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스페셜리포트

제주도 재생에너지 출력제한 해결방안 ‘P2H’

전 세계 에너지전환 핵심기술 주목
화석연료 기반 열생산 개편 시급
탄소중립·CFI ‘마스터-Key’ 역할



최근 탄소중립 필요성과 함께 ‘에너지전환’의 필요성이 대두되고 있다. 동시에 신재생에너지로 인한 전력계통 문제로 출력제한과 잉여전력이 손꼽히고 있다.

간헐성과 변동성이 높은 재생에너지(VRE) 확대로 출력제한(curtailment)이 빈번해지면서 전력계통의 유연성을 확보할 수 있는 방안으로 섹터커플링에 대한 관심이 높아지고 있다. 섹터커플링은 재생에너지 잉여전력을 발전-난방(Power-to-Heat), 발전-수송(Power-to-Mobility), 발전-수소(Power-to-Hydrogen) 등 효율적인 에너지 흐름체계를 구축하는 기술이다.

이중 P2H기술은 탄소중립을 이끌 에너지전환의 핵심기술로 추대되는 동시에 출력제한과 전력계통 불안정을 보완할 수 있는 방법으로 에너지효율 극대화가 가능함에 따라 향후 우리나라 전력계통과 글로벌 환경문제를 해결할 수 있는 마스터-Key 역할이 기대할 수 있다.

글로벌 P2H 진행 현황은 
P2H는 지역냉난방, 심야전력을 이용하는 축열시스템, 전력이용 냉난방 등이 널리 보급돼 있어 어느 정도 기반을 갖추고 있는 것으로 평가되며 추가적인 인프라 투자를 최소화하면서도 구현이 가능한 것으로 보고 있다.

국내에서는 한국지역난방공사가 2017년부터 잉여전력을 집단에너지용 열에너지로 변환하는 P2H 도입을 위해 준비하고 있다. 재생에너지발전 비중이 높은 유럽에서는 오래 전부터 과잉발전에 따른 문제가 제기돼 P2H를 통한 대응이 주로 이루고 있다. 초기에는 전기히터에 의존했으나 점차 히트펌프 이용으로 변환되고 있다.

해외 P2H시스템 기술 적용사례는 일본의 경우 온수, 급탕, 난방 히트펌프를 출력제한 문제 완화에 사용하고 있으며 스웨덴의 EctoGrid에서는 히트펌프와 냉동기를 활용해 난방시스템 에너지수요를 대응하는데 활용하고 있다. 스코틀랜드의 Heat Smart Orkney에서는 풍력연계 P2H 프로젝트를 통해 초과전력을 난방에 적용하고 있으며 베를린에서는 120MW의 P2H시설을 지역난방그리드에 연결해 활용하고 있다.

출력제한하는 제주
풍력과 태양광과 같은 재생에너지의 경우 생산량과 품질에 있어 변동성이 크고 계절적, 환경적 영향에 민감하며 제어하기 어렵다. 제주도에 보급된 풍력과 태양광(제주계통의 18%, 2020년 기준)이 과잉됨에 따라 이에 대한 출력제한이 빈번해지고 있다. 실제로 2019년 46차례, 2020년 77차례가 이뤄졌다.

앞으로 제주도에서의 신재생설비 증가추이를 고려(급격히 보급되고 있는 태양광의 경우 2019년 기준 293.8MW, 2020년 기준 420MW)할 때 조만간 태양광 민간사업자까지 출력제한이 시행하지 않을 수 없는 상황이다. 이는 큰 사회적 문제가 될 수 있기 때문에 이를 해결하기 위한 정책적, 기술적 대응방안이 매우 시급하다.

재생에너지의 보급확대에 따른 출력제한 문제는 불가피한 일이다. 재생에너지 선진국인 유럽에서도 재생에너지의 발전량의 5% 안팎에서 출력제어를 하고 있다.

이는 자연에서 얻는 에너지의 특성 때문이지만 막대한 자금과 시간을 들여 재생에너지설비를 보급하고도 전기생산을 하지 않는다면 이는 엄청난 손실이자 낭비가 될 수밖에 없다.

열에너지 필요성은
최근 제주도에서는 재생에너지 발전량 증가에 따른 계통안정성, 발전출력제한 등 이슈가 발생하고 있으며 문제해결 방안으로 P2H(Power to Heat), P2G(Power to Gas), P2M(Power to Mobility) 등 섹터커플링기술이 대두되고 있다.

열에너지는 우리 주변의 가정뿐만 아니라 건물, 산업, 발전 등 많은 분야에서 사용 중이다. 극저온, 냉난방, 급탕, 고온의 온도인 물, 증기 등을 생산하기 위해 투입되는 에너지는 상당하다. 하지만 열에너지를 생산하기 위해 화석연료 기반이 주를 이루고 있어 탄소저감을 위한 시스템 개편이 시급한 실정이다. 이에 따라 재생에너지를 활용한 전기-열 에너지전환시스템이 적극 도입돼야 하며 대표적인 시스템은 P2H이다.

특히 P2H 섹터커플링기술은 제주도와 같은 재생에너지 출력제한 대응과 함께 미활용 전력을 열에너지로 변환·저장, 대체해 탄소중립 실현과 에너지 수급체계를 스마트하게 운영할 수 있도록 돕는 기술로 최신 글로벌 이슈로 떠오르고 있는 탄소중립의 해결방안이다.

P2H기술은 냉난방 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며 대표적으로 농업 시설하우스, 건물 및 산업분야 등이 있다.

P2H기술개발을 통한 전기-열 에너지전환을 통한 지속가능한 에너지활용으로 온실가스 감축, 미세먼지 저감, 재생에너지 이용 확대 등이 장점이 많아 제주도의 탄소없는 섬 CFI 달성에 기여할 수 있다.

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