새로운 전력 시스템 구축은 복잡하고 체계적인 프로젝트입니다. 전력 안보와 안정성의 조화, 신에너지 비중 증가, 그리고 합리적인 시스템 비용을 동시에 고려해야 합니다. 화력 발전 단위의 청정 변환, 풍력 및 강우 등 재생에너지의 체계적인 보급, 전력망 조정 및 상호 지원 역량 구축, 그리고 유연한 자원의 합리적 배분 간의 관계를 고려해야 합니다. 새로운 전력 시스템 구축 경로에 대한 과학적 계획은 탄소 정점 달성 및 탄소 중립화 목표 달성의 기반이자, 새로운 전력 시스템 내 다양한 주체들의 발전을 위한 경계이자 지침입니다.
2021년 말까지 중국의 석탄 발전 설비 용량은 11억 킬로와트를 넘어 전체 설비 용량 23억 7,800만 킬로와트의 46.67%를 차지할 것이며, 석탄 발전 용량은 5,0426억 킬로와트로 전체 발전 용량 8,3959억 킬로와트의 60.06%를 차지할 것입니다. 배출 감소에 대한 압력이 크기 때문에 공급의 안전을 보장하기 위해 용량을 줄이는 것이 필요합니다. 풍력 및 태양광 발전 설비 용량은 6억 3,500만 킬로와트로 기술 개발 가능 용량 57억 킬로와트의 11.14%에 불과하며, 발전 용량은 9,828억 킬로와트로 전체 발전 용량의 11.7%에 불과합니다. 풍력 및 태양광 발전 설비 용량과 발전 용량은 개선의 여지가 크며 전력망 침투를 가속화해야 합니다. 시스템 유연성 자원이 심각하게 부족합니다. 양수 발전 및 가스 발전과 같은 유연 조절형 전원의 설비 용량은 전체 설비 용량의 6.1%에 불과합니다. 특히 양수 발전의 총 설비 용량은 3,639만 킬로와트로 전체 설비 용량의 1.53%에 불과합니다. 개발 및 건설을 가속화하기 위한 노력이 필요합니다. 또한 디지털 시뮬레이션 기술을 활용하여 공급 측 신에너지 생산량을 예측하고, 수요 측 관리의 잠재력을 정밀하게 제어 및 활용하며, 대형 화력 발전기 세트의 유연 변환 비율을 확대해야 합니다. 전력망의 광범위한 자원 배분 최적화 능력을 향상시켜 시스템 조정 용량 부족 문제를 해결해야 합니다. 동시에 시스템 내 일부 주요 기관은 에너지 저장 장치를 구성하고 전력망에 연결선을 추가하는 등 유사한 기능을 가진 서비스를 제공하여 지역 전력 흐름을 개선하고, 양수 발전소를 구성하여 일부 응축기를 교체할 수 있습니다. 이 경우, 각 과목의 조화로운 발전, 자원의 최적 배분, 경제적 비용 절감은 모두 과학적이고 합리적인 계획에 달려 있으며, 더 넓은 범위와 더 긴 시간 척도에서 조화롭게 이루어져야 합니다.
"전원-부하-전력망"의 전통적인 전력 시스템 시대에 중국의 전력 공급 및 전력망 계획은 몇 가지 문제점을 안고 있었습니다. "전원-계통-부하-저장"의 공동 발전이 이루어지는 새로운 전력 시스템 시대에는 협력 계획의 중요성이 더욱 커지고 있습니다. 전력 시스템에서 중요한 깨끗하고 유연한 전력 공급원인 양수 발전은 대규모 전력망의 안정성을 확보하고, 깨끗한 에너지 소비를 지원하며, 시스템 운영을 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다. 더 중요한 것은 계획 지침을 강화하고, 자국 발전과 새로운 전력 시스템 건설 수요 간의 연계성을 충분히 고려해야 한다는 것입니다. 국가는 "제14차 5개년 계획"에 돌입한 이후 펌프 저장 중장기 개발 계획(2021-2035), 수소 에너지 산업 중장기 개발 계획(2021-2035), "제14차 5개년 계획"의 재생 에너지 개발 계획(FGNY [2021] No. 1445)과 같은 문서를 연이어 발표했지만, 이는 이 산업에 국한되어 있으며, 전력 산업의 전반적인 계획 및 지도에 큰 의의를 갖는 전력 개발 "제14차 5개년 계획"은 공식적으로 발표되지 않았습니다. 국가 주무 부서가 새로운 전력 시스템 구축을 위한 중장기 계획을 발표하여 전력 산업의 다른 계획의 수립 및 롤링 조정을 안내하고 자원 배분을 최적화하는 목표를 달성해야 한다고 제안합니다.
