이 장은 분산형 발전의 주요 편익과 이슈에 관하여 기술한다. 그리고 분산형 발전과 관련된 다양한 발전기술이 어떻게 사용되는가 또는 에너지서비스에 어떻게 기여할 수 있는가를 평가한다. 일반적으로 분산형 발전은 distributed generation, embedded generation 또는 decentralized generation, on-site generation이라고도 불린다. 분산형 발전에서 “분산”이라는 용어는 발전기의 운전에 관한 의사결정이 분산되어 있다는 것을 의미한다. 실제로 중앙에서 제어하는 일반 발전기(conventional generator)도 위치가 분산되어 있는 것은 마찬가지이다. 급전센터(dispatch center)의 지시에 따라 출력을 변경할 수 있는 것은 급전가능발전기dispatchable generator)라고 하며 그렇지 못한 발전기를 급전불가능 발전기(non-dispatchable generator)라고 한다. 분산형 발전기는 대부분 급전불가능 발전기이다. 분산형 발전에는 여러 가지의 발전기술과 응용이 포함되므로 명확한 정의에 대한 합의는 국가마다 다르다.

우리나라의 경우에는 분산형 발전이 경쟁이 도입되어 있지 않은 전력사업 체제(CBP) 아래에서 하나의 발전사업의 형태로 고려되고 있다. 해외의 사례를 보면, 전력사업의 자유화 및 경쟁도입과 더불어 분산형 발전에 대한 정의 및 평가방법이 다양하다는 것을 알 수 있다. 여기에서는 먼저 분산형 자원의 개념을 소개하고 분산형 발전에 대한 각종 논제를 소개하며 분산형 발전기의 사용에 있어서 경쟁시장의 환경도 고려하여 기술한다.

분산형 자원(distributed resources)
지금까지 발전설비확장계획의 주요 관심사는 발전 자원(generation resources)에 관한 것이었다. 즉 미래 수요를 예측하고 미래의 연도별로 발전기 건설계획을 수립하여 최소의 비용으로 전력수요를 만족시키는 것이었다. 그러나 1990년대 초부터 전기의 사용에 대한 필요성은 전기에너지(kWh)보다는 전기서비스(예를 들면 조명 등)라는 것으로 바뀌게 되었으며 전기서비스의 공급 시 소비자가 에너지를 효율적으로 사용하기 위한 최소비용의 접근방식을 포함하게 되었다. 미국에서는 이와 같은 사고방식의 변화에서 IRP(Integrated Resource Planning)가 도입되었다. 이것은 환경비용과 사회비용(social cost)을 포함하여 공급측 자원(supply-side resources)과 수요측 자원(demand-side resources)을 같은 기준(level playing field)에서 평가하여 소비자에 대한 전기서비스의 비용을 최소화하는 계획을 수립하는 계획방법이다. 예를 들면 발전기를 건설할 때에 소비자가 효율이 더 높은 조명기구 또는 전동기를 사용하도록 권장하면서 이를 고려한 경제성을 평가하도록 하는 것이다.

최근에는 송전망에서의 손실감소에 대한 관심이 높아지면서 IRP는 일반 발전기(conventional generator), 분산형 발전, 송전망 자원, 수요측 자원의 등을 고려하게 되었다. IRP는 이들을 발전설비확장계획의 후보발전기와 같은 차원에서 고려하며 여기에서의 관심은 규모가 작고 소비자 근처에 설치되는 분산형 발전기에 관한 것이다. 아래 그림에는 3 가지 분산형 자원이 나타나 있다.


모든 전력계통에서 중요한 에너지 자원의 하나는 효율을 개선하는 것이다. 효율을 개선하는 만큼 공급측의 발전기의 용량을 다른 소비자를 위하여 활용할 수 있으므로 자원이라고 부르는 것이다. 에너지 절약이 가장 큰 부분은 열병합 발전이다. 열병합 발전은 전기를 공급하면서 열을 공급하기 때문에 에너지 서비스의 큰 부분을 담당한다. 예를 들면 전기를 사용하는 냉방기기보다 폐열을 사용하는 흡습 냉각(absorption cooling) 방식은 전기사용을 우회할 수 있기 때문이다.

