바이든 정부는 2035년 전력 부문에서의 탈탄소화(Carbon pollution-free)를 거쳐 2050년 ‘탄소중립(Net-Zero)’ 달성을 선언했으며, 이를 달성하기 위해서는 석탄·천연가스와 같은 화석연료 기반의 화력발전 중단과 동시에 재생에너지 발전량 확대가 필수적인 상황이다. 다양한 재생에너지 중에서도 미국의 태양광 발전 용량은 2010년 이후 급속히 증가해오고 있으며, 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면, 2023년에는 태양광 발전이 미국 신규 발전량 증가분의 54%가량을 차지할 것으로 전망된다. 이처럼, 태양광·풍력 에너지와 같은 다양한 분산에너지자원(Distributed Energy Resources, DER)이 미국 에너지 산업에서 차지하는 비중이 점차 커져가는 가운데 분산된 발전설비와 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)를 연결 및 제어해 에너지 효율성을 높이는 전력관리시스템인 가상발전소(Virtual Power Plant, VPP) 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.

분산에너지자원의 효율적 관리를 위한 가상발전소 기술

미국, 특히 텍사스주에서 가상발전소 그리고 분산에너지 기술에 대한 관심이 급증한 것은 지난 2021년 초 강력한 한파로 인한 미국 중남부 지역에서의 대규모 순환정전(Rolling Blackouts) 사태와 무관하지 않다. 당시 예상치 못한 기후 이변으로 인해 폭증하는 전력 수요에도 불구하고 발전소들은 제 역할을 하지 못했고 설상가상으로 텍사스주는 타 주와 단절된 고립전력망을 운영한 탓에 수백만 명의 텍사스 주민들은 추위 속에서 고립돼 며칠 동안 전기조차 제대로 공급받지 못했는데, 이는 텍사스주에서 풍력·태양광 등과 같은 분산에너지자원뿐 아니라 생성된 유휴자원을 저장해 비상시 전력 수급을 가능케 하는 ESS 그리고 이를 통제하는 ICT 기술이 통합돼 실제로 발전을 하지는 않지만 물리적인 발전소처럼 생성된 에너지 자원을 통합해 전력망에 공급하는 시스템인 가상발전소에 대한 시험적 도입을 가능케 하는 결정적인 계기가 됐다.

이를 교훈삼아 2022년 6월 텍사스주 공공유틸리티위원회(Public Utility Commission of Texas, PUCT)는 집합 분산에너지자원(Aggregated Distributed Energy Resource, ADER) 파일럿 프로젝트(Project No. 53911)를 출범하며 텍사스주 전력망인 ERCOT(Electric Reliability Council of Texas) 도매시장에서 분산에너지자원의 기여도를 평가하기 위한 가상발전소 실증 프로젝트를 시작했는데 지난 8월 24일 테슬라(Tesla)는 텍사스주 공공 유틸리티 위원회로부터 자사의 가정용 예비 전력 저장장치(ESS)인 파워월(Powerwall) 소유자를 대상으로 하는 2개 가상발전소 승인을 텍사스주 최초로 획득하며 미국 내에서 캘리포니아주에 이어 두 번째로 가상발전소 사업을 본격화했다. 이를 통해 텍사스주 휴스턴시와 달라스시 소재 파워월 소유자들은 전력 피크 기간 중 각 가정에서 발전한 전기를 주 전력망에 공식적으로 판매해 전력망 부하를 완화하고 네트워크를 안정적으로 유지하는 데 일조할 수 있게 된 것이다.

