출력조절 가능한 ‘가변속’ 양수발전, 재생에너지 변동성 해결사

'펌프 회전수' 제어로 양수 부하조절 가능
변동성 대응 용이, 안정적 부하 유지 장점
건설 비용 높아 원가 보상방안 필요성 대두

산업통상자원부가 2034년까지 한국수력원자력의 전원개발사업 예정구역으로 지정 고시한 설비용량 700㎿(350㎿ 2기) 규모의 포천 가변속 양수발전소 조감도./포천시

재생에너지 발전규모가 증가하면서 출력조절이 가능한 '가변속 양수발전'에 발전업계의 관심이 높아지고 있다. 변동성 대응이 용이해 안정적으로 부하를 유지할 수 있기 때문이다.

양수발전소는 발전과 저수를 동시에 수행하는 발전소로, 발전 시에는 저수지의 물을 낙차를 이용해 발전기를 돌려 전기를 생산하고, 저수지의 물이 부족할 때는 발전기를 돌려 물을 저수지로 올려 저장하는 방식으로 운영된다. 기존 양수발전설비는 출력 변동 폭이 작고, 양수 시 소비 전력이 고정된다는 것이 단점이었다. 이에 출력 속도를 조절할 수 있는 가변속 양수발전의 필요성이 제기돼 왔다.

20일 발전업계에 따르면 현재 국내 3개소에서 총 1.75GW(기가와트) 규모의 가변속 양수발전소가 건설 중이다. 앞서 지난해 12월에는 10차 전력수급기본계획에서 계획된 1.8GW 양수발전 사업자 공모에 모두 가변속양수설비로 응찰했다.

두 발전 방식의 핵심 차이는 '펌프 회전수'를 통한 양수 부하조절이다. 기존에는 양수를 중지하는 방법으로 출력을 조정해온 반면, 가변속 양수발전은 펌프 회전수를 조절해 양수량 및 압력을 조정한다.

업계 관계자는 "가변속 양수발전은 양수시에도 출력 중 일부분을 필요에 따라 수시로 변동할 수 있어 효율적"이라며 "유효·무효전력을 독립적으로 제어할 수 있어 계통에서 요구되는 전압지원을 필요할 때 제공할 수 있는 것이 장점"이라고 말했다. 계통 안정성을 유지하면서 필요 시 보조 전력도 제공할 수 있는 유연성을 갖췄다는 설명이다.

그러나 가변속 양수발전은 성능이 우수한 대신 건설 비용이 크다는 단점이 있다. 일반양수 설비의 경우 제어설비 비용 비중 전체 설비 비용의 10% 내외인 반면 가변속은 20~30%가량으로 알려져 있다.

향후 재생발전원의 증가로 인해 가변속 양수 수요가 늘어날 것으로 전망돼 원가 보상 방안 필요성이 대두되고 있다. 발전사업자에게 안정적인 투자유인이 제공됨과 동시에 전력계통 운영자는 경제성을 바탕으로 장기간 확보된 설비를 안정적인 전력계통 운영을 위해 활용할 수 있기 때문이다.

한편 지난해 8월 변동성 재생발전설비가 급증하고 있는 제주도에서는 장주기 ESS(에너지저장장치)를 대상으로 장기선도계약시장을 개설해 낙찰자에 15년간 고정가격으로 보상을 지급하고 있다.