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1. 개요
가상발전소(VPP)는 태양광이나 풍력 발전과 같은 재생에너지와 ESS, 전기자동차 등의 분산전원을 클라우드 기반의 인공지능 소프트웨어를 이용해 마치 하나의 발전소와 같이 통합하여 운영함으로써 분산전원의 운영 및 관리를 최적화할 수 있는 방법이다. 즉, 신재생에너지나 에너지를 저장해두는 장치에서 공급하는 소규모 에너지를 클라우드 형태로 통합한 후 이를 하나의 발전소처럼 관리하는 시스템이다.
예를 들어 한 번에 5~6kW 정도의 소규모 전력을 공급할 수 있는 태양광패널장치나 ESS가 수천에서 수만 개가 존재한다고 가정했을 때, 이들을 통신으로 조종해 전력을 하나로 합친다는 것이다. 물리적으로 실제 존재하는 발전소는 아니지만 정보통신기술 및 자동제어기술을 이용해 발전소에서 전기를 공급하는 것과 동일한 역할을 한다. 이를 통해 보유하고 있는 에너지를 전략적으로 재편성하여 사용 효율을 높일 수 있다. 개인이 생산한 소규모의 전력은 별로 쓸모가 없지만, 수만 명이 생산한 전력을 합치면 산업에서 쓸 수 있는 규모까지 확대될 수 있기 때문이다.
기존의 중앙공급식 전력망은 한 곳에서 생산한 전력을 모든 소비처에 단방향으로 전송하는 방식이다. 하지만 이러한 형태의 중앙집중적이고 일방적인 전력공급 구조는 다음과 같은 단점이 존재한다.
- 상대적으로 낮은 에너지 효율: 발전, 송전을 통해 최종소비자에게 전력을 공급하는 동안 1차 에너지의 약 60%가 폐열의 형태로 손실된다.
- 과도한 탄소배출: 아직까지는 화석연료 발전소가 대부분의 전력수요를 감당하고 있기 때문에 전 세계 탄소배출량의 많은 부분이 전력을 공급하는 과정에서 발생하고 있다.
- 발전입지의 제약: 대규모 발전소를 건설할 수 있는 입지는 제한적이다. 이에 따라 발전소가 특정 지역에 집중됨으로써 발생할 수 있는 송전혼잡 문제에 대비하여 상당 규모의 예비 공급능력을 확보해야 한다.
- 수동적인 배전망 운영: 현재의 수동적 배전망 운영체계에서는 배전단에 연결된 수요측 자원을 계통 운영에 반영하기에는 한계가 있다.
최근에는 기존의 전력공급 방식을 보완하기 위해 분산전원을 적극적으로 전력계통에 도입하고 있다. 분산전원은 수요지 인근에 중·소규모로 설치되기 때문에, 필요한 지역에 필요한 규모로 단기간에 설치가 가능하다. 또한 분산전원은 수요지 근처에서 직접 전력을 공급하기 때문에, 송전손실로 인한 전반적인 에너지 손실을 크게 감소시킬 수 있으며, 이로 인해 송전계통의 부하를 완화함으로써 전력설비 보강 및 확장에 필요한 투자를 지연 또는 회피할 수 있게 한다. 일반적으로 분산전원은 짧은 시간 내에 발전기 기동이 가능하기 때문에 배전망의 단기간 안정화에 기여할 수 있으며, 전력 부족 시에는 추가발전으로 최대수요에 유연하고 효과적으로 대처함으로써 계통신뢰도와 전력품질을 향상시키는 데 활용될 수도 있다. 한편, 대부분의 분산전원은 풍력발전과 같은 신재생전원이나 열병합발전과 같은 고효율 발전기로 구성되기 때문에, 분산전원은 탄소배출 저감 및 에너지 효율 향상을 통한 지속가능한 발전을 가능하게 하는 요소기술로 인정받고 있다. 분산전원 기술은 계속 소형화되고 있으며, 그 결과 주택용 및 소규모 상업용으로 이용이 가능한 수준까지 확대되었다. 이러한 소규모 분산전원 기술을 보다 큰 규모 (수백 kW에서 수백 MW)의 분산전원 기술과 구분하기 위해, 소규모 분산전원, 제어가능부하 (controllable load) 및 에너지저장장치 (energy storagesystem, ESS)를 하나로 묶어 분산형 에너지원이라고 한다. 일반적으로 250 kW 이하의 분산형 자원들을 분산형 에너지원으로 분류한다. 마이크로 열병합발전, 태양광 패널 및 전기자동차 등의 다양한 분산형 에너지원 기술은 아직까지는 대부분의 소비자에게는 고가의 설비이지만, 정부의 정책지원과 기술혁신으로 인해 분산형 에너지원의 보급은 지속적으로 확대되고 있다. 