일상에 파고든 에너지 신산업의 급부상읽음

주영재 기자
지난 5월 16일 경기도 성남 판교 그리드위즈 사옥에서 류준우 그리드위즈 사장이 경향신문과 인터뷰하고 있다.  / 우철훈 선임기자

지난 5월 16일 경기도 성남 판교 그리드위즈 사옥에서 류준우 그리드위즈 사장이 경향신문과 인터뷰하고 있다. / 우철훈 선임기자

“우리는 전기 사용량과 재생에너지 발전량을 추적·예측하는 데서 출발했다. 이 2개를 매칭하는 역할, 그리고 궁극적으로는 둘 사이에 빈 공간이 생겼을 때 배터리를 사용해 충분히 채워주는 일을 하고 있다.” 지난 5월 16일 경기도 성남 판교 그리드위즈 사옥 1층에 있는 거대한 모니터 앞에서 류준우 그리드위즈 사장이 사업의 개요를 설명했다. 모니터에는 고객사로 등록된 업체들의 에너지저장장치(ESS) 운영 상태와 재생에너지 발전 현황, 수요관리 서비스 상태 등이 실시간으로 반영되고 있었다. 사옥에는 전력망 주파수 측정 장비가 있어 전력수급 상황을 모니터링할 수 있다.

류 사장은 “ESS의 충·방전 데이터를 평가해 최적의 알고리즘으로 운영하고 있는지, 이상이 발생하면 가동을 중단해 점검할 수 있도록 모니터링하고 있다. 수요관리의 경우 1000개 정도의 산업체를 관리하는데 모든 공장을 일일이 분석할 수 없어 시스템이 일차적으로 파악하면 전문가들이 보완분석을 하고 있다. 시간대별로 RE100 달성 현황을 파악할 수도 있다”고 설명했다. ESS와 전기차 배터리, 사업체 전력 사용을 효율적으로 관리하는 소프트웨어 기술이 돋보였다.

데이터 분석과 인공지능, 사물인터넷 등 정보통신(IT) 기술과 결합해 에너지의 활용 가치를 높이고, 전통 전력 산업과 재생에너지 발전을 연계하는 에너지 신산업이 부상하고 있다. 전력망은 대형 발전소가 중앙 집중 방식으로 전력을 공급하던 방식에서 태양광과 풍력, ESS가 결합한 분산형 방식을 끌어안는 방향으로 변화를 맞고 있다. 에너지 신산업은 기존 전력 산업의 약점을 해소하고, 재생에너지가 연착륙할 수 있는 기회를 제공한다. 예를 들어 전력의 최대 수요에 맞추기 위해 거대한 발전소를 짓는 대신 남는 전기를 전기차의 배터리나 ESS 등에 저장해 전력 공급이 부족해질 때 이 전기를 꺼내 쓰면 낭비를 줄일 수 있다. 재생에너지를 ESS·전기차 배터리와 연계하면 날씨와 계절에 따라 발전량이 변동해 생기는 문제를 해소할 수도 있다.

일상에 파고든 에너지 신산업의 급부상

■플러스DR 등 에너지 신산업 부상

2013년 3명이 창업한 그리드위즈는 지난해 연결매출이 1100억원을 넘는 규모 130명의 덩치 있는 스타트업으로 성장했다. 전기·에너지 전문가는 물론 인공지능과 데이터 분석, 수학과 통계 분야의 전문가가 함께 일하고 있다. 공동 창업자인 류 사장은 “에너지 산업은 자본집약적이라 기술을 기반으로 에너지 전환에 필요한 사업을 고민한 결과 수요관리, ESS와 태양광 등 재생에너지 발전을 제어하는 통신, 전기차 충전 제어 통신 이 3가지를 핵심이라고 생각하고 창업했다”면서 “그때와 지금의 사업 분야는 같지만 에너지 산업이 바뀌어야 한다는 인식이 커지고 시장이 열리면서 사업 환경은 훨씬 좋아졌다”고 말했다.

에너지 신산업의 역량이 종합적으로 나타나는 분야는 전력수요관리다. 수요관리는 소비자의 전기 사용 패턴을 변화시켜 최소의 비용으로 전기에너지 수요를 충족시키기 위한 모든 활동을 말한다. 수요관리로 전력수급의 안정을 꾀하고, 에너지 사용을 억제해 사회 전체의 환경·자원 부담을 줄일 수 있다. 전력은 생산과 소비가 일치해야 안정적인 주파수를 유지할 수 있다. 전력 생산이 소비보다 많거나 적어지면 주파수 변동이 심해지면서 전력망에 물린 전기 관련 설비가 영향을 받는다. 심하면 발전소 파손을 막기 위해 정전을 해야 한다.

