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(재)전력중앙연구소 경제사회연구소_아사노 히로시서론20세기는 에너지 수요 가까이 분산하는 에너지공급원을 이용한 분산형 에너지 시스템 중심의 시대에서부터 ‘규모의 경제’나 ‘범위의 경제’를 살린 대규모 집중형 에너지 생산과 분산해서 존재하는 수요가에로의 효율적인 배송을 가능하게 하는 네트워크형 에너지 공급이 주류가 된 시대였다. 근년, 중·소규모의 발전기술이나 열병합발전 시스템의 기술진보로 인해, 분산형 에너지 시스템을 벌크(bulk) 에너지와 협조, 통합하는 기술시스템에로의 변혁의 싹이 보인다. 말하자면, 자원채취의 상위부터 마지막 사용까지 한 방향에로의 흐름이 중심이었던 것을, 경제적인 동기에 근거해 수요 측에서 수요가 간의 에너지 융통은 물론, 상위 계에서의 사고 시와 수급핍박 시에 계통의 수급 밸런스 유지에 공헌하도록 쌍방향으로 전력을 서로 융통되게 고안한 방식이다.이 기술적 배경에는 고속으로 분산형전원의 출력제어나 배전선의 조류를 제어할 수 있게 한 파워 일렉트로닉스와 염가로 통신할 수 있게 된 IT의 진보가 있다. 또한 다양한 에너지원을 주고받는 인프라인 전력 시스템을 이용하기 위해서는 과금 시스템도 필요한데, 이것도 기업간 전자거래의 발전을 배경으로 현실화되고 있다. 뉴욕 ISO에 있어서의 분산형전원의 가상적인 집성체에 근거한 수요반응 프로그램이 그 예이고, 새로운 비즈니스 기회로 주목되고 있다.에너지 시스템 변혁의 원동력장기적으로 에너지 시스템을 변혁해 갈 원자력은 3가지가 있는데, 규제의 재검토(규제완화라고는 제한하지 않는다, 재규제도 있을 수 있다)와 시장 메커니즘의 활용, 연료전지와 에너지 저장, IT, 파워 일렉트로닉스 등의 기술진보, 환경의식 등 소비자의 가치관 변화 등이다. 어느 것도 수요 측에 관계된 변혁요인이다. 전기사업과 가스사업의 규제개혁은, 종래의 수요소여로 공급비용 최소화의 구조에서, 수요는 가격에 의존해서 결정되고, 수요가가 향수하는 에너지 서비스의 효용(통속적인 말로 고객만족도)을 최대화하도록 에너지 서비스 제공자를 에너지시장에서 경쟁하게 하는 체제로 이동하는 것이다. 2005년의 전력시장창설을 주시하며 전력가격 예측에 관한 연구도 한창 성해 질 것이다.또한, 지역의 환경규제 강화와 에너지 절약법 개정을 배경으로, 가스 열병합발전 시스템(CGS)의 보급이 진전되고 있다. 에너지 절약법에서는 석유대체를 주목적으로 하므로, 열 수요와 전력 수요의 균형이 잡힌 수요가이면 CGS설치로 인해 용이하게 1차 에너지 소비량을 삭감할 수 있기 때문에, 에너지관리 지정공장 등에서 CGS도입의 계기가 되고 있다.한편, 비용 삭감을 위해 보급되어 온 디젤발전기 등은 발전전용으로 운전되는 경우가 많고, 그 효율이 계통전원의 평균발전효율을 크게 밑도는 경우가 없도록, 개정 에너지 절약법의 에너지효율 기준이 설정되었다. 분산형전원의 신 운용방법은 수요가 측에서 본 에너지 선택의 전개를 의미한다. 수요가에 있어서 신 CGS의 이용과 CO2 배출삭감효과, 계통영향을 완화하는 재생가능 에너지의 신 계통연계방식에 관한 논문 등은 수급의 접점에 관련한 테마의 예다.