거의 20년 동안의 침체 끝에 미국의 전력 수요가 급증하고 있다. 이는 온난화 기후로 인해 전기 자동차, 데이터 센터 및 에어컨 수가 증가함에 따라 발생한다. 그러나 석탄, 천연가스, 원자력 에너지로 전기를 생산하는 전통적인 발전소는 이 나라에서 새로 건설되는 발전소보다 더 빨리 폐쇄되고 있다. 대부분의 새로운 공급은 날씨에 따라 생산량이 달라지는 풍력 및 태양열 발전소에서 나온다.

이로 인해 전력 회사는 수요와 공급의 균형을 맞추는 새로운 방법을 모색하게 되었다. 그들이 선택하고 있는 옵션 중 하나는 가상 발전소이다.

단일 현장에서 전력을 생산하는 대규모 시설이 아니다. 오히려 이는 그리드 관리자가 필요에 따라 호출할 수 있는 전력 생산자, 소비자 및 저장자의 집합체(통칭 분산 에너지 자원)이다.

배터리와 같은 일부 소스는 저장된 전력을 공급할 수 있다. 다른 사람들은 수요가 높을 때 전력 사용을 줄여 다른 고객을 위해 에너지를 확보하기로 소유주가 동의한 공장과 같은 대규모 전기 소비자일 수 있다. 가상 전력원은 일반적으로 새로운 발전소보다 부지를 선정하고 구축하는 것이 더 빠르며, 운영 비용이 더 깨끗하고 저렴할 수 있다.

성장하는 자원

가상 발전소는 새로운 것이 아니다. 미국 에너지부는 현재 이미 30~60기가와트가 가동되고 있는 것으로 추정하고 있다. 1기가와트는 10억 와트로, 대략 250만 개의 태양광 패널 또는 대형 원자로 1개의 출력에 해당한다.

이러한 가상 발전소의 대부분은 상황이 어려울 때 수요를 줄이는 데 동의한 산업 고객이다. 그러나 점점 더 많은 가정과 중소기업이 옥상 태양광 패널, 배터리, 전기 자동차를 추가함에 따라 이러한 에너지 고객은 소비자일 뿐만 아니라 전력망에 대한 전력 공급업체가 될 수도 있다.

예를 들어, 주택 소유자는 날씨가 좋을 때 옥상 태양광으로 배터리를 충전하고, 수요가 많고 가격이 급등하는 저녁에 전력망으로 전력을 다시 방전할 수 있다.

스마트 온도 조절 장치와 온수기, 옥상 태양광 패널 및 배터리를 통해 더 많은 고객이 참여할 수 있게 되면서 DOE는 가상 발전소가 2030년까지 규모가 3배로 커질 수 있을 것으로 추정한다. 이는 미국이 성장하는 데 필요한 신규 용량의 약 절반을 감당할 수 있다. 폐기되는 노후 발전소를 수요하고 교체한다. 이러한 성장은 새로운 풍력 및 태양열 발전소와 가스 발전소 건설 비용을 제한하는 데 도움이 될 것이다.

그리고 가상발전소는 전력이 소비되는 곳에 위치하기 때문에 신규 선로 증설에 어려움을 겪는 노후화된 송전 시스템의 부담을 덜어줄 것이다.

캘리포니아 모델하우스 내부의 배터리 디스플레이 패널. 개발 중인 200채의 주택은 완전 전기식이며 태양광 패널과 배터리가 장착되어 있고 정전 시 지역 사회에 전력을 공급할 수 있는 마이크로그리드로 연결되어 있다. 이미지: Watchara Phomicinda/MediaNews Group/The Press-Enterprise via Getty Images

고급 고객을 위한 새로운 역할

가상 발전소는 전력 생산자와 소비자의 역할을 뒤섞는다. 전통적인 발전소는 중앙 위치에서 전기를 생산하고 이를 전력선을 따라 소비자에게 전송한다. 전력망이 기능하려면 공급과 수요가 항상 정확하게 균형을 이루어야 한다.