결국 수요관리는 공급이 부족할 때 수요를 줄이고, 공급이 넘칠 땐 늘리는 방식으로 이뤄진다. 재생에너지가 확대되면 전력 공급의 변동성이 커질 수 있어 유연하고 빠르게 응답할 수 있는 수요관리 자원이 더 중요해진다. 최근 수년간 제주를 중심으로 재생에너지 발전을 전력망이 수용하지 못해 출력을 제한하는 횟수가 늘면서 해결 방안의 하나로 플러스DR(Demand Response) 제도를 지난해 3월부터 시행했다. 자발적인 수요 증대로 전력 수요와 공급의 균형을 맞춰 전력계통의 안정성을 강화하는 제도다.

그리드위즈는 2020년 12월 전기차를 활용한 수요관리 충전서비스인 ‘스카이블루’를 선보였는데 이를 토대로 최근 제주에서 제주시, 한전과 함께 플러스DR 시범사업을 시작했다. 사업에 참여하는 전기차 소유주들은 플러스DR 참여 충전기에서 미리 공지된 플러스DR 시간에 충전하고, 이후 해당 시간대 제주의 계통한계가격(SMP·발전사의 전력판매 가격)에 따라 보상을 받는다.

에너지 신산업으로 가상발전소도 각광받고 있다. 에너지 IT 기업 인코어드는 인공지능을 활용해 소규모 분산 발전소를 통합 운영하고, 발전량을 예측해 ESS 운영을 최적화하는 서비스를 제공한다. 지난해 10월 전력거래소가 발전량 예측 정확도에 따라 보상을 주는 ‘신재생에너지 예측제도’를 만들면서 시장이 열렸다. 신재생에너지 예측제도는 중개거래사업자가 소규모 신재생 발전소를 집합자원으로 구성해 하루 전 그다음 날 발전량 예측값을 전력거래소에 제출하면, 그 정확도에 따라 인센티브를 받는 제도다.

지금은 인센티브만 있지만 내년부터 입찰제도를 실시하면 판매가 막히는 ‘벌칙’을 받을 수도 있어서 정확한 예측이 중요해졌다. 지난 5월 16일 만난 이세용 인코어드 상무는 “수많은 신재생에너지 자원을 관리하기 위해 가상발전소라는 제도와 기술을 적용해 자원을 집합화하고, 발전량 예측 정확도를 높여서 신재생 자원도 화력발전 같은 기존 급전(필요에 따라 출력을 늘리거나 줄이는) 가능 전력과 비슷한 방향으로 바꾸려는 변화가 일어나고 있다”고 설명했다.

이 상무는 “전력거래소의 예측제도에선 예측오차율이 8% 이하인 경우 태양광·풍력 발전량에 3~4원/kWh의 정산금을 준다. 전력판매대금의 1~2% 정도로 대단히 큰 수익이라고 보긴 어렵지만 입찰제도가 되면 용량요금으로 바뀌면서 재생에너지 용량을 확보한 만큼 인센티브를 받는다. kWh당 10~15원 정도로 예측정산금보다 높은 수준의 용량요금이 주어질 것으로 예상된다”고 말했다.

지난 5월 16일 서울 강남구 사무실에서 이세용 인코어드 상무가 인공지능을 활용한 발전량 예측 서비스를 설명하고 있다. / 박민규 선임기자

지난 5월 16일 서울 강남구 사무실에서 이세용 인코어드 상무가 인공지능을 활용한 발전량 예측 서비스를 설명하고 있다. / 박민규 선임기자

■전력과 모빌리티의 융합

이 상무는 “신재생에너지 비중이 높아지면서 수급의 불확실성이 정전을 야기할 여지가 있기 때문에 필수적으로 가야 하는 길”이라면서 “발전량을 예측하고, 전력거래소의 증감발 요청에 ESS와 (가정의 가전을 DR 요청에 따라 끄고 켜는) 가정용DR로 즉각 응할 수 있는 기술을 개발해 제도 시행에 맞춰 서비스할 계획”이라고 말했다. 그는 “VPP(여러 소규모 발전원을 하나의 발전소처럼 묶는 기술) 시장이 이미 활성화된 유럽과 미국만이 아니라 일본도 예측 정확도가 필요한 VPP 시장이 올해부터 시작된다”면서 “우리 기술이 해외 시장도 충분히 공략할 수 있다고 보고 시장 진출을 타진하고 있다”고 말했다.