분산형 에너지 시스템의 운용주체는 다양하고 이익도 상반하는 경우가 있어 시장참가자간의 협조, 경합관계를 붙잡는 게임이론이 규범적인 분석에서는 유용하다. 한편, 계산기기술의 진보로 인해 많고 다양한 수요에서 구성되는 분산형 전력시스템의 거동을 시뮬레이션하는 기술도 왕성하게 연구되게 되었다.수요가의 가치관 변화를 나타내는 움직임으로는, 자발적으로 전원기술을 선택하는, 즉, 풍력발전 등 재생가능 에너지의 비율을 높인 그린 가격과 기부금형식의 그린 전력기금제도가 있다. 그러나 현재의 상태로는 아직 이러한 구조는 충분히 인지됐다고는 말할 수 없고, 가입률은 낮다. 금후, 적절한 용도결정·인증기관의 설정과 타겟의 섞임을 실행해 나가는 등의 궁리가 필요하다.금후의 에너지수용의 동향을 파악하기 위해, 생활양식별의 에너지 소비 행동이나 냉난방, 급탕 등 주요한 용도별 수요에 관한 기기선택의 선호에 근거한 분석도 주목된다. 예를 들면, 20대의 젊은 세대는 소득이 낮음에도 불구하고, 쾌적 지향의 생활양식 때문에, 냉·난방이나 건조기는 필수로 생각하므로, 1인당의 전력소비가 많아 광열비를 부담스럽게 느끼고 있다. 단, 가정용수요는 전체로서는 개인의 기호보다 생활상의 필요성으로 결정되는 부분이 많아 에너지 이용에 관한 라이프스타일은 그만큼 다양화하고 있다고는 말할 수 없다. 수요의 신장이 가장 현저한 업무부문의 경우, 에너지원이나 설비의 선택은 오로지 열전비와 전력부하율 등 수요가의 부하특성이나 상면적의 대소로 고객의 구분이 가능한데, 다시 상세하게 수요가에게 청취조사를 실시하면, 초기비용중시의 테넌트 빌딩과, 환경성을 중시하는 선진적인 기업의 본사 빌딩도 있다. 에너지에 대한 수요가의 선호를 명시적으로 고려한 수요용도모델은 개발도중인데, 에너지 기업의 영업 전략이나 에너지 절약 정책, 환경정책의 효과분석에도 유용하다. 에너지시장 자유화의 조류전력공급이나 천연가스공급의 자유화는 국제적인 조류이지만, 각 지역의 사회사정과 에너지자원 부존상황, 국민의 요구와 지금까지의 운용성과를 감안하면서, 제도설계와 운용 룰에 골똘히 궁리를 하고 있다. 선행지역의 전력자유화 성과를 자세하게 관찰하면 전력공급의 효율화와 장기적인 안정공급을 양립하는 것이 얼마나 곤란한가가 이해될 것이다. 실제로 캘리포니아주의 전력위기의 예나 비교적 순조롭게 전력시장이 운영되고 있는 지역에서도 운용룰을 끊임없이 수정하는 등의 움직임에서도 그 대응을 고려하고 있다. 복잡한 시장룰이나 공급력확보를 위한 재 규제 등 완전자유화에는 거리가 먼 것이 실태다.에너지의 최종이용자는 단순한 에너지 가격의 저하를 희망하지만, 공급신뢰도나 환경성(그린도)을 상대적으로 어느 정도 중시하고 있는가를 파악하여, 미터링 등 추가적인 비용을 비교고랑 하고나서, 소규모 수요가에로의 소매 자유화를 도입해야 한다.앞으로 일본형 자유화의 구체적인 제도설계를 검토할 때에는, 환경보전과 나란히 서서 공급 및 가격의 안전성을 배려할 필요가 있다. 미국에서는 윤번정전이나 시장에 있어서의 가격고등이 문제가 됐는데, 그 교훈으로부터, 웹 베이스의 쌍방향통신으로 인해, 수요측도 가격반응적인 자원으로서 참가 가능한 수요 반응 프로그램을 표준적인 시장설계의 핵으로 하려고 하는 움직임이 있다. 