[일본] 일본 전력시장과 디지털 트랜스포메이션

 

 

일본의 전력시장의 중요한 문제는 ‘어떻게 안전하면서(Safety)도 안정적(Stable)으로 전력을 공급할 수 있는가’이다. 이는 지리적으로 일본이 자연재해가 많은 지역이기 때문에 예상치 못한 피해가 자주 발생하며, 자연재해가 발생 시 이에 대응하여 유동적으로 대처하면서 전력을 공급해야하는 과제를 항상 안고 있기 때문이다. 이에 더해 탄소 중립 목표를 발표함에 따라 기존의 화석연료 의존도를 낮추면서 재생에너지 자급률을 높여야하는 부담도 있다. 일본 정부는 이에 대응한 정책들을 설립하여 재생에너지의 비율을 높이고 전력 계통의 강화 및 유연한 운영을 통해 문제를 해결해나가고 있다.

최근의 전력 도매시장의 가격 폭등으로 본 시장불균형 문제

안정적인 전력공급을 위해서 전력시장의 수요와 공급의 일치는 현실적으로도 매우 중요한 의미를 가지고 있다. 최근 일본에서 20년 12월~21년 1월 사이에 전력 시장에서 전력 요금이 폭등한 사건이 발생하였다. 여러 가지 원인이 존재하지만, 전문가들이 지적하는 가장 핵심적인 사유는 ‘LNG(액화천연가스)의 재고 부족’으로 인한 공급측의 문제라고 분석된다. 예상치 못한 한파와 함께 LNG수송선의 도착이 지연되면서 시장에 전력 공급 부족에 대한 우려가 증가하며 전력 도매 현물 시장의 가격이 폭등한 것이다. LNG 공급에 차질이 생기자 이에 대비하는 과정에서 전력 확보를 위해 도매시장에서 전력 요구량이 지나치게 높아지면서 가격이 급등한 것으로 보인다.

 

일본 전력 스폿 시장 가격 추이

(단위: 엔/kWH)

자료: 닛케이신문

 

이 문제에 대해 일본의 전력회사들은 긴급 LNG조달이나 가용 LNG기지들을 최대한 활용하여 전력난에 대해 대응하고, '전력 광역적 운영 추진 기관'의 지시 아래 각 지역별 예비 전력 융통 등의 방식으로 해결해 나갔다. 다행히 미국 텍사스와 같은 심각한 위기를 겪지는 않았으나 전력의 수요와 공급의 운영과 관련한 문제들이 현장에서 지적되었다. 특히 발전 회사와 전력 소매회사 간의 정보 격차로 인해 제대로 된 현황 파악이 되지 않는다는 점, 대기업 전력회사들이 예측한 수요가 실제 수요보다 훨씬 더 큰 과대 수요 추정으로 인해 시장 내 전력부족현상이 가속화된 것 아닌가는 비판도 존재한다.

효율적인 재생에너지 활용을 위한 가상 발전소

위의 사례에서 파악할 수 있듯이 전력의 수요와 공급을 정확하게 파악하고 예측하는 것은 매우 중요한 일이다. 그리고 이를 위해서 일본 정부와 주요 전력 회사들은 새로운 기술을 도입하여 예측력을 높이기 위해 디지털 트랜스포메이션 사업들을 추진하고 있다. 전력의 안정적인 공급을 위해서는 전력의 수요와 공급을 예측하여 전력량을 지속적으로 유지하는 것이 중요한 과제이기 때문에 이를 돕기 위해 IoT나 AI를 활용한 예측 기술이 속속 도입되고 있다. 그리고 이러한 데이터들을 기반으로 정확한 전력량을 산출하고 운영해가는 플랫폼으로 주목받고 있는 것이 바로 ‘가상발전소(VPP)이다.

 

기존의 화력이나 원자력 발전의 경우 대형 발전소에서 발전과 공급을 전담하면서 전력의 수요와 공급을 조절하는 역할을 수행할 수 있었다. 그러나 전력시장 자유화로 인해 다양한 사업자들이 등장하고 태양열, 연료 전지 등의 소규모발전소들이 가정이나 건물 등에 설치되면서 소규모 분산형 전원이 많이 생겨났다. 특히 가정이나 사무소에서 생성되는 전기의 경우 해당 가정이나 사무소에서 소비되는 것 외의 추가 전력이 발생할 수 있고 이러한 유휴 전력은 축전지 등에 쌓여 유휴 전력들이 발생하게 된다.

