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- 날씨에 의존하는 재생에너지의 취약성의 상관관계 분석
- 재생 가능 에너지에 대한 적응으로 전력망의 탄력성이 향상돼
- 재생에너지로 정전 빈도, 심각도 더 낮아

풍력과 태양광 발전으로 인해 정전이 더 많이 발생하고 있다?
미국의 정전과 날씨에 의존하는 재생에너지의 취약성의 상관관계 분석

과대평가된 효과?
풍력, 태양광 등 재생에너지로 인한 정전 위험은 생각보다 훨씬 낮을 수 있다고 미국 연구진이 보고했다. 이에 따르면 지난 20년 동안 주로 화석 연료를 사용하는 주보다 태양광 및 풍력 발전의 비중이 높은 미국 주에서 정전이 더 적었다. 연구팀이 "Nature Energy"에서 보고한 것처럼 재생 가능 에너지가 많은 전력망에서의 정전은 평균적으로 더 짧고 그 범위가 작았다. 

▲ 풍력 및 태양광 발전의 비중이 높은 전력망은 기상 이변으로 인한 정전에 더 취약할까? © loveleyday12/Getty 이미지

재생에너지에 관해 부정적 시각을 지닌 사람들은 전력 생산이 바람이나 태양과 같이 날씨에 의존하는 자원에 크게 의존하는 경우 전력망의 안정성이 위태로워진다고 말한다. 종종 떠오르는 공포스러운 시나리오다. 이러한 재생 가능 에너지의 변동하는 공급은 더 완충될 수 없으며 민감한 전력망 시스템에 과부하가 걸린다. 이는 특히 폭풍이나 “어두운 소강 상태”와 같은 극단적인 기상 상황에서 그렇다. 극단적인 경우 네트워크 붕괴, 즉 정전이 발생할 수 있다.

테네시 대학의 Jin Zhao와 그의 동료들은 “전력망 운영자는 이러한 날씨에 따른 재생 에너지를 전력망 규제에 대한 파괴적인 요인으로 보고 싶어한다”며 "날씨에 따른 전력 공급원이 정전에 미치는 실제 영향에 대한 지식이 부족해 그 유용성에 대한 의구심이 생겼고, 어떤 경우에는 풍력 및 태양 에너지 확장에 대한 반발도 발생했다"고 설명했다.

기상 이변에 더 취약할까?

실제로, 팀이 보고한 바와 같이, 재생 에너지가 적어도 부분적으로 책임이 있는 정전이 이미 발생했다. 이는 주로 기상이변으로 인해 바람이나 태양계가 갑자기 예상치 못한 고장을 일으킬 때 발생했다. 예를 들어, 2019년 8월 영국 해안의 혼시(Hornsea) 해상 풍력 발전단지에 번개가 쳤고, 갑작스러운 고장으로 인해 광범위한 정전이 발생했다. 2016년 호주는 허리케인으로 인해 풍력 발전소가 실패하면서 지역 정전 사태를 겪었다.

하지만 그러한 사건은 얼마나 일반적이고 책임 전가가 가능한가? 이를 명확히 하기 위해 Zhao와 그의 팀은 2001년부터 2020년까지 미국 본토 48개 주 전체에서 발생한 정전을 평가했다. 그들은 전력 생산에서 날씨에 따른 재생 가능 에너지의 비중, 정전 당시의 기상 조건, 영향을 받은 면적과 사람 수 측면에서 정전의 정도를 조사했다.

▲ 일반적인 우려는 에너지 전환으로 인해 정전이 점점 더 심각해질 것이라는 점이다. © tsahiV/게티 이미지

정전 빈도, 심각도 낮아

그 결과는 놀라웠다. 이미 풍력과 태양광 발전이 전력 공급의 큰 부분을 차지하고 있는 미국 주에서는 정전이 훨씬 더 적었다. “풍력과 태양 에너지는 날씨에 의존하고 신속하게 규제할 수 없지만, 우리 연구에서는 날씨에 따른 사건에 대한 전력망의 취약성을 증가시킨다는 증거가 없다”고 연구원은 보고했다. 이는 폭풍과 같은 극단적인 기상 현상에도 적용된다.

대신, 태양광 및 풍력 시스템의 비율이 높은 전력망은 탄력성이 더 뛰어난 것으로 입증됐다. "5만 명 이상의 전력 수요자가 영향을 받는 날씨 관련 정전 가능성은 이러한 네트워크에서 50% 이상 감소했다"고 Zhao는 보고했다. 그의 동료들. 태양광 발전과 풍력 발전의 비중이 높은 전력망의 정전은 재생 에너지가 적은 미국 주에 비해 일반적으로 덜 심각하고 지속적이었다.

"전력망 간에 뚜렷한 차이가 있는 정전 범주에서 재생 에너지의 영향을 더 많이 받는 것은 항상 전력망이다. 여기서는 더 적은 수의 사용자가 영향을 받고 전력 공급이 덜 떨어지며 정전이 더 짧은 기간 지속된다"고 연구자들은 기술했다.

재생 가능 에너지에 대한 적응으로 전력망의 탄력성이 향상돼

이는 풍력 및 태양열 시스템의 전력 공급 변동으로 인해 전력망이 더 큰 부담을 받고 있으며 Zhao와 그의 팀이 강조한 것처럼 더 복잡한 제어가 필요하다는 사실과 모순되지 않는다. "그러나 전체 그리드 수준에서 날씨에 따른 재생 에너지 생성은 일반적으로 생각되는 것만큼 취약하지 않을 수 있다"고 Zhao는 말했다.

이러한 과제에 전력망과 제어 시스템을 적용하면 전반적인 안정성도 향상된다. 적어도 기상 관련 장애에 대비해 이러한 네트워크는 이전보다 더 잘 갖춰진 것으로 보인다. 이러한 안정화 조치에는 무엇보다도 열저장, 특수 배터리, 펌핑 저장 또는 수소 생산 형태의 네트워크 내 완충 장치로서의 에너지 저장이 포함된다.

그러나 한편으로는 전력망의 지역 간 연결과 분산형 시스템 및 배전 네트워크에 대한 더 나은 중앙 제어 옵션도 안정성에 기여한다. 또한 2023년 연구에 따르면 정전 후 통제된 방식으로 전력망을 다시 시작하는 데 도움이 된다.
(Nature Energy, 2024; doi: 10.1038/s41560-024-01657-w)
출처: Nature Energy, Trinity College Dublin

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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