김희태 한국에너지공과대학교 교수가 말하는 차세대 전력망
그동안 전력망은 대형 발전소에서 생산한 전기를 송전선로를 통해 소비지로 보내는 중앙집중형 구조를 전제로 구축돼 왔다. 발전과 송전, 소비의 흐름이 비교적 단순했던 시기에는 대규모 발전소와 중앙집중형 계통이 효율적인 선택지였다.
그러나 재생에너지 비중 확대와 전력 수요의 구조적 증가가 맞물리면서 기존 전력망 체계의 한계가 분명해지고 있다. 태양광·풍력처럼 기상 여건에 따라 발전량이 달라지는 전원이 늘고 있고, 데이터센터·반도체공장·전기차 등 고전력 소비 설비가 확산하면서 전력망은 과거보다 훨씬 복잡한 운영 환경에 놓였다.
이 같은 변화에 대응해 정부가 추진하는 ‘한국형 차세대 전력망’은 단순히 송·배전 설비를 늘리는 사업이 아니다. 전기를 생산해 보내고 소비하는 기존 방식 자체를 바꾸겠다는 것이다. 재생에너지와 에너지저장장치(ESS), 수요관리 자원 등 곳곳에 흩어진 전원을 하나의 체계로 묶고 인공지능(AI) 등 디지털 기술을 활용해 전력의 생산·저장·소비를 최적화하겠다는 구상이다. 재생에너지의 변동성을 낮추는 동시에 전력망의 안정성과 효율성을 높이는 것이 정책의 핵심 목표다.
전력망이 복잡해지면 연구의 관점도 달라진다. 전기공학 중심의 접근에서 나아가 네트워크 과학과 복잡계 과학 등 통계물리 기반의 이론적 틀로 전력망을 분석하려는 시도가 확대되고 있다. 김희태 한국에너지공과대학교(이하 한전공대) 에너지공학부 교수는 이러한 접근을 바탕으로 차세대 전력망을 연구해 온 전문가다. 김 교수는 정부가 전라남도를 중심으로 추진 중인 ‘K-GRID 인재·창업 밸리 조성’ 사업의 추진단장을 맡고 있다.
차세대 전력망은 과연 무엇을 바꾸게 될까. 기술의 의미와 작동 방식, 실제 구현 과정에서 뒷받침돼야 할 요소는 무엇인지, 그리고 국민이 일상에서 체감할 변화는 무엇인지 김 교수에게 물었다.
차세대 전력망은 왜 필요한가요?
화석연료 위주의 발전을 줄이고 탄소 배출을 감축하려면 재생에너지와 같은 무탄소 전원을 확대할 수밖에 없습니다. 재생에너지는 환경 훼손을 줄이면서 전기를 생산할 수 있다는 장점이 있지만 발전량을 사람이 마음대로 조절하기 어렵다는 한계도 있습니다. 태양광은 햇빛의 세기에 따라 풍력은 바람의 조건에 따라 발전량이 달라지는데 이를 ‘간헐성’ 문제라고 합니다. 전기가 일정하게 생산되지 않고 상황에 따라 급격히 늘거나 줄 수 있다는 점이 기존 전력망 운영에 부담으로 작용하죠. 변동성이 큰 재생에너지가 전력 시스템의 핵심으로 떠오르면서 이를 안정적으로 관리할 수 있는 새로운 전력망이 필요해진 겁니다.
차세대 전력망은 기존 전력망과 무엇이 가장 다릅니까?
본질은 전력망을 더 안정적으로 운영하기 위해 다양한 기술을 결합하는 방향으로 시스템이 진화하고 있다는 점입니다. 전력이 한 방향으로만 흐르던 구조에서 벗어나 필요에 따라 저장됐다가 다시 공급되는 양방향 구조로 바뀌고 있습니다. 과거 ‘스마트그리드’가 기존 전력망에 정보통신기술을 접목해 전력 흐름과 수요를 효율적으로 관리하는 개념이었다면, 차세대 전력망은 이를 한층 확장한 개념이라고 볼 수 있습니다. 마이크로그리드(소규모 지역에서 전력을 자급자족할 수 있는 시스템), 가상발전소(VPP·Virtual Power Plant), ESS 같은 기술을 유기적으로 접목해 탈탄소와 분산형 전력망 전환을 추진하는 체계입니다.
VPP와 ESS는 차세대 전력망에서 어떤 역할을 하나요?
ESS를 가장 쉽게 설명하면 전력망의 ‘보조배터리’입니다. 건물 옥상에 물탱크를 설치해 물을 저장해뒀다가 쓰는 것과 비슷합니다. 남는 전기를 저장했다가 필요할 때 다시 사용할 수 있어 재생에너지의 변동성을 보완해줍니다. VPP는 일종의 지휘자 역할을 합니다. ESS와 태양광, 전기차 등 전기를 생산하거나 저장할 수 있는 다양한 자원을 통합해 언제, 얼마만큼의 전력을 공급할지 조율합니다.
분산 자원을 통합 운영하려면 판단과 예측이 중요할 텐데요.
그 역할을 수행하는 핵심 기술이 AI입니다. AI의 강점은 일일이 해석하기 어려운 데이터를 분석해 패턴을 찾아내고 예측에 활용할 수 있다는 점입니다. 재생에너지는 기상 조건에 따라 발전량이 크게 달라지기 때문에 기존 방식만으로는 언제 얼마나 전기를 생산할 수 있을지 판단하기가 쉽지 않습니다. 관련 데이터를 장기적으로 학습시키면 재생에너지 발전량을 더욱 정확하게 예측하는 모델을 만들 수 있습니다. AI는 전력 소비 예측에도 활용됩니다. 예를 들어 대형 스포츠 경기가 열리는 날 전력 사용이 급증하는 현상처럼 사회적 이벤트까지 사전에 학습해 수요 변화를 예측할 수 있습니다. 설비 고장을 미리 감지하거나 유지·보수 시점을 예측하는 등 전력망 운영 전반의 효율을 높이는 데도 활용할 수 있고요.
