차세대 전력망, 전력 수요 폭증에 대응한다

전력망의 새로운 전환점

그동안 우리나라 전력망은 대형 발전소에서 생산된 전기를 송전선로를 통해 소비지로 전달하는 중앙집중형 구조를 기반으로 운영되어 왔습니다. 발전과 송전, 소비가 비교적 단순한 흐름을 보였던 과거에는 대규모 발전소와 중앙집중형 계통이 효율적인 선택이었습니다.

하지만 최근 재생에너지의 비중이 확대되고 전력 수요가 구조적으로 증가하면서 기존 전력망 체계의 한계가 명확해지고 있습니다. 태양광과 풍력 같은 기상 조건에 따라 발전량이 변동하는 전원이 늘어나고, 데이터센터, 반도체 공장, 전기차 등 고전력 소비 설비가 확산되면서 전력망 운영 환경은 과거보다 훨씬 복잡해졌습니다.

한국형 차세대 전력망의 핵심

정부가 추진하는 '한국형 차세대 전력망'은 단순히 송·배전 설비를 확충하는 사업이 아닙니다. 전기를 생산하고 소비하는 기존 방식을 근본적으로 바꾸려는 시도입니다. 재생에너지, 에너지저장장치(ESS), 수요관리 자원 등 분산된 전원을 하나의 체계로 통합하고, 인공지능(AI) 등 디지털 기술을 활용해 전력의 생산, 저장, 소비를 최적화하는 것이 목표입니다. 이를 통해 재생에너지의 변동성을 줄이고 전력망의 안정성과 효율성을 높이려는 정책적 의지가 담겨 있습니다.

전력망 연구의 새로운 접근

전력망이 복잡해짐에 따라 연구 방법도 변화하고 있습니다. 전기공학 중심의 전통적 접근을 넘어 네트워크 과학과 복잡계 과학 등 통계물리 기반 이론을 적용해 전력망을 분석하는 시도가 늘고 있습니다. 김희태 한국에너지공과대학교 에너지공학부 교수는 이러한 새로운 관점에서 차세대 전력망 연구를 선도하고 있으며, 정부가 전라남도 중심으로 추진하는 'K-GRID 인재·창업 밸리 조성' 사업의 추진단장을 맡고 있습니다.

차세대 전력망의 필요성

화석연료 중심 발전에서 벗어나 탄소 배출 감축을 위해 재생에너지 확대가 필수적입니다. 그러나 태양광과 풍력은 발전량이 기상 조건에 따라 크게 변하는 '간헐성' 문제를 안고 있어 기존 전력망 운영에 부담을 주고 있습니다. 재생에너지의 변동성을 안정적으로 관리할 수 있는 새로운 전력망이 절실히 요구되는 이유입니다.

기존 전력망과 차세대 전력망의 차이

차세대 전력망은 전력의 흐름을 한 방향에서 양방향으로 전환하며, 저장과 공급이 유기적으로 결합된 시스템입니다. 과거 스마트그리드가 정보통신기술을 접목해 전력 흐름과 수요를 효율적으로 관리했다면, 차세대 전력망은 마이크로그리드, 가상발전소(VPP), ESS 등 다양한 기술을 통합해 탈탄소와 분산형 전력망 전환을 추진하는 진화된 개념입니다.

VPP와 ESS의 역할

ESS는 전력망의 '보조배터리' 역할을 합니다. 남는 전기를 저장했다가 필요할 때 다시 사용할 수 있어 재생에너지의 변동성을 보완합니다. VPP는 ESS, 태양광, 전기차 등 다양한 전력 생산 및 저장 자원을 통합해 전력 공급 시기와 양을 조율하는 지휘자 역할을 수행합니다.

AI와 전력망 운영

분산된 자원을 통합 운영하기 위해서는 정확한 판단과 예측이 필수적이며, 이 역할을 AI가 담당합니다. AI는 복잡한 데이터를 분석해 재생에너지 발전량과 전력 소비를 예측하고, 설비 고장 감지 및 유지보수 시점 예측 등 전력망 운영 전반의 효율성을 높입니다.

전남이 차세대 전력망 실증 지역인 이유

전라남도는 국내에서 재생에너지 잠재력이 높은 지역입니다. 풍부한 일사량과 넓은 평야, 서해안의 우수한 해상풍력 자원 덕분에 대규모 재생에너지 설비 구축에 적합한 환경을 갖추고 있습니다.

기술 외에 필요한 조건들

차세대 전력망 구현에는 AI 활용과 함께 데이터 확보가 중요합니다. 전력 생산과 소비 흐름을 정밀하게 파악할 수 있는 데이터가 기반이 되어야 합니다. 또한, 전기요금 차별화, 개인 전력 생산 및 거래 허용 범위 등 정책적 논의도 병행되어야 하며, 기술, 제도, 시장, 데이터 환경이 조화를 이루어야 안정적 구현이 가능합니다.

국민이 체감할 변화

차세대 전력망 도입으로 국민은 전기 사용의 불편 없이 안정적인 전력 공급을 누릴 수 있습니다. 전기 소비가 증가하는 산업과 일상 환경 변화에도 대규모 정전과 공급 불안을 최소화하는 것이 목표입니다. 또한, 재생에너지 활용으로 전기요금 부담을 줄이는 '햇빛 연금'과 전기차와 전력망 간 전력 거래 기술인 V2G를 통해 경제적 혜택도 기대할 수 있습니다.

V2G와 전기차의 역할

V2G는 전기차를 '움직이는 보조배터리'로 활용하는 기술입니다. 전력 수요가 높을 때 차량에 저장된 전기를 전력망에 공급하고, 태양광 발전이 많은 시간대에 다시 충전하는 방식으로 전력망 운영에 기여합니다. 이에 따라 전기차 이용자는 요금 할인이나 보상을 받을 수 있습니다.

새로운 산업 생태계와 지역 활성화

차세대 전력망은 단순한 전력 효율 향상을 넘어 산업 성장과 지역 경제 활성화를 견인할 전망입니다. 신재생에너지 풍부 지역에 데이터센터가 조성되고 AI 기반 산업이 형성되면서 일자리 창출과 청년 인구 유입이 기대됩니다. 이는 한국형 차세대 전력망이 기술과 산업, 지역 발전을 아우르는 종합적 구상임을 보여줍니다.

연구자의 관점

김희태 교수는 전력망을 단순한 전기공학적 시스템이 아닌 하나의 물리적 개체로 보고 연구합니다. 전력망의 복잡성이 증가함에 따라 기존 방법으로 설명하기 어려운 부분을 새로운 이론과 접근법으로 해결하고, 안정적 운영 방안을 모색하는 데 주력하고 있습니다.