공무국외출장 결과 보고서

- 국내 신재생전원 수용성 확대를 위한 선진 신재생산업 정책 조사 -

2018. 11. 1

목 적	(주한 덴마크 대사관 측 초청) 국내 신재생전원 수용성 확대를 위한 선진 신재생산업 정책 조사
출장국가	덴마크
출장기간	2018.10.06(토) ~ 10.11(목)
출 장 자	시장계통개발처장 조강욱 중앙전력관제센터 수요예측팀장 전경희 제주지사 차장 박해수

작성자 : 시장계통개발처장 조강욱 (☏ 8146)

1. 출장 목적

◦ 신재생전원 수용성 확대를 위한 덴마크 신재생 산업 정책조사

◦ 전력계통 운영에 관한 선진사례 조사 및 신재생전원 개발현황 조사

* 신재생 산업 정책공유를 위한 덴마크 대사관 초청에 따라 방문 추진

2. 출장 개요

◦ 출 장 자 : 시장계통개발처장 조강욱, 중앙전력관제센터 수요예측팀장 전경희, 제주지사 차장 박해수

◦ 출장기간 : `18.10.06(토) ~ `18.10.11(목). (3박 6일)

◦ 출 장 지 : 덴마크 (코펜하겐, 프레드리시아, 오르후스)

3. 일 정

일 자	일 정	비 고
10.07(일) 01시※	인천공항 출국	출국
10.07(일) 09시	덴마크 코펜하겐 공항 [도착]
10.08(월) 10시	에너지청 (Danish Energy Agency) 방문	공무
10.09(화) 10시	에네르기넷 (TSO) 방문	공무
10.10(수) 10시	베스타스 본사 및 테스트센터 방문	공무
10.10(수) 19시	덴마크 코펜하겐 공항 [출발]	입국
10.11(목) 15시	인천공항 입국

4. 주요 출장 내용

에너지 전환 정책

1970년대에 99%의 에너지를 수입하여, 석유 위기시 OECD 국가들 중 가장 큰 타격을 받음. 9개의 원자력발전소 건설을 계획하였으나 반대여론으로 무산됨. 대안으로 신재생 및 에너지 효율‧절감에 집중

덴마크는 해안에서 30~40Km 거리의 수심이 15~20m 수준으로 해상풍력 개발에 유리함

2012년: Danish Energy Agreement라는 정치적 합의(전폭적인 정치적 지원과 장기계획이 가능해 짐)로 2050년까지 화석연료 독립 목표

2018년 : New Danish Energy Agreement 발표로 2030년까지 전력을 100% 신재생으로 대체하는 목표설정

대규모 해상풍력 3개단지 개발

육상풍력 및 태양광에너지에 대한 새로운 기금 조성

에너지 절약 노력목표 발표

에너지와 기후분야 연구 강화

Danish Energy Agreement는 5~10년 주기로 갱신됨

에너지 효율 및 절감 정책에 참여를 독려하기 위하여 보조금을 지원하였으나, 해당 정책의 참여가 일반화되어 보조금 지원 폐지 계획

산업용(발전단가+기본요금+세금)은 유럽국가 중 가장 낮은 수준, 가정용의 경우 유럽에서 높은 수준의 전기요금이 적용됨. 가정용은 기본요금과 세금이 높은 편인데 이는 전기사용 절감 및 효율 증대를 위한 정부정책에 일환임. 향후 가정용 전기요금을 낮출 계획인데 이는 이미 전력산업이 안정화 되었고 충분한 수준으로 효율이 향상되었기 때문임

덴마크는 EU의 가이드를 따르고 있기 때문에 산업용 전기요금이 낮은 것에 대한 이웃국가의 불만제기는 없음.

풍력 자원 개발 절차 (One-Stop-Shop으로서 DEA)

덴마크의 경우 풍력자원이 비슷한 이웃국가(영국, 독일)와 비교하였을 경우 설비이용률(Capacity Factor)이 월등히 높은 경향을 보이는데 이는 기술수준 뿐만 아니라 정책부분의 역할(인허가, 부지 조사, 개발과 관련된 세부적인 요소)이 컸기 때문.

