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[칼럼] 공장과 건물은 어떻게 사용량을 줄여 전력시장에 판매하나?
2018년 현재 4.3GW의 용량에 60개에 가까운 수요반응자원이 있다. 60여개를 구성한 참여고객(공장, 건물)의 수는 3,500개 이상이다. 2014년 11월 시장이 개설되며 시작되었을 때 1.5GW 용량에 861개 참여고객을 생각하면 놀라운 성장이다. 물론 중간에 부침이 있었고 특히 2018년 초에 탈락한 자원도 많았던 것을 생각하면 앞으로도 어떻게 개선될지 예측하기 어렵다. 그러나 규칙 등 제도 보완의 과정을 통해 양질의 건전한 자원들 중심으로 재편될 것은 틀림없다.

공장의 전력 사용패턴으로 DR시장 폭넓게 이해하기

[파란에너지 김성철 대표] 공장과 건물이 어떻게 사용량을 줄여서 전력시장에 판매하는지 개략적으로 생각해보고자 한다. 업종과 패턴별로 다양한 공장과 건물들을 획일적으로 정리하기는 어렵다. 3,500개 참여고객의 사용패턴, 참여방법과 성과는 한 곳도 같은 곳이 없다 해도 과언이 아니다. 그러나 큰 틀에서 수요자원에 대한 접근방법은 생각해볼 수 있다. 기초적으로 짚어야 하는 것이 비록 포괄적이긴 하더라도 충분한 의미가 있다.

전기요금 종별로 수요자원거래시장에 참여한 현황을 보자. 산업용이 67%나 된다. 일반용인 건물은 28%로 두 번째로 큰 비중이다. 교육용, 농사용이 2%대이고 주택용인 아파트는 1%에 미치는 수준이다.

수요자원거래시장에 참여한 현황을 전기요금 종별로 살펴보면 산업용이 67%나 된다. [사진=dreamstime]

이는 대규모 공장들의 생산스케줄 조정에 따른 참여가 많다는 것을 보여준다. 일반용에서 부하제어에 참여하기는 쉽지 않다. 주로 냉난방부하인데 계절별 제약은 물론이고 쾌적성에 직결되기 때문이다. 그런 가운데서도 쾌적성의 저하를 최소화하며 성실하게 참여하는 건물도 많이 있다. 또한 건물은 소방법과 건축법에 의해 설치된 비상용발전기가 있다. 이러한 비상발전기나 열병합발전기 대체를 통해 부하제어 효과를 내며 참여하는 건물이 많다.

본 칼럼에서 다뤄지는 데이터는 ‘한국전기연구원’과 함께 수요관리측면에서 공장과 건물의 설문, 현장파악, 통계분석한 자료를 참조한 것임을 알려드린다. 앞으로 여러 업종별 월별, 시간별, 부하별 패턴이 나온다. 그러나 이는 당시 대상이 되었던 모수인 공장과 건물들에 한정된 것이지 해당 업종을 대표한다고 보기는 어렵다. 그럼에도 이를 나타내며 설명하는 이유는 참여고객의 패턴을 통해 그들을 보고 이해하는 접근방법을 알리려 함이다.

마이너스 발전소가 전기를 생산한다는 것의 개념과 시장에서 인정하는 규칙은 이미 보았다. 그런데 실제로 공장과 건물의 행동은 무엇일까 궁금하다. 그것을 데이터를 통한 그래프로 설명하겠다. 이를 통해 인센티브 기반의 DR에 대해 폭넓게 이해할 수 있다. 에너지 프로슈머 및 컨설턴트로 활동하고자 하는 독자는 현장의 데이터를 보고 DR 측면에서 생각하는 관점을 가지게 될 것이다. 업종별 패턴을 보며 ‘아, 이 업종은 이렇게 전기를 쓰는구나’라고 생각하지 말기를 바란다.

공장의 월별 사용패턴

우선 월별 패턴이다. 공장의 12개월에 대한 매월의 전력사용량을 본다. 수요자원은 1년간 약속된 감축가능량이 있어야 한다. 공장에 수요자원화가 가능한 잠재량이 있는 지 판단해야 한다. 잠재량은 크게 TP와 EP, AP로 나뉜다. TP는 Technical Potential로 기술적 잠재량을 말한다. EP는 Economic Potential로 경제적 잠재량이다. AP는 Achievable Potential로 실제 참여가능한 잠재량을 말한다.

