신재생에너지 보급 속도 높인 탓에 ‘출력제한’ 심각 2034년 출력제한 326회…손실액은 5,100억 원 전망 출력제한 해소‧탄소중립 달성 위해 꺼낸 묘수 ‘그린수소’ 그린수소 실증사업 잇따라 수주…수요처 확대 속도
월간수소경제 = 박상우 기자 | 제주도의 해안지역을 한 바퀴 둘러 지나가는 1132번 지방도를 ‘제주일주도로’라고 부른다. 이 도로를 따라 함덕해수욕장을 지나서 한라산 쪽으로 고개를 돌리면 열심히 날개를 돌리는 수십 개의 풍력발전기가 보인다.
제주도는 2012년 ‘탄소 배출 없는 섬’이 되겠다고 선언하고 신재생에너지 보급 속도를 높였다. 그 결과 현재 제주도에는 무려 23개의 풍력발전단지가 조성돼 있다. 그런데 신재생에너지를 급격하게 늘린 탓에 최근 골칫거리가 생겼다. 바로 ‘출력제한’이다.
제주도는 출력제한 문제를 해소하기 위한 ‘묘수’를 꺼냈다.
심화되는 출력제한 제주일주도로에서 본 풍력발전기를 이정표 삼아 한 마을길로 들어서면 왕복 2차선 도로가 끝없이 펼쳐진다.
그 길을 따라가다 보니 ‘동복·북촌풍력발전단지’라는 세로형 간판이 세워져 있다. 그 간판 뒤에는 울창한 숲속으로 들어갈 수 있는 입구가 있다. 입구부터 난 비포장도로를 달리며 곳곳에 세워진 풍력발전기들을 살펴본다.
동복·북촌풍력발전단지는 제주에너지공사가 운영하는 곳으로, 이곳엔 2MW급 풍력발전기 15기가 설치돼 있다. 이는 제주에너지공사가 운영 중인 풍력발전단지 중 가장 큰 규모다. 제주에너지공사는 현재 총 5개의 풍력발전단지(총 발전기 37기, 총 설비용량 58MW)를 운영하고 있다.
문제는 출력제한 때문에 풍력발전단지들이 제대로 가동되지 않는다는 것이다.
동복·북촌풍력발전단지를 방문했을 당시(5월 13일 오후 3시경) 출력제한 때문에 가시리 풍력발전단지의 가동이 전면 중단됐다. 가시리 풍력발전단지는 1.5MW 발전기 7기와 750kW 발전기 6기로 구성돼 있다.
여기에 당시 5개 풍력발전단지의 평균 풍속이 3.3m/s에 그쳐 일부 발전기가 출력제한 대상이 아님에도 불구하고 날개를 돌리지 않았다. 그 결과 당시 전체 설비이용률이 15.1%에 그쳤다. 일반적으로 풍력발전의 설비이용률은 25%를 기준으로 경제성을 판단한다.
이러한 출력제한 조치가 점점 심화되고 있다. 출력제한은 전력의 수급 균형과 계통 안정도를 유지하는 조치다.
전력 계통이 안정적으로 운영되기 위해선 단위 시간당 전력의 공급과 수요를 일치시켜 일정한 주파수와 송배전 수준에 맞는 전압을 유지해야 한다. 만약 수급 불균형, 과잉공급 등 출력량에 큰 변화가 생기면 계통주파수와 전압이 불안정해져 대규모 정전(블랙아웃)과 같은 사고가 발생할 수 있다.
전력거래소는 이를 방지하기 위해 발전사업자에게 발전기 출력량을 제한하라는 명령을 전달한다.
그런데 재생에너지 발전량은 날씨에 따라 수시로 바뀐다. 이로 인해 출력량에 대한 예측성이 떨어져 전력 수급 균형과 계통 안정도를 유지하는 것이 어렵다. 여기에 대형 기저 발전원(화력발전, 원자력발전 등)을 중심으로 구성된 우리나라의 전력 계통 특성상 출력을 유연하게 조절하기가 어렵다.
