신재생에너지의 장점을 극대화 한 VPP의 장점과 단점

먼저 밝혀둘 것은 아래 이미지는 일본의 자료를 참고로 했습니다. 우리나라에도 좋은 자료가 많지만 아무래도 저작권 문제가 있어 함부로 가져다 쓸 수가 없어 일본의 자료들 중 저작권 문제가 없는 이미지들을 가져왔습니다. 일본어를 모르셔도 되고 그림만 참고하시면 됩니다.

 

우리나라도 작년부터 VPP 관련 사업과 아이디어들이 생겨나기 시작했고 지금은 어느 정도 사업의 윤곽이 잡혀가고 있는 것 같습니다. 도대체 VPP가 무엇이길래 신재생에너지 업계에서 주목하고 있는지 말씀 드리겠습니다.

 

VPP의 정의

VPP의 배경

VPP란 Virtual Power Plant 의 약어로 우리말로 가상 발전소 입니다. 가상 발전소는 수용가 측의 대처로 실현할 수 있는 새로운 에너지 시스템입니다. 지금까지는 전력 회사로부터의 전력 공급이라는 집중형 전력 수급이었지만, 현재는 태양광 및 풍력과 같은 분산형 에너지 시스템 이 구축 되었습니다. 쉽게 말하면, 원자력과 화력 발전소는 도심지로부터 멀리 떨어진 특정 지역에 위치하고 있지만 태양광과 풍력 발전소는 전국 어디에나 위치하고 있으므로 분산형 에너지 시스템이라고 부릅니다. 특히 신재생에너지가 중요시 되기 시작한 것은 동일본 대지진에 의한 정전 피해부터였습니다. 물론 그 전에도 일부 진행되고 있었지만 아무래도 위기감과 심각성을 깨닫게 된 결정적인 계기는 바로 2011년 동일본 대지진부터였다고 봐도 무방합니다. 분산형의 전원을 전력 회사가 가지는 것보다 누구나 소유할 수 있는 개념의 중요성이 높아지고 있습니다. VPP의 추진이 진행되는 배경을 정리하면 다음과 같습니다.

• 수용가의 분산 에너지 자원의 확대
• IoT를 통한 기술 혁신
• 전력 자유화

이러한 세계적인 추세 속에서 VPP 구상의 실현 가능성이 높아졌습니다. 제3차 에너지 기본계획에도 반영되어 있으며 분산형 에너지시스템의 구축과 발전은 정부의 정책 목표라고도 할 수 있는 위치에 있습니다.

 

(전기차를 에너지저장장치로 활용) V2G(Vehicle to Grid) 기술 고도화 실증, VPP 등과 연계한 비즈니스 모델 개발
- 3차 에너지 기본 계획 중에서

 

VPP는 발전소

그렇게 주목을 받게 된 것이 VPP였습니다. VPP는 위의 분산형 에너지 자원의 발전 자원을 포괄적으로 관리하는 제어 시스템을 IoT 등을 구사함으로써 마치 가상의 발전소처럼 기능 시키는 것입니다. 이것으로 인해 VPP(Virtual Power Plant)라고 불리고 있는 것입니다. ＊분산 에너지 자원(Distributed Energy Resources:DER)

 

이 아이디어는 마이크로 그리드에서도 활용 가능하며, 발전 자원에도 태양광 발전 뿐만이 아니라, 수요반응이나 축전지 설비(ESS)와 같은 기술도 등장하고 있습니다. 이러한 소규모 발전 자원을 유기적으로 연결하고 제어 시스템을 구축하는 것이 가상 발전소의 요점입니다. VPP는 「다수의 자가 발전, 신재생 에너지나 축전지를 집약해 마치 큰 발전소와 같이 전력 수급에 반영시키는 비즈니스」라고 정의할 수도 있습니다.

 

VPP의 작동 방식

VPP는 에너지 수급의 중요한 방안으로 자리매김하고 있습니다. VPP의 구조는 어떻게 되어 있을까요?

 

VPP의 구조 (출처 : 일본 자원 에너지청 종합 자원 에너지 조사회 기본 정책 분과)

 

어그리게이터 비즈니스의 작동 방식

VPP가 성립하기 위해서는 수용가에 의해 만들어진 전력 사용 상황에 따른 감시·제어를 할 필요가 있습니다. 그래서, 감시 및 제어를 하는 일을 어그리게이터 라고 합니다.

