[박상욱의 기후 1.5] 청정전력, 어떻게 만드냐? 어떻게 담느냐! (하)

'먼 미래'에서 '내 일'로 찾아온 기후변화 (344)

지난 4월 기준, 전 세계 재생에너지 발전비중은 38.11%를 기록했습니다. 전년 동월 대비 2%p. 가량 높아진 수치로, 5년 전인 2021년 4월, 석탄 36.3%, 재생 29.17%였던 비중은 2024년 재생 34.82%, 석탄 33.25%로 역전된 이후 둘의 격차는 계속 벌어지게 됐습니다. 재생에너지 비중을 끌어올린 건 폭발적으로 늘어난 태양광 덕분이었습니다. 2021년 4월, 4.31%에 불과했던 태양광의 비중은 올해 4월엔 11.91%까지 늘어났죠. 석탄과 함께 또 다른 주요 화석연료 발전원인 가스화력발전의 경우, 같은 기간 발전비중은 22.51%에서 19.77%로 줄었습니다. 원자력발전의 비중도 9.91%에서 8.53%로 줄었고요.

이러한 재생에너지의 비중 확대는 전체 발전량이 증가하는 와중에 벌어진 일입니다. 전체 발전량이 늘어난 만큼, 비중의 유지조차 발전량의 증가를 의미하는데, 되려 큰 폭으로 증가한 것이죠. 2021년 4월, 2,113.81TWh였던 전 세계 전력 생산량은 2022년 4월 2,149.43TWh, 2023년 4월 2,170.94TWh, 2024년 4월 2,275.61TWh, 2025년 4월 2,350.37TWh, 그리고 올해 4월엔 2,429.91TWh에 달했습니다. 5년만에 15%, 절대량으론 316TWh나 늘어난 겁니다. 이는 우리나라 연간 발전량의 절반에 달하는 규모입니다.

개별 발전원별 발전량을 보면, 태양광 발전량의 증가세는 더욱 잘 드러납니다. 2021년 4월 91.19TWh에 불과했던 전 세계 태양광 발전량은 2022년 116.07TWh, 2023년 137.51TWh, 2024년 179.53TWh, 2025년 242.88TWh, 2026년 4월엔 289.31TWh로 급증했습니다. 5년만에 3.2배가 된 겁니다. 태양광발전만큼은 아니지만, 풍력 발전량 또한 2021년 4월 316.39TWh에서 2026년 4월엔 339.12TWh로 55.1% 증가했습니다. 두 발전원이 4월 한 달 만에 우리나라가 1년 동안 쓰는 전기를 만들어낸 셈입니다.

'재생에너지 발전량이 적으니 우리나라 같이 작은 나라를 예로 드는 것 아니냐'고 생각하는 이도 있을지 모르겠습니다만, 우리나라는 2025년 기준 전 세계 전력수요 8위에 달하는 '전기 다소비 국가'입니다. 또, 다른 무탄소 발전원인 원자력의 전 세계 발전량과 비교하더라도 이는 월등히 많은 양입니다. 2026년 4월, 전 세계에서 원자력발전을 통해 만든 전기의 양은 207.32TWh로, 태양광 발전량의 72%에 그치죠.

태양광발전만큼은 아니지만, 풍력발전의 전기 생산량 또한 이 기간 약 55% 증가했습니다. 2021년 4월 154.28TWh, 2022년 4월 192.47TWh, 2023년 4월 202.48TWh, 2024년 4월 218.18TWh로 해마다 증가를 거듭했죠. 이때까지만 해도 태양광은 풍력을 넘어서지 못했습니다. 4월 기준 발전량 통계에서 태양광발전이 지난 2025년에서야 원자력발전을 넘어섰던 것보다 앞서, 풍력발전은 2023년 거의 비슷한 수준으로 늘어났고, 2024년 4월엔 원전을 넘어섰죠. 그리고 2025년 4월, 풍력 발전량이 226.02TWh로 전년 동월 대비 7.8TWh 이상 증가했음에도 태양광발전의 폭발적 확산으로 둘 사이는 역전됐습니다. 그렇다고 풍력발전의 증가세가 멈춘 것은 아닙니다. 세계 곳곳의 풍력발전은 올해 4월에도 239.22TWh의 전기를 만들어내며 꾸준한 증가세를 이어갔습니다.