즉 재생에너지의 변동성에 대처할 수 있는 자원이 부족하기 때문에 재생에너지 위주로 출력제한 조치를 하는 것이다.
제주도는 냉방과 양어장 수요가 많은 7, 8월에 전력수요가 가장 많다. 하지만 여름철에는 바람이 적어 풍력발전량이 미미하다. 이때 육지에서 HVDC로 송전을 받고, 가스발전이나 유류발전을 최대치로 올려 불어난 수요에 대응한다.
반대로 전력수요가 줄어드는 11월에는 바람이 가장 많이 분다. 또 봄과 가을에는 햇빛이 가장 좋은 오전 11시에서 오후 2시 사이에 순부하가 감소하며 전기사용량의 절반 가까이를 태양광발전이 공급하는 경우가 빈번하다. 이로 인한 전력 계통의 과부하를 막기 위해 출력제한이 내려진다.
제주도의회가 지난 2월에 발간한 ‘정책연구 제7호’에 따르면 출력제한은 지난 2015년부터 시작됐다. 2015년 총 3회의 출력제한이 발생한 후 2016년 6회, 2017년 14회, 2018년 15회, 2019년 46회, 2020년 77회, 2021년 65회, 2022년 132회, 2023년 181회로 출력제한 횟수가 매년 큰 폭으로 늘었다. 덩달아 손실도 커져 지난해에만 57억 원이 넘는 손실이 발생한 것으로 나타났다.
제주에너지공사는 이 추세로 가면 2034년에는 제주 태양광풍력 발전의 출력제한 조치가 총 326회, 제어량은 시간당 293만1,000MW로 전체 발전량의 약 40%에 달할 것으로 예측한다. 공사에서 계산한 예상손실액만 5,100억 원대에 달한다.
전력통계정보시스템에 따르면 제주도에 설치된 풍력발전 설비용량은 417.8MW(2024년 5월 기준)다. 이는 제주도 전체 발전 설비용량 1,934.7MW의 21.6%에 해당된다. 여기에 562.6MW가 구축된 태양광발전 설비용량까지 합치면 제주도의 재생에너지 설비용량 비율은 50.7%에 달한다.
제주도는 ‘2030 카본 프리 아일랜드(Carbon-Free Island; CFI 2030)’라는 에너지전환계획에 따라 2030년까지 도내 전력사용량의 100%를 신재생에너지로 공급하기 위해 풍력발전 설비용량을 2,345MW(육상 450MW, 해상 1,895MW)까지, 태양광발전 설비용량을 1,411MW까지 확대할 계획이다.
제주도는 출력제한 문제를 해소하기 위한 ‘묘수’로 ‘그린수소’ 카드를 꺼내 들었다. 신재생에너지로 생산된 전기로 그린수소를 생산하면 출력제한 문제 해결과 CFI 실현 등을 이뤄낼 수 있다는 것이다.
실례로 2020년 풍력발전 출력제한은 총 77회로, 전력량으로 따지면 19.449MWh다. 이는 그린수소를 최대 20톤 정도 생산할 수 있는 양이다. 즉 최대 3,159대의 수소차를 완충할 수 있는 수소가 버려진 셈이다.
이에 제주도는 그린수소 생산능력과 수요처 확대에 속도를 높이고 있다.
수소생산능력 확대 동복·북촌풍력발전단지 관리동을 나와 입구 쪽으로 가다 8호 풍력발전기 앞에 차를 세운다. 내려서 발전기 반대쪽으로 가니 언덕 아래에 여러 대의 중장비가 바쁘게 움직이는 대규모 채석장이 나타난다.
채석장 뒤쪽에는 제주환경자원순환센터가 있다. 이 센터 인근에서 국내 첫 10MW급 이상 대규모 그린수소 생산 실증사업이 진행된다.
이 사업은 재생에너지 비율이 높은 제주지역 전력계통 특성을 활용해 그린수소 생산 실증을 진행하는 사업이다. 지난 2022년 4월에 시작된 이 사업은 오는 2026년 3월까지 총 48개월 동안 진행되며 사업비는 국비 296억 원, 민간 324억 원을 포함해 총 620억 원이다.
