필자는 우리나라는 원전과 태양광발전 중심으로 전력원 Mix를 짜야 하지만 태양광발전 비중을 지금의 2배 이상을 하면 안 된다고 누차 주장해 왔다.

그 이유는 간단하다. 태양광발전의 간헐성 때문이고, 특히 태양광발전은 낮 시간대만, 그것도 11시~오후 3시에 집중되기 때문이다. 이런 재생에너지발전의 간헐성 때문에 원전, 석탄발전, LNG발전을 항시 가동해야 한다. 

하지만 원전, 석탄발전은 기동성이 떨어져 단 시간 내에 출력을 높이거나 낮추는 것을 할 수가 없다. 그렇다고 태양광발전이 많이 된다고 하여 완전히 가동을 중단할 수도 없다. 가동을 중단하고 재가동하려면 원전은 보통 3일 이상이 소요되고, 석탄발전도 12~36시간이 필요하며, LNG발전도 재가동하는데 1시간이 걸린다. 

따라서 태양광발전이 되지 않는 야간에는 운전되어야 하기 때문에 낮 시간대 태양광발전이 많아도 원전과 석탄발전은 가동 중단을 하지 못하고 출력 제어를 하면서 가동해야 한다. 출력제어를 하더라도 일정 한계 이하로 가동할 수도 없다. 원전과 석탄발전은 최소한의 가동률(석탄발전: 50~60%)을 유지해야 터빈, 보일러 손상이 없고, 기존 원전은 출력제어가 잦을 경우 안전에도 문제가 생긴다. LNG발전도 석탄발전보다 유연하지만, 잦은 기동과 정지는 연료비 손실과 장비 부담이 크다.

그래서 재생에너지발전의 출력이 높더라도(발전이 많이 되더라도), 기저부하 전원은 일정 수준 유지해야 한다.

이런 이유 뿐만이 아니다. 전력계통 안정성(주파수·전압 유지)와 송전망 제약 때문에도 원전/석탄/LNG발전 가동을 중지시킬 수 없다.

신재생발전(특히 태양광발전의 인버터 방식)은 회전질량이 없기 때문에 주파수 안정성에 기여하지 못하지만, 원전/석탄/LNG/수력 등의 동기발전기 기반 전원은 계통 관성(inertia)을 제공한다. 신재생발전만으로 공급하면, 갑작스런 수요/공급 변화에 주파수가 쉽게 출렁이고 정전 위험이 커진다. 그래서 ‘전력계통 안정성 확보용’으로 일정 용량의 동기발전기가 항상 돌아가야 한다.

우리나라는 재생발전이 지역적으로 전남 지역에 집중되어 있다. 따라서 낮 시간대 순간적으로 태양광발전이 잘 되면 송전선로 용량이 부족하여 잉여 전력을 수도권으로 보내지 못하게 되어, 일부는 출력제한(curtailment), 일부는 수도권의 화력발전(석탄/LNG) 유지로 대응해야 한다.

상기의 내용이 이해되었다면, 실제 우리나라의 전력 수요과 공급이 어떤지 살펴보고, 재생에너지발전 비중이 높아졌을 때 어떤 일이 벌어질 수 있는지 알아보자.

우리나라 봄, 가을의 토,일,공휴일의 낮 시간대의 전력수요는 50GW 수준이다. 2025년 5월 18일(일) 12시 55분의 전력 상황은 아래와 같았다.

전력 총수요는 56,793MW였는데, 태양광발전은 25,231MW로 총수요의 44.4%를 담당했다. 이 때에 양수 펌핑용 전력 수요가 4,111MW로 만약 양수발전소에서 펌핑하는데 전력을 소요하지 않았다면 전력 총수요는 52,682MW였을 것이고, 태양광발전이 47.9%를 담당했을 것이다.

태양광발전설비용량이 27,096MW였는데도 총수요의 절반 가까이를 태양광발전이 담당하게 되는 시기가 나오는데 만약 태양광발전설비만 2배로 늘린다면 이 설비용량만으로 총수요 전체를 커버할 수 있을 정도가 된다. 이 정도라면 이에 대한 대책이 없다면 블랙 아웃이다. 

