새로운 전력 시스템 구축은 복잡하고 체계적인 프로젝트입니다. 전력 안보 및 안정성 확보, 신에너지 비중 증대, 그리고 시스템의 합리적인 비용 책정을 동시에 고려해야 합니다. 또한 화력 발전소의 청정 전환, 풍력 및 빗물과 같은 신재생에너지의 질서 있는 보급, 전력망 연계 및 상호 지원 능력 구축, 그리고 유연 자원의 합리적 배분 간의 상호 관계를 다뤄야 합니다. 새로운 전력 시스템 구축 경로에 대한 과학적인 계획은 탄소 피크 부하 감축 및 탄소 중립 목표 달성의 기반이 될 뿐만 아니라, 새로운 전력 시스템 내 다양한 주체들의 발전을 위한 기준이자 지침이 됩니다.
2021년 말까지 중국의 석탄 화력 발전 설비 용량은 11억 킬로와트를 넘어설 것으로 예상되며, 이는 전체 설비 용량 23억 7,800만 킬로와트의 46.67%에 해당합니다. 또한 석탄 화력 발전으로 생산되는 전력량은 5조 426억 킬로와트시로, 전체 발전량 8조 3,959억 킬로와트시의 60.06%를 차지할 것으로 전망됩니다. 온실가스 감축 압력이 매우 크기 때문에 안정적인 전력 공급을 위해서는 석탄 발전 설비 용량을 줄이는 것이 필수적입니다. 풍력 및 태양광 발전 설비 용량은 6억 3,500만 킬로와트로, 전체 기술 개발 가능 용량 57억 킬로와트의 11.14%에 불과하며, 발전 용량은 9,828억 킬로와트시로 전체 발전량의 11.7%만을 차지합니다. 풍력 및 태양광 발전의 설비 용량과 발전 용량은 개선의 여지가 매우 크며, 전력망 보급을 가속화해야 합니다. 시스템 유연성 자원이 심각하게 부족합니다. 양수발전 및 가스발전과 같은 유연하게 조정 가능한 발전원의 설치 용량은 전체 설치 용량의 6.1%에 불과합니다. 특히 양수발전의 총 설치 용량은 3,639만 킬로와트로 전체 설치 용량의 1.53%에 그칩니다. 개발 및 건설을 가속화하기 위한 노력이 필요합니다. 또한, 디지털 시뮬레이션 기술을 활용하여 공급 측면에서 신에너지 생산량을 예측하고, 수요측 관리의 잠재력을 정밀하게 제어 및 활용하며, 대형 화력발전기의 유연 전환 비중을 확대해야 합니다. 이를 통해 전력망의 자원 배분 최적화 능력을 광범위하게 향상시켜 시스템 조정 용량 부족 문제를 해결해야 합니다. 동시에 시스템 내 주요 기관들이 유사한 기능을 수행하는 서비스를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 에너지 저장 시설을 설치하고 전력망에 연계선을 추가하여 지역 전력 흐름을 개선하거나, 양수발전소를 설치하여 일부 콘덴서를 대체할 수 있습니다. 이 경우, 각 분야의 조화로운 발전, 자원의 최적 배분, 그리고 경제적 비용 절감은 모두 과학적이고 합리적인 계획에 달려 있으며, 더 넓은 범위와 더 긴 시간적 관점에서 조율되어야 합니다.
전통적인 ‘부하 추종’ 전력 시스템 시대에는 중국의 전력 공급 및 전력망 계획에 몇 가지 문제점이 있었습니다. ‘수원, 전력망, 부하, 저수 시설’이 함께 발전하는 새로운 전력 시스템 시대에는 협력적 계획의 중요성이 더욱 커집니다. 양수발전은 전력 시스템에서 중요한 청정하고 유연한 전력 공급원으로서 대규모 전력망의 안정성을 확보하고 청정에너지 소비를 촉진하며 시스템 운영을 최적화하는 데 중요한 역할을 합니다. 무엇보다 중요한 것은 계획 지침을 강화하고 우리 자신의 발전 방향과 새로운 전력 시스템 구축 요구 사항 간의 연관성을 충분히 고려해야 한다는 점입니다. 제14차 5개년 계획이 시작된 이후, 국가는 양수발전 중장기 개발 계획(2021-2035), 수소에너지 산업 중장기 개발 계획(2021-2035), 그리고 제14차 5개년 계획 재생에너지 개발 계획(정부 공보[2021] 제1445호) 등을 잇달아 발표했지만, 이는 해당 산업에만 국한된 것이다. 전력 산업 전반의 계획 및 방향 설정에 매우 중요한 의미를 갖는 전력 개발에 관한 제14차 5개년 계획은 아직 공식적으로 발표되지 않았다. 따라서 국가 관련 부처는 새로운 전력 시스템 구축을 위한 중장기 계획을 발표하여 전력 산업 내 다른 계획들의 수립 및 지속적인 조정을 위한 지침을 마련하고, 자원 배분의 최적화를 달성해야 한다.