EP나 AP는 여러 변수를 고려해야 해서 복잡하다. 본 책에서 깊이 다룰 사항은 아니다. 그러나 기술적으로 가능한 TP는 생각해볼 수 있다. 예를 들어 공장이 11개월은 가동하는데 1개월은 전혀 전기를 사용하지 않는다면 고민이 생긴다. 1개월은 TP 자체가 존재하지 않는 것이다. 전기사용이 없는 1개월이 있다는 것은 단순하게 보면 전력거래소가 요구하는 수요자원의 조건을 충족시키지 못하는 것이다. 똑똑한 수요관리사업자가 포트폴리오 자원구성을 하면 된다. 어쨌건 공장에 대한 전력사용량을 월별로 체크해야 하는 이유는 분명하다.

산업용 수용가는 다양한 업종만큼 업종별 전력사용행태 또한 다양하다. ‘산업용 수용가 업종별 부하패턴 분석’에서는 용도별로 구분해 생각할 것이다. 월별 부하패턴을 통해 수요반응 의무감축용량 설계에 필요한 주요 수용가군 및 수요관리 목표기간을 정할 수 있다. 공장별로 사용전력의 수준이 서로 다르기 때문에 상대계수로 환산해서 나타낸 것임을 알려드린다.

화학 : ‘화학’은 대부분 연속공정으로 주요 전력사용은 생산설비에 집중되어 있다. 하계인 7월, 8월에 비교적 높은 전력피크를 가진다. 화학업종의 경우 규모에 따라 상용 자가발전설비를 보유하고 있으며 이를 통한 한전으로서 수전량을 제어할 수 있으므로 수요자원시장에 참여하기 좋다.

철강 및 금속 : ‘철강 및 금속’은 ‘화학’과 같이 연속공정으로서 연간 꾸준한 전력수요를 보인다. 8월, 9월에 비교적 높은 전력수요를 보이며 4월의 전력수요 감소는 경기요인으로 인한 일시적인 생산설비 이용률 감소 때문이다. 설문의 대상인 철강업체는 전기로를 사용하는 용융공정에 가장 많은 전력을 소모한다. 특히 일정한 주기(대략 1~2시간)를 가지고 대형 전기로를 가동하는 것은 스케줄 조정 등으로 대용량의 감축이 가능해 수요자원시장에 참여하기 좋다.

제지 : ‘제지’업종은 연중 일정한 전력수요를 보인다. 제지업종은 대부분이 자동화 되어 있으며, 생산 공정중 섬유질을 추출해 제지를 생산한다. 생산공정으로 생긴 폐열을 회수해 공정에 이용하기도 한다. 3월, 4월, 5월, 6월의 전력수요 감소는 경기요인으로 인한 생산가동율 감소의 특수한 경우다. 기본적으로 년중 일정한 가동패턴을 가지고 있다.

자동차 : ‘자동차’는 7월, 8월에 높은 전력수요를 보인다. 동계역시 높은 전력수요를 보이며 12월의 전력수요감소는 파업으로 인한 설비가동 중단으로 인한 특수한 경우이다. 조립공정으로 수주물량에 대한 변동성이 크다.

식품 : ‘식품’ 업종은 주로 동력을 사용한 공정을 이용하며 음료, 제과류 공장이며 연간 일정한 생산량을 보인다. 제빙류 공장 등의 영향으로 6월 이후 설비가동률 증가로 전력사용량의 증가가 나타남을 볼 수 있다. 최근은 동계에도 아이스크림 판매량이 유지되고 있기에 전월 감축가능한 잠재량을 가지고 있다.

기계 : ‘기계’ 업종은 ‘자동차’ 업종과 비슷한 전력수요를 보인다. 조립공정이 다수였으며 생산스케줄에 연동하는 전력패턴이다. 4, 5월과 12월에 사용량이 급격이 떨어짐을 보여준다. 특히 개별 수용가의 경우라면 동계 감축잠재량 여부를 파악할 필요가 있다.

전기, 전자, 반도체 : ‘전기, 전자, 반도체’ 업종은 연중 일정한 전력수요를 보이며 7월, 8월 냉방수요 및 공정의 항온항습부하의 증가로 인한 전력수요이다. 12개월 사용량이 꾸준해 월별 잠재량은 있지만 특성상 감축가능한 부하는 쉽지 않다. 그러나 이는 그 다음에 고민할 일이고 지금은 월별 패턴파악이다.