입지계획 시 LCOE가 가장 낮은 곳을 우선 선정하고 있고, 또한 다른 국가의 경우 일반적으로 사업자가 부지를 선정하는데 해당 지역의 정확한 정보가 없는 상황에서 개발될 경우 CF가 높을 수 없음

또한 Marginal Pricing 기반의 시장특성상 TSO가 Curtailment를 시행하는 경우가 없기 때문에 CF가 높을 수밖에 없음

덴마크에너지청(DEA)은 각 기관으로부터 관련 정보를 수집하여 덴마크 인근에 개발 가능한 해상풍력발전단지 구역을 해상풍력건설 시 고려하여야 할 사항(군사, 환경, 에너지, 지역주민, 항로, 천연자원 등), 경제적 요건, 전력계통 접속요건 등을 고려하여 선정

인허가 절차를 단순화 하려는 노력을 기울이고 해상풍력발전단지 개발의 절차는 다음과 같음

대략적 풍력발전개발 가능지역을 DEA가 선정

신규 해상풍력발전단지 건설에 대한 정치적 합의

사업자(Developer)를 대상으로 건설계획에 대한 기술적 의견을 수집 (사업에 관한 모든 행정절차는 DEA라는 단일 창구를 통해 진행)

입찰자격사전심사 시행: 재정 및 기술에 대한 사전평가

DEA 주관으로 입찰자격사전심사에 통과한 업체를 대상으로 관련 사업에 대한 질의응답 및 토론을 통하여 최적조건을 설정 함 (개발 가능지역 내 어느 지점에 건설을 시행 할 것인지 결정)

TSO는 선정부지에 대한 사전평가(환경영향평가, 지질조건, 기상조건, 사업자들이 요청한 조건 등)를 컨설팅 업체를 통하여 수행하고 비용은 최종 낙찰자에 부담하게 함. 이 방식은 입찰에 참여하는 사업자에게 정확한 정보를 제공하여 리스크를 최소화 하도록 함. 사전평가는 TSO가 선정한 전문 컨설팅 업체가 수행하게 되며, 그 결과를 DEA 홈페이지에 공개함으로써 프로젝트의 투명성을 높임. 뿐만 아니라 모든 단계의 추진내용(토론 내용포함)을 공개함.

입찰시행 : 최종 결정요소는 가격 (사전에 모든 입지조건과 사업자의 기술능력이 검증되었기 때문에 사업에 대한 리스크가 최소화 됨)

해상풍력발전단지 연계비용은 TSO가 부담하며, 육상 풍력발전단지의 경우 소규모‧분산화 되어있고, 대부분 전력계통과 근접하기 때문에 접속비용의 부담이 적어 접속비용은 사업자가 부담.

과거에 사업자가 사업을 포기한 경우가 있었고, 당시 사업지연에 대한 페널티는 설정되어 있었으나 사업포기에 대한 페널티가 설정되지 않았던 점이 정부차원의 큰 실수였음. 현재는 다양한 페널티 조건(예를 들어 공정률에 따른 지연 페널티)이 설정되어 있으며 개별 페널티 조건은 사전에 사업자들 간의 협의를 통해 설정. 따라서 개별 사업마다의 특성을 반영하여 페널티를 설정하게 됨. 페널티는 건설이후 사업자가 지급받게 되는 보조금에서 차감하는 방식으로 적용함.