분산형 에너지원의 보급이 확대되면 이와 같은 상당 수준의 편익을 달성할 수 있을 것으로 예상되지만, 아직까지는 기존 중앙급전발전기에 비해 분산형 에너지원의 발전비용은 높은 편이며 운영 측면에서도 해결해야 할 다수의 기술적 난제들이 존재한다. 예를 들어, 특정 지역의 분산형 에너지원 발전용량이 해당 지역의 수요를 초과하게 되면 전력망 내 역조류를 야기하게 된다. 이러한 역조류는 전력망 내 혼잡을 초래할 뿐만 아니라 적정 수준의 전압 유지를 어렵게 하며, 사고 발생 시에는 기존의 보호협조체계로는 해결할 수 없는 상황이 발생할 가능성 또한 존재한다. 이와 같은 기술적 문제로 인해 현재는 분산형 에너지원 연계 시 단순 연계용량제한 방식을 적용하고 있다. 이는 과거의 수동적인 배전망 운영 환경에는 적합하지만, 분산형 에너지원의 효율적 이용을 제한할 뿐만 아니라 배전설비에 대한 투자비용 상승과 불충분한 투자유인을 야기하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 분산형 에너지원이 기존의 대규모 중앙급전발전소의 역할을 대체할 수 있도록 현재의 전력 및 정보통신설비를 개선하고 효과적인 연계방안을 수립해야 하며, 안정적인 계통운영을 지원할 수 있는 제어 전략을 수립해야 한다. 이는 수백 기의 중앙급전발전기를 대상으로 하는 중앙제어 개념에서 수십만 기의 발전기와 제어가능부하의 운영에 적합한 새로운 분산제어 패러다임으로의 변화를 의미한다. 이러한 패러다임의 변화를 실현할 수 있는 대표적인 분산형에너지원 연계 전략이 바로 마이크로그리드와 가상발전소이다. 마이크로그리드는 다수의 분산형 에너지원과 부하의 집합체로서, 기존의 전력망에 연계 또는 분리되어 독립운전 할 수 있는 소규모 전력망이다.
가상발전소 개념은 에너지 집합에서 시작한다. 에너지 집합은 소규모 분산에너지원을 통합하는 새로운 비즈니스 모델이다. 수요자원과 분산전원, 에너지저장장치 등 에너지원 집합을 하나의 발전소로 다루는 것으로 스마트그리드 도입과 함께 주목받았다. 가상발전소가 처음 전력시장에 등장한 것은 1997년이다. 그 당시는 가상설비(VU)라는 용어로 제안되었다.
아직까지는 가상발전소에 대한 공통된 정의가 존재하지 않는다. 해외 주요 연구기관에서 발표한 가상발전소에 대한 세부 정의는 다양하지만 이를 종합하면 가상발전소는 기존의 통신채널을 통해 지리적으로 산재한 발전원을 연결하여 구성한 가상의 발전소로 의미를 부여할 수 있다. 여기서 “가상”이라는 용어는 고정된 형태가 아닌 임시적이고 일시적인 의미를 함축하고 있다.
2. 유형
| <rowcolor=#fff> | 공급형 VPP | 수요형 VPP | 융합형 VPP |
| 특징 | - 다양한 분산전원 설비를 ICT를 이용해 하나의 발전소처럼 통합 운영 - 기존의 대규모의 중앙급전 발전소와 동일한 서비스 기능 수행이 가능 | - 수요자원을 활용해 피크부하에 대응 - 발전설비의 추가 설치 없이 기존 발전설비의 비상발전기, 예비발전량 등 유휴자원 활용 가능 | - 전력수요 및 공급 측면을 동시에 접근 |
| 사례 | Next Kraftwerke, Siemens, Enbala Power Networks, ABB, LichBlick, VPP Energy | Sunverge, ENERNOC, Blue Pillar, Viridity Energy, Restore, KiWi Power, AutoGrid | AGL, 테슬라, 간사이전력 외(VPP 구축 실증 사업), Green Charge |
3. 원리
가상발전소의 구현에는 스마트 그리드를 기반으로 한 DER[1], ESS 활용 기술이 필요하다.3.1. 스마트 그리드
스마트 그리드는 기존 전력망에 정보통신 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하도록 함으로써 에너지 이용효율을 최적화하는 첨단 전력 네트워크 시스템이다. 여기서 전력망은 발전, 송전, 배전, 소비에 이르기까지 전력을 실어나르는 모든 설비와 기기를 의미한다. 스마트 그리드의 유망 기술 분야로 주목받고 있는 분야는 지능형 검침 인프라[2], 배전관리 시스템[3], 에너지 관리 시스템[4] 기술이다.