수요측(demand-side)을 본다면, 전기기기의 효율화는 에너지의 절감 및 발전기 투자를 절감할 수 있어서 자원이라고 본다. 따라서 위의 그림의 내용을 종합하여 보면, 공급측의 발전기 용량을 자원이라고 하고, 전기의 사용 장소 또는 송전망, 배전망에서의 손실 감소 및 소비자 측에서 공급측으로부터 전기를 덜 보내도 되게 하는 현상도 모두 자원이라고 부르는 것을 알 수 있다. 아래에서는 3 가지 분산형 자원 가운데 분산형 발전에 대하여 설명한다.

분산형 발전 개관
현재 소규모 발전이라고 느슨하게 정의되어 있는 분산형 발전은 19세기 말 발전사업의 초창기에서 보았을 때 예외적인 것이 아니라 통상적인 것이었다. 초창기의 발전기는 그곳에 가장 가까운 인근의 소비자에게만 전력을 공급했다. 최초의 송전망은 직류를 기본으로 하였고, 발전기와 소비자 사이의 거리가 제한되어 있었던 것처럼 공급전압도 제한되어 있었다.

그 후, 교류이론의 발달, 변압기의 출현 등으로 인해서 전기가 좀 더 먼 곳까지 전달될 수 있었고, 발전에 있어서 규모의 경제(economies of scale)로 인해 단위 발전기 당 출력의 증가를 가져왔다. 이로 인하여 편리성이 증진되고 단위 사용 당 전기생산 비용도 하락되었다. 이러한 요인 등으로 인하여 거대한 송전망과 대형 발전기로 구성된 전력시스템이 구축되었다. 개별 전력사용자의 사용량은 예측하기 어렵게 변화하지만 이들을 합성한 총 수요는 평균화되는 성질이 있으므로 전력수급의 균형에서는 순간적으로 변화하는 개별 수요를 다루기보다 이 수요가 합성되어 나타나는 계통수요를 취급한다. 따라서 개별 소비자의 수요를 대상으로 하여 공급을 민감하게 조절하는 것보다 훨씬 더 용이하게 되었다. 그리고 발전기의 고장정지(forced outage)가 전력계통 내의 다른 발전기에 의해 메워지자 공급의 안정성이 증가하였다. 사실상, 고압송전망의 확산으로 인해 발전에 있어서 규모의 경제가 가능하게 되었다.

지난 10년 동안, 기술혁신과 변화하는 경제 및 규제 환경은 분산형 발전에 대한 새로운 관심을 불러일으켰다. 이것은 분산형 발전기술의 발달, 새로운 송전선 건설에 대한 제약, 높은 신뢰도의 전력을 요구하는 소비자의 증가, 전력시장 자유화, 기후변화에 대한 관심의 5 가지라고 말할 수 있다.

분산형 발전의 이용목적
앞에서 언급한 분산형 발전에 대한 다섯 가지 관심 가운데 두 가지 주요 요인 즉, 전력시장 자유화와 기후변화에 대한 관심에 대하여 설명한다. 소규모 발전기술의 개발은 오랜 시간 동안 진행되어 왔으나, “규모의 경제”를 이루기는 아직은 어렵다고 알려져 있다. 분산형 발전기를 건설한다고 하여 새로운 송전선로를 건설하지 않아도 된다거나, 건설을 지연시킬 수 있다고 볼 수는 없다. 최소한 보완공급(backup-supply)을 위해서라도 송전계통은 필요하며 이것을 송전망의 지원(grid support)라고 한다. 대규모 풍력발전이 개발된다고 하면 풍력 세기의 변화는 자연조건에 의지하므로 바람이 갑자기 불지 않으면 풍력의 출력이 급격히 줄어들고 전력공급의 품질유지를 위해 출력조정이 용이한 발전기(regulating units)가 출력을 변화하여 전력계통의 안정적 운전 및 전기품질의 유지를 도와야 한다. 풍력이 여러 곳에 산재해 있는 경우, 풍력발전기의 출력의 변화는 전력조류가 확률적으로 변화하는 것을 의미하므로 송전망이 이러한 조류의 변화를 수용하여 전력을 소비자에게 전달하려면 송전망 투자가 증가하여야 한다.


