태양광, 풍력, 수력의 작동 방식 및 전력망이 이들을 중심으로 재구축되는 이유

재생 가능한 전기는 연소되고 고갈되는 연료가 아니라 햇빛, 바람, 흐르는 물, 지하 열, 유기 물질 등 자연적으로 보충되는 에너지원에서 생성된다. 미국 에너지 정보청(EIA)에 따르면 각 기술은 서로 다른 자연력을 고유한 메커니즘을 통해 전기로 변환하며, 함께 세계 전역에서 전력망이 계획되고 운영되는 방식을 재편하고 있다.

각 기술이 자연을 전기로 변환하는 방식

EIA에 따르면 태양광 광전지(PV) 패널은 햇빛을 직접 전기로 변환하는 태양 전지를 사용한다. 한편 태양열 난방이라는 별도의 기술은 수집기를 사용하여 햇빛을 흡수하고 물이나 공기를 가열하여 공간 난방과 온수를 공급하는 것이지 전기를 생성하지 않는다. 풍력 터빈은 보통 풍력 발전소에 집단으로 설치되어 이동하는 공기의 운동 에너지를 포착하여 전기로 변환한다. 미국에서는 대부분의 풍력 발전소가 중부 지역에서 운영되고 있으며 해상 프로젝트가 계획 중이다.

EIA에 따르면 수력 발전소는 댐과 강의 흐르거나 낙수하는 물을 사용하여 터빈을 회전시켜 발전기에 연결한다. 관련된 형태인 양수식 수력 발전은 서로 다른 높이의 두 저수지 사이에서 물을 이동하여 전기가 풍부할 때 물을 펌프질하여 위로 올려 에너지를 저장하고 필요할 때 아래로 방출하여 전력을 생성함으로써 에너지를 저장한다. 지열 발전소는 지구 내부의 열을 활용하며 바이오매스 시설은 목재 잔재, 시립 고형 폐기물 또는 바이오가스를 연소하여 전력을 생성한다.

재생 가능한 에너지는 다른 모든 전원보다 빠르게 성장하고 있다

IEA의 '재생 가능 에너지 2025' 보고서에 따르면 글로벌 재생 가능 전력 생성량은 2024년 9,900테라와트시(TWh)에서 2030년 16,200 TWh로 증가하여 60% 증가할 것으로 예상된다. 기구는 재생 가능 에너지가 2025년 말까지 석탄 화력 발전을 앞지르거나 수력 발전 출력에 따라 2026년 중반까지 앞지를 것으로 예상하며, 재생 가능 에너지가 세계 최대 전력원이 될 것이다. 2030년까지 재생 가능 에너지는 글로벌 전력 생성의 약 43%를 공급할 것으로 예상되며, 2024년 32%에서 증가하고 해당 기간 중 글로벌 전력 수요 증가의 90% 이상을 충족할 것이다.

IEA에 따르면 태양광 광전지(PV)가 이러한 확장의 대부분을 주도하고 있으며 2030년까지의 재생 가능 에너지 생성 증가의 절반 이상을 차지하고 있다. 풍력은 증가의 약 30%를 차지하며 육상 풍력은 732기가와트(GW)의 신규 용량을 추가할 것으로 예상되고 해상 풍력은 140 GW이다. 지난 5년간의 2배 이상이다. 수력 발전은 154 GW 이상의 신규 용량을 추가할 것으로 예상되며 양수식 수력 발전 용량은 2030년까지 연간 16.5 GW 추가로 2배 증가할 것으로 예상된다.

pv magazine USA에 의해 발표된 IRENA 데이터 요약에 따르면 국제재생에너지기구(IRENA)는 2025년 692 GW의 추가 후 2025년 말까지 글로벌 재생 가능 전력 용량이 5.14테라와트(TW)에 도달했다고 보고했다. 태양광은 약 511 GW의 성장을 차지했고 이는 전체 재생 가능 추가의 약 75%이며 재생 가능 에너지는 전 지구적 설치 전력 용량의 49%와 전 세계적으로 추가된 전력 용량 확장의 85.6%를 구성했다.

미국에서 풍력과 태양광이 새로운 기록을 세웠다

국가 수치는 글로벌 추세를 반영한다. EIA는 풍력과 대규모 태양광이 2025년에 미국 전력의 기록적인 17%를 생성했으며, 소규모 옥상 태양광을 포함하면 총 발전량의 19%에 달했다고 보고했다. 풍력은 464,000기가와트시(GWh)를 생성했으며 2024년보다 3% 더 많으며 대규모 태양광 출력은 296,000 GWh로 34% 급증했고 소규모 태양광은 93,000 GWh로 11% 상승했다. 20년 전 2005년에 풍력과 대규모 태양광은 미국 전력의 1% 미만을 공급했다고 EIA는 말했다.

변동하는 전력이 전력망 변경을 강요하는 이유

연료를 연소하는 발전소는 수요에 따라 운영할 수 있지만 태양광과 풍력 출력은 날씨와 시간에 달려 있다. IEA와 업계에서 이를 변동하는 재생 가능 에너지라고 한다. IEA의 '재생 가능 에너지 2025' 보고서에 따르면 태양광 광전지와 풍력이 빠르게 확대됨에 따라 제약(전력망 운영자가 송전 제한, 안정성 요구 사항 또는 공급 과잉 때문에 시스템이 모든 전력을 흡수할 수 없어 재생 가능 에너지 출력을 축소할 때)이 더 자주, 더 많은 장소에서 발생하고 있다. 별도로 IEA의 '전력 중기 업데이트 2025'는 공급이 수요를 초과할 때인 음수 전력 가격의 시간이 급격히 증가했다고 기록했다. 독일, 네덜란드, 스페인은 2025년 상반기에 시간의 8~9%에서 음수 가격을 보았으며 2024년에는 4~5%였다.

IEA는 이를 '공급과 수요의 더 큰 유연성에 대한 긴급한 필요성'이라고 설명하며, 배터리 저장, 수요 대응 및 업데이트된 시장 규칙을 해결책으로 지적한다. 변동하는 생성과 안정적인 수요 간의 불일치에 대처하려면 기구가 포괄적인 전략이라고 부르는 것이 필요하며, 송전, 유연성 및 조율된 시스템 계획이 포함되어 있다. 이는 단일 해결책이 아니라.

'전력망 변환'이 실제로 의미하는 바

• 저장: 배터리와 양수식 수력 발전은 과잉 태양광 및 풍력 출력을 흡수하고 생성이 감소할 때 방출하며 IEA는 이를 변동성 관리의 핵심으로 언급한다.
• 송전: 새로운 전력선은 바람이 많거나 햇빛이 많은 지역에서 인구 중심지로 전기를 이동시키며 이는 IEA가 조율된 시스템 계획이라고 부르는 것의 일부다.
• 유연한 수요: 재생 가능 에너지의 높은 출력 기간과 일치하도록 전력 사용을 전환하며 이는 IEA가 저장과 함께 권장하는 도구 중 하나다.
• 양수식 수력 발전 용량 추가는 IEA에 따르면 2030년까지 연간 16.5 GW로 2배 증가할 것으로 예상되며 부분적으로 유럽의 통합 문제를 해결하기 위함이다.