산 용량의 3%에도 미치지 못하는 빈약한 수준이었다. 이는 비상시 외부로부터 전력을 공급받을 가능성이 극히 제한적이라는 걸 의미한다. 양수 발전소 및 대용량 배터리를 통한 전력 저장 시스템 역시 전체 전력 생산 용량의 2.5%에 불과해 유사시 대처 능력에 한계가 있었다. 투자 부족의 배경에는 전력 요금 인상에 대한 정치적 부담이 있었다. 송전망에 대한 투자로 인해 전력 요금이 과도하게 오를 것을 우려한 스페인 정부는 전력망에 지출하는 금액을 제한했고, 그 결과 인프라가 새로운 에너지원의 특성을 감당하지 못하는 상황이 초래된 것이다.
연료가 필요하지 않은 태양광·풍력과 같은 재생에너지의 발전 비용은 이제 매우 저렴해졌다. 하지만 변동성이 높은 재생에너지를 감당할 수 있는 전력망에 대한 적극적인 투자 없이는 전력망 붕괴라는 큰 사태를 겪을 수 있다는 걸 스페인 대정전은 명확히 보여줬다. 이번 스페인의 사태는 우리나라에도 중요한 교훈을 준다. 우리나라는 최근 확정된 제11차 전력수급기본계획에서 2038년까지 재생에너지 발전 설비 용량을 현재의 4배에 이르는 121GW로 확대하는 것을 목표로 하고 있다. 당연히 이에 상응하는 대규모 전력망 투자가 필요하다. 그러나 205조원에 이르는 막대한 부채를 지고 있는 한전이 이에 필요한 충분한 여력을 갖고 있는지는 의문이다.
재생에너지의 장밋빛 미래를 많은 이가 이야기한다. 그러나 반드시 필요한 전력망 투자에 대한 논의는 부족하다. 미래 전력망 구축에 필요한 재원을 어떻게 마련할 것인지, 그 비용은 누가 부담할 것인지에 대한 사회적 합의가 시급하다. 아무리 좋은 재생에너지라도 그것을 안정적으로 공급할 수 있는 전력망 없이는 국가적 재앙을 초래할 수 있다. 돈키호테가 풍차와 싸우듯 우리도 현실을 직시하지 않는다면 우리의 도전은 언제든 좌절될 수 있음을 명심해야 할 것이다.
한국, 재생에너지 과잉공급으로 전력망 불안 우려
대용량 ESS 시급하지만 화재·비용 문제로 주춤
재생에너지 확대로 인한 전력망 불안 문제는 먼 나라의 이야기로 여겨지지만 우리나라에서도 점점 가능성이 높아지고 있다. 다양한 규모의 재생에너지 발전 시설이 증가하고 있지만 수도권을 제외한 지역의 전력 수요는 제한적이다. 그래서 과잉 공급에 따른 전력망 불안이 우려되고 있다. 특히 냉난방 전력 수요는 크지 않지만 재생에너지 공급이 증가하는 봄철이 문제가 되고 있다.
전력 공급 과잉으로 인한 문제를 막기 위해 전력거래소는 재생에너지에 대한 출력 제한을 통해 발전량을 통제하고 있다. 또한 재생에너지에 대한 출력 제어로 부족할 경우 원자력발전까지 출력을 조절하도록 하고 있다. 올해 1분기에만 33GW 규모의 출력 제어가 실시됐다. 시설 용량만큼 발전을 하지 못하는 발전 사업자들은 수익에 타격을 입어 불만이 커지고 있다.
산업부는 3월 1일부터 석 달을 2025년 봄철 경부하기(전력 수요가 낮은 기간)로 지정하고 관리에 나서고 있지만 갈등과 불안은 커지고 있다. 2023년 감사원은 당시 제주도에서 시행되고 있던 출력 제한 조치가 2026년부터 제주도 이외의 지역에서 실시될 것으로 전망했다. 하지만 그보다 앞선 2024년 4월 전남 지역에 출력 제한이 시작됐고, 올해에는 강원·충남 지역으로 범위가 넓어지고 있다.
송전망을 책임지고 있는 한국전력은 재생에너지로 인한 광역 정전 발생 예방에 주력하고 있다. 주파수 하락 시 태양광발전소 대다수가 발전을 중단해 광역 전력망 붕괴가 나타나는 것을 막기 위해 인버터 성능 개선 사업을 진행하고 있다. 인버터는 태양광 패널에서 만들어진 직류를 전력망에 맞춰 교류로 바꿔주는 장치다. 인버터는 전력망 주파수가 일정 범위에 있을 때만 작동하고 주파수 급변동 시에는 가동을 멈춤으로써 전력망 붕괴를 가속화시킬 우려가 있다.
성능 개선 사업은 저주파수 상황에서도 계속 발전을 할 수 있도록 인버터 소프트웨어를 개량하는 것이다. 태양광을 비롯한 재생에너지 확대로 인한 전력망 불안을 근본적으로 막기 위해서는 대용량 배터리 저장 시스템(ESS) 도입이 필요하지만 국내에서는 화재와 비용 문제로 주춤한 상태다.
[그래픽] 스페인의 전력 생산 구조 / 스페인의 주요 재생에너지 발전량 추이
[그래픽] 스페인 대정전 순간 전력 수요량 기고자 : 최준영 법무법인 율촌 수석전문위원
장르 : 고정물
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