전력망 시스템의 유연성과 효과

전력망 시스템의 변화
존 뮤어는 시에라네바다를 탐험한 첫 여름, 일기에 "우리가 어떤 것을 그 자체로 골라내려고 할 때, 그것이 우주의 다른 모든 것과 연결되어 있다는 사실을 깨닫는다"라고 썼다. 한 세기가 넘도록 사람들은 이 인용구를 활용해 생태계의 상호 연결성과 음식에서부터 교통 체계에 이르는 모든 것의 전 지구적 파급 효과를 설명해왔다. 이 인용구는 또한 전 세계의 85퍼센트가 의존하는 전력 생산, 송전, 저장 및 소비 등이 역동적으로 얽혀 있는 전력망의 본질을 설명하는 데도 유용하다. 글로벌 에너지 전환이라는 문구는 보통 화석연료에서 재생 가능한 청정에너지원으로의 대대적인 전환을 설명하는 데 점점 더 많이 사용된다. 이런 공급원의 변화가 온실가스 배출에 관한 문제의 핵심이긴 하지만 더 광범위한 변화, 그것은 바로 전체 전력망 시스템의 변화다.
전력망 유연성의 필요성
일부 재생에너지 전력의 공급원은 지열 증기, 급류 또는 연소된 바이오매스 등 화석연료로 생성된 전기와 유사한 항상성을 가진다. 그러나 바람과 태양으로부터 전기를 생산하는 일은 간헐적으로 시도된다. 매일의 리듬이 있고 바람이 변화하기 때문에 분마다, 날마다, 계절마다 달라진다. 예를 들어 독일의 11월은 바람도 적게 불고 햇볕도 약하기로 유명하다. 따라서 다른 곳에서 여분의 에너지를 얻어야 한다. 이런 가변성 외에도 태양열 및 풍력 발전의 규모는 중앙집중식 유틸리티 규모에서 지붕형 태양광과 같은 소형 분산 시스템까지 실로 다양하다. 지열을 전력망에 통합하는 것은 표준적인 절차이지만, 풍력은 사용되도록 설계되지 않았다. 전 세계의 유틸리티 기업과 규제 당국은 이 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 급변하는 환경에서 전력망은 어떻게 전기 공급과 일반 사용자 수요를 최상으로 조율하면서 불도 켜고 비용도 억제할 수 있을까?
답은 유연성이다. 전력 공급이 압도적으로 또는 전체적으로 재생 가능하게 이루어지려면, 전력망의 적응성이 제고되어야 한다. 미국 캘리포니아, 덴마크, 독일 및 남부 호주와 같은 재생에너지 통합의 선두 주자들은 전력망 유연성이 다양한 측정에서 기인하며, 장소마다 다르게 보인다는 것을 알려준다. 매립지에서 포집된 메탄과 같은 비가변적 재생에너지는 풍력발전과 태양광발전을 보완하는 귀중한 보완재다. 특히 대형 수조에 여분의 열을 저장할 경우, 열병합발전소에 신속히 접근할 수 있다. 오랜 역사의 양수발전부터 용융염과 압축 공기 같은 새로운 기술에 이르기까지 다양한 유틸리티 규모의 저장 수단이 점점 더 중요해질 것이다. 스마트 온도조절장치와 가전제품 등의 수요 반응 기술은 전력 수요가 많은 시간을 피하기 위해 전력망에서 소비자의 에너지 소모를 실시간으로 조정할 수 있다.
전송과 분산 네트워크는 유연하면서도 강력해질 필요가 있다. 전력망 연결이 더 넓은 지역에 걸쳐 있는 경우, 더 큰 패턴의 바람과 햇빛을 모을 수 있다. 공기가 어떤 곳에서는 정체되어 있다면, 다른 곳에서는 움직이고 있을 것이다. 따라서 언제든지 재생에너지의 총 결과물은 덜 가변적이다. 스페인에서는 전력망 업체인 레드 일렉트리카 데 에스파냐가 그 나라의 거의 모든 풍력 생산을 관리한다. 전사적으로 작업한다면, 총 15분 안에 풍력을 특정 수준으로 조절할 수 있다. 서북 유럽에서와 같이 인접 전력 시스템과 상호 연결되면 생산 파급 효과 및 예비 전력 공급도 추가적으로 가능하다.
유연성에 도움이 되는 다양한 운영 방식이 있다. 풍력과 태양 발전처럼 기후와 전기 발전이 병행될 때, 예보와 예측은 유틸리티 기업의 가장 중요한 도구가 될 수 있다. 덴마크에서는 여전히 하루 앞서 예측이 이뤄지지만, 실시간으로 업데이트된다. 예보를 낮과 밤에 생성된 실제 풍력과 비교하면 예측성은 지속적으로 개선된다. 전력망 사업자는 사전에 발전 예정 범위와 생산 부문별 기간을 조정할 수 있다. 필요한 경우 공급자에게 전력 생산을 줄이도록 요구할 수 있으며, 과잉 생산을 억제하기 위해 마이너스 가격을 사용할 수도 있지만, 그런 조치는 경제적으로 바람직하지 않을 수 있다.
전력망 유연성의 효과
전력망 유연성은 복잡하고 역동적인 시스템이며, 전 세계적 규모에서 모든 국지적 요인을 설명하는 것이 거의 불가능하기 때문에 여기서 모델링하지 않는다. 그러나 가변적 재생에너지원이 25퍼센트 이상의 발전 점유율을 달성하려면, 전력망 유연성이 필요하다. 이 솔루션으로 인한 배출 감소는 전력망 유연성 없이는 최대 잠재력에 도달할 수 없는 가변적 재생에너지 솔루션에 반영된다.