전체 발전량이 2021년 4월 2,113.81TWh에서 2026년 4월 2,429.91TWh로 늘어난 사이, 석탄화력 발전량은 767.21TWh에서 759.54TWh로 줄었습니다. 이 기간, 석탄화력 발전량이 가장 적었던 때인 2022년 4월(727.91TWh)에 비해선 꽤나 늘어난 것이지만, 5년 전의 수준을 넘어서진 않은 것이죠. 이는 전력수요 자체의 증가와 중동 전쟁으로 인한 발전연료 수급 문제, 그리고 전년 동월 대비 감소한 원자력 발전량 등으로 인한 결과로 풀이됩니다.

지난 342번째 연재, 〈[박상욱의 기후 1.5] 청정전력, 어떻게 만드냐? 어떻게 담느냐! (상)〉에서 살펴본 것처럼, 태양광발전은 한낮에만 전기를 만들고, 결국 일몰 이후엔 다른 발전원의 가동이 불가피한 것이 한국의 오늘입니다. 햇빛이 있어야 전기를 만들 수 있는 건 해외에서도 마찬가지입니다. 그런데 어떻게 태양광발전의 비중이 꾸준히 늘어나 '전 세계 평균'으로 11.9%를 넘어설 수 있었던 걸까. 게다가 EU의 경우, 2026년 4월 태양광 발전비중이 23.4%에 달했는데, 어떻게 가능했던 걸까. '태양광발전이 전력 시스템의 안정을 위협한다'는 주장이 난무하는 국내에선 의문을 제기하는 이들이 있을지 모르겠습니다. 햇빛만으로 연중 전력 생산의 4분의 1 가량을 충당하는 것이 당연하고, 그 비중을 더 늘리려는 노력이 지금 이 순간에도 계속되는 것이 현실임에도 불구하고요. 태양광발전의 비중이 이렇게 늘어날 수 있는 배경엔 전기를 담아두는 '그릇'이 있습니다. 바로, ESS(Energy Storate System, 에너지저장장치)입니다.

위 그림의 국내 5분 단위 전력수급현황에서도 확인할 수 있듯, 현재 전력시장 내에서 거래되는 태양광 발(發) 전기와 BTM(Behind The Meter)이라고 부르는 자가소비용 태양광 발전량은 맞먹을 정도이고, 전력시장을 거치지 않고 생산자와 소비자가 직거래하는 PPA(Power Purchase Agreement, 전력구매계약)를 통한 발전량은 되려 전력시장 내 태양광 발전량보다 많습니다. 이는 재생에너지 보급 초기 단계인 한국뿐 아니라 해외에서도 마찬가지이고, 이러한 양상은 에너지 저장에서도 목격됩니다.

ESS는 해마다 증가하고 있습니다. 그런데, 이 증가세에서 주목해야 할 것이 하나 있습니다. 우리가 통상 ESS를 이야기할 때엔 전력망에 묶여있는 '주요 발전설비'와 같이 대규모의 BESS(Battery Energy Storage System, 배터리에너지저장장치)를 주로 이야기하곤 합니다. 그런데, 실제 BESS의 확산세를 살펴보면 에너지저장시스템의 확대는 매크로뿐 아니라 마이크로 단위로도 이뤄지고 있습니다. 태양광발전과 비슷하게 BESS에 있어서도 BTM의 몫이 점차 커지는 겁니다.