펌프 저장과 신에너지 저장의 시너지 효과 개발
2021년 말까지 중국은 572만 9700kW의 신에너지 저장 시스템을 가동했으며, 이 중 리튬 이온 배터리가 89.7%, 납 배터리가 5.9%, 압축 공기가 3.2%, 기타 배터리가 1.2%를 차지했습니다. 양수 발전 용량은 3,639만kW로, 신형 에너지 저장 시스템의 6배가 넘습니다. 신에너지 저장 시스템과 양수 발전 시스템은 모두 신형 전력 시스템의 중요한 구성 요소입니다. 전력 시스템에서 이러한 시스템을 통합 배치하면 각각의 장점을 최대한 활용하고 시스템 제어 용량을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 그러나 두 시스템 간에는 기능 및 적용 시나리오에서 분명한 차이가 있습니다.
신에너지 저장은 양수 발전 이외의 새로운 에너지 저장 기술을 의미하며, 전기화학 에너지 저장, 플라이휠 에너지 저장, 압축 공기 에너지 저장, 수소(암모니아) 에너지 저장 등이 포함됩니다. 대부분의 신에너지 저장 발전소는 건설 기간이 짧고 부지 선정이 간편하고 유연하다는 장점이 있지만, 현재 경제성은 그리 좋지 않습니다. 그중 전기화학 에너지 저장 규모는 일반적으로 10~100MW이며, 수십~수백 밀리초의 응답 속도, 높은 에너지 밀도, 그리고 우수한 조정 정확도를 가지고 있습니다. 주로 분산형 피크 저감(peak shaving) 적용 시나리오에 적합하며, 일반적으로 저전압 배전망이나 신에너지 스테이션 측에 연결됩니다. 기술적으로 1차 주파수 변조 및 2차 주파수 변조와 같이 빈번하고 빠른 조정 환경에 적합합니다. 압축 공기 에너지 저장은 공기를 매개체로 사용하며, 대용량, 여러 번의 충방전, 긴 수명을 특징으로 합니다. 하지만 전류 효율은 상대적으로 낮습니다. 압축 공기 에너지 저장은 양수 발전과 가장 유사한 에너지 저장 기술입니다. 사막, 고비 사막, 사막 등 양수 저장이 적합하지 않은 지역에서는 압축 공기 에너지 저장 방식을 통해 대규모 경관 기반에서 신에너지 소비를 효과적으로 지원할 수 있으며, 이는 높은 발전 잠재력을 가지고 있습니다. 수소 에너지는 재생에너지의 대규모적이고 효율적인 활용을 위한 중요한 매개체입니다. 수소 에너지의 대규모 및 장기 에너지 저장 특성은 지역 및 계절에 따라 다양한 에너지의 최적 분배를 촉진할 수 있습니다. 수소 에너지는 미래 국가 에너지 시스템의 중요한 구성 요소이며, 광범위한 응용 가능성을 가지고 있습니다.
반면, 양수 발전소는 높은 기술 성숙도, 대용량, 긴 수명, 높은 신뢰성, 그리고 우수한 경제성을 갖추고 있습니다. 피크 저감 용량 수요 또는 피크 저감 전력 수요가 큰 시나리오에 적합하며, 더 높은 전압 레벨로 주전원망에 연결됩니다. 탄소 피크 및 탄소 중립화 요구와 이전 개발 진척이 상대적으로 뒤떨어져 있다는 점을 고려하여, 양수 발전소 개발 속도를 가속화하고 설비 용량의 급속한 증가 요구를 충족하기 위해 중국 양수 발전소의 표준화 건설 속도가 더욱 가속화되었습니다. 표준화 건설은 양수 발전소가 개발, 건설, 생산의 피크기에 진입한 후 발생하는 다양한 어려움과 과제를 해결하는 중요한 조치입니다. 장비 생산 진척을 가속화하고 품질을 향상시키며, 인프라 건설의 안전과 질서를 증진하고, 생산, 운영 및 관리의 효율성을 향상시키는 데 도움이 되며, 양수 발전소가 린(lean) 방향으로 발전하는 데 중요한 보장이 됩니다.