양수발전과 신에너지 저장의 시너지 개발
2021년 말 기준, 중국은 572만 9천 7백만 킬로와트 규모의 신에너지 저장 설비를 가동했으며, 이 중 리튬 이온 배터리가 89.7%, 납 배터리가 5.9%, 압축 공기가 3.2%, 기타 형태가 1.2%를 차지합니다. 양수 발전 설비 용량은 3,639만 킬로와트로, 신에너지 저장 설비 용량의 6배가 넘습니다. 신에너지 저장과 양수 발전은 모두 새로운 전력 시스템의 중요한 구성 요소이며, 전력 시스템에 함께 배치하면 각 방식의 장점을 극대화하고 시스템 조절 능력을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 그러나 기능과 적용 시나리오 측면에서 두 방식에는 분명한 차이가 있습니다.
신에너지 저장이란 양수발전을 제외한 전기화학 에너지 저장, 플라이휠, 압축공기, 수소(암모니아) 에너지 저장 등을 포함하는 새로운 에너지 저장 기술을 말합니다. 대부분의 신에너지 저장 발전소는 건설 기간이 짧고 부지 선정이 간편하고 유연하다는 장점이 있지만, 현재 경제성은 아직 미흡한 실정입니다. 그중 전기화학 에너지 저장은 일반적으로 10~100MW 규모로, 수십~수백 밀리초의 빠른 응답 속도, 높은 에너지 밀도, 우수한 조정 정확도를 특징으로 합니다. 주로 분산형 피크 부하 저감 설비에 적합하며, 저전압 배전망이나 신에너지 발전소 측에 연결하여 사용되며, 1차 주파수 변조 및 2차 주파수 변조와 같이 빈번하고 빠른 조정이 필요한 환경에 기술적으로 적합합니다. 압축공기 에너지 저장은 공기를 매개체로 사용하며, 대용량, 다회 충방전 가능, 긴 수명 등의 특징을 가지고 있습니다. 그러나 현재 효율은 상대적으로 낮습니다. 압축공기 에너지 저장은 양수발전과 가장 유사한 에너지 저장 기술입니다. 양수발전소 설치가 적합하지 않은 사막, 고비 사막 등지에서는 압축공기 에너지 저장 시설을 활용하는 것이 대규모 경관 기지에서 신에너지 소비와 효과적으로 연계될 수 있어 큰 발전 잠재력을 지니고 있습니다. 수소 에너지는 재생에너지의 대규모 고효율 이용을 위한 중요한 매개체입니다. 대규모 장기 저장이 가능하다는 장점을 바탕으로 지역과 계절에 따른 이질적인 에너지의 최적 배분을 촉진할 수 있으며, 미래 국가 에너지 시스템의 중요한 구성 요소로서 폭넓은 응용 전망을 가지고 있습니다.
반면, 양수발전소는 기술적 성숙도가 높고, 대용량이며, 수명이 길고, 신뢰성이 높으며 경제성이 우수합니다. 따라서 피크 부하 저감 용량이나 피크 부하 저감 전력 수요가 큰 시나리오에 적합하며, 고전압으로 주 전력망에 연결됩니다. 탄소 피크 및 탄소 중립화 요구 사항과 기존 개발 진행 상황이 상대적으로 뒤처져 있다는 점을 고려할 때, 양수발전의 개발 진행 속도를 높이고 설치 용량의 빠른 증가 요구를 충족하기 위해 중국에서는 양수발전소의 표준화된 건설 속도를 더욱 가속화하고 있습니다. 표준화된 건설은 양수발전소가 개발, 건설 및 생산의 정점에 도달한 후 발생하는 여러 어려움과 과제를 해결하는 중요한 조치입니다. 이는 설비 제조 진행 속도를 높이고 품질을 향상시키며, 인프라 건설의 안전과 질서를 증진하고, 생산, 운영 및 관리 효율성을 향상시키는 데 도움이 되며, 양수발전이 린(Lean) 방향으로 발전하는 데 중요한 보장 요소입니다.
