태양광, 풍력 등의 재생에너지는 기상 상황에 따라 전력 생산량이 달라지는 간헐성의 문제를 안고 있다. 재생에너지 발전 비중이 증가할수록 전력계통의 불안정성이 증가할 수밖에 없다. 재생에너지 전력이 사용되지 않고 그냥 버려지는 이유다. 변동성이 큰 재생에너지의 효율적인 활용과 안정적인 계통 운영을 위한 연구과제가 착수됐다. 수소가 이번 연구의 한 축을 차지한다. 2회에 걸쳐 이번 연구의 주요 내용과 기대효과를 짚어본다. <편집자주>
버려지는 전력을 활용하기 위한 움직임이 일고 있다. 지난해 11월 출범한 ‘섹터커플링 융합연구단(이하 SCI융합연구단)’이 대표적이다.
섹터커플링은 재생에너지 잉여전력을 다른 형태의 에너지로 변환·저장해 활용하는 기술이다. 대표기술로는 잉여전력을 열에너지로 전환하는 P2H(Power to Heat), 가스(수소·메탄)로 전환하는 P2G(Power to Gas)가 있다. 또 전기차를 전력망과 연결해 배터리의 남은 전력을 이용하는 V2G(Vehicle to Grid) 기술도 있다. 전기차를 ESS(에너지저장장치)로 활용해 주행 중 남은 전력을 건물에 공급하거나 판매하는 식이다.
섹터커플링은 잉여전력에 대한 해소방법으로 떠올랐다. 잉여전력은 태양열·태양광·풍력 등 재생에너지에서 생산한 전기를 활용하지 못하고 남은 전기를 말한다. 전 세계적으로 재생에너지 수요가 올라가면서 자연스레 잉여전력도 늘어나는 추세다. 한국전력공사 자료에 따르면, 2021년 기준 10kW 이하 태양광 발전설비 설치 후 이월 누적 잉여전력량이 20만MWh를 넘어선 것으로 집계됐다. 4인 가구 월평균 전기사용량이 307kWh라는 점을 감안하면 약 65만 가구가 한 달 동안 사용할 수 있는 양이다.
잉여전력이 발생하면 경제적 손실이 생길 뿐만 아니라 전력계통 주파수를 상승시켜 안정성이 떨어질 가능성이 있다. 전력계통은 전력 생산자가 소비자에게 전기를 공급하기 위한 일련의 과정을 말한다.
국내에서 잉여전력이 가장 많이 발생하는 지역은 제주도다. 발전제한도 빈번하게 발생하고 있다. 전력의 공급이 수요보다 많을 때 전력 당국은 발전을 정지시킬 수 있는데, 이를 ‘발전제한(curtailment)’이라고 한다.
제주도에서는 2017년 이후 재생에너지의 간헐성에 따른 발전제한 횟수가 매년 증가하고 있다. 2022년에는 풍력 104회, 태양광 28회 등 총 132회, 지난해에는 상반기에만 133회가 발생했다. 전문가들은 이 속도대로라면 2030년 제주도 재생에너지 예상 발전량의 40%까지 발전제한이 발생할 것으로 추정하고 있다.
발전제한 문제가 심각해지면서 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 상황이 됐다. 실제로 2020년에 한국에너지기술연구원 제주글로벌연구센터에서 사전기획 과제를 수행하며 연구단 발족이 구체화됐으며 지난해 11월에 SCI융합연구단이 출범했다.
SCI는 ‘Sector Coupling & Integration’의 약어로, 에너지 공급부문에서 수요부문으로 바로 연결되지 않는 전력(전기)을 수요부문에서 순간적이고 직접적인 수요가 있는 비전력(열·가스·물·에너지 등)으로 변환·저장하는 기술이다. 이 기술은 공급·수요부문을 효율적으로 연결해 에너지를 최대한 효과적으로 활용할 수 있도록 돕는다.
SCI융합연구단은 탄소중립 사회로 대전환을 위해 재생에너지의 간헐성에 기인한 발전제한 문제, 에너지 손실 문제에 대한 선제적인 해결책을 마련하는 것을 목표로 한다. SCI융합연구단 관계자는 "연구단 발족이 친환경 에너지 사회로의 전환에 기여할 것"이라고 밝혔다.