고객 수요는 일반적으로 날씨에 따라 변동하지만 하루 동안 상당히 예측 가능한 패턴을 따르는 것으로 가정된다. 이를 충족시키기 위해 전력망 운영자는 석탄 및 원자력 발전소와 같이 지속적으로 작동하는 기본 부하 소스와 필요에 따라 출력을 신속하게 조절할 수 있는 가스 및 수력과 같은 보다 유연한 소스를 혼합하여 파견한다.

풍력 및 태양열 발전소의 생산량은 낮 동안 증가하거나 감소하므로 다른 공급원은 수요와 공급의 균형을 유지하기 위해 보다 유연하게 운영되어야 한다. 그럼에도 불구하고 기본 아이디어는 대규모 시설이 수백만 명의 수동적 소비자를 위한 전력을 생산한다는 것이다.

가상 발전소는 소비자가 자신의 전력 수요를 통제할 수 있다는 사실을 수용하여 이 모델을 뒤집는다. 산업 소비자들은 오랫동안 인센티브나 할인된 요금에 대한 대가로 전원 공급이 부족할 때 수요를 제한하여 운영을 유연하게 할 수 있는 방법을 찾아왔다.

이제 그리드와 통신하는 온도 조절 장치와 온수기를 사용하면 가구의 수요도 조절할 수 있다. 예를 들어, 스마트 전기온수기는 전력이 풍부하고 저렴할 때 주로 물을 가열할 수 있으며, 전력이 부족할 때는 수요를 제한할 수 있다.

버몬트에서 Green Mountain Power는 가장 필요할 때 전력망에 다시 전력을 공급할 배터리를 설치하도록 고객에게 인센티브를 제공하고 있다. 텍사스에서는 2021년에 발생한 치명적인 정전 사태로 인해 고립된 전력망을 강화하는 것이 얼마나 중요한지 부각되었다. 이제 이곳의 유틸리티는 Tesla Powerwall을 사용하여 집을 가상 전원으로 전환하는 데 도움을 주고 있다. 남호주(South Australia)는 50,000채의 주택을 태양열과 배터리로 연결하여 해당 국가 최대 규모의 가상 발전소를 건설하는 것을 목표로 하고 있다.

2021년 2월 심한 겨울 폭풍으로 인해 정전이 발생하고 텍사스 전력망에 치명적인 장애가 발생한 후 사람들이 휴스턴에서 프로판 탱크를 채우기 위해 줄을 서 있다. 이미지: Go Nakamura/Getty Images

가상의 힘, 실제적인 도전

가상발전소는 만병통치약이 아니다. 많은 고객들이 온도 조절 장치의 임시 제어조차 포기하거나, 전기차 충전 시 지연을 겪는 것을 꺼린다. 일부 소비자는 스마트 계량기의 보안과 개인 정보 보호에 대해서도 우려하고 있다. 얼마나 많은 고객이 이러한 새로운 프로그램에 등록할지이다, 그리고 해당 사업자가 얼마나 효과적으로 공급과 수요를 조절할지는 두고 볼 일이다.

비즈니스 측면에서도 어려움이 있습니다. 수십 개의 발전소를 관리하는 것보다 수백만 명의 소비자를 관리하는 것이 훨씬 어렵다. 가상 발전소 운영자는 조화로운 방식으로 수요와 공급을 유연하게 조정할 수 있는 고객에게 보상함으로써 이러한 문제를 극복할 수 있다.

성장하는 경제의 요구를 충족하고 화석 연료를 사용하는 자동차 및 용광로를 교체하기 위해 전력 수요가 증가하고 재생 가능 자원에 대한 의존도가 증가함에 따라 그리드 관리자는 풍력 및 태양광 발전의 가변 출력 균형을 맞추기 위해 얻을 수 있는 모든 유연성이 필요하다. 가상 발전소는 전력을 보다 민첩하고 효율적이며 변화하는 조건과 고객 요구에 대응하는 산업으로 재편하는 데 도움이 될 수 있다.