동시에 양수발전의 다양한 개발에 대한 가치도 점차 높아지고 있습니다. 우선, 양수발전 중장기 계획에서는 중소형 양수발전 개발을 강화할 것을 제안하고 있습니다. 중소형 양수발전은 풍부한 부지 자원, 유연한 배치, 전력 수요 중심지와의 근접성, 분산형 신에너지와의 긴밀한 연계 등의 장점을 가지고 있어 양수발전 개발에 중요한 보완 요소입니다. 둘째, 해수 양수발전의 개발 및 활용을 모색해야 합니다. 대규모 해상풍력발전의 계통 연계 소비에는 이에 상응하는 유연한 조정 자원이 필요합니다. 2017년에 발표된 해수 양수발전소 자원 조사 결과 공고(GNXN [2017] 제68호)에 따르면, 중국의 해수 양수발전 자원은 주로 동부 5개 연도와 남부 3개 연도의 연안 및 도서 지역에 집중되어 있으며, 개발 전망이 밝습니다. 마지막으로, 설치 용량과 이용 시간은 전력망 조절 수요와 함께 종합적으로 고려됩니다. 신에너지 비중 증가와 미래 주요 에너지 공급원으로의 부상 추세에 따라 대용량 장기 에너지 저장의 필요성이 대두될 것입니다. 적합한 변전소 부지에서는 저장 용량 증대 및 이용 시간 연장을 적절히 고려해야 하며, 단위 용량 비용 지수 등의 제약에 얽매이지 않고 시스템 수요와 분리하여 추진해야 합니다.
따라서 현재 중국 전력 시스템이 유연한 자원 부족에 심각하게 직면한 상황에서 양수발전과 신에너지 저장 기술은 발전 가능성이 매우 높습니다. 기술적 특성의 차이를 고려하고, 다양한 접근 시나리오를 충분히 검토하며, 지역 전력 시스템의 실제 수요와 안보, 안정성, 청정에너지 소비 등의 제약 조건을 감안하여 용량 및 배치 측면에서 협력적인 전략을 통해 최적의 효과를 달성해야 합니다.
전력 가격 결정 메커니즘이 양수발전 개발에 미치는 영향
양수발전은 전력 공급, 전력망 및 사용자 등 전체 전력 시스템에 서비스를 제공하며, 모든 당사자가 비경쟁적이고 비독점적인 방식으로 혜택을 누립니다. 경제적 관점에서 볼 때, 양수발전이 제공하는 제품은 전력 시스템의 공공재이며, 전력 시스템의 효율적인 운영을 위한 공공 서비스를 제공합니다.
전력 시스템 개혁 이전, 국가는 양수발전이 주로 전력망에 공급되는 용도로 사용되며, 전력망 운영 기업이 통합 또는 임대 방식으로 운영하도록 정책을 명확히 했습니다. 당시 정부는 계통 연계 전기 요금과 판매 전기 요금을 통일적으로 책정했고, 전력망의 주요 수입원은 구매 가격과 판매 가격의 차액이었습니다. 기존 정책은 양수발전 비용을 전력망의 구매 가격과 판매 가격의 차액으로 회수하고 준설 수로를 통일하는 것을 기본적으로 규정했습니다.
송배전 전기 요금 개혁 이후, 국가발전개혁위원회는 양수발전소 가격 결정 메커니즘 개선 관련 문제에 관한 고시(FGJG [2014] 제1763호)를 통해 양수발전소에도 2단계 전기 요금제를 적용하고, 합리적인 비용에 허용 수익을 더하는 원칙에 따라 검증하도록 명확히 규정했습니다. 양수발전소의 용량 전기 요금과 양수 손실은 지방 전력망(또는 광역 전력망)의 운영 비용 통합 회계에 판매 전기 요금 조정 요소로 포함되었지만, 비용 전가 경로는 명확히 정립되지 않았습니다. 이후 국가발전개혁위원회는 2016년과 2019년에 연이어 문서를 발표하여 양수발전소 관련 비용을 전력망 사업자의 허용 수익에 포함하지 않고, 송배전 요금 산정에도 포함하지 않도록 규정함으로써 양수발전 비용 전가 경로를 더욱 차단했습니다. 또한, 제13차 5개년 계획 기간 동안 양수발전의 개발 규모는 당시 양수발전의 기능적 위치에 대한 이해 부족과 단일 투자 대상으로서의 인식 결여로 인해 예상보다 훨씬 낮았습니다.