전력이 모빌리티(수송), 수소, 열 등 다양한 형태로 뒤바뀌는 섹터 커플링도 활발해질 전망이다. 특히 에너지 저장매체로서의 전기차의 가치가 높아질 것으로 보인다. 류 사장은 “향후 전기차가 전력망과 연계되면(V2G·Vehicle To Grid) 전기차 배터리가 운송수단에서 나아가 에너지원으로서의 가치를 갖게 될 것”이라면서 “전기차를 활용한 가상발전소(VPP)와 같은 새로운 전력서비스 개발도 가능할 것”이라고 말했다. 수요관리와 ESS·배터리, 태양광, 양수발전과 수소 등 분산자원을 결합해 에너지 사용의 유연성과 효율성을 높일 수 있다고 강조했다. 그는 “유연한 자원이 되려면 전기 사용을 제어하는 수요자원 관리와 함께 전기를 저장했다가 사용할 수 있는 에너지저장장치의 확대, 그리고 정확한 발전량 예측과 제어가 가능해야 한다”고 설명했다.

전력과 운송(모빌리티) 산업의 융합은 풍력과 태양광의 간헐성 문제를 일소하는 동시에 전기차 유지 비용을 절감할 수 있다. 풍력발전은 수요가 가장 낮은 밤에 최대치를 보이고, 태양광은 수요가 상대적으로 낮은 정오에 최대 출력을 보인다. 전력 피크는 이른 저녁때다. 24시간 주기로 전력 공급이 수요 곡선을 정확히 충족하려면 한낮에 남는 전기를 저장해서 이른 저녁에 사용해야 한다. 이때 전력망의 유연성을 확보하는 가장 좋은 해법이 전기차 배터리다. 오전에 전기차로 출근해 회사에서 충전하면서 전력망의 남는 전기를 저장하고, 퇴근한 후 전기차 충전 전력을 가정에서 사용하면서 피크 때 수요를 줄이거나 전력망에 제공해 공급을 늘릴 수 있다. 현재는 전기차 충전 요금이 일반 가정용 전력보다 비싸 의미가 없지만 시장 변화에 따라 배터리 전기의 역전송은 언제든 가능한 미래다.

박형민 제주테크노파크 에너지융합센터 연구원이 5월 18일 사용후 배터리를 이용해 만든 에너지저장장치의 쓰임새를 설명하고 있다. / 주영재 기자

박형민 제주테크노파크 에너지융합센터 연구원이 5월 18일 사용후 배터리를 이용해 만든 에너지저장장치의 쓰임새를 설명하고 있다. / 주영재 기자

■사용후 배터리 재사용·재활용도 유망

전기차 배터리 보증은 대개 10년, 20만㎞이다. 제주테크노파크 에너지융합센터에 있는 243개의 사용후 배터리 중 ‘천수’를 누린 경우는 채 10%가 안 된다. 열의 아홉 이상은 사고로 폐차된 차에서 나온 배터리다. 마치 주차타워 같은 시설에 차곡차곡 쌓인 배터리는 모두 17개 차종에서 나왔다. 초기 전기차 모델인 현대 아이오닉과 르노삼성의 SM3 전기차가 다수를 차지한다. 지역 출연기관인 제주테크노파크의 에너지융합센터는 배터리에 특화된 연구소다. 제주 지역 전기차 배터리는 모두 이곳에 모여 재사용·재활용을 위한 성능검사, 안전성 검사를 받는다.

센터는 회수한 배터리 성능을 검사해 90% 이상의 성능을 보이면 친환경 선박 등 동적인 용도로 다시 만들고, 65% 이상의 수명이 남았다면 에너지저장장치 등 정적인 용도로 재활용한다. 지난 5월 18일 제주 첨단과학단지 내 에너지융합센터 연구실에는 모듈과 팩 단위로 사용후 배터리 성능을 점검하는 작업이 한창이었다. 박형민 에너지융합센터 연구원은 “제주는 산간 지역에 전기가 안 들어오는 곳도 있는데 전기차 배터리의 모듈을 재사용해 가로등을 만드는 실증사업도 벌이고 있다”면서 “빛 좋은 날 하루 충전하면 4일 정도 쓴다”고 설명했다. 모듈을 오토바이의 배터리로 사용해 10초 만에 완충된 배터리로 교환하는 형태로 상용화를 준비하고 있기도 하다.

센터 건물 옥상과 주차장 지붕에는 모두 태양광이 설치되어 있다. 이날 발전량은 정오에 가까운 시점에서 157kWh로 주차장 한쪽에 설치된 ESS를 4분의 3 정도 채울 수 있는 양이다. ESS는 SM3 배터리 9개를 모아 만들었는데 태양광으로 만든 전기를 저장했다가, 전기료가 비싼 시점에 사용하면서 전기료 절감에 큰 몫을 하고 있다. 쓰는 대로 낮에 계속 채우기 때문에 실제 용량의 몇 배를 사용할 수 있다.