‘식품’ 업종은 08시에서 09시에 급격한 전력수요증가를 보인다. [사진=dreamstime]

공장의 시간별 사용패턴

이제는 시간별 패턴이다. 하루 24시간의 전력사용량의 추이를 보는 것이다. 왜 필요할까? 이제 잘 알다시피 수요자원시장 대상 시간은 09시부터 20시까지이다. 그 중 12시에서 13시는 제외다. 감축가능 잠재량 측면에서 기본적으로 대상 시간의 사용량이 존재해야 한다. 그러나 여기서 주의할 점은 대표성이 있는 하루를 선정해야 하는 것이다. 평일 전체를 볼 수도 있지만 시간이 많이 걸리고 또 몇 가지 패턴들로 분류가 되기 때문이다. 여기서는 하계 특정일, 동계 특정일, 춘추계 특정일을 설명하겠다.

화학 : ‘화학’ 업종은 연속공정으로 일간 일정한 전력피크를 보인다. 일부 업체의 경우 심야전력을 사용해 주간보다 야간에 높은 전력수요를 보인다. 이는 저렴한 경부하요금을 활용하기 때문이다. 동계 전력사용피크곡선을 보이며, 또 다른 업체의 경우 주간보다 야간의 전력수요가 높은 하계, 춘·추계 전력사용피크곡선을 보인다. 하루 24시간 일정한 감축가능한 기술적잠재량(TP)을 가지고 있음이 확인된다.

철강 및 금속 : ‘철강 및 금속’ 업종 역시 연속공정으로서 일간 꾸준한 전력수요를 보인다. 조사대상인 철강업체는 전기로를 사용하는 업체로서 심야전력을 주로 사용하기 때문에 야간의 전력수요가 높은 특징을 가지고 있다. 심야전력을 사용하지 않은 대상 수용가로 인해 주간 역시 평균 이상의 전력수요를 보인다. 최소전력발생시간은 퇴근시간 및 심야전력 적용시간이 아닌 18시에서 20시 사이에 발생한다. 단 소형 주물업체는 17시, 심하면 15시부터 전력사용량이 급감하는 경우가 있다. 특히 동계에 이런 현상이 있는데 생산물량이 없고 전기요금도 비싼 시간대이기 때문이다. 개별 수용가를 진단할 때 시간별 패턴을 분석하는 것은 매우 중요하다. CBL이 없는 구간에 감축요청시 물리적으로 참여가 불가한 리스크를 안아야 하기 때문이다.

제지 : 일반적인 ‘제지’ 업종은 24시간 꾸준한 연속공정이다. 또한 주간보다 야간의 전력수요가 비교적 높은 특징을 가지고 있다. 심야전력을 사용해 주공정에 이용하고 주간시간에는 그 외의 공정을 통해 전력을 소비한다. 춘추계의 경우 09시부터 20시(12~13시 제외)를 중심으로 감축잠재량을 확인할 필요가 있다.

자동차 : ‘자동차’ 업종은 주간 생산공정으로 인해 전력수요가 높다. 통상적으로 ‘M자형’의 패턴을 보이나 경기요인으로 인한 생산량 조절 및 부분파업으로 인해 하계를 제외한 나머지 계절의 13시에서 18시의 전력사용이 감소하는 특징을 보인다. 상대계수 환산 700에서 1600 사이의 매우 큰 변동폭을 가진다.

식품 : ‘식품’ 업종은 08시에서 09시에 급격한 전력수요증가를 보이며 11시~12시 사이에 1차 최대피크를 보이며 15시~16시 사이 2차 최대피크를 보이는 ‘M자형’ 전력사용피크곡선을 보인다. 하계에는 상대계수 환산 300~1500의 피크값을 가진다. 그러나 주로 수요자원시장의 대상시간에는 적정 사용패턴을 가지고 있다. 24시간에 대한 변동성을 보기보다 09시 이후 20시 이전을 보고 판단할 때 해석의 오류를 피할 수 있다.

기계 : ‘기계’ 업종은 약간의 변동성은 있으나 상대계수 환산 800~1200 사이의 값을 유지한다. 시간대별 사용량이 계절의 변화에 큰 영향을 받지는 않는다. 하루 24시간, 특히 수요자원시장 대상시간에는 감축잠재량을 보유하고 있다.

전기, 전자, 반도체 : ‘전기·전자·반도체’ 업종은 비교적 높은 부하율을 보이는 업종으로 상대계수 환산 800~1200 사이의 값을 보인다. 경기하강의 영향이 상대적으로 적어 설문대상군중 상당수가 24시간 생산체제하에 설비가동율에 따라 전력수요가 변화한다. 안정적인 패턴을 보이며 시별패턴을 볼 때도 충분한 잠재량을 보유하고 있다.

[이건오 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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