'지능형 검침 인프라’는 전력 공급자가 고객의 에너지 사용량을 원격으로 자동 검침하고 이에 따라 정확한 에너지 공급과 과금 보고 등의 서비스를 제공하는 것으로, 스마트 미터를 기반으로 소비자와 생산자 간 양방향 소통이 가능하도록 연결해주는 네트워크 시스템을 의미한다. 이는 스마트 그리드의 핵심 영역으로 스마트 미터, 네트워크, 소프트웨어 및 서비스로 구성된다. 지능형 검침 인프라는 요금 산정을 위한 원격 정보 수집을 통해 개선된 에너지 요금을 반영할 수 있고 전력의 품질과 정전 또는 전력 누수 등 전력운영에 필요한 추가적 정보를 수집할 수 있다. 소비자에게 계약사항, 가격 및 운영정보, 시간 동기화, 펌웨어 업데이트 등의 데이터 전송을 가능하게 하며 시스템 상태에 따라 원격지에서 에너지 공급을 조절하고 부하를 제한한다. 또한 각 가정에서 보유하고 있는 자동화 시스템과 인터페이스를 구축함으로써 상호작용할 수 있다.
'배전관리 시스템’은 원거리에서 컴퓨터와 통신기술을 활용하여 배전선로에 적용되는 가스 개폐기의 운전상태를 감시하고 설비의 운전을 제어하는 시스템이다. 이는 배전선로의 고장 발생 시 고장 구간을 파악하고 분리하거나 정전 구간을 복구하고, 설비 운전 정보 데이터베이스를 관리하는데 핵심이 되는 시스템이다.
'에너지 관리 시스템’은 스마트빌딩, 스마트공장 등 효율적으로 에너지를 공급하고 소비하고자 하는 운영환경에 관리체제를 체계적으로 지속하여 추진하는 시스템이다.
3.2. 분산형 에너지 자원(DER)
DER은 에너지의 사용지역 인근에서 생산되고 소비되는 에너지이며 수요지 인근에서 에너지의 생산, 저장, 잔여 전력의 해소 등에 기여하는 자원이다.DER은 대규모의 송전설비와 발전소를 요구하지 않기 때문에 전력 공급의 안전성을 확보할 수 있다. DER 기술을 활용하면 에너지의 사용지역 인근에 발전원이 설치되고 사용됨에 따라 장거리 송전망 건설을 최소화할 수 있다. 또한 중소 규모의 태양광·풍력 발전기 등이 전력 사용지역 인근에 설치됨에 따라 발전소의 대규모 설비에 드는 비용과 노동력을 축소할 수 있다. 발전원의 분산화로 중앙 계통의 문제가 발생하는 때에도 독립적인 에너지의 생산과 소비가 가능하여 전력의 안전성을 보장한다.
3.3. 에너지 저장 시스템(ESS)
ESS는 생산된 전기를 저장장치(배터리 등)에 저장했다가 전력이 필요한 시기에 공급하여 전력 사용 효율을 높이는 장치이다. 태양광의 경우 개인이나 기업이 소규모 설비를 설치해 전력을 생산한 뒤 남은 전력을 ESS에 저장했다가 시장에 사고팔 수 있다.4. 장단점
4.1. 장점
태양광이나 풍력 발전기처럼 우리 주변에 가까이 설치된 발전기들을 분산전원이라고 한다. 분산전원은 친환경적이면서도 필요한 지역에 필요한 규모로 단기간에 설치가 가능하고 짧은 시간 내에 발전기 가동이 가능하기 때문에 전기를 최종 소비처에 공급하는 설비인 배전망의 단기간 안정화에 기여할 수 있다. 전력 부족 시에는 추가 발전으로 최대 수요에 유연하고 효과적으로 대처함으로써 전력품질을 향상시키는데 활용될 수 있다. 그러나 분산전원 발전량은 날씨의 영향을 많이 받기 때문에 배전망 내 혼잡을 야기할 뿐만 아니라 적정 수준의 전압유지를 어렵게 하며 사고 발생 시에는 블랙아웃 위험도 높아진다. 이런 문제를 해결하기 위해서는 여러개의 분산전원을 모아 기존의 발전소의 역할을 대처할 수 있는 기술이 필요한데 이 기술이 바로 가상발전소(VPP)이다.VPP를 통해 중앙계통에서 관리가 불가능했던 소규모 DER이 하나의 운영체제로 통합되어 발전량을 예측하고 전력거래와 발전설비의 모니터링 등이 쉬워지면서 분산전원의 운영효율성을 높일 수 있다. 즉 에너지 효율이 향상된다는 것이다. 전달된 정보에 따라 최적의 양에 맞추어 공급되기 때문에 낭비되는 전력을 최소화할 수 있고 소비량이 급증할 때 수급의 부족함이 없이 공급할 수 있다. 생성되는 전기량이 적은 경우 VPP는 저장된 전기 에너지를 사용하도록 함으로써 일정량을 안정적으로 공급할 수 있어 기후변화에 대응이 가능하다. 즉 발전소가 멈추더라도 저장된 전기로 공급이 가능하기 때문에 블랙아웃 대비에 좋은 효과가 있다. VPP는 화력 발전소 대신 소규모의 발전소를 분배함으로써 탄소 발생량을 줄인다는 점에서 친환경적이라고 할 수 있다.
