배성환 한국전력공사 전력연구원 원장
2018년, 대한민국 에너지의 미래는?
[에너지신문] 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 디지털 기술의 혁신적 진보에서 비롯된 제4차 산업혁명이 융복합 및 개방형 플랫폼을 통한 초지능·초연결 사회로의 변화를 가속하고 있는 가운데 제4차 산업혁명으로 인한 전력 에너지산업의 패러다임도 크게 변하고 있다.
범지구적 메가트랜드가 전력에너지산업에 미치는 영향으로부터 미래 사회와 전력에너지산업이 갖게 되는 아젠다를 생각해 보고 2018년 전력 에너지산업이 나갈 길을 조금이나마 들여다 봤다.
◆4차 산업혁명기술 전력산업 접목
발전, 송변전, 배전 분야는 감시, 진단, 운영, 예지, 유지 정비의 효율성 향상 및 노후화 대응이 필요하다. 이를 위해서는 사물인터넷 등 주변의 모든 정보를 수집해 디지털화하고 유용한 정보를 분류 저장 가공한 후 학습을 통해 스스로 사고하는 인공지능 기술이 전력산업에 적용돼야 한다.
사물인터넷, 빅데이터를 기반으로 한 인공지능 기술은 전력분야 및 산업 현장에서 정확한 진단, 예측, 감시 등 다양한 부분에 활용될 것이며 문제해결과 생산성 향상을 위한 범용기술로 이용될 것이다.
전력분야에서 혁신기술 응용서비스를 개발하기 위해서는 정보·통신 기술, 수리·통계 예측기술 등 다양한 분야의 기술을 수용할 수 있는 협력모델과 신사업 모델의 가치사슬 구축을 필요로 한다. 관련 생태계 구축을 위해 현재 국가적 차원에서 많은 노력을 기울이고 있으며 산학연 협의체를 통해 기술개발을 선도하고 있어 국제적 기술 우위를 확보할 수 있을 것으로 기대된다.
◆기후변화 대응
정부는 미세먼지 저감을 위해 노후 석탄발전 폐지, 기존 석탄발전의 환경설비 개선, 건설 중인 석탄발전소에 강화된 배출규제 적용, 공정률 10% 미만의 경우 LNG 발전설비로 전환을 유도하고 있다.
천연가스는 화석연료 중 유일하게 저탄소 배출요구에 효과적으로 부응할 수 있는 발전연료이다. 세계 전력산업의 추세와 정부의 에너지전환 정책을 고려하면 국내에서도 가스복합발전은 석탄 및 원자력의 역할을 대체, 발전량이 증가할 것으로 전망된다. 가스복합발전은 원자력 및 석탄 등에 비해 기동시간이 짧은 유연한 전원으로 수요에 대한 응동력이 뛰어나 신재생에너지의 간헐성 발전을 보완하고 전력계통의 안정성을 확보하는 역할을 수행할 수 있다. 하지만 천연가스의 발전단가는 원자력 및 석탄 등에 비해 높다. 수입에 의존하는 천연가스의 수급특성이 세계적인 저유가 상황 및 수송로 단축 등으로 인해 호전되고 있다. 향후 시베리아 가스전과 연결된 파이프라인 구축 등을 통해 경제성 확보가 가능하다.
◆신재생에너지 확대
IEA에 따르면 2040년 에너지 수요의 20%를 신재생에너지가 담당할 것으로 예상된다. 글로벌 신재생발전 설비용량은 2014년 대비 2.8배 성장, 전체 발전설비의 46%를 차지할 것이다.
발전단가가 가장 낮은 풍력발전이 2009년까지 신재생에너지 누적 설치량의 60%를 차지하며 신재생 산업을 주도했으나 2010년대부터 태양광의 설치량이 비약적으로 증가해 2020년 이후 풍력을 추월, 향후 신재생에너지 산업의 성장을 이끌 것으로 전망된다.
신재생 확대를 위해 태양광 발전은 입지제약을 해소하기 위한 고효율 태양전지와 투명 태양전지 기술이 필요하며 풍력발전은 내륙의 입지확보 어려움과 풍력자원 부족으로 해상풍력이 증가되고 단위 설치용량은 대형화될 것이다.
미래의 전력망은 일반 수용가나 산업체 요구에 부응할 수 있는 양질의 전력품질을 공급할 수 있어야 하고 신재생에너지원 등 분산형 전원을 수용할 수 있어야 한다. 신재생에너지는 간헐성과 변동성 및 부분적 예측 불가능성을 가지고 있으며 지역 의존적이다. 이러한 특징은 신재생 연계 과정에 발전설비 소유자 및 계통 운영자에게 어려움을 안겨 준다. 신재생 자원을 전력계통에 연계하기 위해서 재래식 발전을 포함해 계통 여러 부분에 영향을 미칠 수 있는 설비들을 관리할 필요가 있다.
천연가스, 저유가·파이프라인으로 경제성 확보
분산전원 확산, 전력 생산·소비 이원화 구분 없애
◆에너지신산업 촉진
기존 전력시장은 대규모 투자와 장기적인 투자회수, 일방향 중앙공급 시스템, 전력 생산자와 소비자가 분리된 이원화된 특성 보유하고 있으나 분산발전 확산으로 산업구조가 변하고 있다.