이렇게 분산된 발전소나 에너지원들은 비효율적으로 활용되거나 낭비되는 경우가 발생하는데 이를 하나로 통합하여 대규모의 발전소와 같이 전력의 공급과 수요을 조절할 수 있는 전력 플랫폼의 필요성이 떠올랐다. 이를 가능하게 하는 것이 가상 발전소(통칭 VPP)이다. 특히 재생에너지의 경우 기상 환경에 따라 발전량의 변동폭이 매우 크기 때문에 발전량과 공급량 등을 조정하는 기능이 매우 중요하다.

가상발전소(VPP)는 분산된 에너지원을 통합, 관리하여 전력을 낭비하지 않고 사용할 수 있는 것이 가능하다. 일본은 2016년 4월 경제산업성이 발표한 ’에너지혁신전략‘에 의거하여 보조금 지원 및 VPP 기술의 실증 실험 및 사업화를 촉진을 목표로 하는 5개년 계획에 의거하여 VPP의 사용화 기업을 지원하고 있다.

 

일본 VPP 관련 예상 이미지

자료: 자원 에너지청

가상 발전소의 운영을 통해 분산된 전원을 효과적으로 활성화시키기 위해서는 해당 에너지원을 원격으로 조종하는 제어기술의 개선이 필요하다. 제어기술로 2017년부터 실질적으로 활용된 방식은 ‘디맨드 리스폰스(DR)’라고 불리는 방식이다. DR은 수요 측 장비를 원격으로 제어하고 전력 소비 패턴을 분석하고 효율적으로 조정하는 기술이다.

가상 발전소(VPP)는 이러한 제어기술 DR을 통해 수요를 조절하는 등의 통합적인 제어를 통해 거대한 발전소처럼 운영된다. 다양한 기능을 통합하는 것을 ‘어그리게이터(리소스 수집기, 코디네이터)’라고 하는데 이를 통해 전력망에 존재하는 다양한 전원들을 효율적으로 통합 관리할 수 있게 된다. 이러한 기능이 가능한지에 대한 실증 사업들을 진행하고 있다.

가상발전소 실증사업 사례

회사명	실증 연구 내용
간사이 전력	통합 코디네이터 및 자원 수집기 제어 능력 실험 가정용, 산업용 축전지, 전기자동차(EV) 등의 충방전 장치 제어 목표 전력회사 및 제조업체 등 24개사 참가 중
로손	편의점 전력 수요 제어(점포 쇼케이스, 공조기, 조명 등 제어) 도쿄, 칸사이 지역 편의점 1000점포를 대상으로 실험
아즈비루	대형 업무용 빌딩에 도입된 축열설비, 자가발전 설비 원격제어
도쿄전력, Goal connect, NEC	여러 코디네이터가 공통기반을 사용하여 연계될 수 있는 시 실험 자가용 발전이나 대규모전지 중심으로 릴레이 제어 시스템 구성 관련 30개사가 참여중
SB 에너지	태양광 발전 사업자 대상 실증 분석 재생에너지 발전 중 수요 이상의 발전 시 발생하는 출력억제를 회피는 서비스 검토 중
에나리스	소매전기 사업자 및 축전지 중심의 제어 기술 연구
중부전력, 교토대학	캠퍼스 내 다양한 건물을 통합 관리하는 시스템 구축 자동판매기, 전기자동차, 식물공장 등 다양한 업태에서 수급조정 사업 가능성 연구 중

자료: 자원 에너지청

 

스마트 미터를 활용한 소매 전력 서비스

전력 자유화로 인해 각 가정에 보급된 ‘스마트 미터’도 전력의 수요와 공급을 관리하는 데 매우 중요하다. 스마트 미터란 전력을 디지털로 측정하고 통신 기능을 갖춘 전자식 전력량계를 지칭하는 말로, 스마트 그리드 정책을 위해 전력시장 자유화와 함께 일본 전 지역에 적극적으로 보급되었다. ‘스마트 미터’의 보급으로 전력과 관련된 데이터를 정확하게 수집하는 것이 가능해지면서 전력 관리 방식의 디지털 전환이 빠르게 이루어지고 있다.