VPP의 설립을 통해 신규 일자리와 새로운 비즈니스 모델의 창출이 가능하다. 가상발전소 구현을 위해서는 각종 인프라, 관리시스템, 저장장치, 정보통신기술 등 다양한 융합 기술이 필요하다. 이는 전력, 자동차, 배터리, 가전, 건설 등의 다수 영역에서 일자리와 신 비즈니스 모델(신규 서비스, 플랫폼 등)이 출현할 수 있음을 의미한다. 또한 전력 시장에서의 전력 거래 시 수익 극대화가 가능하다. 이러한 효과는 기존 전력망과 달리 통제시스템이나 송전, 배전, 운전, 발전 등의 다양한 영역에서 자동화와 양방향성을 추구하는 가상발전소의 특성에서 비롯된다.
4.2. 단점
시설 투자비용이 높아 보조금 개입 없이는 활성화 될 수 없는 구조이다. 또한 VPP는 발전사업자가 전기사업자에게 전기를 판매하고 이를 다시 전기사업자가 소비자들에게 판매하는 구조라 전기요금 절감도 쉽지 않다.4.3. 유형별 장단점
| <rowcolor=#fff> | 공급형 VPP | 수요형 VPP | 융합형 VPP |
| 장점 | - 분산에너지자원의 계통연계 용이 - 수요형 VPP 보다 낮은 투자비 | - 전력수요를 줄여 전력요금을 절감 - 수요반응 자원시장 참여 | - 전력안정화에 가장 효과적 - 가장 많은 장점을 보유 |
| 단점 | - 전력 공급 위주로 구성 - 신재생에너지의 간헐성 | - 높은 투자비용 - 개인 정보(수요) 노출 | - 가장 높은 투자비용 - 개인 정보(수요) 노출 |
5. 현황
5.1. 해외
이미 VPP를 위해 여러 나라가 노력을 기울이고 있다. 우선 해외 선진국들은 수익 확보를 위해 에너지 시장 이외에도 용량·보조 서비스 시장 등 여러 시장에 대한 VPP의 참여 허용 등 확산을 위한 정책을 마련하고 있다. 여러 나라들이 VPP 사업을 선점하기 위해 부지런하게 움직이고 있다. 대표적으로 영국은 2019년에 중개사업자의 도매시장 참여를 허용했다. 공급 면허를 취득한 전력 마케터, 에너지 판매업체, 중개사업자 등도 참여할 수 있게 됐다. 미국은 전력시장에 참여가 가능한 수준에 있음에도 규모가 작아 시장에 참여하지 못하는 분산 자원을 중개사업자를 통해 시장에 참여시킬 수 있도록 제도를 개편했다. 이뿐만이 아니다. 수급 조정(보조 서비스) 시장에도 VPP가 참여할 수 있도록 시장이 확장되면서 중개사업자의 증가와 비즈니스 모델 확대가 이루어지고 있다.또한 현재 해외는 태양광, 풍력, 열병합, ESS, DR 등 다양한 분산 자원을 가상발전소 자원으로 고려 중이다. 이에 따라 현재 VPP의 시장도 점점 규모가 커지고 있다. 유럽의 VPP 시장은 2019년 7,500만 달러에서 2030년 4억 7,000만 달러로 연평균 18.2% 성장할 것으로 추정되고 있다.