IEA(International Energy Agency, 국제에너지기구)에 따르면, 전 세계 BESS의 연간 신규 추가 용량은 2020년 6GW를 조금 넘었던 것에 비해 지난해엔 전년 대비 107.7GW나 증가했습니다. 누적 설치용량이 이렇게 증가한 것이 아니라, 해마다 새롭게 설치되는 BESS의 용량이 이렇게 급증한 것이죠. 이정도 기울기면, 누적 설치용량은 마치 코스피가 8천피까지 빠른 속도로 달려간 것과 맞먹는 수준입니다.

이런 가운데 BTM용 BESS는 해마다 새로 추가된 용량이 2020년 2.3GW, 2021년 3.1GW, 2022년 6.1GW, 2023년 11.8GW, 2024년 14.1GW, 2025년엔 무려 20.9GW로 늘어났습니다. 대규모 자본이 투입돼 사업자가 운영하는 대규모, 대용량의 유틸리티 BESS가 아니라 가가호호, 또는 개별 건물 등이 본인의 자가소비를 위해 설치하는 소규모의 BESS인데도 그 용량의 증가폭이 이렇게 된다는 것은 실로 엄청난 확장세를 보이고 있다는 것을 의미합니다.

그렇다면, 이러한 ESS는 어떤 역할을 할까. 글로벌 기후에너지 싱크탱크 Ember는 호주의 예를 들어 BESS의 역할과 영향을 설명했습니다. 호주는 2025년 기준, 태양광발전을 통해 연간 56TWh의 전기를 생산했습니다. 이는 세계 8위에 이르는 수준으로, 세계 10위인 한국(38TWh)보다 47.4% 많습니다. 우리와는 격차가 큰 Top 3(중국 1,175TWh, 미국 389TWh, 인도 196TWh)에 비해 보다 현실적인, 가까운 미래에 우리가 경험하게 될 사례인 셈이죠.

BESS는 '오늘 당장'의 관점에선, 한낮 초과 공급량을 담아두는 역할을 하지만, 보다 장기적 관점에선 과거 대비 늘어난 태양광 발 전기를 한밤에도 쓸 수 있도록 도모하는 역할을 합니다. 태양광 발 전력의 공급이 시간을 가리지 않고 가능해지는 겁니다. 궁극적으론 태양광 발전설비와 결합한 BESS는 햇빛으로 만든 전기로 하루 24시간 동안 살아갈 수 있게 되고요. Ember는 “2025년 호주에 신규 설치된 태양광 발전설비의 일평균 발전량의 53%를 그해 신규 설치된 BESS에 저장할 수 있다”고 설명했습니다.

이처럼 전력 공급에서 BESS가 유의미한 역할을 하게 되면, 이는 가격에도 영향을 미치게 됩니다. 태양광에 대한 의존도가 높아질수록 전력의 도매가격은 한낮 시간엔 0원 혹은 마이너스까지 떨어지다 일몰 후엔 급격히 높아질 수 있게 됩니다. 가격이 변하는 것은 시장의 원리에 따라 수요를 변화시키는 '자연스러운 일'이지만, 그 변화의 폭이 급격히 커지는 것은 되려 시장의 안정을 해치는 일이기도 하죠. BESS는 여기서 진폭을 줄이는 '댐퍼'와도 같은 역할을 합니다.

BESS가 가격에 미치는 영향력은 1년새 매우 커졌습니다. 2024년 4분기 기준, BESS가 전력가격 결정에 미치는 비중은 일출 전후로 7.4%, 그리고 일몰 전후로 21.7%까지 높아졌습니다. 한낮에 저장해둔 전기를 방전하는 때에 가격에 미치는 영향이 커지는 것이죠. 2025년 4분기엔 BESS의 전력가격 결정 비중이 일출 전후 15%, 일몰 전후로는 최고 38.7%까지 높아졌습니다. 호주의 전력가격에 있어 매우 큰 중요도를 갖게 된 겁니다.