 

어그리게이터라는 의미는 영어로 aggregator 입니다. 모으는 사람, 종합하는 사람이라고 하는 의미이고, 전력 업계에서는 무언가를 모으는 사람인데 그 무언가란 네가와트 입니다. 네가 와트란 수용가의 절약에 의해 잉여가 된 전력을 발전한 것으로 본다는 생각 을 말합니다. 네가와트(Negawatt)란 네거티브(Negative)와 전력 단위인 메가와트(Megawatt)의 합성어로 절약을 통해 아낀 전기를 뜻합니다. 전기를 효율적으로 사용하거나 전기 사용을 절약하여 생긴 잉여의 에너지를 새로운 자원처럼 활용하는 것입니다.

 

즉, 집계자(aggregator)의 일은 주택이나 빌딩 등의 절약 상황을 감시 및 제어하는 것으로 절전 상황에 따라 거래처의 배선 사업자와 소매 전기 사업자 등에 보고함으로써 주택이나 빌딩에 보상을 지불하는 원리입니다. 

 

VPP의 두 가지 유형의 집계

VPP에서는 어그리게이터에는 2종류가 있습니다. 리소스 어그리게이터, 어그리게이션 코디네이터의 두 종류입니다.

리소스 어그리게이터

리소스 어그리게이터의 고객은 신재생에너지 발전사업자, 수용가, 소매업자에 해당하며, 리소스 어그리게이터의 작업은 다음과 같습니다.

• 잉여 전력의 축전에 의한 신재생에너지 전원 접속 서비스의 제공
• 에너지 관리 서비스 및 축전지 임대
• 전력 판매 중개
• 불균형 조정

어그리게이션 코디네이터

어그리게이션 코디네이터의 작업은 리소스 어그리게이터를 연결하여 전체적으로 최적으로 기여하는 수급 균형 조정 기능을 제공합니다.

• 자원 평가 (자원 집계기 기술 평가)
• 자원의 정형, 매칭, 프로덕션 모니터링
• 어그리게이션 비즈니스에 기여하는 기술 기반 제공

 

VPP의 장점

VPP에는 여러 가지 이점이 있지만 그 중 세 가지를 소개합니다.

VPP의 장점 ① 비용 절감, 전력 수요 부하 표준화

VPP는 앞서 언급했듯이 분산 에너지 자원을 결합하여 하나의 발전소와 같은 기능을 가진 구조입니다. 따라서 화력발전, 원자력발전 등의 하나의 발전소를 인근에 건설하는 것보다 비용을 절감할 수 있습니다. 이것은 정부의 비용이라고 할 수 있습니다. 또, 원거리로부터 송전선을 깔아 수용가에게 전달할 필요도 없기 때문에 전기 요금의 절감에도 기여할 것입니다.

 

전력의 사용량은 시간대나 계절에 따라 변동합니다. 이러한 변동성을 해소하기 위한 것이 전력 수요 부하 표준화입니다. 종래에는 전력 수요의 피크에 맞추어 공급측의 설비를 조정했습니다(피크 컷). 이로 인해 잉여 전력 비용이 발생 하고 전기 요금 인상 이라는 문제가 발생했습니다.

 

이러한 과제를 해결할 수 있는 것이 VPP이며, 나아가 수요반응(DR, Demand Response) 입니다. 구체적으로 수요반응에는 상승 DR과 하강 DR이 있어 전력 수급 조정을 할 수 있는 운용 시스템을 구축할 수 있습니다. 기존의 전력 수급의 과제를 해결할 수 있는 가능성을 VPP가 가지고 있다고 할 수 있습니다.

 

VPP의 장점 ② 신사업에 대한 기대감

앞서 언급한 네가와트의 거래는 VPP에서 주택이나 빌딩에 EMS 설비나 축전지 설비의 설치를 검토하기에 충분한 인센티브를 발휘할 것입니다. 수요반응에는 전기 요금형과 인센티브형 등의 보상 체계가 존재합니다. 이 중 네가와트 거래에 해당하는 것은 인센티브형으로 하강 DR시에 발동합니다.

