한국은 제11차 전력수급기본계획에 따라 2038년까지 태양광 발전을 77.2GW까지 늘리려는 계획을 발표하였으며, 이러한 에너지 계획이 실현될 경우 미래 재생에너지 간헐성 문제가 대두될 것으로 예상된다.
일본 역시 재생에너지 확대를 추진하고 있으며, 최근 분산형 에너지 생성 시스템으로의 전환을 위해 도쿄 태양광 패널 의무화 제도 등 태양광의 광범위한 확장 계획을 이행하고 있다. 본 보고서는 일본이 최근 도입한 의무화 제도가 야기할 수 있는 이슈를 선행 경험한 독일의 태양광 확대에 따른 문제점과 이에 대한 독일의 대응 방향성을 검토하고, 미래 재생에너지 간헐성과 관련 이슈를 해결하기 위한 정책적 방향성을 살펴보며 한국에의 적용 가능성을 검토하고자 한다.
주택용 태양광 보급 현황
- 일본: 도쿄도는 2025년 4월부터 신축 단독주택 지붕에 태양광 패널 설치를 의무화하는 규제를 도입한다. 이는 대규모 재생에너지 프로젝트를 위한 도시 내 공간이 제한적인 상황에서 주거용 태양광(PV) 시스템의 활용률을 크게 높이는 것을 목표로 하며, 향후 이 정책에 따른 전력망 안정성에 미치는 영향이 예상된다.
- 독일: 주택용 태양광 시스템이 급속히 확대되어 2022년부터 가속화되었으며, 2024년 16.2GW라는 기록적인 수치를 달성하였다. 이는 신규 태양광 시스템이 최대 출력을 낼 경우 16기의 원자력 발전소와 동일한 전력을 생산할 수 있는 수준이다.
도표 1. Annual additions of residential PV (<= 10kW)
전력망과 시장참여자에 미치는 영향
독일에서는 대형 태양광 농장이나 풍력 단지와 달리, 대부분의 주택용 시스템은 출력 제어나 발전 제한(curtailment)이 불가능하다. 이는 전력 수요가 낮은 시점에 에너지 공급이 급증할 경우 전력망 안정성에 심각한 문제를 초래한다. 주요 태양광 개발업체인 Enpal과 1Komma5는 2025년 봄 연휴 기간 중 태양광 설비에 대한 규제가 도입되지 않으면 일부 지역에서 정전이 발생할 수 있다고 경고한 바 있다.
단기적으로는 전력 도매시장에서 음(-)의 전기 가격이 자주 발생하는 문제가 나타나고 있다. 2024년 독일에서는 약 457시간 동안 음의 가격이 기록되었으며, 이는 연간 총 시간의 약 5%에 해당하는 수치로 계속 증가하는 추세이다. 2023/24년 동안 -100€/MWh 이하의 극단적인 음의 가격이 발생한 시점에는 태양광이 34GW로 전체 생산의 대부분을 차지하였고, 풍력(15GW) 및 화력발전(8GW)을 크게 상회하였다. 이는 태양광 발전이 시장 가격에 비탄력적으로 반응함을 보여준다.
도표 2. Hourly contracts with negative prices at German EPEX spot market
왜 이런 상황이 발생하는가?
이러한 문제의 근본 원인 중 하나는 현재의 보조금 제도가 '최대한 생산한 전력을 모두 공급하는 것'을 장려한다는 점이다. 이는 공급 과잉 시에도 발전량을 줄일 유인이 없어 전력망 부담을 가중시킨다. 독일의 태양광 보급은 수년간 보장된 고정가격(Feed-in Tariff)을 통해 이루어졌으며, 이 가격은 점차 하락해왔지만 여전히 소규모 태양광 시스템의 주요 수익 모델이다. 더불어 보조 대상이 되는 총 용량에 상한선이 없어, 패널 가격이 크게 하락한 이후에도 과도한 보조가 지속되었다.
독일은 어떻게 대응하고 있는가?
- 보조금 없이 시장에 직접 전기를 판매해야 하는 태양광 시스템의 기준을 기존 100kW에서 25kW로 하향 조정
- 전력가격이 음(-)으로 내려가는 시간대에는 보조금 지급을 중단
2024년에는 재생에너지의 고정 매입가격과 실제 시장 수익 간의 격차를 보전하기 위해 독일 정부가 송전망 운영자에게 총 185억 유로를 지급했으며, 대부분은 태양광 설비 보유자에게 전달되었다.
일본의 정책 설계에 주는 교훈
독일 사례는 설비 용량 확대의 성공을 보여주는 동시에, 일본이 피해야 할 함정을 명확히 드러낸다. 일본이 향후 태양광 발전 비중을 늘리고 전력 도매시장의 변동성이 커지는 상황을 맞이할 것을 고려할 때, 다음과 같은 교훈이 중요하다:
- 태양광 시스템의 출력 제어 가능성 확보 및 생산량 과잉 시 발전 제한 장치 도입
- 소규모 시스템에도 시장 가격 신호를 반영한 보상체계 도입
- 가정용 배터리와의 통합 활성화
- 전력 가격 변동에 대응 가능한 스마트 배터리 관리 시스템 도입 (예: 가격이 낮을 때 충전, 수요가 높을 때 방전)
- 장기적으로는 대형 배터리 저장장치에 대한 투자 및 태양광 발전 시간대에 맞춰 수요를 분산시키는 정책 추진
한국시장 관점 시사점
도표 3. 대안 없는 태양광 발전강화시 미래
한국 역시 주말 산업 전기 수요가 적고 태양광 발전량이 최고점에 달하는 시기에 SMP가 10원/kWh 이하로 하락하는 사례가 11시간 발생한 바 있다. 제11차 전력수급기본계획에 따라 태양광 발전설비가 2038년 77.2GW까지 지속 증대되는 것이 확실한 상황에서 독일과 유사한 시장 상황이 증가할 수 있으며 이는 발전 생태계에 부정적인 영향을 미치게 될 것으로 예상된다. 따라서 다양한 간헐성 방지 방안을 마련해야 한다.
PwC 일본에서 도출한 교훈에 더하여 한국만의 시장 상황을 고려해 간헐성에 따른 전력 안정성을 확보하기 위한 정책 방향 마련이 지속되어야 할 것으로 사료된다.
- 앞으로의 태양광발전사업에 대한 지원체계 관점에서 피크타임(Peaktime) 수요시점에 대한 관리포인트를 정책에 입안
- 간헐성을 제어할 에너지원의 균형계획 수립 (양수발전, 수소에너지 발전, ESS 등)
- 기저발전의 상시 에너지 저장체계 (원자력 전기 기반한 핑크수소 저장 등)
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