<가상발전소 개념도>

[자료: Solar Power World] 

미국의 가상발전소 정책 및 시장 동향

글로벌 기후 위기 대응을 위해 재생에너지로 대표되는 분산형 자원의 중요성이 점차 강조되고 있지만, 재생에너지 특성상 날씨나 시간대 등에 따라 발전량이 일정치 않을뿐더러 소규모 분산에너지의 경우 중앙계통에서 발전량과 사용량에 대해 개별적으로 관리할 수 없었기 때문에, 현재까지는 유휴 전력 중 많은 양이 버려지곤 했다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 미국에서는 가상발전소 활성화를 위한 각종 제도와 실증 정책을 적극 추진해 오고 있다. 2020년 9월 미국 연방에너지규제위원회(FERC)에서 개정한 ‘Order 2222’는 중개사업자가 모집한 분산자원의 미국 전력도매시장 ISO(Independent System Operators, 독립계통운영자)와 RTO(Regional Transmission Organizations, 광역송전기구)에서의 참여를 허용했는데 이를 통해 RTO, ISO 내 유틸리티 및 소매 전력 공급업체의 서비스를 받는 미국 기업 및 가구의 3분의 2가 가상발전소 전원으로 참여할 수 있게 됐으며, 2022년 8월 입법화된 인플레이션감축법(IRA)은 2030년까지 온실가스 배출량을 2005년 대비 40% 감축하는 것을 목표로 태양광 발전을 포함한 재생에너지 발전에 대한 대폭 지원을 약속했는데 구체적으로는 태양광 프로젝트에 대한 투자세액공제(Investment Tax Credit, ITC)를 연장했으며, 미국 내 태양광 설비 공급망 확충을 위해 태양광 설비 생산에 대한 생산세액공제(Production Tax Credit, PTC)와 가정용 태양광 설치에 30% 세금 공제 등을 약속함에 따라 미국 가상발전소 시장은 가정용 태양광을 시작으로 그 범위를 점차 확장해나갈 것으로 보인다.

한편, 에너지 전환을 위한 비영리단체인 RMI(Rocky Mountain Institute)는 전력망에서의 탄력적인 수급을 가능케 하고 화력발전을 대표로 하는 중앙 집중식 탄소다배출 발전을 분산형 재생에너지 발전으로 대체하게 하는 가상발전소의 확산으로 인해 미국의 최대 전력수요(Peak Demand)를 2030년에 미국 5000만 가구의 평균 소비량에 맞먹는 약 60GW, 2050년에는 약 200GW까지 감축할 수 있을 것으로 전망했으며 경제성 측면에서는 2030년까지 미국의 전력 부문에서의 연간 지출을 최대 170억 달러 절감할 수 있을 것으로 추정했다. 또한, 가상발전소의 발전 용량 믹스 중 전기차 확산에 따라 전기차(EV)가 가상발전소 전원에서 차지하는 비중이 27.9%에 달할 것으로 전망했는데, 이는 전기차를 단순히 운송을 위한 도구로만 보는 것이 아니라 자동차 내 배터리를 에너지저장장치로 활용해, 차를 운행하지 않는 시간에 잉여전력을 필요한 곳에 공급하도록 하는 V2G(Vehicle to Grid) 산업 성장에 대한 낙관적 전망에 기인한다.

<2023년 가상발전소 전력 구성 전망>

[자료: RMI, Inside Climate News] 

한편, 글로벌 에너지 전문 컨설팅 업체인 우드맥킨지(Wood Mackenzie)에 따르면, 북미지역에서 추진되는 약 500여 VPP 프로젝트 중 24%가 캘리포니아주에 위치하고 있으며 뉴욕주·텍사스주·사추세츠주가 그 뒤를 잇는 것으로 조사됐다.

<미국 주별 주택 가상발전소 사업 참여 현황>

주: 진청색 표시 주는 유틸리티와 연계한 파일럿 프로그램 진행 중, 연청색 표시 주는 VPP 사용자가 유틸리티에 전력 판매 가능

[자료: Wood Mackenzie] 