점차적으로 태양광 발전, 수요반응, ESS기반 에너지 저장 및 재사용 등 자가설비 기반 분산발전의 확대로 중앙집중식 전력 공급에 대한 의존도가 감소하고 다양한 이종 사업자가 참여하는 융합 생태계로 발전할 것이다.
전력의 발전-분배-소비에 이르는 전 가치사슬에서 신규기업의 등장과 시장 참여기회가 확대돼 발전설비 없이 전력을 공급하는 가상발전소, 수요반응 서비스 등 하드웨어 인프라 없이 수요 공급을 엮는 플랫폼 생태계가 부각될 전망이다.
전력은 그 자체가 독립적 상품으로 인식되고 사용량에 따른 요금부과 모델이 수익 모델이었으나 점차 전력 자체보다 데이터 가치가 높아지고 있다. 향후에는 다양한 파생 서비스 모델이 등장하고 기업 간 플랫폼 경쟁이 심화되어 시장 선점을 위한 전략적 협력이 확대될 것으로 보인다.
에너지 프로슈머는 소비자가 에너지를 소비하는 동시에 생산하는 활동까지 포함한다는 합성어다. 에너지 소비자가 공급 회사로부터 에너지를 공급받아서 소비하기만 하던 시대에서 이제는 에너지를 생산하는 소비자로 변화되면서 나타난 개념이다. 전력산업에 정보통신기술이 적용되고 지능형원격검침 인프라(AMI)가 설치되면서 소비자가 에너지 사용정보를 통해 적극적으로 에너지 소비를 관리하고 직접적 생산까지 참여할 수 있는 기반이 마련됐다. 에너지 프로슈머는 에너지 소비자의 변화를 바탕으로 에너지 수급체계에 영향을 미치고 있다. 소비자가 직접 신재생에너지, 특히 태양광 발전설비를 중심으로 설치하고 생산한 전력을 소비, 저장, 판매까지 할 수 있도록 여건이 변화되고 있는 것이다.
◆동북아 슈퍼그리드 구축
몽골의 태양 및 풍력에너지 그리고 러시아의 수력과 천연가스 에너지를 동북아 국가가 함께 사용하고 전력에너지 공급의 안정성을 증대시키기 위해 1990년대부터 동북아 슈퍼그리드의 구상이 제안됐으며 이는 지속적으로 논의돼 왔다.
최근 기후변화 대응, 에너지 안보 및 가격 안정화 등의 이슈에 의해 동북아 슈퍼그리드에 대한 논의가 활발해지고 있는 가운데 한국, 중국, 일본, 러시아 그리고 몽골이 함께 참여하는 공동연구도 추진됐다.
동북아 슈퍼그리드를 구성하기 위해 장거리 대용량 전력수송 기술, 특히 초고압직류송전이 필요하며 해저케이블의 설치 및 유지보수 등 관련 기술의 개발이 필요하다. 또한 국가 광역전력망 감시, 운영 및 국가 간 전력거래시스템이 필요하며 리스크 평가, 관리 기술의 중요성이 부각되고 있다.
거대한 규모의 동북아 슈퍼그리드는 각 국가의 정치, 경제적 이해가 복잡하게 상호작용하는 사안으로 그 추진과정 또한 순탄하지 않을 것으로 예상된다. 하지만 동북아 슈퍼그리드의 효과가 매우 클 것으로 기대되기 때문에 기술적인 논의는 계속돼야 한다. 이를 위해 당사국간 사업 비전과 목표를 명확하게 하고 이를 위해 요구되는 기술개발을 추진할 필요가 있다.
◆4차 산업혁명의 핵심은 ‘지식과 기술’
해마다 빨라지는 현대 사회의 변화와 그것으로부터 발생하는 정치적, 사회적 현상과 이런 현상에 대한 해결책으로 제시되는 모든 것들을 포용하고 있는 키워드는 제4차 산업혁명이다.
사회를 더욱 편리하고 풍요롭게 만드는 동시에 더 깨끗한 환경에서 더 나은 삶을 영위할 수 있도록 하자는 4차 산업혁명의 핵심은 바로 ‘지식과 기술’이다. 물론 커다한 변혁과 혁신을 가져오는 새로운 지식과 기술을 찾아내는 것이 중요하지만 그 못지않게 대학, 연구소, 기업 등 사회 전반에 걸쳐 단편적으로 존재하는 지식과 기술을 하나로 모아 융합하는 것 역시 지식과 기술의 새로운 효용을 만든다는 측면에서 중요성을 갖는다.
지식과 기술의 새로운 발견은 현실 인식으로부터 출발한다. 그렇기에 우리는 아젠다를 공유하고 이를 합리적으로 해결하기 위한 지식을 모색하고 기술을 탐색할 필요가 있다. 우리가 처한 현실에 대한 이해의 공유를 통해 2018년에도 전력 에너지산업이 미래를 향해 한 걸음 더 발전해 나아가길 바란다.