전력계통 현황

서부지역은 Eneginet이 동부지역은 Nord Pool이 각각 수급균형의 책임을 지며, 양 지역은 HVDC로 연계됨

2016년 전력소비의 29.3%를 신재생에너지로 대체함, 이중 바이오에너지가 53.8%를 차지함 (풍력 21.2%, 태양광 6.4% 점유)

초기에는 풍력자원 개발과 함께 열병합발전기 보급이 이루어져서 신재생 변동성 부분을 일정부분 해소할 수 있었으며, 현재는 인근 국가와의 연계로 전력계통의 안정성이 높음

풍력발전 점유율

연간 단위로 43%이며, 1시간 단위로는 최대 150% (2017년)

덴마크 지역의 발전량이 증가하는 시기에 일반적으로 독일 지역도 발전량이 증가하며, 이 경우 덴마크는 독일로부터 전력을 수입하여 노르웨이나 스웨덴 지역으로 수출. 따라서 계통운영 관점에서 덴마크와 독일지역의 풍력발전량을 고려

태양광발전 점유율

연간 단위로 약 2%이며, 1시간 단위로는 최대 18% (2017년)

전력계통 운영 현황

Control Center는 각 조당 총괄책임자 1명, 송전계통 운영담당 2명, 일간 계획담당자 1명, 수급담당자 1명, 기타업무담당 1~2명로 구성

수요 예측은 자동으로 수행됨에 따라 별도 운영인력 없음. 예측담당자는 IT분야인력이며, Control Center는 예측정보를 받기만 함

신재생 발전설비에 특화된 별도의 감시 시스템은 없으며, 기존발전기와 동일하게 신재생 자원을 감시

개별 발전기 단위로 감시하지는 않지만, 취득점(Farm 단위)을 기준으로 감시. SCADA를 통해 취득하지 못하는 발전단지의 경우에는 취득 가능한 단지 Data를 활용하여 Scale-UP 방식으로 보정 감시

물론 시장정산용 Data는 Data Hub를 통하여 전체 발전출력을 취득하고 있으며 이는 계통운영을 위한 감시목적의 자료는 아님

전력시장 운영 현황

유럽전력시장은 한계가격방식을 기반으로 운영되고 있는데, 이의 장점은 저렴한 발전기(신재생)를 시장에 우선 참여시킬 수 있다는 것임. 또 다른 장점은 CHP와 같은 속응성자원의 사업성을 높여, 정부의 지원금 없이 관련 자원이 계통에 유입될 수 있도록 하는 것임

유럽전력시장의 Intraday Market은 예측 불확실성(발전자원의 가용발전력, 전력수요 등)을 줄여주는 역할을 함

유연성 확보는 단지 기술의 문제가 아니라 전체 시스템을 효과적으로 운영할 수 있는 제도에 달려 있음.

Marginal Pricing Market에서 풍력발전기 출력을 감발하는 것은 경제적이지 않아 일반적인 상황에서 TSO가 풍력발전기의 출력을 감발지시 하지는 않으며, 물론 전력계통에 비상이 발생하는 경우에는 출력을 조정할 수 있음

Dispatch는 Day-ahead Market에서 큰 틀에서 결정되며, Intra-day market은 pay-as-bid 구조이며, TSO의 역할은 없음. Balancing Market은 TSO(Buyer)가 주축이 된 한계비용가격 구조임

시장체제는 Flexibility를 확보하도록 지속적인 가격신호를 제공

예를 들어 석탄발전기가 출력가능범위를 10~100%(Grid Code상 최소출력은 30%)로, 증감발율을 3~4%/분으로 설비 개선한 사례가 있음.

해상풍력발전기의 설비규모는 점차 증가하고 있으며, 동시에 kWh 당 Guaranteed Price는 점차 감소하고 있음

연 평균 시장가격이 Guaranteed Price보다 작은 경우 지정된 Full Load Hours 기간 동안 그 차를 보조금으로 지원

육상풍력발전기는 가장 저렴한 자원으로 분류되며, LCOE 기준으로 대규모 석탄발전기 보다 에너지비용이 낮은 것으로 평가됨

수급균형당사자(BRP)는 풍력발전기와 다른 자원을 결합하여 출력증감발량Regulation(Up/Down)을 Balancing market에 입찰

재생에너지와 전력수요 예측 개요

수요 예측팀은 3명으로 구성되어 있으며, 모든 예측은 자동화됨

월간 단위 온라인 예측 오차율 2시간 이내 1.1%, 12시간 1.7% 수준

15분 단위로 향후 1주일까지 예측 (풍력발전, 소규모 열병합발전, 송전손실, 총 수요, 연계선 조류, 태양광발전, 자원적정성)