전기차 보급 확대로 사용후 배터리가 늘면 재생에너지 발전과 ESS 산업에도 긍정적인 영향을 줄 수 있다. 그간 ESS용 배터리 가격이 비싸 확장이 더뎠기 때문이다. 사고 전기차 배터리의 경우 95%의 용량이 남았다고 해도 가격이 4분의 1 이하로 떨어진다. 박 연구원은 “전기차 사용후 배터리의 민간 거래가 허용되면서 민간이 전기차 사용후 배터리를 싸게 구입해 ESS 등의 용도로 활발히 활용할 것으로 예상된다”고 말했다. 박 연구원은 “출력제어로 제주 해상풍력 발전이 멈춘 경우가 많은데 사용후 배터리로 만든 ESS로 전력을 저장할 수 있다면 사용후 배터리 재제조, 재활용 등의 새로운 산업이 활성화될 수 있을 것으로 본다”고 말했다.

■전기료, 가치를 반영해야

에너지 신산업을 활성화하려면 가격 제도도 바꿀 필요가 있다. 새 정부가 전력판매 시장의 점진적 개방과 전기요금의 원가 반영 원칙 강화를 내세웠지만 중요한 건 실시간 시장의 성립이다. 그간 정부는 신재생에너지 입찰제도 도입과 함께 실시간, 보조 서비스 시장 개설도 준비했는데 이르면 내년 함께 도입될 전망이다. 실시간 시장은 시장가격을 기존 1시간에서 15분 단위로 단축해 가격을 세분화한다. 15분마다 전력시장을 개설해 비용 대비 효율적인 유연성 자원을 확보하려는 목적이다.

실시간 시장이 열리면 쌀 때 충전했다가 비쌀 때 파는 일종의 차익거래가 가능해진다. 빠르게 다량의 자원을 통합해 대응하려면 인공지능이 필수다. 주파수 조정을 잘하면 보상을 주는 보조 서비스 시장도 열린다. 이 상무는 “결국 전력 중개거래사업자가 VPP 사업자로서 이런 부분을 다 책임지면서 거래소와 거래하고, 개별 발전사업자는 중개거래사업자와 고정거래로 계약하는 형태로 시장이 바뀔 것”이라고 전망했다.

전기료 책정은 전기의 가치를 제대로 반영하는 방식으로 변해야 한다. 그간 가정의 수요감축이 제대로 이뤄지지 않은 건 애써 아껴도 어차피 전기료가 싸 큰 보상이 안 됐기 때문이다. 전력거래소가 가정용DR 시범사업으로 피크타임 때 참여 가구의 전력 수요를 13~17% 낮추는 큰 성과를 낸 것을 보면 제도 확대를 위해서도 전기를 아낀 데 따른 충분한 보상이 이뤄져야 한다. 지금은 산업 경쟁력 강화나 물가 안정을 이유로 전기를 원가 이하로 제공하지만, 전기의 본래 가치만큼 가격을 매길수록 보상이 커진다.

이세용 상무는 “지금은 신재생에너지를 직접 구매(PPA)할 수 있도록 시장은 다 열려 있다고 해도 단가가 맞지 않아 사실상 사업이 되지 않는다”고 말했다. 이상열 에너지경제연구원 미래전략연구팀장도 원가 반영 원칙은 당연하다고 강조했다. 이 팀장은 “전력을 만드는 것보다 가격이 싸 산업체와 가정의 소비 왜곡이 벌어진다”면서 “공장에서 도시가스로 가열하는 공정이 있는데 가스가격이 오르고 전기료는 안 오르니 기존의 가스로를 전기로로 바꾸면서 나라의 에너지 부채가 더 쌓이는 악순환을 불러오고 있다”고 말했다. 전기요금 결정권한을 현재의 산업부 장관이 아닌 독립된 전기위원회에 부여하고, 시장감시 기능까지 함께 주자는 주장도 나온다.

전기요금을 원가가 아닌 가치주의에 따라 결정해야 한다는 의견도 있다. 홍준희 가천대 에너지IT학과 교수는 “전기요금을 원가가 아니라 (일정한 사용) 가치에 따라 결정하면 원가가 쌀 땐 남기면서 원가가 비쌀 때 견딜 수 있는 체력을 비축할 수 있다”고 설명했다. 원가 반영 원칙을 적용하더라도 지금 시점에서는 적절하지 않다고 지적했다. 홍 교수는 “정부가 25년 전 계획대로 재생에너지를 속도 내서 깔았다면, 지금보다 훨씬 더 많은 에너지를 국산으로 만들고, 지정학적 요인에도 탄력적으로 대응할 수 있었을 것”이라면서 “지금처럼 에너지를 해외에 의존하는 상황에선 원가 반영을 할 경우 지정학적 요인에 노출돼 그 변동성이 커질 수밖에 없다”고 말했다.


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