‘신재생에너지의 황금시대’를 위한 6가지 아이디어

GE에너지컨설팅의 닉 밀러(Nick Miller) 수석 테크니컬 디렉터는 ‘신재생에너지의 황금시대’가 온다고 믿어 의심치 않는다. 업계에서도 자문 역할을 하며 실천적인 견해를 제시하고, 매일 ‘열정적으로’ 논의를 펼치고 있는 닉 밀러. GE리포트에서 ‘신재생 에너지의 황금시대’를 현실화하는 데에 도움이 될 그의 견해를 소개한다.

1. 혁명에는 실패가 따른다

지난 15년간 저는 다양한 연구 프로젝트의 총괄을 맡아왔습니다. 그 동안 이 세계와 전력 산업은 눈이 휘둥그래질 만큼 급격한 변화를 이뤘습니다. 하지만 모든 일이 전부 잘될 리는 없습니다. 실패하면 ‘이런 일을 할 때가 아니다’라고 말해버리기 십상이지만, 그렇게 끝내면 아무것도 해결되지 않습니다. 중요한 것은 그 실패에서 무엇을 배우는가라는 점입니다.

닉 밀러는 ‘지금 가지고 있는 것들을 재검토하고 활용하는 것이 가장 경제적이다’라고 말한다.

2. 전력계통에 풍력과 태양광발전을 포함하려면 유연성이 필요하다

전력 소비량은 시간대에 따라 변동하기 때문에 확실한 예측은 불가능합니다. 또한 바람과 일조량의 변화 역시 예측할 수 없기에 신재생에너지의 발전량도 불안정합니다. 따라서 전력 계통의 모든 요소는 신속한 대응이 가능해야 합니다. 업계에서 쓰이는 말로 표현하자면 ‘유연성’이 필요하다는 것입니다.

그래서 다른 방식의 발전시스템이 중요합니다. 가스터빈을 예로 들어보죠. 기존에는 터빈 가동까지 1시간이 걸렸지만, 이제는 수십 분 안에 가동할 수 있어 발전량을 즉시 높일 수 있습니다. 또한 다음 피크타임에 대비해 출력을 제어하고 대기하거나, 바람이 강해지거나 태양이 구름에서 얼굴을 내밀 때 빠르게 출력량을 내리는 등 운영의 유연성이 요구됩니다. 이런 분야는 GE가 강점을 가지고 있으며, 특히 최근 출시한 제품들은 눈부신 성공을 거두고 있습니다.

가장 중요한 사실은 유연성이 기술에만 한정되는 것이 아니라 관련된 제도나 정치, 사업의 운영에도 필요하다는 점입니다.

3. 개발에는 마스터플랜이 필요, 적합한 지역을 확보해야 한다

풍력발전에 적합한 후보로 언급되는 장소는, 일반적으로 전력망에 접근하기 어렵고 송전 인프라가 정비돼 있지 않은 경우가 종종 있습니다. 미국 텍사스 주는 이런 사실을 인식하여, 여러 사람의 의견을 수집하고, 각종 데이터를 충분히 분석한 후 몇몇 특정 지역에 대해 ‘이 지역은 훌륭한 풍력 자원이며, 향후 개발될 토지다’라고 발표했습니다.

그 다음 공적 자금을 확보하고, 송전 경로를 결정해 허가를 얻고, 바람이 많이 부는 후보 지역에 송전선을 설치했습니다. 결과는 대성공이었습니다. 풍력발전 사업자가 속속 등장해, 송전선을 이용하게 되었습니다. 텍사스 주는 지방세를 투자해 개발을 진행했었는데요, 결국 개발 비용을 회수했을 뿐만 아니라, 15기가와트(GW)나 되는 신재생에너지를 확보할 수 있게 됐습니다.

4. 현재 가지고 있는 것들을 재검토하고 활용한다

하와이 주 정부는 화석연료를 사용하는 발전소를 신규로 건설할 수 없다는 입장을 밝혔습니다. 앞으로 하와이에 건설되는 모든 발전소는 신재생에너지를 이용해야 한다는 의미입니다. 화석연료를 사용하는 화력발전소를 보유 중인 HECO(하와이 전력회사, 링크)는 GE와 협력하여 화력발전소 운영을 크게 변화시키는 방법을 생각하기 시작했습니다.

출력조정은 발전소에게 골치 아픈 일입니다. 해가 저물고 바람이 불지 않는 경우에도 대응할 수 있는 충분한 성능을 확보해 둬야 합니다. HECO는 자사 설비를 면밀히 조사해 발전소의 조정 능력을 결정하고, 자사의 발전 설비가 충분한 출력 조정을 유지할 수 있도록 규제 당국에 문의했습니다. 바람과 태양의 약점을 보완하기 위해서는 유연한 운용이 가능한 화력발전이 필수적이며, 온실가스 배출을 최소화하기 위한 투자가 필요하다는 HECO 의 제안에 하와이 주정부도 납득하고 투자에 합의했습니다. 그 결과, HECO는 오아후 섬의 전력 출력조정 능력을 5배 향상시킬 수 있었습니다. 즉, 분당 발전량을 5배로 높일 수 있게 된 것입니다.

이런 일은 결코 하루아침에 진행되지 않습니다. 때로는 제도적인 뒷받침이 필요합니다. 또한 기술 협의에 자금과 재정을 감독하는 사람의 참여도 중요합니다.

5. 문제가 무엇인지 지속적으로 엄격하게 확인한다

에너지저장에 관해 저는 긍정적이지만, 신중하자는 입장입니다. 전력 그리드가 유연해지는 가장 경제적인 방법이 에너지저장 기술을 활용하는 것이기 때문입니다.

풍력발전과 태양광발전을 보급하면 할수록 에너지 저장은 중요해집니다. 기존 발전소가 노후하면 더욱 중요해질 것입니다. 이와 함께 에너지저장 시설의 단가 비용도 낮아질 것입니다.

냉정하게 인식해야 할 사항도에너지 관리, 파워, 상상 있습니다. 에너지를 아무리 많이 저장해도 전력은 생성되지 않는다는 사실이죠. 전력은 경제를 움직이는 중요한 요소입니다. 전력을 저장하면 변동을 완화하고 전력 수요의 피크를 실질적으로 분산시킬 수 있는 등 많은 장점이 있지만, 여기에는 비용이 든다는 사실을 잊어서는 안됩니다.

6. 운전 상태에 주목하고, 운영에 변화를 줄 메커니즘을 갖춘다

텍사스 주는 전력 그리드를 엄격하게 운영하고, 모든 풍력발전소에 높은 성능을 요구하고 있습니다. 예를 들어, 텍사스전기신뢰성위원회(ERCOT)는 모든 풍력발전소에 1차 주파수 응답 기능을 추가시키는 조건을 규정했습니다. 이것은 계통 주파수의 편차에 따라 출력을 현지에서 자율적으로 변경하는 기능입니다. 당시는 어떤 표준 방법이 없었지만, ERCOT는 이 기능이 필요하다고 생각했습니다.

텍사스 주의 사례에서는 처음엔 이 변화를 환영하지 않았던 발전 사업자도 있었습니다. 그러나 결국 상대적으로 적은 비용을 들여 이 기능을 추가할 수 있었고 그 결과 전력 그리드가 전체적으로 잘 작동하고 있습니다. 풍력발전의 주파수 응답과 조정 능력은 현재 아주 일반적인 기능이 됐습니다.