유럽환경시장동향제 87 호 2012 Report on Environmental Issues in Europe 최종보고서 : 미래전력시장디자인분석 한승용 / Germany 유럽환경시장동향보고서
코네틱리포트 기후변화대응기술분야 최종보고서 : 미래전력시장디자인분석 한승용 1 독일은신재생에너지를통한전력발전을통해자국내모든전력수요를감당하려고하고있다. 그러나단순히화석연료또는원자력발전을통한전력공급을중단하고신재생에너지만으로충분한전력의공급이이루어진다고하더라도현재의전력시장운용이변화하지않으면전력저장장치등과같은여러장애사항들로인해전력시장이혼잡해지거나높은전력비용등에의해최종소비자의부담이늘어날것이기때문에미래전력시장디자인시나리오를다양한방법을통해조사및분석하고있다. 본고에서는독일의전력시장에대한현재상태를기반으로하여장기적관점에서보았을때에과연전력공급의안보및안전성이보장될수있는가에대해알아보도록할것이다. 또한이를위해서미래전력발전및공급능력에대한투자및그에대한충분한지원이이루어지고있는가에대해서도알아볼것이다. 1. 현재문제점 아래의그림 1 은전력시장의개방에따른현재직면한과제를도식화한것이다. 1 독일 Wuppertal 대학교통이론및신뢰성공학연구실 (Contact e.mail: jasmine77@empal.com) 1
당면과제 유동적이지 않은전력요금 전력공급에 대한높은요구 ( 안정성등 ) 전력요금 상한선 전력부족상황시 Market Power 강제전력요금 Back-up 전력 Missing Money 전력요금상한선 징수문제 Capacity 에대한 확립 불완전지원 그림 1. 전력시장의자유화에따른당면과제 1.1. 전력가격 잘알려진바와같이독일은이미화석연료를포함한원자력발전전력비율을오는 2050 년까지최대 100% 까지사용을하지않겠다고지난 2010 년 9 월소위에너지컨셉 2050 이라고불리는환경정책을통해공표하였다. 풍력, 태양열및태양광등신재생에너지를이용한전력발전분야는현재기술수준으로는화석연료또는원자력발전비용에비해상당히높은수준이며, 또한발전된전력을저장하는전력저장장치의가격역시매우높아신재생에너지전력발전비용이급격하게하락할것으로예상되는오는 2030 년전후까지는매년상당한수준의전력비용이발생할것으로판단하고있다 ( 현재 1 kwh 당독일의평균전력가격은약 0.23 ~ 0.25 유로수준이며이는한국의누진 1 단계 100~200kW 사용기준 1kW 당 116.1 원, 2010 년 8 월기준 - 와비교하였을경우약 3 배가량비싼요금이다 ). 1.2. 전력공급안보 2
전력공급분야에대한문제점역시제기되었다. 현재화석에너지원을이용해발전된전력이나원자력발전을통한전력은에너지의공급이나발전된전력의저장이용이하지만, 신재생에너지의경우에는다양한에너지원으로전력이발전됨에따라다양한방법의에너지저장장치의개발이반드시필요하며, 또한전력의소모가급격하게증가하는시간대나전력의사용이현저하게낮아지는심야시간대에여분의전력을저장하거나 back-up 하는저장장치역시필요하다. 하지만이러한저장장치들은현재기술수준으로는최종소비자에게부과되는비용이과다하게발생할수있기때문에독일정부와관련부처에서는이들분야에대한연구개발지원을계속해나가고있다. 1.3. 전력요금상한제도를통한 Missing Money 에너지저장장치의 Back-up 효율또는일반적인저장장치의경우에는전력의 가격이최대전력수요를기록하는시간대에한해서는지원이가능하다라고하고있지만, 이러한지원을최소화해야한다는것에대한이견은없는상태이다. 1.4. 전력부족시 Market Power 신재생에너지를통한전력공급에따른최종소비단계에서의수요가비교적변동 폭이적다고하면전력시장에대한각종지원정책은 Market Power 에미치는영향을 고려하기위해일정수준높아질수는있다. 2. 2030 년까지전력공급시스템에대한 Simulation 앞선장에서는미래신재생에너지시대에따른전력시장변화의필요성과이에따른현재의문제점을알아보았다. 본장에서는유럽의전력사용량및요구에대한최소비용을충족하기위한미래전력공급능력의필요성에대해모델을기반으로하여알아보도록하겠다. 3
