3. 국내외 변동적 재생에너지 출력제한 현황
3.2. 국외 변동적 재생에너지 출력제한 현황
3.2.1. 유럽의 변동적 재생에너지 출력제한 현황
<표 2-6>은 전 세계에서 변동적 재생에너지 수용률이 최고 수준인 덴마크, 독일, 아일랜드, 이탈리아, 포르투갈, 스페인의 출력제한 통계 자료를 나타낸다. 상기 국가들에서는 변동적 재생에너지 수용률이 높 음에도 불구하고 출력제한이 4% 미만으로 제한된 것을 알 수 있다 (Yasuda et al., 2015).
Country Year
Total Generation (GWh)
Wind (GWh)
PV (GWh)
Curtailed Energy (GWh)
Penetration Ratio
출력제한 Ratio
A B C D E=(B+C)/A F=D/(B+C)
Denmark 2014 31,905 13,079 5% almost zero 42.9% 0.00%
Germany
2011 613,068 48,883 19,599 0.421 11.2% 0.61%
2012 629,812 50,670 26,380 0.385 12.2% 0.50%
2013 635,267 53,400 30,000 0.127 13.1% 0.15%
Ireland
2011 27,472 4,380 - 0.106 15.9% 2.42%
2012 27,592 4,010 - 0.103 14.5% 2.57%
2013 26,041 4,541 - 0.171 17.4% 3.77%
Italy
2009 292,641 6,543 676 0.700 2.5% 9.70%
2010 302,064 9,126 1,874 0.527 3.6% 4.79%
2011 302,584 9,856 10,688 0.264 6.8% 1.29%
2012 299,277 13,407 18,637 0.166 10.7% 0.52%
2013 289,807 14,811 21,228 0.152 12.4% 0.42%
2014 277,897 14,966 23,299 0.121 13.8% 0.32%
Portugal 2014 52,886 12,103 630 0 24.1% 0.00%
Spain
2008 313,758 31,777 2,562 0.108 10.9% 0.31%
2009 294,620 36,991 5,961 0.070 14.6% 0.16%
2010 301,527 43,692 6,425 0.315 16.6% 0.63%
2011 293,848 42,160 14,882 0.073 19.4% 0.13%
2012 297,559 48,126 16,386 0.121 21.7% 0.19%
2013 285,260 54,338 17,950 1.166 25.3% 1.61%
<표 2-6> 유럽 국가별 변동적 재생에너지 출력제한 통계 자료
출처: Yasuda et al.(2015, p.2)
이는 상기 5개 국가의 계통 및 송전운영자(Transmission & System
Operator, 이하 TSO)가 지난 10년 간 입법 및 규제 체계와 함께, 많은
변동적 재생에너지를 수용하기 위해서 계통을 적절히 계획하고 운영한 결과이다. [그림 2-17]에서 보면, 유럽 5개국의 경우에는 변동적 재생 에너지 수용률이 증가함에도 불구하고, 출력제한 비율이 크게 증가하 지 않는다(Yasuda et al., 2015).
특히, 스페인의 TSO인 REE(Red Eléctrica de España)는 실시간 출 력제한 관리를 통해 제어 센터가 기상 조건에 따라 지령값을 수정하는 한편, 가능한 범위에서 지속적으로 출력을 낼 수 있도록 손실을 최소 화하는 새로운 메커니즘을 제시하였다. 이 방식으로 REE는 2020년에 3.6%의 변동적 재생에너지 출력제한을 예상하고 있다(Yasuda et al., 2015).
[그림 2-17] 유럽 국가별 변동적 재생에너지 수용률에 대한 출력제한 비율
<표 2-7>은 독일, 영국, 아일랜드, 이탈리아, 덴마크, 포르투갈, 스페 인의 풍력발전의 출력제한 통계자료를 나타낸다. <표 2-6>에서와 같이 상기 국가에서는 풍력 수용률이 높지만 풍력의 출력제한은 5% 미만으 로 제한된다(Windeurope, 2016).
국가 연도 총 발전량 풍력 발전량
풍력 출력제한량
풍력 발전 비중
풍력 출력제한
비중
독일
2011 613,068 48,883 410 8.0% 0.8%
2012 629,812 50,670 358 8.0% 0.7%
2013 638,729 51,708 480 8.1% 0.9%
2014 627,795 57,357 1,221 9.1% 2.1%
~2015
3분기 600,865 87,975 3,060 14.6% 3.5%
영국
2012 320,860 12,606 45 3.9% 0.4%
2013 317,565 18,620 380 5.9% 2.0%
2014 301,606 21,146 659 7.0% 3.1%
아일 랜드
2012 27,592 4,010 103 14.5% 2.5%
2013 26,041 4,541 171 17.4% 3.5%
2014 28,185 5,133 236 18.2% 4.4%
이탈 리아
2013 278,833 14,897 164 5.3% 1.1%
2014 269,148 15,178 106 5.6% 0.7%
2015 270,703 19,913 119 7.4% 0.6%
<표 2-7> 유럽 풍력발전 출력제한 현황
(단위: TWh)
출처: Windeurope(2016, p.12)
영국의 주요 출력제한 원인은 스코틀랜드에서 발생하는데, 이는 웨 일즈나 잉글랜드로의 송전용량이 부족하기 때문이다. 서부지역의 스코 틀랜드에서 웨일즈 또는 잉글랜드로의 HVDC가 건설되면, 출력제한은 감소할 것으로 예상된다. 영국의 TSO인 National Grid는 보수 등 이유
로 송전선이 운영하지 않거나, 사고 발생 이후 다른 송전망이 전력을 송전할 능력이 없을 경우에, 송전제약으로 인해 풍력단지 출력을 제한 한다. TSO가 송전망의 제약이 있을 것이라고 미리 예상하면, 풍력단지 사업자와 계약을 체결하게 된다. 영국에서는 출력제한을 하는 경우 보 상이 있는데, 이는 전력시장에서 입찰을 통해 결정한다(Windeurope, 2016).