우리나라는 빌딩이나 가정용 에너지 관리 시스템의 기술개발이나 보급을 국가레벨에서도 추진하고 있는 바이고, 그 시스템은 온실효과 가스배출삭감에 머무르지 않고, 장래 도입될 가능성이 있는 시장가격 베이스의 에너지수급 경영의 인프라가 될 수 있다. 이 때문에 실시간 요금제로 대표되는 효율적인 가격(가격설정방식)이 도입되어지고, 적절한 수요조정을 실시하는 시스템도입의 경제적 유인이 제공되는 것이 바람직하다. 그린 전력과 RPS프리미엄을 지불해서라도 통상의 상품보다는 환경에 배려한 상품, 이른바 그린 상품을 선택하는 소비자의 자발적인 그린 소비행동에 호소하는 것이 그린전력 마케팅이다. 한편, 차별적으로 재생가능 에너지 도입비용을 부담하는 것에 저항도 크며, 최종적으로 전 수요가가 부담하게 되는 공익기금(Puplic benefit fund)이나 Renewables Portfolio Standard(RPS) 등 규제제약조치도 전력자유화의 발전과 동시에 계속 도입되고 있다. 우리나라에서는 전기 사업자에 대해서 신 에너지에 의해 발전된 전기를 일정량 이용할 것을 의무화한 ‘전기 사업자에 의한 신 에너지 등의 이용에 관한 특별조치법’이 2003년 4월에 전면 시행되었다.결국, 최종적으로는 가정용 수요가가 재생가능 에너지의 개발, 이용코스트를 어떠한 형태로 공헌, 부담할 것인가가 요구되므로, 각 보급촉진책의 효과적인 도입에는 소비자의 의향이나 수용성을 파악하는 것이 필요하다.규제적 조치와 자주적인 그린전력에로의 협력의향별로 지불의사액(WTP)을 추정하면, RPS, 자발적 대처 둘다 반대하는 층에 비해서 양사에 적극적인 층은 월액 670엔으로 반대 층의 4배에 달하고, 이 차이는 소득이외에 환경에 대한 지식의 풍부함에 의한다. 장래의 전면 자유화시장에 있어서는, RPS이상으로 자주적으로 자연에너지를 선택하는 그린 가격이 수요가에게 받아들여지면, 사회적으로 수용되는 최적의 재생가능 에너지 도입 량이 이론적으로는 실현될 예정이다.IT응용 에너지 매니지먼트에너지수급 매니지먼트란, 에너지시장에 있어서 수급쌍방의 다양한 자원(전원이나 DSM)을 활용하면서, 에너지공급의 경제성과 환경보전을 동시에 달성하기위한 사고 방식이다. 그 특징은 가격 시그널 등 거시적 시스템 정보(질서정보)와 각 시장참가자의 국지적 정보를 근거로 자율 분산적으로 운용되는 것이다. 이를 위해서는 수요가내 및 사회와의 네트워크 기술이 주 테크놀로지로서 위치부여 되어지고, 연구개발과 그 초기도입이 진행되고 있다. 수요가시설의 미터 데이터의 리얼 타임에 가까운 분석으로 설비진단이나 에너지 조달 비용 관리를 실시하는 서비스도 가능하게 되고 있다. 에너지정보 서비스기업 경영에 통합시키는 형태로 에너지 비용 삭감, 시설관리 시스템을 제공하는 것이 일반적이다.게이트웨이 및 전등선이나 무선 등에 의한 기기와의 통신 기능을 활용하여, 주택 내 이용기기의 계측·감시·제어를 가능하게 하는 가정용 에너지 관리 시스템 (HEMS)은 개별기기의 전력사용 패턴을 표시하고, 특정의 에너지절약 행동으로 인한 에너지 비용 삭감 액을 알기 쉽게 제시하는 것으로, 가정용 수요가의 수요조정 행동을 용이하게 하는 것이다. 