에너지 소비자에서 생산자로, 지능형 재생가능에너지
우리가 매일 사용하는 에너지의 80 % 이상이 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료로부터 생산된다. 화석연료가 없다면 전 세계가 마비될 것이며, 인류는 생존에 큰 어려움을 겪을 것이다. 비록 화석연료 채굴 기술의 발달로 가용한 화석연료의 양이 늘어나고 있지만 화석연료 매장량이 한정되어 있다는 것은 명백한 사실이므로 결국 언젠가 화석연료는 고갈될 수 밖에 없다. 또한 화석연료의 과도한 사용은 지구온난화, 대기오염, 산성비 등의 환경문제를 발생시킴으로써 이미 우리의 삶을 위협하고 있다. 따라서 높은 화석연료 의존도로 인해 발생할 수 있는 문제를 해결, 예방하기 위해서는 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지원을 확보해야 한다. 최근 주목받고 있는 재생가능에너지(renewable energy)는 인류가 당면한 에너지 부족, 환경오염 문제를 동시에 해결할 수 있는 중요한 열쇠이다.
재생가능에너지란 화석연료와 같이 한 번 사용하면 없어지는 비재생 에너지원이 아닌 태양, 바람, 지열, 파도 등 우리 곁에 늘 존재하는 자원을 활용하여 생산되는 에너지를 의미한다. 재생가능에너지는 자원고갈 문제가 없고 환경오염 물질을 발생시키지 않기 때문에 전 세계적으로 주목 받고 있다. 현재 많은 국가에서 재생가능에너지의 도입, 확산을 위해 노력하고 있으며, 이를 토대로 재생가능에너지와 관련된 기술은 빠르게 발전하고 있다. 앞서 언급된 스마트 그리드를 통해 얻을 수 있는 이점 외에 스마트 그리드가 제공하는 또 한 가지의 커다란 이점은 재생가능에너지를 전력 공급원으로 사용하는 것이 가능하다는 점이다. 이는 재생가능에너지를 통한 에너지 생산을 촉진시키고 화석연료 의존도를 낮추는데 기여할 것이다.
일반적으로 재생가능에너지를 전력 공급원으로 사용하기 위해서는 해결해야 할 문제점이 있다. 먼저 재생가능에너지를 이용한 전력 생산은 태양광이나 풍력 등 변동성이 심한 에너지원에 의존하므로 전력 생산량 또한 변동성이 심하다. 전력 공급은 언제나 소비자의 수요에 대응해야 하기 때문에 재생가능에너지를 전력 공급원으로 사용하기 위해서는 출력 변동폭을 상쇄할 만큼의 추가 전력 공급원이 필요하다. 또한 재생가능에너지를 이용한 전력 생산은 주로 개인 소유의 시설에서 작은 규모로 이루어지는 경우가 많은데, 전력 공급자는 이 같은 소규모 전력생산 시설이 그들의 전력망에 연결되는 것을 전력망의 안정성 문제, 또는 운용상의 어려움을 이유로 꺼리는 경우가 많다. 그리고 개인이 생산한 전력 가격을 책정하는 일 또한 까다롭기 때문에 재생가능에너지의 효과적인 활용을 위해서는 전력시장에서의 새로운 비즈니스 모델이 필요하다. 마지막으로 재생가능에너지를 통한 전력생산은 화석연료 기반의 전력생산에 비해 운용비용이 저렴하다는 장점이 있지만 초기 투자비용이 높은 편이다. 따라서 전력생산 시설의 수명주기에 따른 전력생산 원가는 낮을 수 있어도 일부 개발도상국에서는 초기 투자비용을 감당할 만큼의 충반한 재원이 없는 경우가 많다.
스마트 그리드를 이용하면 이 같은 문제점을 해결할 수 있다. 먼저 스마트 그리드는 재생가능에너지를 다양한 전력 공급원과 통합한다. 예를 들면, 태양광 발전 설비를 전력 사용량 조절이 가능한 소비자와 연결한 후, 구름이 태양을 가려 출력이 감소하였을 때 스마트 그리드의 통신 네트워크와 전력망 제어 기술을 바탕으로 소비자가 필요한 최소한의 전력만 공급하다가 구름이 걷히면 다시 전력공급량을 증가시키는 방식을 사용할 수 있다. 유사한 방식으로, 밤 시간 동안 전기차를 충전해야 하는 경우, 스마트 그리드를 통해서 태양광 발전설비가 아닌 풍력 발전기로부터 생산된 전기를 이용할 수 있다.
또한 스마트 그리드를 이용하면 재생가능에너지를 전통적인 발전소의 대안으로 사용할 수 있다. 각 가정 또는 빌딩의 지붕에 설치된 태양광 발전 설비는 분산전원(distributed generation)을 사용한 재생가능에너지 활용의 대표적인 예로서 스마트 그리드를 통해 전력망 운영자는 실시간으로 각 태양광 발전 설비의 정보를 제공받으며 설비를 제어한다. 이를 통해 필요에 따라 전력 생산을 감소시키거나 차단시킬 수 있으며, 출력의 미세조절이 가능하기 때문에 전력 공급자의 재생가능에너지를 통한 전력 생산이 수월해진다. 그리고 스마트 그리드는 더 정확하게 재생가능에너지로부터 생산된 전력량을 측정하고 가격을 책정할 수 있으므로 재생가능에너지 설비 소유자의 생산 전력량에 따라 적절한 비용을 지불할 수 있다.
마지막으로 스마트 그리드는 분산전원을 통한 전력생산을 허용함으로써 개인의 투자를 장려한다. 기존 전력 공급자는 전력 수요가 증가함에 따라 새로운 발전소를 건설해야 했지만, 분산전원을 이용하면 일반 투자자, 개인, 기업 등 누구나 전력생산 설비에 투자가 가능하다. 따라서 자금이 부족한 전력 공급자에게 분산전원은 추가적인 투자 없이도 전력 생산량을 늘릴 수 있는 매력적인 옵션이며, 이는 스마트 그리드를 통해 수많은 개인 소유의 전력생산 설비를 전력망에 통합하고, 전력 공급자가 이를 제어할 수 있기 때문에 가능한 것이다.
재생가능에너지를 통한 전력 생산이 보편화되면 기존의 대규모 중앙 전력시스템에서 벗어나 지역별로 분산되어 독자적으로 운영되는 소규모 전력망인 마이크로그리드를 형성하여 해당 지역의 에너지 자립도와 효율을 높일 수 있다. 마이크로그리드는 개별 소비자의 소규모 재생가능에너지 발전 설비의 도입을 촉진할 것이며, 중앙 전력시스템에 문제가 발생했을 때의 영향을 최소화하는 완충 역할을 할 것으로 기대된다.
재생가능에너지 종류별 누적 전력생산 가능량 (출처: International Renewable Energy Agency)