전력(電力) 질주하는 테슬라…가상발전소서 미래 보다

[일렉코노미]<중편>한국의 딜레마: 규제와 인프라의 전쟁⑤

[편집자주] AI가 세계 경제의 기술 패권을 재편하고 탄소중립 전환이 산업과 생활 전반을 뒤흔든다. 이 두 흐름은 서로 다른 방향에서 출발했지만 결국 전기(Electricity)라는 하나의 지점에서 만난다. 전력 수요 급증 속 공급을 제약하는 '역설'이 향후 세계 경제의 토대가 될 수밖에 없다. '일렉코노미(Eleconomy)'는 미래 경제를 좌우할 이 전환의 본질을 짚고 한국이 직면한 기술·에너지·인프라의 세 가지 도전을 입체적으로 분석하며 AI와 탄소중립 시대에 요구되는 '아름다운 에너지 믹스'와 국가 전략을 제시하는 것을 목표로 한다.

전 세계 VPP(가상발전소 시장) 규모 전망/그래픽=이지혜

세계 최대 전기차 사업자 테슬라는 발전 사업자이기도 하다. 미국 캘리포니아에서만 500㎿(메가와트)의 전기를 공급한다. 호주·영국 등의 사업장까지 더하면 보수적으로 잡아도 테슬라의 전기 공급 규모는 600~800㎿에 달할 것으로 추산된다. 이는 국내 석탄화력발전소 1기가 생산하는 발전용량에 육박하는 규모다.

테슬라는 자체 ESS(에너지저장장치)인 파워월(Powerwall)과 전기차 배터리 등 형태로 분산돼 있는 에너지 자원을 ICT(정보통신기술)로 통합해 하나의 발전소인 것처럼 에너지를 공급한다. 이른바 가상발전소(VPP, Virtual Powerplant)다. 전력 수요가 급증할 때 테슬라는 VPP 플랫폼에 연결된 ESS나 전기차 배터리의 방전을 유도해 캘리포니아 지역 전력망에 전기를 공급한다. 반대로 신재생에너지 생산이 급증할 때 VPP 플랫폼에 연결된 ESS나 전기차 등이 잉여 전력을 최대한 흡수한다.

글로벌 시장조사기관 프레시던스리서치 등에 따르면 2022년 10억8000만달러(약 1조5900억원)였던 VPP 시장 규모는 지난해 62억8000만달러(약 9조2800억원) 규모로 커졌다. 올해는 77억달러(약 11조3800억원)로 커지고 2035년엔 456억7000만달러(약 67조5200억원)에 달할 것으로 예상된다.

VPP(가상발전소) 시장의 밸류체인/그래픽=이지혜

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VPP의 역할1: 전력망 안정성 유지와 탄소중립

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VPP의 중요성은 탄소중립 이슈와 직결돼 있다. 2022년 국내 온실가스 배출량(7억2430만톤) 중 에너지 분야가 76.2%(5억5190만톤)에 이른다. 이 중 대다수가 화력발전소 등에서 배출된다. 온실가스 감축목표 달성을 위해서는 에너지 분야 배출량 감축이 필요하다. 결국 재생에너지 생산과 이를 안정적으로 운영해야 하는 숙제가 생긴다.

전기에너지는 그 특성상 생산과 소비가 실시간으로 매칭돼야 한다. 공급·수요 균형이 무너지면 정전 사태등 전력계통 장애가 발생해서다. 다수 발전소를 대기상태로 두고 있다가 전력 수요가 급격히 높아지는 시점에 긴급히 가동하는 등 조치를 반복하는 이유도 이 때문이다.

문제는 재생에너지 등 분산에너지원 활용이 늘면 전력망 불안정성도 커진다는 것이다. 태양광·풍력 등 재생에너지 발전소의 전력 생산량이 들쑥날쑥한 탓이다. 이를 해결할 수 있는 게 VPP다. VPP는 개별 분산에너지원에서의 전력 생산을 늘리거나 줄이도록 제어하고 전력망에 연결된 ESS 등에 예비 전력을 충전하도록 유도하며 전력망 안정성을 높인다.

이일우 ETRI(한국전자통신연구원) 산업에너지융합연구본부장은 "안정적인 공급·수요 관리가 어려우면 재생에너지 발전단지를 구축해도 무용지물"이라며 "실제 호남 지역에 막대한 신재생 전력 생산 설비가 구축돼 있지만 기존 전력망의 수전용량이 감당하지 못해 전력망에 연결되지 못하고 있다. VPP가 없으면 재생에너지를 안정적으로 활용하는 게 불가능하다"고 했다.

2030년 재생에너지 100GW 구축 및 에너지 고속도로 계획/그래픽=이지혜

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AI 시대 전력수요 충당

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VPP가 초기엔 ICT(정보통신기술)로 분산 에너지자원을 안정적으로 운영하는 데만 활용됐다면, 이젠 AI(인공지능) 기술 발전에 힘입어 더 고도화되면서 AI시대 전력 수요 충당을 돕는다.

AI 컴퓨팅 인프라 확충 과정에서는 막대한 전력이 소요된다. AI 데이터센터는 기존 데이터센터에 비해 많게는 20배 이상 전력을 소비한다. AI 인프라 운영을 위해서는 원자력발전소를 통해 안정적인 기저전력을 확보하는 동시에 대규모 신재생에너지 발전단지 등 탄소 부담이 적은 에너지원을 마련해야 한다. VPP는 이같은 다양한 종류의 자원을 안정적으로 운영하기 위해 꼭 필요하다.

박중성 전력연구원 책임연구원은 "AI시대 막대한 전력 수요 충당을 위해 VPP는 필수 인프라가 되고 있다"면서 "특히 기상이나 전력망 부하, SMP(전기 도매가격) 예측 등 VPP 운영의 핵심 도구로 AI를 활용하며 더 고도화되고 있다"고 설명했다.

우리 정부도 탄소중립과 AI 시대 전력수요 충당이라는 두 가지 목표를 달성하기 위해 VPP 기술 인프라를 적극 활용한다는 방침이다. 기후에너지환경부는 2030년까지 100GW(기가와트) 규모의 재생에너지 보급 목표를 세웠다. 지난해 5월 기준 국내 전체 발전 설비 용량(153.1GW)의 3분의 2에 육박하는 규모다. 이를 위해 AI를 통한 지능화된 전력망을 운영하고 VPP를 활성화해 재생에너지 수용성을 높이는 '에너지 고속도로' 전략도 추진한다. 히트펌프, ESS, 양방향 충·방전(V2G) 등 수요 유연성 자원의 시장참여 활성화 방안도 마련한다는 계획이다.

황국상 기자 gshwang@mt.co.kr