 

물론 어그리게이터가 필요하다는 점에서 번거로움은 있지만 실제로 일본에서는 2016년 가을에 일반 송배전 사업자(10사)가 공모에 의한 조달을 실시했을 때 도쿄 전력 파워 그리드를 중심으로 총액 36억엔으로 낙찰한 바가 있습니다. 이를 고려하면 시장이 본격화되기 전에도 시장 규모의 크기를 가늠하게 합니다.

 

앞으로 네가와트 거래는 본격화해 나가고 네가 와트 거래에는 누구라도 참가할 수 있는 구조가 되고 있습니다. 그러므로 앞으로의 시장성을 고려해도 비즈니스적인 관점에서 볼 때 시장규모의 성장성이 있고, 실제로 일본의 후지경제연구소에 따르면 네가와트 거래시장은 2030년에 100억엔 규모 가 된다는 전망도 보고 되었습니다. 

 

VPP 장점 ③ 방재 기능과 함께 신재생에너지 보급에 기여

VPP는 물론 분산 에너지 자원을 축으로 네트워크를 구축하고 있습니다. 일본은 재해 강국이라고 불리는 심각한 위험입니다. 재해 위험을 최소화하는 기능을 VPP는 가지고 있으며, 그것은 분산 에너지 자원에 의해 정전 등의 부차적 위험이 줄어들 것입니다.

 

신재생에너지를 주력발전으로 하기 위해서는 민간기업에 의한 기업활동이 필수적입니다. VPP에는 신재생에너지 설비의 설치가 필수적이지만 정부에 의한 보조금 지원 제도나 에너지 제로 주택(ZEB) 등도 도입되고 있습니다. 그러므로 신재생에너지 설비의 보급 촉진에도 기여할 수 있을 것입니다.

 

 

VPP의 단점과 과제

세상 만물은 장점이 있으면 반드시 단점이 있기 마련입니다. VPP도 항상 좋은 것만은 아닙니다. VPP의 보급이 경제적 격차를 강화할 가능성도 있습니다. 아직 전세계적으로 사례가 적기 때문에 VPP의 가능한 과제를 하나 소개합니다.

VPP의 과제 ① 경제적 불평등 격화 가능성

데스 스파이럴 같은 과제는 분산형 에너지 자원이 보급되었다고 가정하여 발생하는 과제입니다. 분산형 에너지 자원이 확대되면 송전망의 이용은 줄어듭니다. 그러면 분산형 에너지 자원을 보유하지 않는 주택, 빌딩 등은 부담이 늘어납니다.

그렇게 되면 분산형 에너지 자원 비보유자는 이를 손에 넣으려고 하지만 자금에 따라 도입하기 어려울 수 있습니다. 그러므로 비용 부담이 발생할 가능성이 있습니다. 즉 경제적 불평등의 발생 이 과제로 거론되고 있습니다.

 

이러한 문제는 미국에서도 보고되고 있어 분산형 에너지 자원을 전제로 하는 VPP가 추진이 되면 될수록 데스 스파이럴에 빠질 가능성이 있습니다. 우리나라에서는 아직 VPP 도입이 적기 때문에 경제적 불평등 문제가 어떻게 될지에 대해서는 아직 불투명합니다.

 

과제 ② 전력의 안전성과 품질 저하 우려

우리나라는 한국전쟁 이후로 제조산업에 의해 경제성장을 해왔습니다. 그러한 산업 전체를 계속 지탱한 것이 한국전력과 같은 전력회사였습니다. 전력 회사가 만드는 전력은 안전하고 고품질입니다. 그러나 일본의 경우 2020년부터 발송전이 분리되어 전력은 자유시장이 되었습니다. 

 

물론 이것에는 장점도 있지만 단점도 있습니다. 그것은 전력을 만드는 회사가 파산하면 가정 및 사업장은 전력 공급을 받지 못할 수도 있습니다. 이로 인해 언제든지 정전의 위험도 있다는 것을 알아야 합니다. 결국 전력을 나라가 독점하여 공공재로 관리하다가 민영화되어 자유시장에서 전력이 거래되기 시작하면 대규모 정전에 대한 우려는 자연스럽게 커질 수밖에 없습니다.