평일도 위험하기는 마찬가지이다. 2025년 5월 12일(월) 12시 40분의 전력상황을 보면, 총수요는 68,545MW였는데, 태양광발전이 26,251MW로 38.3%를 태양광이 담당했다. 태양광발전이 많다보니 이 때에 양수 펌핑에 3,313MW를 소요시켰다. 

전력 수요가 상대적으로 낮은 봄, 가을의 평일의 낮 시간대도 안심할 수 없음을 알 수 있다. 그런데 태양광발전은 적정 온도(20~25도)에서 발전이 잘 되기 때문에 전력 수요가 적은 봄, 가을에 발전효율이 높다.

만약 태양광 설비용량을 지금(27,096MW)보다 두 배로 늘려 54GW로 늘렸다고 해 보자. 이 설비용량이면 4~5월 맑은 날 12시~2시 사이에는 50GW가 발전된다. 전력수요가 60GW 정도이니 83%를 태양광발전이 담당하게 될 것이다. 다른 발전원이 담당해야 할 전력 공급은 불과 10GW 밖에 남지 않는다.

태양광발전이 되지 않는 심야에는 전력수요를 충당하기 위해 원전 22GW, 석탄 9GW, LNG 15GW가 가동되었기 때문에 낮 시간대의 태양광발전이 늘어나더라도 심야에 가동되던 원전, 석탄발전, LNG발전의 출력을 제한하는 데는 한계가 있다. 원전은 19GW, 석탄발전은 5GW, LNG발전 5GW이하로 출력을 낮추기 어렵다. 야간에 다시 출력을 높여야 하기 때문에 가동을 중지할 수 없기 때문이다.

필요한 전력공급은 10GW 밖에 되지 않는데 원전+석탄+LNG발전 전력공급은 29GW나 되어 전력공급 과잉이 발생한다. 블랙 아웃이 되지 않으려면 태양광발전 출력을 19GW 줄이거나 과잉 생산된 전력을 ESS에 저장해야 한다. 

태양광발전 피크타임인 11시부터 3시까지 발전량은 설비용량 54GW라면 54GW*4h*80% = 172GWh가 될 것이다. 즉, 172GWh의 ESS 설비가 필요하다는 이야기다. 1MWh ESS는 설치비용까지 현재 5억원이 소요되는 것으로 알려져 있다. 따라서 172GWh ESS설비를 설치하려면 86조가 필요하다.

현재 가장 널리 사용되는 리튬이온 배터리(ESS)의 수명은 길어야 15년이다. 15년마다 86조를 쏟아부어야 하니까 1년에 약 6조를 ESS에 투자해야 한다. 

이것 뿐만이 아니다. 태양광발전 과잉 생산 때문에 출력제어를 해야 하는 원전, 석탄, LNG발전의 손실도 만만치 않다. 그리고 비가 오거나 흐린 날에는 태양광발전이 되지 않기 때문에 이를 대비해 예비발전설비를 갖춰 놓아야 한다. LNG발전소 건설이 필요하고, 이 예비발전소들은 늘어난 태양광발전설비 때문에 가동률이 저하될 수밖에 없어 이에 대한 보상도 해 주어야 한다.

이를 모두 합하면 연간 8~9조가 재생에너지(태양광)발전설비용량을 증가시키는데 추가적으로 소요되는 비용이 될 것이다. 

그나마 태양광발전 LCOE(균등화발전원가)가 130원/kWh 수준이고 향후 낮아질 가능성이 높아 이 정도이지, 해상풍력발전설비를 늘리면 상상조차 하기 싫을 정도로 끔찍해진다. 

해상풍력발전은 LCOE가 250원/kWh 이상이고 향후에도 우리나라에서는 해상풍력발전 건설비용이 낮아질 가능성이 없어 해상풍력발전설비를 늘린다면 그 비용은 상상을 초월하고, 기업(제조업)들은 급등한 전력요금으로 수출 경쟁력을 상실할 것이고 우리 경제는 나락으로 떨어질 것이다.

우리나라에서 재생에너지발전 비중을 일정 이상 높이는 것은 블랙 아웃 위험을 높이고, 국가경제를 망치게 된다. 그런데 이재명 정부는 원전 대신 해상풍력발전을 대규모로 늘리겠다고 발표했다. 이를 어쩌면 좋을까?