몇몇 해외 기업들도 VPP 사업에 뛰어들기 시작했다. 글로벌 석유기업 ‘Royal Dutch Shell’은 2021년 2월 유럽 8개국에 분산된 1만여 개 재생에너지 전력을 관리하는 유럽의 가상발전소 기업 ‘Next Kraftwerke’를 인수했다. 테슬라는 2022년까지 호주에 세계 최대 규모의 VPP를 구축할 것이라는 계획을 발표했다. 테슬라는 남호주 5만여 주택에 250MW급 태양광 발전기를 설치하고, 전력 생산 및 판매에 나선다는 방침이다. 해당 사업에는 무려 총 8억 달러가 투입된다. 2021년부터 본격적으로 구축 사업을 시작하였고 아직 진행 중인 것으로 전해졌다. 태양광과 ESS 설치를 통해 전력판매 수익이 창출되어 가구당 순 지출 전기요금이 1kWh당 40센트에서 27센트로 30% 감소될 것으로 예상되고 있다. 테슬라는 미국 기업 ‘Swell Energy’와 협력해 뉴욕 퀸스 지역에도 VPP 사업을 운영하기로 했다.
5.1.1. 영국
한전경영연구원의 자료에 따르면 영국인 피크 관리, 용량시장, 보조서비스, 에너지 시장, 네트워크 지원 등의 영역으로 나누어 가상 발전소 시장의 접근법을 다르게 하고 있다. 영국의 가상발전소는 자원별로 운영 비중이 다르다. 이 중 재생에너지가 가장 많은 비중을 차지하고 있다.
영국은 2019년 12월 중개사업자의 에너지, 용량, 보조서비스 도매시장 참여를 허용하였다. 에너지 공급 자격을 가진 사업자들을 먼저 가상발전소 사업에 참여하도록 허용하였고 현재는 공급 면허를 취득한 에너지 판매업체, 중개사업자도 참여가 가능해졌다. 영국의 가상발전소 용량은 6.1GW로 에너지 판매업체가 보유한 DR 자원을 포함해 가상발전소로 고려하고 있어 보급 규모가 크지만 중개사업자의 시장 참여는 아직 저조하다.
5.1.2. 미국
미국은 2020년 9월, 분산 자원의 시장 참여를 제도적으로 마련하면서 가상발전소를 실현했다. 시장에 참여할 능력이 있어도 크기가 작아 시장애 참여하지 못하는 분산자원을 중개사업자를 통해 도매시장에 참여할 수 있게 한 것이다. 이를 통해 가정용 및 상업용 태양광과 에너지 저장 시스템 투자가 증대할 것을 기대하고 있다.분산자원을 배전계통 또는 계량기 하단에 위치한 자원으로 정의해 용량 제한이 없다. 변동성 재생에너지, 열병합, ESS, DR, EE, EV 등 다양한 소규모 에너지원을 분산자원으로 고려하고 있다.
5.1.3. 일본
일본은 2021년 4월, 중개사업자가 모집한 발전기, 에너지 저장 시스템, 부하 설비 등의 자원을 가상발전소로 정의하였다. 재생에너지 예측오차 대응을 위해 3차 조정력에 VPP 참여를 허용하였다. 이를 통해 궁극적으로 에너지 시장, 용량시장 외에 수급조정 시장에도 VPP가 참여할 수 있는 시장 확대로 중개사업자의 증가 및 비즈니스 모델의 확장을 기대하고 있다.5.1.4. 독일
독일은 지난 2017년 1월 재생에너지법 2차 개정을 통해 중개사업자의 도매시장 참여를 허용하고 전력공급의 예상 시간, 공급량 등을 예측할 것을 의무로 부과하고 있다. 이를 통해 FIP(정부가 설정한 기준 가격과 지표가 되는 시장가격의 차이를 프리미엄으로 지급하는 것) 보조금을 지원받는 재생에너지 설비는 중개사업자를 통해 시장 참여가 가능하며 재생에너지 예측 의무 이행에 따른 비용 소요를 관리 프리미엄을 통해 중개사업자가 재생에너지를 모집해 시장에 참여하는 경우에도 보상할 수 있는 제도적 방편을 마련했다.5.1.5. 호주
호주는 지난 2012년 11월 ‘소규모 발전사업자 제도’를 도입해 소규모 발전자원의 원활한 도매시장 참여를 가능하게 하였다. 5MW 이하 발전기 또는 연간 발전량이 20GWh 이하인 5∼30MW 발전기가 중개사업자를 통해 전력시장에 참여하는 경우 모집 자원의 발전기 등록 의무를 면제한다. 동시에 중개사업자는 온실가스 배출규제 면제 등의 특전도 부여받는 제도를 구축하여 가상발전소를 활성화시키고 있다. 특히 호주의 에너지 시장에서는 가격입찰이 가능해 가격 급등으로 수익을 확보할 수 있는 제도를 마련하는 등 다양한 사업의 환경과 기회를 제공하고 있다.독일의 Next Kraftwerke는 2009년에 설립되어 유럽 최대 규모 전력중개사업자로 성장했다. 주로 중소규모 분산에너지자원을 통합하여 전력거래를 중개하는 전력중개사업자로 분산에너지자원, IoT 계량기 및 소프트웨어를 결합하여 가상발전소 시스템을 구축하였다. 바이오가스, 풍력, 태양광 등 분산에너지자원의 안정적 전력공급으로 출력이 항상 일정한 발전원 역할을 인정받고 있다.
