국내 태양광 발전량이 날씨에 따라 극단적인 출력 변동성을 보이고 있다. 휴일 맑은 날에는 낮 시간대 전체 발전량의 절반 이상을 차지할 정도로 급증하지만, 흐리거나 비가 오는 날에는 비중이 1~3% 수준까지 급락하는 현상이 반복되고 있다.
태양광의 출력 변동성을 맞추기 위해 가스발전은 물론 석탄발전까지 출력을 조절하고 있어 이로 인해 발전기 피로도가 높아지고, 계통 안정망까지 위험해질 수 있다는 우려가 나오고 있다.
전력거래소 실시간 계통 운영 자료에 따르면 노동절인 지난 5월 1일 낮 시간 태양광 발전 출력은 약 28.95GW로 전체 발전량의 50.1%를 기록했다. 연휴에 산업용 전력 수요가 감소한 가운데 맑은 날씨까지 겹치며 태양광 발전 비중이 급증한 것이다.
당시 LNG 발전은 새벽 약 20GW 수준에서 정오에는 6GW대까지 급감했고, 석탄발전 역시 큰 폭으로 출력이 줄었다.
전력업계에서는 이를 대표적인 '덕커브(Duck Curve)' 현상으로 보고 있다. 낮에는 태양광 발전이 계통을 장악하고, 해가 지면 다시 LNG·석탄발전이 급격히 투입되는 구조다.
반면 지난 20일과 21일 처럼 전국적으로 흐리고 비가 내린 날에는 상황이 완전히 달라졌다.
20일 오후 1시 기준 태양광 발전 출력은 약 945MW로 전체 수요 대비 1.3% 수준에 머물렀다. 같은 시간 가스발전은 2만5000MW를 넘어섰고, 유연탄 발전도 2만4000MW 수준까지 올라갔다.
불과 같은 달 안에서도 태양광 발전 비중이 50%에서 1%대로 급변한 셈이다.
전력업계 관계자는 “태양광은 이미 국내 최대 발전설비 가운데 하나가 됐지만 실제 발전량은 날씨와 계절, 조업일수에 크게 좌우된다"며 “설비 용량 증가와 안정적 전력공급은 전혀 다른 문제"라고 말했다.
태양광 발전 비중은 앞으로도 계속 커질 전망이다. 태양광 설비용량은 2020년 14.6GW에서 현재 32.4GW로 대폭 늘었으며, 정부 계획에 따라 2030년에는 87GW로 늘어날 예정이다. 연평균 발전비중은 2025년 9.8%에서 2030년에는 30%이상이 될 것으로 예상된다.
문제는 이러한 태양광의 변동성이 다른 발전원에 큰 운영 부담을 준다는 점이다.
태양광 발전이 급증하는 낮 시간대에는 LNG·석탄발전 출력이 강제로 줄어들고, 해가 지거나 날씨가 흐려지면 다시 화력발전이 급하게 투입된다.
이 과정에서 발전기의 반복적인 기동·정지와 저부하 운전이 늘어나 효율 저하와 설비 피로도 증가 문제가 발생하고 있다. 발전업계 내부에서도 잦아진 출력조정에 대한 현장 불만도 커지고 있다.
정부는 태양광의 변동성을 에너지 저장장치(ESS)로 보강한다는 계획이지만, 경제성 및 화재 안전성이 아직 확보되지 않아 쉽지 않다고 지적한다.
지난해 한전은 약 1.1GW 규모의 ESS를 입찰하면서 금액으로 2조원가량이 투입됐다. 11차 전력수급기본계획에는 2038년까지 ESS 21.8GW가 필요하다고 봤다. 이재명 정부는 이보다 더 많은 태양광을 보급할 계획이므로 더 많은 ESS가 필요하다고 봤을 때 약 50조원의 재원이 필요할 것으로 예측된다.
위성곤 의원실에 따르면 2020∼2025년 6월까지 5년 6개월간 ESS 화재는 54건 발생했다.
전문가들은 재생에너지 확대 속도에 맞춰 송전망 보강과 계통 유연성 확보, 장주기 저장장치 기술 개발 등이 함께 추진되지 않을 경우 출력제어와 계통 불안 문제가 반복될 가능성이 크다고 보고 있다.