또한, 전력회사와의 쌍방향통신으로 인해 종래 소액으로는 비용이 효과적이지 않았던 고도한 DSM을 실시할 수 있는 가능성이 있다. HEMS도입에 따라, 에너지 절약 효과 및 CO2 배출 저감효과가 기대되고 있다.분산형 전원의 활용 1. 기대되는 분산형 전원 차재용부터 주택용까지 폭넓은 적용이 기대되는 ‘고체고분자형(PEM)’의 개발이 주목되고 있다. 고체고분자형은, 상온동작에서 부식에 의한 성능저하가 적은데다가 출력밀도가 높고, 범용품의 적용과 양산효과로 인한 코스트삭감이 기대되는 것으로 봐서 상용기(가정용1kW, 업무용5kW 등)의 개발이 진행되고 있다. 장(長) 수명화와 저비용이 실용화의 과제이다. 최근은 DOE 등이 SOFC와 MGT의 복합발전으로 발전효율 70%를 목표로 하는 연구를 진행하고 있다. 이것이 실현되면, 전기사업용의 CCGT를 초월하는 발전효율로 송·배전 손실이 없는 온 사이트 전원이 된다. 단, 현재 상태로는 부하변동에로의 대응이나 빈번한 기동정지에는 적합하지 않는 등의 문제도 있다.일반적으로 분산형 전원을 도입하는 공급 측, 수요 측의 이점은 다음과 같이 요약된다. ·에너지 공급 측① 대형전원에 비해서, 운전개시까지의 리드 타임이 짧고, 금후, 경쟁도입이나 경제 전망이 불투명한 가운데, 수요 등의 불확실성에로의 대응이 용이하게 된다.② 수요지 근접형의 경우, 유통설비투자를 삭감할 수 있다.③ 장래, 수요지 계통으로 인한 분산형 전원의 출력, 무효전력이 실시간으로 제어 가능하게 됐을 경우, Ancillary Service가 공급될 가능성이 있다.·에너지 수요 측① 수요가가 요구하는 신뢰도와 비용의 균형에 따라서, 자가발전이나 전력저장장치를 설치할 수 있게 되어 가고 있다.② 배열을 유효하게 이용할 수 있으면, 에너지 효율화, 에너지 비용 삭감이 가능하다. CGS, 연료전지 등의 분산형 전원(DG)을 정전시의 백 업, 전력품질의 개선, 계통의 과부하나 혼잡관리, 피크 수요삭감 등 주로 전력공급 신뢰도 향상에 활용하는 움직임이 미국에서 보인다. 우리나라에서는 이미 충분한 신뢰도 수준에 달하고 있기 때문에, 오로지 CO2 배출 삭감의 관점에서 DG도입 지원이 이야기되고 있다. 단, 정말로 CO2 배출 삭감 최소화에 기여하는가는 사용실태에 근거한 검증이 필요하다.CGS의 CO2 삭감효과는, 금후의 전기사업의 전원계획과 이탈수요 패턴에 의존한다. 전력의 공급계획대로 원자럭 발전이 순조롭게 진행된 경우, 점포 등에 MGT가 보급되면, 석탄 화력을 때울수록 재래형 가스 화력이 억제되는 경우가 있어, CO2 삭감에는 공헌하지 않는다.2. 수요지계통에 따른 분산형 전원의 협조분산형 전원을 기존의 집중형 전원·계통으로 협조해서 운용하는 것으로 인해, 사회전체의 환경부하가 삭감되며, 에너지 공급의 안정성이 확보되고, 경제성이 향상된다는 관점이 불가결하다.현재, 이른바 에너지 구조개혁 특별구나 아이치 만국박람회 등에서 분산형 전원에 의한 전기를 수요지내(조합을 구성하고, 특정 공급의 형태를 취한다)에서 소비하는 역내 완결형의 전력공급이 시작되려고 하고 있다. 태양광 발전 등 간결성 전원이 주력하게 되면, 현재의 계통기술 수준에서는 대규모 전력저장장치를 사용하지 않을 수 없다. 