독일은 2022년까지 국내의 모든 원자력발전소를 폐지하기로 결정하였다. 이에 에너지 공급원으로서 재생가능 에너지로의 전환을 가속하고 있는 상황이다.

 

독일 정부는 풍력 및 태양광발전과 같이 발전량이 불안정한 재생가능 에너지원에서 발생하는 발전전력을 전력망에 보내기 위해서는 전력 수급관리가 가능한 스마트그리드로의 전환이 시급하다고 밝혔다.

 

(1) 탈원자력발전소 결정으로 재생가능 에너지로의 전환이 가속되는 독일
독일 정부의 에너지 정책은 ① 높은 경제성, ② 안정된 공급, ③ 환경 기준의 엄수 등에 중점을 두고 있다.

 

독일은 2010년 충분한 재생가능 에너지 공급이 이루어질 때까지 화석연료 및 핵에너지는 기본적으로 사용하되 재생가능 에너지 의존도를 서서히 높일 계획이었다. 그러나 2011년 3월 일본에서 발생한 도호쿠지방 지진과 지진 해일이 일본의 원자력 발전소에 미친 피해가 독일 에너지 정책에 영향을 미쳤다.

독일정부는 2011년 5월부터 2022년까지 원자력 에너지 완전 탈피를 결정하고 에너지 공급원의 재생가능 에너지 전환을 가속하기로 했다.

 

                                   [그림 1] 독일의 에너지원별 에너지 최종소비량(2010년 시점)

독일 내에 있는 원자력 발전소 17기 중 일본에서 발생한 지진 직후, 가장 오래된 원자로 7기가 점검을 위해 정지되었고, 그 이후, 기술적인 문제가 지적된 8기의 원자로도 송전망에서 분리되었다.

 

재생가능 에너지의 안정 공급이 확보되기까지 남은 9기의 원자로는 가동하지만, 9기의 원자로 중 2021년 6기를 송전망에서 분리하고, 최종적으로 남아 있는 최신형 원자로 3기도 2022년에 정지시킬 예정이다. 2010년 독일의 에너지원별 에너지소비로 보는 원자력 의존도는 11%로, 이것을 단계적으로 줄여서 2022년까지 0%가 되게 할 예정이다.

 

독일 정부는 2012년 1월 환경기준을 지키면서 전력수요를 만족시키기 위해 2020년까지 재생가능 에너지원으로 생산된 전력 소비율을 현재의 17%에서 35%까지 높일 계획이다. 17%의 상세내역을 보면, 2011년 풍력에 의한 발전량이 약 40%를 차지하고, 다음으로 바이오연료에 의존하는 바이오매스로 생산된 전력이 30%, 태양광발전 16%, 수력발전 15% 순으로 차지하고 있다.

 

풍력 및 태양광발전과 같이 발전량이 불안정한 재생가능 에너지원에 의한 발전전력을 전력망에 연계시키기 위해서는 발전량 예측 및 전압제어 등의 전력관리가 가능한 스마트그리드로의 전환, 새로운 전기판매자의 참가 및 가격 설정방식 도입 등의 에너지 시장 개선 및 축전설비의 정비 등이 필요하다.

 

(2) 미래의 전력망 “스마트그리드”의 도입
독일은 스마트그리드 도입에 의해 현재 “발전위주의 소비”에서 “최적 소비위주의 발전”이 실천되길 기대하고 있다. 스마트그리드는 발전에서 송전, 축전, 배전, 소비에 이르기까지 전력망에 접속되는 모든 기기가 연계된 새로운 구조를 가진 전력 네트워크시스템이다.

 

다음은 독일 스마트그리드 도입현황으로서 스마트그리드의 실현에 필수 요소인 스마트미터의 도입 상황과 포괄적인 스마트그리드 도입의 모델 지역사업에 관하여 정리하였다.

 

스마트미터의 도입 상황
효과적인 전력 네트워크 관리에 필요한 스마트미터 도입은 2007년 이후 8개의 파일럿 사업에 의해 추진되고 있다. 또한 스마트미터를 도입하기 위해 필요한 법제도의 정비도 수행되고 있다.