이 사업의 특징은 현존하는 수전해 시스템 4종(AEC, PEM, SOEC, AEM)이 모두 설치되는 것이다. PEM은 SK플러그하이버스(플러그파워 5MW)와 선보유니텍(엘켐텍 2MW), 알칼라인은 지필로스(수소에너젠 2MW), AEM은 예스티(인앱터 2MW), SOEC는 SK에코플랜트(블룸에너지 1.5MW)가 각각 구축한다. 이를 통해 총 12.5MW급 그린수소 생산 실증단지가 조성된다.
가동률 60%를 기준으로 연간 1,176톤의 그린수소 생산을 목표로 하고 있으며, 여기서 나온 그린수소는 생산단지와 연계한 온사이트 충전소를 통해 수소청소차와 수소버스에 우선 공급될 예정이다.
사업 담당자에 따르면 내년에 착공하는 것을 목표로 현재 설계와 인허가 작업이 진행되고 있으며, 정확한 부지는 마을 주민과 협의를 거쳐 확정할 예정이다.
고영준 제주에너지공사 운영총괄부 부장은 “동복·북촌풍력발전단지에는 간헐성을 보완하고자 ESS(설비용량 18MW)가 설치돼 있다. 주간에 생산된 전력을 ESS에 저장했다가 수요가 늘어나는 오후 6시부터 방전하고 있다”라며 “향후 그린수소 생산시설이 연계되면 남은 전기를 활용해 수소를 생산저장했다가 공급하는 시스템이 마련될 예정”이라고 설명했다.
이어 “이같이 재생에너지를 통해 생산된 잉여전력을 활용해서 수소를 생산한다면 출력제어 해소 등 긍정적인 효과를 얻을 수 있을 것으로 생각된다”고 덧붙였다.
이를 가늠해볼 수 있는 곳이 제주 CFI에너지미래관 부지에 구축된 3.3MW급 그린수소 생산단지다. 이곳은 행원 풍력태양광발전단지에서 생산된 전기로 2MW급 알칼라인 수전해와 1MW급 PEM 수전해를 가동시켜 하루 최대 1.3톤의 그린수소를 생산한다. 이곳에서 얻은 데이터는 12.5MW 그린수소 생산 실증 사업에 반영될 예정이다.
이와 함께 제주도는 산업통상자원부의 ‘30MW급 청정수소 생산을 위한 기반 기술개발실증사업’의 통합 실증시설을 구축하는 과제를 수행한다.
이 사업은 20MW(10MW 2기)급 알칼라인 수전해 시스템과 10MW(5MW 2기)급 PEM 수전해 시스템을 개발해 30MW급 그린수소 생산 실증 인프라를 구축하는 것으로, 예비타당성 심사 이후 2025년부터 2030년까지 총 6년간 진행된다. 총 사업비는 약 2,500억 원(국비 1,500억 원, 민자 1,000억 원)이다.
이에 따라 제주도는 2030년까지 세계적 수준인 50MW 규모의 그린수소 생산체계를 구축할 수 있게 된다. 이를 통해 2030년부터 3,800여 톤의 청정수소를 생산해 수소 혼전소 발전을 추진할 예정이다. 특히 국내 최초로 5MW급 전소터빈 실증사업도 추진한다.
관건은 가격 동복·북촌풍력발전단지에서 서쪽으로 가다 보면 제주도 최초의 수소충전소인 함덕 그린수소충전소가 있다.
제주의 수소충전소 및 수소버스 운영 현황을 취재하기 위해 방문한 이곳에서 뜻밖의 차량을 만났다. 바로 ‘119회복지원차’다. 119회복지원차는 장시간이 걸리는 대형화재 진압 현장에 투입된 소방관들의 휴식을 돕는 차량이다.
현대차그룹은 지난해 3월에 열린 대한상공회의소 ‘제1차 다함께 나눔 프로젝트’ 행사에서 총 8대의 119회복지원차를 인천, 전북, 충남, 경북, 강원 등에 기증하기로 한 바 있다. 이 중 1대는 수소전기버스인 유니버스 FCEV를 기반으로 제작해 제주소방본부에 기증하기로 했다.
