재생에너지 비중 20% 확대…'구조 대변혁' 새판 짜는 전력시장

분산형 전원 증가로 배전망 수요 확대
5년간 40%↑…발전원중 20% 차지
전선 지중화·직류화로 투자규모 늘어

한국전력이 올해 처음으로 장기 배전계획 수립에 착수하면서 전력망 구조 전환이 본격화될 전망이다. 전국에 분산된 소규모 태양광과 연료전지 등 재생에너지 발전원이 빠르게 늘면서 배전망 수요가 크게 증가했다.

여기에 전선 지중화와 직류화 같은 기술 변화가 동시에 진행되며 설비 전환과 투자 확대가 불가피해졌다. 기존 대규모 발전소 중심의 송전 구조에서 지역 단위의 분산형 공급 체계로 전력 계통이 전환되는 흐름을 반영한 조처로 해석된다.

발전원 17%는 배전망 이용…태양광이 대부분

22일 한전이 지난해 173개 지방자치단체와 협력해 배전망과 연계된 분산 에너지 실태를 조사한 결과, 현재 26기가와트(GW) 규모의 발전설비가 배전망을 통해 전기를 공급하고 있는 것으로 나타났다. 이는 전체 발전설비의 약 17%에 해당한다. 이 가운데 95%는 태양광 발전이었다.

한전은 이 수치가 2028년까지 36GW로 약 40% 증가하고 전체 발전설비의 20%를 차지할 것으로 내다봤다. 지금은 호남 지역에 집중된 태양광이 향후에는 영남권, 충남권 등 전국으로 확산할 것으로 예상된다.

전력 계통은 송·변전과 배전으로 나뉜다. 발전소에서 변전소까지 고압 전기를 보내는 구간이 송·변전망이고, 변전소에서 전주나 지중(지하) 선로를 거쳐 가정과 건물에 전기를 공급하는 구간이 배전망이다. 보통 변전소에서는 22.9킬로볼트(㎸) 전압으로 전기를 공급하고, 전주에서는 이를 220V로 낮춰 소비자에게 전달한다.

기존에는 석탄, 가스 등 대규모 화력발전소와 원자력발전소, 대형 풍력단지에서 생산된 전기를 154㎸ 이상의 고압 송전망을 통해 변전소로 보내는 방식이 일반적이었다.

반면 최근 급증한 태양광 발전은 전국에 분산된 소규모 형태로 설치돼 대부분 22.9㎸의 배전망에 직접 연결된다. 연료전지 등 발전량이 적은 전원도 배전망을 이용해 전기를 공급한다. 이처럼 분산형 전원의 증가로 배전망 수요는 빠르게 늘고 있다. 이에 따라 분산에너지활성화특별법(제18조)은 배전사업자인 한국전력에 배전망 증설 계획 수립을 의무화하고 있다.

이번에 수립되는 첫 장기 배전계획에는 11차 전력수급기본계획(2024~2038년)에 포함된 분산에너지 확대 전망이 반영될 예정이다. 앞서 한전은 11차 계획에 기반해 72조8000억원 규모의 장기 송·변전 투자계획을 발표한 바 있으며, 이는 이전 10차 계획(56조5000억원)보다 28.8% 늘어난 수준이다.

배전망 투자도 이에 비례해 확대될 것으로 예상된다. 한전은 10차 계획을 기준으로 배전망 투자 규모를 31조원으로 추산한 바 있다. 이를 송·변전 투자 증가 비율에 맞춰 단순 환산하면 약 40조원, 일부 전문가들은 최대 50조원에 이를 수 있다고 보고 있다.

유승훈 서울과학기술대학교 교수는 "재생에너지 확대와 지중화로 인해 배전망 투자 규모는 50조원에 육박할 수 있다"고 말했다. 지상에서 땅속으로 전선을 옮기는 지중화가 확대되면서 공사비도 크게 증가한 것으로 분석된다.

배전망 '직류' 전환 추진…투자 더 늘어난다

앞으로 배전망이 교류(AC)에서 직류(DC) 방식으로 전환되면 투자 규모는 더 커질 것으로 보인다. 태양광, 에너지저장장치(ESS), 연료전지, 전기차 등 요즘 늘고 있는 분산형 발전원은 대부분 직류 전기를 생산하거나 사용하는 구조다. 현재는 이 직류 전기를 인버터를 통해 교류로 바꾼 뒤 공급하고 있어, 이 과정에서 에너지 손실이 발생한다.

한전은 배전망이 직류 방식으로 전환되면 이런 전력 변환 단계를 줄일 수 있어 전체 전력 효율이 10~15% 정도 향상될 수 있다고 설명했다. 데이터센터처럼 직류 전기를 그대로 사용하는 시설은 직류로 바로 공급받을 경우 에너지 낭비를 줄일 수 있다.

직류 배전 기술은 전압에 따라 저압직류배전(LVDC, 1.5㎸ 이하)와 특고압직류배전(MVDC, 1.5~100㎸)으로 나뉜다. LVDC는 아직 초기 단계고 MVDC는 국내외에서 활발히 개발 중이다.

미국은 전기차 충전망에 MVDC를 적용할 방침이다. 독일은 LVDC와 MVDC를 함께 쓰는 하이브리드 방식 실증을 진행하고 있다. 초고압직류송전(HVDC)은 이미 송전망에 적용돼 국내외에서 상용화가 빠르게 진행되고 있다.

다만 직류 배전은 이번 첫 장기 배전계획에는 포함되지 않았다. 한전 관계자는 "직류 배전은 기술 실증과 제도 정비가 더 필요해 2차 계획부터 반영될 가능성이 있다"고 밝혔다.

강희종 에너지 스페셜리스트 mindle@asiae.co.kr