현재 모집된 분산에너지자원은 14,841개 정도이며 전력용량은 11,182MW이다. 전력거래량은 15.1TWh로 7개 TSO에 중개전력을 공급하고 있다.
| <rowcolor=#fff> 항목 | 내용 | 항목 | 내용 |
| 분산 자원 수 | 14,841개 | 거래 전력량 | 15.1TWh |
| 전력용량 | 11,182MW | 서비스 제공 지역 | 7개 지역 TSO |
| 매출액 | 5.95억 유로 (2020년) | 설립 일자 | 2009년 |
가상발전소는 기본적으로 IoT 기술로 분산에너지자원을 연결하여 제어함으로써 하나의 가상발전소의 형태로 전력거래 시장에 참여한다. IoT 센서와 빅데이터 분석 기술의 발전으로 소규모 신재생, 수요자원, 프로슈머 등 전력시장에 참여 가능한 가상발전소 자원이 다양화되고 실시간 제어가 가능하다.
NEXTRA, NEMOCS 등 자체 운영시스템을 통한 분산에너지자원 거래시장 내 시장 참여자들의 직접 전력거래, 실시간 전력모니터링, 원격 자동 제어가 가능하며 데이터 전송장치 Next Box를 통해 분산 에너지자원 발전량 데이터를 일괄적으로 관리한다. 운영시스템 중 NEMOCOS(Control system)은 분산에너지자원과의 연결 및 원격 자동 제어 기능을 제공한다. 시장 및 기상정보에 따라 최적화된 스케줄링 제공, 자원 운영 최적화를 한다. 전력 소비자에게 DR 기능도 제공 가능하며, 분산에너지자원 종류별, 소비자 그룹별, 지역별 정보를 제공, 전력시장의 가격 신호와 TSO의 네트워크 신호 , 전자동 제어, 이상 신호에 대한 알림 정보를 제공한다. 표준화된 인터페이스를 사용하여 다양한 분산에너지자원을 가상발전소에 연결, 원격으로 통제한다. Next Box(분산에너지자원 발전 기록 및 제어하는 데이터 전송장치)를 통해 분산에너지자원과 소비자를 연결한다. 현재 용량, 자원의 상태 등을 실시간으로 확인할 수 있다. 가상발전소 내의 가용 가능한 생산량 또는 소비량을 정확하게 파악할 수 있다.
운영시스템 중 NEXTRA(전력거래포탈)은 소비자 및 공급자가 직접 전력거래를 가능하게 하는 운영시스템이다. 전력시장(Spot market)에서 부족한 전력을 구입 또는 남는 전력을 판매하고, 거래 모니터링, 정보분석 및 예측자료 제공, 시장조사정보 등을 제공한다. 소비자·공급자 그룹관리, 분산에너지자원 또는 수요자원에 대한 관리를 한다.
5.2. 국내
한국도 소규모 분산 자원의 가시성을 높이고 효율적인 전력 계통 운영에 도달하기 위해 2019년에 소규모 전력 중개 시장(한국형 VPP 제도)을 도입했다. 소규모 전력 자원에서 생산하거나 저장한 전력을 모아 거래하기 위해서 중개사업자를 통해 소규모 분산 자원을 모집하고, 전력시장 참여를 유도하여 계통 운영의 효율성 증가를 유도하기 위한 것이다.한국 기업들 또한 VPP 사업에 박차를 가하고 있다. SK에너지는 2019년 중개사업에 발을 들였다. 전국 주유소와 화물차 전용 휴게소 25곳에 태양광 발전시설을 설치했으며 2022년 8월에 주유소 22곳에서 0.4㎿를 추가 가동했다. 이러한 소규모 분산 자원을 모아 한국전력에 판매가 가능한 SK에너지는 2021년 7월 전력거래소에 사업자 등록을 마쳤다. SK에너지 말고도 전력거래소에 등록된 소규모 전력 중개기업은 2022년 8월 기준 총 71개이다. 대표적으로는 SK에너지뿐 아니라 SK E&S, KT, SK Telecom 등이 있다.