현대차 유니버스 FCEV 119회복지원차. 이 유니버스 FCEV 119회복지원차량이 홍보영상을 제작하기 위해 함덕 그린수소충전소에서 대기 중이었다.
해당 차량의 자세한 사양은 공개되지 않았으나 유니버스 FCEV를 기반으로 제작됐기 때문에 여러 버스 노선에 투입된 모델과 비슷할 것으로 보인다.
유니버스 FCEV에는 최고출력 180kW를 발휘하는 수소연료전지 시스템과 최고출력 335kW를 발휘하는 안티 저크(Anti jerk) 모터, 48.2kWh의 고출력 리튬이온배터리, 875리터(34kg)의 수소저장탱크가 탑재됐다. 이를 통해 1회 완충 시 최대 635km까지 주행할 수 있다.
다만 △수분 및 열량 보충을 위한 조리 공간 △소파형 그룹 집중 휴식 공간 △접이식 의자, 간이 개수대, 안마기기 등 차량 외부에서 사용할 수 있는 장비 △신발건조기, 방화복 행거, 고압 에어건 및 워터건 등 오염 물질 제거 장비 등이 구비됐기 때문에 주행가능거리가 기본 사양보다 짧을 수 있다.
유니버스 FCEV 119회복지원차량은 이르면 6월부터 운행될 예정이다. 이에 따라 제주도에서 운행되는 수소버스는 시내버스 노선에 투입된 5대를 포함해 총 6대로 늘어난다. 또 올 상반기에 버스 4대가 시내버스 노선에 투입되고 하반기에는 버스 10대와 청소차 1대가, 내년에는 수소버스 10대가 추가로 들어올 예정이다.
이같이 제주도는 그린수소 수요를 확대하고 있다. 관건은 그린수소의 가격이다.
지난해 8월 제주에너지공사 등은 수소버스 운행을 앞두고 그린수소 생산 원가 및 공급가 등을 산정했다. 그 결과 수소버스 1km 주행 시 연료비는 1,500원으로 전기버스(210원)보다 7배가량 높은 것으로 나타났다.
업계는 제주의 그린수소 생산단가가 1kg당 2만 원을 웃돌 것으로 보고 있다.
현재 함덕수소충전소는 무료로 충전을 하고 있다. 충전소 관계자는 “그린수소 생산단가 자체가 높다 보니 아직도 금액 책정이 이뤄지지 않았다”며 “그래서 무료로 충전해드리고 있다”고 말했다.
충전가격은 그린수소를 공급하는 행원 그린수소 생산기지에 설치된 1MW급 PEM 수전해가 본격적으로 수소를 생산하면 확정될 예정이다. 현재는 2MW급 알칼라인 수전해만 가동되고 있다.
그린수소 생산단가를 낮추기 위해선 생산설비에 사용되는 전기의 가격이 저렴해야 한다.
제주에너지공사는 출력제한과 간헐성으로 인한 손실을 막기 위해 도입된 플러스DR과 PPA를 적극적으로 활용해 전기를 평소보다 싼 가격으로 충분히 확보한다는 계획이다. 또 고효율 수전해 시스템 도입, 수소설비 국산화 등을 통해 관련 비용을 낮춘다. 이를 통해 정부의 수소공급가격 목표인 2030년 1kg당 4,000원을 조기 달성한다는 목표다.
이같이 재생에너지 확대 속도를 높이다 불거진 ‘출력제한’이 ‘그린수소 글로벌 허브’ 구축에 필요한 촉매제가 될 수 있다.
제주도는 △상명풍력단지 500kW급 수전해 기술 개발실증 사업 △행원 풍력태양광발전단지 3.3MW급 그린수소 생산 실증사업 △12.5MW급 그린수소 생산 실증사업 △30MW급 청정수소 생산을 위한 기반 기술개발실증사업을 수주했다.
이는 제주도가 재생에너지의 간헐성을 보완하는 에너지 저장체로서 수소의 가능성을 시험하는 최적의 테스트베드라는 것을 증명한다.