이러한 난제에 직면하여, 2021년 5월 국가발전개혁위원회는 양수발전 가격 메커니즘 추가 개선에 관한 의견(FGJG [2021] 제633호)을 발표했습니다. 이 정책은 양수발전의 전력 가격 정책을 과학적으로 규정했습니다. 한편으로는 양수발전의 공공성이 강하고 전력 판매를 통해 투자 비용을 회수할 수 없다는 객관적 사실을 고려하여, 운영 기간 가격 책정 방식을 통해 용량 가격을 검증하고 송배전 가격을 통해 회수하는 방식을 도입했습니다. 다른 한편으로는 전력 시장 개혁의 속도에 맞춰 전력 가격 현물 시장을 탐색했습니다. 이 정책의 도입은 사회 주체들의 투자 의욕을 크게 고조시켜 양수발전의 빠른 발전을 위한 견고한 토대를 마련했습니다. 통계에 따르면, 가동 중이거나 건설 중이거나 추진 중인 양수발전 프로젝트의 총 용량은 1억 3천만 킬로와트에 달합니다. 건설 중이거나 추진 중인 모든 프로젝트가 2030년 이전에 가동된다면, 이는 양수발전 중장기 개발 계획(2021-2035)에서 제시한 "2030년까지 1억 2천만 킬로와트 생산"이라는 목표를 상회하는 수치입니다. 기존 화석 연료 발전 방식과 비교했을 때, 풍력이나 풍력과 같은 신에너지의 발전 비용은 거의 0에 가깝지만, 시스템 소비 비용은 막대하고 배분 및 송전 메커니즘이 미흡합니다. 따라서 에너지 전환 과정에서 양수발전과 같이 공공성이 높은 자원의 경우, 산업의 빠른 발전을 위해서는 개발 초기 단계부터 정책적 지원과 지도가 필수적입니다. 중국의 양수발전 개발 규모가 상대적으로 뒤처져 있고, 탄소 정점 이후 탄소 중립 달성 가능 기간이 짧다는 객관적인 환경 속에서, 새로운 전기 요금 정책의 도입은 양수발전 산업 발전을 촉진하는 데 중요한 역할을 했습니다.
기존 화석 에너지에서 간헐적인 재생 에너지로의 에너지 공급 측면 전환은 전기 가격의 주요 비용 요인이 화석 연료 비용에서 재생 에너지 비용으로 바뀌고 자원 건설에 대한 유연한 규제가 필요하다는 것을 의미합니다. 이러한 전환은 어렵고 장기적인 과정이므로, 중국의 석탄 기반 발전 시스템과 재생 에너지 기반의 새로운 발전 시스템 구축 과정은 장기간 공존할 것이며, 이는 탄소 정점 해소 및 탄소 중립이라는 기후 목표를 더욱 강화해야 함을 요구합니다. 에너지 전환 초기 단계에서 청정 에너지 전환을 촉진하는 데 크게 기여해 온 인프라 구축은 정책 주도적이고 시장 주도적으로 이루어져야 하며, 자본 이윤 추구가 전체 전략에 미치는 간섭과 잘못된 방향을 최소화하여 청정 저탄소 에너지 전환의 올바른 방향을 보장해야 합니다.
재생에너지의 본격적인 개발과 점진적인 주요 전력 공급원으로의 부상에 따라 중국 전력 시장 건설 또한 지속적으로 개선되고 성숙해지고 있습니다. 새로운 전력 시스템에서는 유연한 조절 자원이 주요 수요가 될 것이며, 양수발전 및 신에너지 저장 시설의 공급도 더욱 충분해질 것입니다. 이때 재생에너지 및 유연한 조절 자원 건설은 시장 원리에 따라 주도적으로 추진될 것이며, 양수발전을 비롯한 주요 시설의 가격 결정 메커니즘은 시장의 공급과 수요 관계를 진정으로 반영하여 완전한 경쟁력을 보여줄 것입니다.
양수발전의 탄소 배출량 감소 효과를 정확하게 이해하십시오.