동시에, 양수 발전의 다각화 개발 또한 점차 중요해지고 있습니다. 첫째, 양수 발전 중장기 계획은 중소형 양수 발전의 강화를 제안합니다. 중소형 양수 발전은 풍부한 부지 자원, 유연한 배치, 부하 중심과의 근접성, 분산형 신에너지와의 긴밀한 통합이라는 장점을 가지고 있어 양수 발전에 중요한 보완책이 됩니다. 둘째, 해수 양수 발전의 개발 및 응용을 모색하는 것입니다. 대규모 해상풍력의 계통 연계 소비는 이에 상응하는 유연한 조정 자원으로 구성되어야 합니다. 2017년에 발표된 해수 양수 발전소 자원 조사 결과 공고(GNXN [2017] 68호)에 따르면, 중국의 해수 양수 발전 자원은 주로 동부 연안 5성과 남부 연안 3성의 해상 및 도서 지역에 집중되어 있으며, 양호한 발전 전망을 가지고 있습니다. 마지막으로, 설비 용량과 이용 시간은 전력망 규제 수요와 결합하여 전체적으로 고려됩니다. 신에너지 비중이 증가하고 향후 주요 에너지 공급원으로 부상하는 추세에 따라 대용량 및 장기 에너지 저장이 필수적으로 요구될 것입니다. 적격 발전소 부지에서는 저장 용량 증대 및 이용 시간 연장을 적절히 고려해야 하며, 단위 용량 비용 지수와 같은 요인의 제약을 받지 않고 계통 수요와 분리되어야 합니다.
따라서 중국 전력 시스템의 유연 자원이 심각하게 부족한 현 상황에서 양수 발전과 신에너지 저장 시스템은 폭넓은 발전 전망을 가지고 있습니다. 각 시스템의 기술적 특성의 차이를 고려하여, 다양한 접근 시나리오를 충분히 고려하고 지역 전력 시스템의 실제 수요를 고려하며, 보안, 안정성, 청정 에너지 소비 등 경계 조건을 고려하여 용량 및 배치 측면에서 협력적인 배치를 통해 최적의 효과를 달성해야 합니다.
전력 가격 메커니즘이 펌프 저장 발전에 미치는 영향
양수 발전은 전력 공급, 전력망, 그리고 사용자를 포함한 전체 전력 시스템에 기여하며, 모든 당사자는 비경쟁적이고 비배타적인 방식으로 그 혜택을 누립니다. 경제적 관점에서 양수 발전으로 생산되는 제품은 전력 시스템의 공공재이며, 전력 시스템의 효율적인 운영을 위한 공공 서비스를 제공합니다.
전력 시스템 개혁 이전, 국가는 양수 발전이 주로 전력망에 전력을 공급하고, 주로 전력망 운영 기업이 통합 또는 임대 방식으로 운영한다는 것을 명확히 하는 정책을 발표했습니다. 당시 정부는 계통 연계형 전기 가격과 판매 전기 가격을 통일하여 책정했습니다. 전력망의 주요 수입은 구매 가격과 판매 가격 차이에서 발생했습니다. 기존 정책은 기본적으로 양수 발전 비용을 전력망 구매 가격과 판매 가격 차이에서 충당하고, 준설 경로를 통일하는 것을 목표로 했습니다.
송배전 전기 가격 개혁 이후, 양수 발전소 가격 형성 메커니즘 개선 관련 문제에 대한 국가 발전 개혁위원회 통지(FGJG [2014] No. 1763)는 양수 전력에 2부 전기 가격을 적용하고, 이는 합리적 비용과 허용 가능한 수입의 원칙에 따라 검증되었음을 명확히 했습니다. 양수 발전소의 용량 전기 요금과 양수 손실은 판매 전기 가격 조정 요소로 지방 성 전력망(또는 지역 전력망) 운영 비용의 통일 회계에 포함되지만 비용 송배전 경로는 정리되지 않았습니다. 이후 국가 발전 개혁위원회는 2016년과 2019년에 연이어 문서를 발행하여 양수 발전소의 관련 비용은 전력망 기업의 허용 수입에 포함되지 않으며, 양수 발전소 비용은 송배전 가격 책정 비용에 포함되지 않는다고 규정하여 양수 비용의 통로를 더욱 차단했습니다. 또한, “13차 5개년 계획” 기간 중 펌프 저장의 개발 규모는 당시 펌프 저장의 기능적 위치에 대한 이해가 부족하고 단일 투자 대상을 정하지 못해 예상보다 훨씬 낮았습니다.