 

스마트미터를 매개로 이용자별 기록되는 실시간 전력소비 공급량이 전류, 전압, 주파수 등 중요한 정보와 함께 전력망에서 유통된다. 이러한 정보는 개인정보이기 때문에 에너지 사업자에게도 개인정보 보호의 규정이 적용되도록 에너지 사업법의 개정이 실시되었다. 그 외 신축 및 대규모로 보수된 건물 중, 평균 전력소비량(3,500kwh)을 상회하는 전력(6,000kwh 이상) 소비 건물에는 스마트미터의 설치가 의무화 되었다.

 

스마트그리드의 6개 모델 지역사업 현황
독일의 신디케이트(syndicate)는 2008년부터 실시된 6개의 스마트그리드 모델 지역사업에서 재생가능 에너지를 중심으로 한 분산전원을 전력망에 통합하고, 에너지 수급 균형을 최적화할 수 있는 전력망 개발을 진행하고 있다. 모델 지역사업은 ICT 적용 실증실험과 신규 에너지 시장에 대한 사업 모델 및 법적 체계 등을 검증을 수행하고 있다. 스마트그리드의 모델 지역사업의 검증항목은 다음과 같다.

 

● 에너지 효율 향상
● 재생가능 에너지를 기존 에너지 시스템에 통합
● 안정된 전력망 정비, 확대에 관한 과제 연구
● 발전 분산화
● 전력 소비량의 피크 부하 분산
● 전력, 에너지의 보전(전지 등)
● ICT 보안과 데이터 보호
● ICT 아키텍처
● 에너지 시장의 규제 완화
● 기타: 전기자동차

 

2012년 2월 사업의 중간보고가 실시되었다. 이 보고서는 ICT를 활용하면, 전력망의 안정성을 위협하지 않고 소규모 발전시설만으로 발전 분산을 실현할 수 있으며, 발전 분산으로 전력망의 연장거리도 짧게 할 수 있다고 보고하였다.

 

이것을 가능하게 하는 것은 전력망의 감시이며, 전력망의 감시는 전력망의 말단 및 접속점뿐 만 아니라 전력망 내부에도 필요하다. 전력망 내부의 발전량과 소비량 모두를 관리할 필요가 있기 때문에 모델 지역사업을 통해 배전망의 전압, 주파수, 무효전압을 유지 관리하는 서비스를 제공할 수 있다.

 

이 외에 CHP(Combined Heat and Power) 등을 도입한 융통성 높은 발전설비를 관리하는 ICT와 무효전력의 지역구입을 가능하게 하면, 전력망의 안정성을 확보할 수 있다. 보다 적극적인 ICT의 활용이 전력의 수급관리를 위해 필요한 것임에는 틀림없으나, 여전히 문제인 것은 풍력발전의 예상할 수 없는 과잉전력이 송전망으로 흘러들어가는 것이다.

 

이에 대한 구체적인 해결책으로서 전력의 수급밸런스를 유지하기 위하여 수초에서 수 주간이라는 다양한 단위로 에너지를 보존할 필요가 있다. 예를 들면, 단기간 보존에는 전지와 양수발전 등의 기존 에너지 보존시설을 활용하는 것이 경제적이었으나, 장기간 보존에는 메탄 또는 수소를 생산하는 등 새로운 에너지 보존방법을 채용할 필요가 있다.

 

시간대별 요금제도 차별화 등을 도입하여 전력소비의 피크를 일시적으로 분산할 수는 있지만, 지속적인 피크분산은 가전제품이 자동적으로 최적가격(또는 소비자의 희망가격)으로 가동하도록 설정되어 있을 때에 가능하다.

 

또한, 이 사업에서는 5~20%의 에너지 절약을 달성하고 있으나, 전력의 소비행동 피드백으로 보다 효과를 높일 계획이다. 모델 지역사업에서 여러 가지 피드백 방법(종이, 온라인 포털사이트, 스마트폰, 태블릿, 특수 표시기기)을 시험하고 있다.