실제, 5분 단위의 전력 스팟 가격을 보더라도, BESS의 영향은 확연히 나타납니다. 2024년 4분기, 대체로 100~110달러/MWh 전후를 보이던 스팟 가격은 태양광발전의 본격적인 가동과 함께 급격히 떨어지기 시작합니다. 그러다 한낮인 오후 12시 40분 스팟 가격은 MWh당 –6달러까지 떨어졌죠. 돈을 받고 파는 것이 아니라, 되려 돈을 주고 팔아야 하는 겁니다. 한낮을 지나 점차 태양광 발전량이 줄어들며 이 가격은 빠르게 오르다 오후 6시엔 MWh당 최고 464달러까지 치솟았습니다. 태양광 발 전력의 공백을 다른 발전원들이 채워주고, 더불어 수요가 잦아드는 밤 9시 전후에야 스팟 가격은 다시 100~110달러/MWh 선을 회복하게 되죠.

하지만 1년 후인 2025년 4분기, 즉 BESS의 전력가격 결정 비중이 전년 동기 대비 배 가량 커진 시기의 스팟 가격 곡선은 이러한 극단적인 변화를 찾아볼 수 없게 됐습니다. 당장 한낮 시간의 마이너스 가격도 2025년 4분기엔 –4에서 –5달러/MWh로 내려가는 폭이 줄었고, 일몰 전후의 피크 가격 또한 최고 138달러/MWh로 1년새 70% 넘게 낮아졌습니다. 더불어, 태양광발전으로 가격이 변동하는 시간대 외의 시간에도 스팟가격은 2024년 4분기엔 100~110달러/MWh였던 스팟 가격은 80달러/MWh 안팎으로 낮아졌고요. 가격의 변동성도 줄고, 최고 가격도 낮아지고, 밤 사이 동안의 스팟 가격도 저렴해지는 결과로 이어진 겁니다. 이처럼 BESS는 전력망의 물리적인 안정성을 높여줄 뿐만 아니라 가격의 안정성 또한 높이는 역할을 합니다.

그런데, 앞서 342번째 연재 〈[박상욱의 기후 1.5] 청정전력, 어떻게 만드냐? 어떻게 담느냐! (상)〉에서도 강조한 것처럼, 우린 어떤 형태로든 전기를 담아둘 온갖 종류의 ESS가 필요합니다. 배터리를 이용한 BESS도 방법이지만, 물을 이용한 WESS(Water Energy Storage System), 즉 양수발전과 같은 전통의 에너지저장장치도 여전히 중요한 것이죠.

전세계 BESS 및 WESS 설치량 Top 10 국가를 살펴보면, 중국은 BESS(215.5GWh)와 양수(65.9GW) 모두에서 '압도적 1위'를 차지하고 있습니다. 재생에너지 발전설비 용량에서도 그렇듯, 미국은 중국과 함께 '탑 티어'에 들며 82.1GWh의 BESS와 18.9GW 규모의 양수 설비를 운영하고 있죠. 일본의 경우, BESS에선 Top 10 리스트에 들지 못했지만, 양수에 있어서만큼은 21.9GW에 육박하는 용량으로 세계 2위에 올랐습니다. 한국은 BESS 용량은 세계 10위, WESS 용량은 세계 6위에 랭크됐습니다.

현재 국내엔 양양(1,000MW)을 비롯해 예천(800MW), 산청(700MW), 무주와 청송, 삼랑진(각 600MW), 그리고 청평(400MW) 총 7곳에서 도합 4.7GW 용량의 양수발전설비 16기를 운영하고 있습니다. 여기에 포천(700MW)과 홍천(600MW), 영동(500MW) 3곳에서 1.8GW 용량의 설비를 설치하고 있고, 영양(1,000MW)과 합천(900MW)에서 1.9GW 용량의 설비 추가를 추진중입니다. 이렇게 되면, 한국은 총 8.4GW의 그릇이자 댐퍼를 갖게 됩니다. 현재 기준, 세계 4위인 인도(7.2GW)를 넘어서는 수준으로, 우리나라의 전력수요에 걸맞는 유연성 자원을 확보하는 셈입니다.