정부가 전남을 차세대 전력망 실증 지역으로 우선 추진하겠다고 발표했습니다. 왜 전남인가요?
전남은 국내에서 재생에너지 잠재력이 높은 지역 중 하나입니다. 태양광은 일사량이 풍부하고 넓은 평야지대가 형성돼 있어 대규모 설비를 구축하기에 유리하고 서해안을 따라 바람 자원이 풍부해 해상풍력 여건도 뛰어납니다.
차세대 전력망을 구현하려면 기술 외에 어떤 조건들이 필요할까요?
전력 기술 개발 자체는 이전부터 꾸준히 이뤄져 왔습니다. 최근 달라진 점은 AI 활용이 본격화됐다는 것이죠. 연구자 입장에서 특히 중요하게 느끼는 부분은 데이터입니다. 전력 생산과 소비 흐름을 정밀하게 파악할 수 있어야 하는데 그 기반이 데이터이기 때문입니다. 물론 데이터 확보만이 유일한 과제는 아닙니다. 전력 시스템이 변화하면서 전기요금을 사용자별로 다르게 설계할 수 있을지, 개인이 전기를 생산해 사용하고 남은 전력의 거래 방식을 어디까지 허용할지 정책적인 논의도 함께 진전돼야 합니다. 결국 차세대 전력망은 기술과 제도, 시장, 데이터 활용 환경이 맞물려 발전해야 안정적으로 구현될 수 있습니다.
차세대 전력망이 도입되면 국민이 일상에서 체감할 변화는 무엇일까요?
지금처럼 전기를 불편 없이 계속 쓸 수 있다는 점입니다. 사실 이게 당연한 일은 아니거든요. 우리나라는 전력 공급의 안정성이 매우 높은 나라에 속하는데 그만큼 상당한 비용을 들여 관리하고 있다는 뜻이기도 합니다. 앞으로는 환경이 크게 달라집니다. 반도체와 데이터센터처럼 전기를 많이 쓰는 산업이 계속 늘고 일상에서도 가스레인지는 인덕션으로, 자동차는 전기차로 바뀌는 등 전기 소비가 훨씬 커질 수밖에 없습니다. 차세대 전력망은 이런 변화에도 대규모 정전이나 공급 불안을 최소화해 국민이 불편을 느끼지 않도록 하는 데 목적이 있습니다. 청정에너지를 활용하면서도 지금과 같은 사용 환경을 유지하는 것 자체가 중요한 성과라고 볼 수 있습니다. 또 재생에너지를 도입해 부수적인 수익을 얻는 이른바 ‘햇빛 연금’이나 ‘V2G’(Vehicle To Grid·전기차와 전력망이 전력을 주고받는 기술)를 통해 전기요금 부담을 줄일 수 있습니다.
V2G를 언급했는데요. 어떻게 전기차로 전기요금을 줄일 수 있나요?
아직 국내에서 본격적으로 시행되는 제도는 아니지만 개념적으로는 충분히 가능한 방식입니다. 전력망 입장에서 보면 전기를 저장했다가 필요할 때 다시 쓸 수 있는 자원이 많을수록 운영이 수월해집니다. 그런 점에서 전기차는 하나의 ‘움직이는 보조배터리’로 활용할 수 있습니다. 전력 수요가 높을 때는 차량에 저장된 전기를 일부 전력망에 공급하고 태양광 발전이 많은 시간대에는 다시 충전하는 방식입니다. 이렇게 전력망 운영에 기여하는 만큼 전기차 이용자에게 요금 할인이나 보상을 제공하는 거죠.
차세대 전력망이 자리 잡으면 새로운 산업 생태계도 기대해볼 수 있겠네요.
일반적인 IT 서비스 산업과는 성격이 조금 다릅니다. 아이디어만으로 빠르게 창업하는 모델과 달리 전력 분야는 실제 기술과 장비가 뒷받침돼야 합니다. 전력 산업에서의 창업은 기술 개발과 정책 지원이 함께 이뤄질 때 현실적인 기회가 생긴다고 봅니다. 차세대 전력망을 통해 재생에너지 발전량을 늘리고 송전망 확충 부담을 줄일 수 있다는 점도 중요한 변화입니다. 신재생에너지가 풍부한 지역으로 데이터센터가 이전하거나 새롭게 조성되면 그 지역을 중심으로 AI 기반 산업이 형성될 수 있습니다. 일자리가 생기고 청년 인구가 유입되면서 지역경제가 활성화하는 선순환도 기대할 수 있습니다. 한국형 차세대 전력망은 단순히 전기를 효율적으로 쓰는 데 그치지 않고 산업 성장과 지역 활성화를 함께 끌어가려는 종합적인 구상이라고 생각합니다.
차세대 전력망 연구에서 교수님이 주목하는 관점은 무엇인가요?
전기공학에서 다뤄온 전력망의 단면이 아니라 전력 시스템 전체를 하나의 물리적인 개체로 보고 접근합니다. 전력망이 점점 복잡해지면서 기존 방법만으로는 설명하기 어려운 지점들이 늘어나고 있습니다. 새로운 관점에서 시스템을 이해하고 더 건강하고 안정적으로 운영할 수 있는 방법을 찾는 데 기여하고 싶습니다.
이근하 기자