장래의 분산형 전원의 대량도입 시에 있어서는, 공급계통 내에 분산하는 다수의 분산형 전원 출력변동으로 인한 배전선의 전력조류 폭주, 전압변동의 증대 및 사고 시의 제어·보호의 곤란화가 생기고, 종래의 운용관리 방법에서는 전력 품질이나 공급 신뢰도가 확보되지 않게 되리라고 생각되어 진다.그래서 이와 같은 문제점의 발생을 막고 분산형 전원의 프리 액세스화를 도모함과 동시에, 분산형 전원의 특장을 살려 전기, 열에너지의 효율이용을 실행하고, 부하평준화나 에너지 절약, 환경보전에 기여하는 새로운 전력공급 시스템으로서 ‘수요지계통’이 전력중앙연구소에서 제안되고 있다.
 <그림 1>은 2변전소로부터의 배전선을 루프화, 네트워크화 하여, 운용관리 시스템 하에서 수요지계통을 구성한 예를 나타낸다. 마찬가지로 미국에서는 마이크로 그리드로 칭하고, 관민에서 실증연구가 진행되고 있다.수요지계통은 규모적으로는 현재의 배선계통과 2차 계통(부하공급계통)을 포함한 단위로 되리라 여겨진다. 전압에 대해서는, 수요나 분산형 전원의 도입량이 특히 큰 지역을 대상으로, 60kV급, 20kV급, 400kW급이라는 현재 상태보다 높은 계급이 적용된다. 수요지계통에서는 계통의 형상은 루프를 기본운용으로 하고, 면적 공급력의 향상에 따라, 수요증가 하에서도 더욱 더 변전소수의 감소가 도모되는 등 설비구성 면에서의 간소화가 달성된다.이러한 계통설비는 극력 단순화됨과 동시에, 기존 설비가 철저히 이용되어 저 비용화가 도모되는데, 루프간의 유연성 있는 조류제어를 실행하는 장치(루프 컨트롤러)의 활용도 고려된다. 루프 컨트롤러는 직류링크된 교직변환장치이며, 동일 뱅크 외에, 위상이나 전압이 다른 뱅크 간, 이 변전소간의 루프화도 가능하게 하고, 루프화 된 회선간의 조류제어와 양단의 전압제어를 동시에 달성한다. 또한, 회선사고 시에는 교직변환장치의 특징을 살려, 전류순시치 제어 등으로 인한 사고전류의 통과를 방지한다. 이로 인해, 루프화에 따른 단락용량의 증대, 사고정전구간의 확대가 방지된다.운용·제어 면에서는, 고도로 발달한 통신 네트워크를 활용해 사용자, 계통 측 쌍방의 요구를 만족하도록 수요지계통과의 에너지 수급을 효율있게 실행하기 위한 기능이 필요하다. 이것은 ‘수급 인터페이스’로 칭하는 것으로, 이것으로 인해 자신이 소유하는 분산형 전원으로부터의 전력 외에, 계통 측으로부터 시시각각 보내지는 요금 메뉴나 계통정보를 배려하면서, 계통으로부터 전력, 소매업자로부터의 전력, 게다가 열, 가스라는 다양한 에너지를 고효율로 안정하게 최저비용으로 이용한다. 장래에는 수요가설치의 분산형전원에서 무효 전력공급 등 Ancillary Service공급이 가능한 통합제어를 목표로 한다.결말지금까지 공급 측 주도로 대규모 집중형 에너지 시스템이 구축되어 왔다. 금후, 에너지 수요가 포화되는 가운데, 그 보수에는 막대한 비용이 든다. 설비를 경신할 때에 수요에 유난하게 대응할 수 있는 분산형 시스템과의 조합이 채용된다. 금후, 에너지 시장의 가격 시그널과 연동해서 분산형 에너지 자원이 운용되게 되면, 에너지 시스템 전체의 수급 매니지먼트에도 큰 역할이 완수될 가능성이 있다.
<Energy News>
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