DIMENSION 모델은과거 DIME 모델을수정한새로운시뮬레이션모델로서유럽연합수준에서의전력시장에대한장기적인시뮬레이션모델이다. 본시뮬레이션모델은 2 단계로구성되어있다. 우선 2030 년까지전력공급능력에대한투자에대한시뮬레이션모델이며, 다른하나는각각 2015 년, 2020 년, 2025 년그리고 2030 년에새로건립되거나폐쇄될전력공급발전소 ( 화석연료또는원자력발전포함 ) 를고려한모델이다. 시뮬레이션은독일뿐만아니라유럽연합내 15 개국가 ( 아래그림 2. 참조 ) 와더불어새로건립될발전설비나노후발전설비폐쇄에따른보조발전설비그리고새로운발전설비에투자내용역시고려할수있도록구성되어있다. 그림 2. DIMENSION 모델에적용될유럽연합내권역 위의 2 단계시뮬레이션을통해다음과같은중요한결과를도출해냈다. 2030 년까지의전력공급능력에대한증축 2020 년및 2030 년의전력발전한계비용 4
아래의절부터는시뮬레이션을통해도출된위의세가지중요한결과에대한 내용이다. 2.2. 2030 년까지의전력공급능력확보를위한개발 현재운영중인전력공급능력은오는 2030 년까지 95GW 에서 94GW 로줄어들것으로내다보고있으며, 일본대지진이후원자력발전을포기하기로함에따라 2020 년에는약 4.3GW 의전력만이원자력발전을통해공급이되며이역시오는 2025 년에는완전히폐쇄하게된다. 이기간동안독일에서는갈탄을이용한재래식화력발전량을늘리기로합의하여관련분야에투자하고있으며, 현재운영중인한계운영능력에가까워지고있는여러전력발전소를대신하기위해서도가스터빈발전소의전력발전량을오는 2030 년에 55GW 를발전할수있도록계획하고있다 ( 참고 : 2009 년현재연간약 23.7GW 를가스터빈을이용한전력발전 ). 아래의그림 3 은 2009 년을기준으로하여오는 2030 년까지에너지원에따른최종전력발전계획을나타낸것이다. 독일환경및에너지전략의근간이되는 에너지컨셉 2050 에따라오는 2030 년까지전체의 50% 수준을신재생에너지로공급하기로하였다. 5
250 200 2009 2020 2030 150 100 50 0 원자력발전석탄갈탄천연가스기타신재생에너지 그림 3. 독일최종에너지생산량 ( 단위 : TWh) 2.3. 발전비용을고려한에너지공급안보의확립 독일이구축하려고하는신재생에너지기반사회는환경적인측면에서평가하였을경우매우긍정적인측면으로판단이되지만, 에너지효율은원자력또는화석연료발전대비낮고, 발전비용은상대적으로높기때문에비록 2030 년이후에대규모신재생에너지인프라가구축이된다고하더라도이전단계까지는소비자또는보조금을지급하는독일정부의입장에서는부담이될수밖에없다. 따라서독일은이를위해 KVM( 전력공급안보시장조정 ) 을통해전력발전능력치를전력발전업체의규모와능력에맞게배분하며, 전력발전업체에서는다시 KVM 에가용한여러가지옵션에따라적정가격을책정및지불하고, 이를토대로 KVM 은다시전력공급업체에게전력발전업체에게서수령한비용을지불하며, 전력공급업체는전력을최종소비자에게각종요금 ( 서비스요금및세금등 ) 을추가하여사용량에따른전력요금을청구하게된다. 그리고최종적으로는최종소비자는사용한 6
만큼의전력사용비용을 KVM 에지불을하게되면서 KVM 전력발전업체 KVM 전력공급업체 최종소비자 KVM 전력발전업체로이어지는순환 사이클을구축하게된다. 3. 시뮬레이션결과 만약 2030 년까지전력발전및사용요금이비교적낮은변동성을가지고, 전력사용량이큰폭으로변화하지않는다고하면독일이현재구상중인 ( 신재생에너지포함 ) 전력발전계획대로 2030 년까지약 55GW 의전력 발전을추가하면될것으로판단된다. 오는 2020 년까지는적어도약 44GW 의전력발전능력이보장되어야하며, 특히이중가스터빈발전을통해적어도 39GW 의발전능력이확보되어야 할것으로예측된다. 에너지공급안정성과관련한시뮬레이션의결과가유럽연합전력시장에관한 디자인과독일자체전력시장디자인과상호모순되지않는상황에서의 상태로분석이진행되었으므로이러한점을고려해야한다. 7