미국 주요 기업들, 가상발전소 사업 적극 추진

이처럼 최근 미국에서 가상발전소 사업 확대 기반이 확대됨에 따라 주요 기업들 또한 미국 각지에서 가상발전소 사업을 추진하고 있다. 대표적으로 우리에게 잘 알려진 미국의 전기차 제조사 테슬라(Tesla)의 활약이 가장 눈에 띈다. 테슬라는 2021년 미국 내에서는 캘리포니아주에서 최초로 가상발전소 파일럿 프로그램을 시작한 이후, 2022년 6월 미국 서부 최대 전력회사인 퍼시픽가드앤드일렉트릭(PG&E)과 손잡고 자사 가정용 소형 ESS인 파워월(Powerwall) 사용자들을 대상으로 하는 가상발전소를 출범했으며 이후 남부 캘리포니아주 지역에서는 서던캘리포니아에디슨(SCE)과 가상발전소 사업을 확장해 현재는 캘리포니아주에서 최대 출력이 약 50㎿에 달하는 것으로 알려져 있고 텍사스주에서도 앞서 언급한 바와 같이 파일럿 프로젝트를 총괄하며 사업 저변을 확대하고 있다. 이 밖에도 미국 최대 주택용 태양광 시스템 공급사인 선런(Sunrun)은 가정용 ESS 스타트업인 루나에너지(Lunar Energy)와 협업해 전국에서 12개의 VPP 사업을 수행하고 있다.

<선런루〮나에너지 미국내 가상발전소 사업 분포>

[자료: Sunrun, Lunar Energy, Energy Storage News] 

한편, 전통적인 오일가스 기업인 쉘(Shell)의 가상발전소 사업 확장 행보도 눈길을 끄는데 동 사는 유럽과 미국에서의 가상발전소 시장 확장 잠재력에 주목하며 2019년 독일의 가정용 ESS 공급사인 소넨(sonnen), 2021년 유럽 최대 가상발전소 운영사인 넥스트크라프트베르케(Next Kraftwerke)를 연이어 인수한 바 있다.

시사점

시장조사업체 스카이퀘스트(SkyQuest)에 따르면, 세계 가상발전소 시장 규모는 2022년 64억7000만 달러 수준에서 연평균 12.8% 성장해 2030년에는 169억 달러에 이를 것으로 전망된다. 가상발전소를 통한 소비자들의 자유로운 전력 판매, 공유활동은 피크시간 전력망 부하를 경감시켜 안정적인 전기공급을 가능케할 뿐 아니라 결과적으로 소비자들의 전기가격에 대한 부담을 완화시키고 또 다른 수익원을 창출시키며 경제 전반의 전기화를 가능하게 할 것이다. 또한 가상발전소 활성화로 인한 재생에너지 도입 증가는 화석연료 발전량 감소로 이어져 2050년에는 가상발전소로 인해 약 4400~ 5900만 톤에 달하는 탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 추정된다.

또한, 테슬라에서 최근 북미지역 테슬라 차량 및 파워월 사용자를 대상으로 출시한 '차지 온 솔라(Charge on Solar)'와 같이 차량에 태양광 충전기능을 더한 새로운 사업모델이 출시되는 등 가상발전소의 분산에너지자원이 현재의 가정용 태양광에서 상업용 빌딩, 수송부문과 결합된 V2G 등으로도 점차 확장될 것으로 전망된다. KOTRA 달라스 무역관과의 인터뷰에서 한 태양광 설치 업체 관계자는, 최근 가정용 태양광 수요자들을 중심으로 ESS 동반 설치에 대한 문의도 증가하는 추세라고 전한 바 있다. 이와 같이 가상발전소 시장의 확대는 ESS, 양방향 충전기, 컨버터, 태양광 패널 및 기자재  등 다양한 산업의 동반 성장을 이끌어 낼 수 있어 우리 기업들 또한 캘리포니아주를 기점으로 점차 확대될 것으로 전망되는 미국 가상발전소 산업으로의 진출을 위해 관련 정책, 시장 동향을 면밀히 모니터링하고 현지 기업과의 네트워크 및 협력관계 구축 강화를 통해 미국 시장 진출 및 확장 기회를 도모할 수 있겠다.

자료: IEA, U.S. DOE, Public Utility Commission of Texas, Solar Power World, Tesla, Rocky Mountain Institute, Inside Climate News, Wood Mackenzie, Sunrun, Lunar Energy, Energy Storage News, SkyQuest, KOTRA 달라스 무역관 자료 종합