- 전력시장의 자유화
최근에 이르러 발전사업자들이 점차 분산형 발전기에 관심을 갖게 되었다. 이것은 분산형 발전기가 경쟁전력시장에서 영향력을 갖게 해주는 도구로 보았기 때문이다. 경쟁전력시장에서 소비자들은 그들에게 가장 적합한 전력공급 서비스를 찾게 될 것이다. 다양한 소비자들은 전력공급의 특성에 여러 가지 의미를 부여할 것이다. 그리고 분산형 발전기술은 발전사업자들이 전력공급 사업자들이 소비자가 선호하는 전력공급 서비스를 공급하는데 도움을 줄 수 있다. 다시 말해, 분산형 발전기는 발전사업자들이 변화하는 전력시장 상황에 맞게 유연성 있게 대응할 수 있도록 해준다. 몇 가지 예시가 아래에 주어져 있다.

자유화된 시장에서는 가장 유연성 있는 방법으로 변화하는 경제환경에 적응하는 것이 중요하다. 분산형 발전기는 중앙급전으로부터 지시를 받는 여러 유형의 대용량 발전기(dispatchable technology)에 비해서 규모가 작고 건설기간이 짧기 때문에 여러 가지 경우에서 볼 때, 이러한 유연성을 제공해 줄 수 있는 방법이다. 하지만, 건설기간 단축이 항상 그렇게 확실한 것이 아닐 수도 있다. 예를 들어, 풍력에너지와 매립지 가스를 사용하는 발전에 일반 대중의 저항이 매우 클 수도 있다.

대기용 발전기 혹은 첨두 부하용 발전기 (첨두부하 삭감): 많은 분산형 발전기기술은 실제로 여러 가지 면에서 유연성이 있다. 즉, 운전, 규모, 확장의 가능성 등이다. 예를 들면, 분산형 발전기를 사용하면 전력 가격의 변화에 유연성 있게 대응할 수 있다. 그래서 분산형 발전기는 이런 가격 변동에 대해서 헷지(hedge)로서 작용한다. 분명히, 이것은 미국 내 분산형 발전기에 대한 요구 증가에 있어서 주요 견인 역할을 하고 있다. 유럽에서는 현재 열사용, 신재생에너지 도입의무, 잠재적인 효율향상이라는 요인 때문에 분산형 발전기에 대한 시장수요가 높아지고 있다.

신뢰도와 전기품질: 미국 내 분산형 발전기의 수요에 대한 두 번째 요인은 서비스 품질 또는 신뢰도에 대한 고려이다. 신뢰도 문제는 안정적인 공급의 중단과 관련되는데, 이때에는 전압이 0으로 강하하게 된다. 이것은 보통 고장정지라고 불린다. 에너지 시장이 자유화되면 소비자들은 신뢰도 높은 전력공급의 가치에 대해 더 많이 깨닫게 된다. 많은 유럽 국가에서 신뢰도 수준은 매우 높다. 이것은 주로 엔지니어링 기준이 높기 때문이다. 소비자들은 공급중단을 큰 위험으로 느끼지 않기 때문에 실제로 공급중단에 대해 관심을 갖지 않는다. 이것이 자유화된 시장에서는 바뀔 수 있다. 그 이유는 높은 신뢰도 수준이라는 것이 전력망과 전력기반시설에 대한 투자비와 수선유지비가 많다는 것을 암시하기 때문이다. 발전부문에서의 경쟁도입과 송전망을 소유한 회사에 대한 규제강화에서 비롯되는 비용 대비 효과성(cost-effectiveness)에 대한 고려 때문에 신뢰도 수준이 낮아질지도 모른다. 하지만 전력공급에 대한 신뢰도를 유지하는 것은 타 산업분야, 예를 들면 화공, 정유사업, 제지, 금속, 통신 등에서는 매우 중요하다. 만약 위 분야에 속한 기업들이 전력계통에서 공급되는 전력의 신뢰도가 낮다고 판단한다면, 이들은 전반적인 전력공급의 신뢰도를 그들이 원하는 수준으로 높이기 위해 분산형 발전기에 투자할 것이다.