양수발전소는 에너지 절약 및 배출가스 저감에 상당한 이점을 제공합니다. 기존 발전 시스템에서 양수발전소의 에너지 절약 및 배출가스 저감 역할은 주로 두 가지 측면에서 나타납니다. 첫째, 피크 부하 조절을 위해 화력발전을 대체하여 피크 부하 시 전력을 생산하고, 피크 부하 조절을 위한 화력발전소의 시동 및 정지 횟수를 줄이며, 저부하 시에는 물을 양수하여 화력발전소의 부하 변동폭을 줄임으로써 에너지 절약 및 배출가스 저감 효과를 가져옵니다. 둘째, 주파수 변조, 위상 변조, 회전 예비력, 비상 예비력 등과 같은 안전 및 안정성 지원 역할을 수행하고, 비상 예비력 확보를 위해 화력발전소를 대체할 때 시스템 내 모든 화력발전소의 부하율을 높여 화력발전소의 석탄 소비량을 줄이고 에너지 절약 및 배출가스 저감 효과를 달성합니다.
새로운 전력 시스템 구축에 따라 양수발전의 에너지 절약 및 배출량 감축 효과는 기존과는 다른 새로운 양상을 보일 것입니다. 첫째, 대규모 풍력 발전 및 기타 신에너지 계통 연계 소비를 지원하는 피크 부하 저감 역할을 강화하여 시스템 전체의 배출량 감축에 크게 기여할 것입니다. 둘째, 주파수 변조, 위상 변조, 회전 예비 발전과 같은 안전하고 안정적인 지원 역할을 수행하여 신에너지의 불안정한 출력 및 전력 전자 장비의 높은 비중으로 인한 관성 부족과 같은 문제를 극복하고 전력 시스템 내 신에너지 보급률을 더욱 높여 화석 에너지 소비로 인한 배출량을 줄이는 데 도움을 줄 것입니다. 전력 시스템 조정 수요에 영향을 미치는 요인으로는 부하 특성, 신에너지 계통 연계 비중, 지역 외부 전력 송전 등이 있습니다. 새로운 전력 시스템 구축에 따라 신에너지 계통 연계가 전력 시스템 조정 수요에 미치는 영향은 점차 부하 특성을 넘어설 것이며, 이 과정에서 양수발전의 탄소 배출량 감축 역할은 더욱 중요해질 것입니다.
중국은 탄소 정점 달성과 탄소 중립이라는 막중한 과제에 직면해 있으며, 시간이 촉박한 상황입니다. 국가발전개혁위원회는 에너지 소비 강도와 총 소비량의 이중 관리 강화 계획(FGHZ [2021] 제1310호)을 발표하여 전국 각 지역에 배출량 관리 지표를 부여하고 에너지 소비를 합리적으로 관리하도록 했습니다. 따라서 배출량 감축에 기여할 수 있는 대상에 대한 정확한 평가와 충분한 관심이 필요합니다. 그러나 현재 양수발전의 탄소 배출량 감축 효과는 제대로 인식되지 못하고 있습니다. 첫째, 관련 기관들은 양수발전 에너지 관리에 있어 탄소 산정 방법론과 같은 제도적 기반이 부족하고, 둘째, 전력 산업 외 사회 다른 분야에서 양수발전의 기능 원리에 대한 이해가 아직 미흡하여, 현재 일부 탄소 배출권 거래 시범 사업에서 기업(단위) 이산화탄소 배출량 산정 및 보고 지침에 따라 양수발전소의 모든 양수 전력을 배출량 계산 기준으로 삼아 양수발전소를 "주요 배출 단위"로 간주하는 등, 양수발전소의 정상적인 운영에 많은 불편을 초래하고 있으며, 일반 대중에게도 큰 오해를 불러일으키고 있습니다.
장기적으로 양수발전의 탄소 배출 감축 효과를 정확하게 이해하고 에너지 소비 관리 메커니즘을 정비하기 위해서는, 양수발전이 전력 시스템 전체에 미치는 탄소 배출 감축 효과를 고려한 적용 가능한 방법론을 수립하고, 양수발전의 탄소 배출 감축 효과를 정량화하여, 부족한 할당량을 내부적으로 상쇄하고 이를 외부 탄소 시장 거래에 활용할 수 있도록 해야 합니다. 그러나 CCER(탄소배출권교환제도)의 불확실한 시작과 5% 배출량 상쇄 제한으로 인해 방법론 개발에 불확실성이 존재합니다. 현재의 현실을 바탕으로, 양수발전의 건전한 발전을 저해하는 요소를 줄이기 위해 국가 차원에서 양수발전소의 총 에너지 소비 및 에너지 절약 목표를 관리할 때 종합 변환 효율을 주요 지표로 명시적으로 고려하는 것이 바람직합니다.
게시 시간: 2022년 11월 29일