외기온도의 영향을 받는 소규모 노후화 열병합발전기는 가용한 UP/Down Regulation을 정확히 산정하기 위해 발전량을 예측

작은 규모의 육상풍력발전기는 발전량을 예측

일반 열병합발전기는 수급균형 의무가 있으므로 예측 대상에서 제외

5개 대규모 해상풍력발전단지는 일반 발전기와 같이 발전 계획 제출

TSO가 예측할 수 있으나, 발전사업자가 시장가격에 따라 Down Regulation에 참여하는 경우도 있어 발전사업자의 발전계획 활용

온라인 SCADA 계측 개소

풍력발전기 제출 자료: 설비용량, 위치 좌표, 발전량

예측에 미사용 정보: 풍속-발전량 곡선, 터빈 높이, 정비계획

Roof-Top 태양광의 경우는 정산용 발전량을 별도로 취득하지 않으며, 순 수요를 계량하고 있음

풍력발전 예측

외부(Enfor A/S)와 내부(Energinet)의 2개의 예측 모형을 사용

	Enfor A/S	Energinet
온라인 예측	15분마다, 12시간까지	15분마다, 10시간까지
하루전 예측	1시간마다, 48시간까지	예보갱신시, 192시간까지

3개의 기상사업자가 제공한 15km×15km 해상도(덴마크 전체로는 354 일기예보 개소)의 수치일기예보(온도, 풍속, 풍향, 일사량)를 바탕으로 지역별(15개 지역)로 풍속을 예측

지역별로 과거 3개월(이상 풍속의 경우는 3년)간의 풍속과 풍력발전량 실적자료로부터 풍속-발전량 곡선(5차 다항식)을 도출

SCADA부착 발전기(1.5MW 이상)의 출력을 바탕으로 비부착 발전기의 출력을 추정하여 지역별 전체 풍력발전량 산정

하루전 예측: 수치일기예보와 풍속-발전량 곡선을 이용하여 예측

온라인 예측: SCADA 자료를 활용하여 풍력예측치간 오차를 보정

예로서 서풍이면, 서쪽 지역 오차를 기반으로 동쪽지역 예측 보정

예측 성능은 1시간 이내 1.5%, 2시간이내 2%대(설비용량 기준) 수준

VESTAS의 경우 습도, 온도, 기압, 풍속, 일사량, 지형 등의 정보를 활용하여 풍력발전량을 예측하며, 해당 국가 혹은 시장에서 예측 정보를 요구할 경우에 이를 제공.

한국의 3020 정책관련 사항

VESTAS의 내부평가에 따르면 한국의 육상 및 해상풍력의 잠재규모는 2030계획을 이행하는데 충분할 것으로 평가하고 있음

다만, 한국의 경우 인허가 절차에 어려움이 있음

5. 출장소감

◦ 국회에서의 합의에 의해서 국가에너지 정책을 추진하는 덴마크의 사례는 에너지전환을 추진하는 한국의 경우에 사사하는 바가 있음.

◦ 재생에너지 비중이 50%를 상회하지만 재생에너지 가운데 열병합발전기의 비중이 50%를 넘고, 계통연계가 잘 되어 재생에너지의 간헐성 문제가 없는 덴마크의 사례를 인용하고자 할 경우에는 주의가 필요

◦ SCADA 온라인 데이터를 사용하여 수요를 보정하는 절차는 실시간 시장을 전제로 하는 것으로서 조속히 한국에도 실시간 시장을 도입하여 수요예측의 정확도를 높여 재생에너지의 간헐성 문제에 대처 필요

6. 붙임

◦ Presentation for Korean Delegation, Danish Energy Agency

◦ Danish electricity retail market, Energinet

◦ Danish experiences on market based integration of wind power, Energinet

◦ Forecasting systems, Energinet

◦ Forecasting, Energinet

◦ Korean TSO KPX presentation, State of Green

◦ Vestas presentation KPX EVLAR, Vestas

◦ KPX_bohes, Vestas