 

스마트 미터 활용 예시

자료: 타이나비 스위치

스마트 미터는 통신기능이 탑재되어 있기 때문에 통신회선을 사용하여 IoT 기기들을 연결시키며 전기의 사용량을 실시간으로 체크가 가능하여 전력회사가 별도로 확인할 필요가 없어진다. 사용자와 전력회사는 간편하게 전력 사용에 대한 데이터를 수집할 수 있다. 또한 스마트 미터를 통해 가구별 데이터나 지역별 데이터도 산출이 가능하여 가구별, 지역별 전력소비 특성을 분석할 수 있고 재난, 재해 시 해당 데이터를 활용한 신속 대처가 가능한 등 효율적인 전력 운영 정책을 가능하게 한다.

이렇게 생성되는 데이터는 다양한 서비스들에도 활용이 가능해 전력회사가 수익성을 창출할 수 있는 기반이 된다. 이렇게 창출되는 수익성은 다시 재생 에너지 등에 투자가 가능하여 재생에너지 도입을 촉진시키는 선순환을 가져올 것으로 기대된다.

 

스마트 미터 데이터 활용 예시

분류	내용
운수업	실시간 전력 사용량과 배송 실적 데이터, 날씨 정보를 결합하여 최적 배송 루트를 산출해 업무 효율화 및 CO2삭감 효과 기대
가전업체	IoT가전기기들의 데이터를 분석하여 최적 사용을 제어하고 전력량 자동 효율화 진행
은행	(칸사이 전력) 위장 은행 계좌 개설 등의 문제에 있어 전력 데이터의 일부를 활용하여 은행계좌 개설 신청과 관련하여 본인이 맞는지 확인하는 서비스 제공 중
AI	전력데이터들 가상공간에서 시뮬레이션을 통해 현실에 가까운 발전 전력을 예측할 수 있음
기타	보험, 보안 등에 전력데이터를 활용한 서비스 제공 등

자료: 자원 에너지청

시사점

일본 전력시장의 디지털화는 계속 진행 중이며 재생에너지의 비중 확대와 함께 이를 효율적으로 운영할 수 있는 가상 발전소 등의 기술은 더욱 더 중요해질 전망이다. 일본 에너지 경제 연구소가 발표한 세계 에너지 전망에 따르면 재생에너지 점유율이 18년 14%에서 50년 25%까지 상승할 것으로 예상된다. 재생에너지가 성장해나갈수록 이를 통합 관리하는 가상발전소(VPP)는 향후 더욱 성장해 나갈 것으로 예상된다.

가상발전소 VPP 시장에는 기존의 전력회사 뿐만 아니라 새로운 IT 기업들의 참가도 확대되고 있다. 전력 거래나 관리를 위한 소프트웨어를 구축하기 위해 IT 기업이나 디지털 인재들이 요구되고 있는 상황이다. 기존의 전력회사들도 새로운 파트너들을 찾고 있는 상황으로 실제로 도쿄 가스는 20년 12월 고객에서 최적의 재생에너지 전력 계획을 제공하는 AI 플랫폼을 보유한 영국 옥토퍼스 에너지에 200억 엔을 출자한다고 발표했다.

향후에는 에너지와 다양한 산업 분야가 통합되어 종합적이고 유기적인 네트워크로 성장해나가는 것으로 예상된다. 이를 위해 경제산업성은 ‘커넥티드 산업’이라는 목표 아래 에네지 시장과 산업분야를 결합한 새로운 성장 모형을 구상하고 있다. 다양한 기술과 산업, 인재, 에너지를 연결하여 높은 기술력과 현장 정보를 통합해 새로운 부가가치를 창출하고 사회 문제를 해결할 것으로 기대된다.

향후 재생에너지와 가상 발전소는 다양한 산업군과 만나 새로운 시너지를 만들어 낼 것으로 기대된다. 전기 자동차에서도 베터리 등이 발전하며 에너지와 관련된 새로운 사업 모델이 만들어지고 있는 상황에서 가상 발전소는 해당 분야와의 접점을 통해 더욱 성장할 수 있을지도 주목되고 있다. 앞으로 우리 기업들도 새로운 에너지 사업에 적극적으로 진출하여 기회를 포착하는 것이 중요할 것으로 판단된다.

*자료원 : 경제산업성, 자원 에너지청, 닛케이, 한전경영연구원, 도쿄무역관, 오사카무역관 자료 종

[출처 = KOTRA GlobalWindow(http://news.kotra.or.kr) / 2021년 4월 12일]