이러한 딜레마에 직면하여 2021년 5월 국가발전개혁위원회의 펌프 저장 에너지 가격 메커니즘을 더욱 개선하는 것에 대한 의견(FGJG [2021] No. 633)이 발표되었습니다. 이 정책은 펌프 저장 에너지의 전기 가격 정책을 과학적으로 정의했습니다. 한편으로는 펌프 저장 에너지의 공공 속성이 강하고 전기로 비용을 회수할 수 없다는 객관적 사실과 결합하여 운영 기간 가격 책정 방법을 사용하여 용량 가격을 검증하고 송배전 가격을 통해 회수했습니다. 다른 한편으로는 전력 시장 개혁의 속도와 결합하여 전기 가격의 현물 시장을 모색했습니다. 이 정책의 도입은 사회 주체의 투자 의욕을 크게 자극하여 펌프 저장의 급속한 발전을 위한 견고한 토대를 마련했습니다. 통계에 따르면 가동 중이거나 건설 중이거나 홍보 중인 펌프 저장 프로젝트의 용량은 1억 3천만 킬로와트에 달했습니다. 2030년 이전에 건설 중이거나 추진 중인 모든 프로젝트가 가동된다면, 이는 중장기 양수 발전 계획(2021-2035)에서 "2030년까지 1억 2천만 킬로와트를 생산할 것"이라는 예상보다 높은 수치입니다. 기존의 화석 에너지 발전 방식과 비교했을 때, 풍력 및 발전과 같은 신에너지 발전의 한계 비용은 거의 0에 가깝지만, 그에 상응하는 시스템 소비 비용이 막대하고 배분 및 송전 메커니즘이 부족합니다. 이러한 경우, 에너지 전환 과정에서 양수와 같이 공공성이 강한 자원에 대해서는 개발 초기 단계에서 정책적 지원과 지도가 필요하며, 이를 통해 산업의 빠른 발전을 보장해야 합니다. 중국의 양수 발전 규모가 상대적으로 뒤떨어져 있고 탄소 정점 중화 기간이 비교적 짧은 객관적 환경 하에서, 새로운 전기 가격 정책의 도입은 양수 산업의 발전을 촉진하는 데 중요한 역할을 했습니다.
에너지 공급 측면이 기존 화석 에너지에서 간헐적 재생 에너지로 전환됨에 따라, 전기 가격의 주요 비용이 화석 연료 비용에서 재생 에너지 비용으로, 그리고 자원 건설의 유연한 규제로 전환됩니다. 전환의 어려움과 장기적인 특성으로 인해 중국의 석탄 기반 전력 생산 시스템과 재생 에너지 기반 신전력 시스템 구축 과정은 장기간 공존할 것이며, 이는 탄소 정점 달성 및 탄소 중립화라는 기후 목표를 더욱 강화할 것을 요구합니다. 에너지 전환 초기에는 청정 에너지 전환 촉진에 크게 기여해 온 인프라 건설이 정책 주도적이고 시장 주도적이어야 하며, 자본 이윤 추구의 전반적인 전략에 대한 간섭과 잘못된 지침을 줄이고 청정 저탄소 에너지 전환의 올바른 방향을 확보해야 합니다.
재생에너지가 본격적으로 발전하고 점차 주요 전력 공급자로 자리매김함에 따라 중국 전력 시장 구조 또한 끊임없이 개선되고 성숙해지고 있습니다. 유연한 규제 자원은 새로운 전력 시스템의 주요 수요가 될 것이며, 양수 발전과 신에너지 저장 시스템의 공급도 더욱 풍부해질 것입니다. 이 시점에 재생에너지와 유연한 규제 자원의 건설은 주로 시장 원리에 의해 주도될 것이며, 양수 발전 등 주요 전력 시스템의 가격 메커니즘은 시장의 수요와 공급 관계를 정확하게 반영하여 완전한 경쟁력을 보여줄 것입니다.