하지만 국내의 경우 여전히 과제가 많다. 재생에너지 발전 정도가 세계 평균인 10%대와 비교해 7%대로 낮은 편이며 아직 정부 주도로 지역별 재생에너지 단지의 도입이 추진되는 등 재생에너지 산업 자체가 초기 단계이다. 즉 에너지를 클라우드 형태로 통합하는 VPP 시스템이 성립되기 이전의 단계조차 완성되지 않은 것이다. 게다가 소비자와 전력 생산자를 연결해줄 송·배전망의 꾸준한 관리와 투자 등이 더 필요하다.
6. 전망
파리 협정 등 온실가스 발생을 최소화하는 기후 협약이 체결되어 신재생에너지 발전이 점차적으로 확산될 것으로 예상된다. 따라서 VPP에 대한 투자가 크게 증가할 것이다.6.1. 해외
VPP는 모니터링, 데이터 분석, 전력 공급의 안정화, 분산 자원 관리 등 다양한 기술을 필요로 하는 기술집약적 산업이다. 국가마다 기술력의 차이는 크기 때문에 가상 발전의 현황과 전망은 국가별로 크게 다르다.VPP 기술이 가장 활성화된 유럽과 미국에서는 상업적인 VPP 시장을 확보하고 있다. 유럽과 미국을 중심으로 한 VPP 산업 세계시장은 2020년 약 4.9억 달러를 달성한 후, 연평균 23.7%의 높은 비율로 성장하여 2027년에는 약 21.5억 달러의 규모를 달성할 것으로 전망된다.
또한 VPP 핵심 기술인 전력량 예측 어플 시장은 인공지능(AI) 기술 발달로 2019년 7,500만 달러에서 2030년 4억 7,000만 달러로 성장할 것으로 추산되고 있다.
6.2. 국내
국내에서는 아직 상업적인 VPP 시장이 실현되지 못하고 있다. 하지만 VPP 시장을 형성하기 위한 전 단계인 DER, ESS 시장이 존재한다.6.2.1. DER 시장
국내 DER 시장은 2020년 2.5조원의 규모를 형성한 이후 연평균 28%의 높은 성장률로 증가하여 2025년에는 8.6조원의 규모를 형성할 것으로 전망된다. 다만, 해외의 에너지 시장은 태양광, 풍력, 열병합 등 다양한 반면, 국내 에너지 시장은 주로 태양광 발전에 집중되어 있다.
국내 태양광 발전 관련 시장은 2019년 30억원에서 2026년 88억원으로 성장할 전망이다. 연평균 성장률이 23.9%가 되는데, 이는 세계 태양광 발전 성장률 25.1%에 근접한다. 그러나 태양광을 제외한 다른 발전은 해외에 크게 뒤쳐진다.
6.2.2. ESS 시장
국내 연간 ESS 신규 사업장 설치 수는 2014년 36개에서 2018년에는 975개로 증가하였다. 그러나 2019년 479개로 반 토막이 났다. 2020년 589개로 다소 반등했으나 2021년 224개로 급격히 줄었다.(참고로 위 막대그래프에서 2021년의 경우 46개로 표시되어 있는데, 이는 전반기까지만 산출해냈기 때문이다.)
추세를 보아 ESS 시장은 위축될 전망이다.
ESS 산업이 위축된 것은 화재에 따른 리스크를 업체들이 고스란히 떠안고 있기 때문이다. 2017~2019년 28곳에서 ESS 관련 화재가 발생했다. 정부는 2019년 ESS화재 관련 1차 대책에서 ESS 사업장 안전 관리 강화 방안을, 지난해 2차 대책에서 ESS 충전율을 80~90%로 제한하는 방안을 각각 내놓았지만 화재 관련 불안은 여전하다.
정책 지원이 끊긴 점도 ESS 산업 붕괴의 한 요인이다. 올해 ESS 연계 사업장의 전기 요금 할인 혜택이 사라지자 업계에서는 지원이 소홀하다는 비판이 나왔다. 또한 ESS 육성을 담당하던 에너지-신산업진흥과가 통폐합되는 등 정부의 ESS 사업 지원이 줄어드는 추세이다.
7. 논란
7.1. 과연 분산형 자원은 친환경적인가?