독일에서의 대부분의 출력제한은 송전망 제약으로 인해 발생하고, 이는 배전망 운영자(Distribution system operator, DSO)가 수행하는데, 송전망 또는 배전망에 접속된 풍력사업자의 출력제한의 양은 거의 동 일한 수준에서 설정한다. 수급불균형으로 인해 시행되는 출력제한 양 은 아직은 무시할만한 수준이다(Windeurope, 2016).
이탈리아에서의 대부분의 풍력발전단지는 남쪽 지역에 150kV 송전 망에 연계되어 있고, 수요는 북쪽 지역에 위치한다. 따라서 남과 북을 연계하여 주는 송전망에 혼잡이 발생한다. TSO는 실시간으로 풍력단 지의 출력제한을 결정한다. 배전계통에서 풍력단지의 출력제한은 자주 발생하지 않지만, 태양광 단지의 출력제한은 풍력단지보다 자주 시행 된다. 송전망의 보강으로 인해 2009년 출력제한의 비율이 10%에서 2015년 0.6%로 현저하게 감소되었다(Windeurope, 2016).
변동적 재생에너지의 수용률이 높은 아일랜드에서는 전력계통 운영 으로 인해발생 하는 출력제한을 Curtailment라고 부르고, 송전망의 제 약으로 인한 출력제한을 Constraint로 구별하고 있다. 2018년부터 송전 망 제약에 의한 출력제한(Constraint)의 경우에는 보상을 해 주지만, 전 력계통 운영에 의한 출력제한(Curtailment)의 경우 보상하지 않을 예정 이다. 대부분 출력제한은 수요가 적은 밤 시간 동안 발생한다. 출력제
한이 불가피한 5가지의 Security 제약 조건(전력계통 안정도, 운영 예 비력, 전압 제어, 오전 부하 상승, 비동기 발전기 50%에 한계)이 정의 되어 있다. 반면 송전망 제약에 의한 출력제한(Constraint), 대부분 북 서지역과 남서 지역의 송전망의 경우에는 혼잡으로 인해 낮 동안 발생 한다. 다른 지역의 송전망의 경우 송전망 보수 기간에도 송전망 제약 에 의한 출력제한(Constraint)이 발생한다(Windeurope, 2016).
3.2.2. 미국의 변동적 재생에너지 출력제한 현황
<표 2-8>에는 북미지역에서 변동적 재생에너지의 수용률이 높은 세
TSO의 출력제한 현황을 나타내고 있다. <표 2-8>에서 보면, 출력제한
비율이 5.5% 이내로 유지되고 있다.
Country Year
Total Generation (GWh)
Wind (GWh)
PV (GWh)
Curtailed Energy (GWh)
Penetration Ratio
출력제한 Ratio
A B C D E=(B+C)/A F=D/(B+C)
ERCOT
2009 N/A N/A N/A N/A 6.2% 17.1%
2010 N/A N/A N/A N/A 7.8% 7.7%
2011 N/A N/A N/A N/A 8.5% 8.5%
2012 N/A N/A N/A N/A 9.2% 3.7%
2013 N/A N/A N/A N/A 9.9% 1.2%
2014 N/A N/A N/A N/A 10.6% 0.5%
MISO
2010 N/A N/A N/A N/A 3.6% 4.2%
2011 N/A N/A N/A N/A 5.0% 3.4%
2012 N/A N/A N/A N/A 7.1% 2.5%
2013 N/A N/A N/A N/A 9.0% 4.6%
2014 N/A N/A N/A N/A 6.1% 5.5%
Hydro
-Québec 2014 216,703 6,670 - 0 3.1% 0%
<표 2-8> 북미의 변동적 재생에너지 출력제한 현황
출처: Yasuda et al.(2015, p.2)
[그림 2-18]이 나타내듯이 북미(중국 포함)의 변동적 재생에너지 출력 제한 비율이 유럽보다 상당히 높음을 보여 나타낸다. 북미의 ERCOT과 중국의 경우에서는, 각각 2009년과 2012년의 출력제한의 비율이 17%로 굉장히 높은 수치를 기록하고 있는데, 그 이후에 출력제한 비율이 현저 하게 감소하고 있음을 확인할 수 있다(Yasuda et al., 2015).
이러한 감소 추세는 TSO 및 지역 송전망 기구(Regional Transmission Operator, RTO)에 의해 심각한 출력제한 상황을 개선하려는 노력의 결과이다. ERCOT은 사막 지역의 풍력발전소에 투자를 촉진하는 CREZ(Competitive renewable energy zone) 계획을 수립하였다. CREZ 계획으로 인해 송전선로가 점진적으로 보강돼 출력제한이 크게 감소하 였다. 중국 또한 내륙과 인구 밀도가 높은 해안지역 간의 장거리 송전 선로 건설을 통하여 출력제한을 크게 감소시켰음을 알 수 있다(Yasuda et al., 2015).
[그림 2-18] 북미(중국 포함)의 변동적 재생에너지 수용률에 대한 출력제한 비율
[그림 2-19]에서 보듯이, 출력제한 비율은 미국 내에서 지역마다, 연 도마다 다르지만, 미국 대부분의 TSO의 출력제한 비율은 1%에서 4%
수준이다. 하지만, ERCOT의 경우, 다른 지역에 상당히 높았지만 시간 이 지남에 따라 현저히 감소하였음을 알 수 있다(NREL, 2014a).
[그림 2-19] 북미의 여러 TSO의 출력제한의 비율
출처: NREL.(2014a, p.3)