펌프 저장의 탄소 배출 감소 효과를 올바르게 이해하세요
양수발전소는 상당한 에너지 절약 및 배출 감축 효과를 가지고 있습니다. 기존 전력 시스템에서 양수발전은 에너지 절약 및 배출 감축에 있어 크게 두 가지 측면에서 그 역할을 합니다. 첫째, 피크 부하 조절을 위해 계통 내 화력 발전을 대체하여 피크 부하 시 전력을 생산하고, 피크 부하 조절을 위해 화력 발전소의 기동 및 정지 횟수를 줄이며, 저부하 시 양수하여 화력 발전소의 압력 부하 범위를 줄임으로써 에너지 절약 및 배출 감축의 역할을 수행합니다. 둘째, 주파수 변조, 위상 변조, 회전 예비력, 비상 예비력 등 안전 및 안정성 지원 역할을 수행하고, 비상 예비력으로 화력 발전소를 대체할 때 계통 내 모든 화력 발전소의 부하율을 높여 화력 발전소의 석탄 소비량을 줄이고 에너지 절약 및 배출 감축의 역할을 수행합니다.
새로운 전력 시스템 구축에 따라 양수 발전의 에너지 절약 및 배출 저감 효과는 기존 전력 시스템에서 새로운 특징을 보입니다. 한편으로는 피크 저감에 더 큰 역할을 하여 대규모 풍력 발전 및 기타 신에너지 계통 연계 소비를 지원함으로써 시스템 전체에 막대한 배출 저감 효과를 가져올 것입니다. 다른 한편으로는 주파수 변조, 위상 변조, 회전 대기 등 안전하고 안정적인 보조 역할을 수행하여 전력 전자 장비 비중이 높아 신에너지 출력 불안정 및 관성 부족과 같은 문제를 극복하고 전력 시스템 내 신에너지 보급률을 더욱 향상시켜 화석 에너지 소비로 인한 배출을 줄일 수 있습니다. 전력 시스템 조정 수요에 영향을 미치는 요인으로는 부하 특성, 신에너지 계통 연계 비중, 지역 외부 송전 등이 있습니다. 새로운 전력 시스템 구축에 따라 신에너지 계통 연계가 전력 시스템 조정 수요에 미치는 영향은 점차 부하 특성을 넘어설 것이며, 이 과정에서 양수 발전의 탄소 배출 저감 역할은 더욱 중요해질 것입니다.
중국은 탄소 정점 달성 및 탄소 중립화 달성에 촉박한 시간과 막중한 과제를 안고 있습니다. 국가발전개혁위원회는 2021년 1310호 '에너지 소비 집약도 및 총량 이중 관리 개선 계획'을 발표하여 전국 각 지역에 배출 관리 지표를 지정하고 에너지 소비를 합리적으로 관리하도록 했습니다. 따라서 배출 감축에 기여할 수 있는 주체를 정확하게 평가하고 충분한 관심을 기울여야 합니다. 그러나 현재 양수발전의 탄소 배출 감축 효과는 제대로 인식되지 못하고 있습니다. 첫째, 관련 단위에서 펌프 저장 에너지 관리에 대한 탄소 방법론과 같은 제도적 기반이 부족하고, 둘째, 전력 산업 이외의 사회 다른 분야에서 펌프 저장의 기능적 원리가 아직 잘 이해되지 않아 현재 일부 펌프 저장 발전소에 대한 탄소 배출권 거래 시범 사업에서 기업(단위) 이산화탄소 배출량 계산 및 보고 지침에 따라 탄소 배출량을 계산하고 모든 펌프 전력을 배출량 계산 기준으로 삼고 있습니다. 펌프 저장 발전소가 "중요 배출 단위"가 되어 펌프 저장 발전소의 정상적인 운영에 많은 불편을 초래하고 대중에게 큰 오해를 불러일으키고 있습니다.
장기적으로 양수발전의 탄소 배출 감축 효과를 정확히 이해하고 에너지 소비 관리 메커니즘을 정립하기 위해서는 전력계통에 대한 양수발전의 전반적인 탄소 배출 감축 편익과 연계하여 적용 가능한 방법론을 수립하고, 양수발전의 탄소 배출 감축 편익을 정량화하며, 부족한 할당량에 대한 상쇄를 내부적으로 형성하여 외부 탄소 시장 거래에 활용할 수 있도록 해야 합니다. 그러나 CCER의 시작이 불분명하고 배출량 상쇄에 대한 5% 제한이 있기 때문에 방법론 개발에도 불확실성이 있습니다. 현재의 실제 상황을 바탕으로, 포괄적 변환 효율을 국가 차원에서 양수발전소의 총 에너지 소비 및 에너지 절약 목표의 주요 통제 지표로 명시적으로 채택하여 향후 양수발전의 건전한 발전에 대한 제약을 줄이는 것이 좋습니다.
게시 시간: 2022년 11월 29일