현재 기술로 실현 가능한 대한민국의 분산형 자원은 주로 태양광 발전이다. 태양광 발전 방식은 일단은 탄소 중립적이다. 그러나 태양광 발전 방식은 (그리고 그를 비롯한 대부분의 신재생 에너지 발전 방식은) 본격적인 에너지원으로서는 한계점을 가지고 있고 오히려 환경에 악영향을 미치기도 한다. 그래서 우선 태양광 발전의 친환경성에 대해 살펴보자.7.1.1. 태양광 발전의 친환경적 측면
태양광 발전은 기존의 화력 발전보다는 친환경적이다. 일단 설치되면, 발전 중에는 환경에 끼치는 영향이 다른 발전에 비해 현저히 적기 때문이다. 또한, 타 신재생에너지보다 사고 위험이 적고 일반인들에게 접근성이 좋다. 무엇보다도 재생 에너지 중에서 단위면적당 에너지 생산량이 최상위권이다.7.1.2. 태양광 발전의 친환경적이지 못한 측면
그러나 태양광 발전은 발전 과정에서 친환경적일 뿐, 설치-폐기 과정을 전체적으로 보았을 때는 친환경적이지 못한 측면이 있다. 대표적으로 설치 시 산림 훼손, 폐기 시 폐패널 처리 문제가 있다.7.1.2.1. 산림 훼손
태양광 발전이 재생 에너지 중에서 아무리 효율이 좋아봤자, 결국 기존의 발전에 비해서는 비효율적인 게 사실이다. 효율성이 낮기 때문에 태양광 발전은 넓은 부지를 필요로 한다. 국토가 넓고 평야 지대가 많은 국가에서는 땅이 넘쳐나기 때문에 이것이 큰 단점이 되지 않는다. 그러나 국토가 좁고 산지가 많은 우리나라와 같은 경우에는 태양광발전소를 본격적으로 설치하기 위해서는 반드시 산을 깎고 나무를 베어야 한다.문재인 정부는 친환경 발전을 강조하며 태양광 설치를 확대하였다. 따라서 태양광 설치를 위한 산림 훼손은 기하급수적으로 늘었다. 2016년 529ha였던 태양광 설치 목적 산지전용 허가 면적은 문재인 정부 첫해인 2017년 1425ha로 3배 늘었다. 그러다 2018년에는 2443ha까지 증가하며 정점을 찍었다. 2016년과 비교하면 4.7배가 늘어난 것이다. 이후 야당과 환경단체들이 산림 파괴를 중단하라며 육지 태양광을 반대하고 나섰다. 결국 산림 태양광 허가 면적은 2019년 1024ha, 2020년 229ha로 대폭 줄었다. 그러나, 결국 5년간 훼손된 산림 면적은 총 5131㏊다. 이는 서울 여의도의 17.6배에 달하는 면적이다. 벌채된 입목은 총 259만8000여 그루다.
7.1.2.2. 폐패널 처리 문제
현재 태양광 패널의 평균 수명은 약 15년 정도로 보고 있다. 소모된 태양광 패널은 보통 소각되거나 매립된다. 버려진 태양광 패널이 문제를 일으키는 것은 결정질 실리콘이라는 핵심 물질 때문이다. (결정질 태양전지는 전체 태양전지의 90%를 차지한다.) 이를 만드는 과정에서 사염화규소로 명명되는 부산물이 생성되는데, 이 물질은 사람의 피부와 시력에 악영향을 주며, 폐부종으로 인하여 호흡이 곤란해지는 증상까지 동반할 수 있다.
7.2. 과연 가상발전소는 효율적인가?
해외 VPP 프로젝트들이 진전을 보이지 못하면서 후속 사업 관련 이야기도 별로 나오지 않고 있다. 가상발전소 구축으로 인한 에너지 비용 절감 및 정전 대비 등 수요에 대응이 가능하다는 장점이 무색해지고 있다.원전과 화력발전 중심에서 친환경, 재생에너지원으로의 에너지전환이 가속화되면서 분산형 소규모 전원의 발전량 비중도 점차 높아지고 있다. 하지만 분산자원은 그 자체로 작은 규모이고, 수요가 집중되면서 설치도 확대돼 이들을 제대로 감시하고 제어하는 일 역시 어려워지고 있어 태양광과 ESS 설치비용 대비 전력절감을 통한 수익발생이 쉽지 않은 상황이다.
태양광과 ESS를 5kW 규모로 설치하는 데 드는 비용은 약 3천 5백만 원이다. 시설 투자금이 과해 보조금 지원 없이는 활성화되지 못하는 구조이다. 이는 유독 대한민국에서 석탄이나 원자력보다 태양광이 비싸서이기도 한데, 이유는 대한민국이 태양광의 발전 가능 기간을 타국에 비해 짧게 잡았기 때문이다. 여기에 인허가와 같은 간접비도 독일보다 3배나 높다. 또한 발전업자가 전기사업자에게 전기를 판매하고 이를 같은 구조로 전기사업자가 소비자에게 판매하므로 전기요금 절감도 어렵다고 예상된다.
[1] 분산형 에너지 자원, Distributed Energy Resources[2] Advanced metering Infrastructure, AMI[3] Distribution Management System, DMS[4] Energy Management System, EMS