지역별로 봤을 때에도 의미가 큽니다. 중부지방(수도권 및 강원)에 1.4GW의 양수발전소가 운영중이고, 1.3GW 규모의 발전소가 현재 공사중입니다. 그리고 경북에 1.4GW 용량이 운영중이고, 여기에 1GW 신규 설비를 추진중이고, 소백산맥을 낀 내륙 지역엔 1.3GW의 설비가 운영중이고, 500MW의 설비는 공사중, 900MW의 설비는 프로젝트 추진중에 있죠. 지역별로 고른 분포로 양수 설비가 구축되는 겁니다.

앞으로 남은 관건은 그릇에 담을 수 있는 '양'에 있습니다. 앞선 WESS/BESS 글로벌 Top 10 그래프에서처럼, BESS는 GW가 아닌 GWh로 집계되어있습니다. 배터리에 담을 수 있는 실질적인 전력량을 기준으로 표기한 것이죠. 국내 양수발전설비는 대개 4시간 동안 작동 가능합니다. 현재 운영중인 4.7GW의 양수 설비를 BESS와 동일한 단위로 표현하면, 18.8GWh가 되죠. 2030년대 중반이 되면, 양수발전의 규모는 8.4GW로 늘어나고, 담아낼 수 있는 전기의 양으로 보면 32~33GWh 가량이 됩니다. 태양광발전의 출력이 집중되는 10~14시를 버티면 된다는 관점에선, '만족할 수준'일지 모르겠지만, 넘치는 것을 잠시 담아두는 그릇을 넘어 24시간 동안 청정전력만을 사용하기 위한 저장고의 역할을 하기엔 여전히 부족합니다.

세계 각국은 이제 재생에너지를 중심으로 한 청정전력 발전설비의 확대를 넘어 매일, 매 순간 그러한 청정전력만을 사용할 수 있도록 만들기 위해 다양한 방법들을 찾고, 현실에서 적용하고 있습니다. 전통의 에너지 저장 수단인 WESS에 더해 GW급 BESS는 이미 세계 곳곳에서 건설중입니다. 단순히 규모만 키우는 것을 넘어 전기를 담아둘 수 있는 그릇도 키우며 6시간 이상 GW 급으로 전기를 담고, 필요한 때엔 다시 방전할 수 있도록 말이죠. 지금까진 전통의 양수발전만으로 늘어난 태양광발전을 감당할 수 있었지만, 이는 가스화력발전과 같은 유연성 자원의 도움이 있었기에 가능했던 일입니다. 청정전력의 비중을 더 키우기 위해선 추가적인 유연성 자원이 필수인 것이죠. 그런데, 이러한 유연성 자원이 필요한 것은 그저 '재생에너지의 단점' 때문만은 아닙니다. 시시각각 달라지는 전력수요의 변화에 대응하지 못하는 경직된 원전도, 수요와 관계없이 햇빛에 따라 발전량이 변화하는 간헐성의 태양광발전도 이를 필요로 하긴 마찬가지니까요.

더불어, 전력 공급원 차원의 노력 이외의 노력도 중요합니다. 그릇에 담았다 더는 것을 통해 공급 그래프의 곡선이 수요 그래프의 곡선에 맞춰 움직이도록 하는 것 외에도 수요 곡선을 공급 곡선에 맞추는 노력 또한 함께 이뤄져야 하죠. 중동 전쟁을 계기로 다시금 증가세에 탄력을 받은 전기차는 이러한 두 축의 노력 모두에 있어 큰 영향을 미치는 요소 중 하나입니다. 이에 대해선 다음 연재에서 보다 자세히 살펴보겠습니다.

박상욱 기자 park.lepremier@jtbc.co.kr