생각정리 91 (* 병림픽2)

AI 전력수요와 전력원 논쟁: LCOE, Firming Cost, 계통안정성, 그리고 원전의 경제성

산업 공부를 하던 중 텔레그램에서 도는 기사를 접했다. 처음에는 얼토당토않은 가짜뉴스로 보였으나 확인해 보니 실제 보도였다.

https://www.youtube.com/shorts/nHAxhvkcerI

https://www.youtube.com/shorts/nHAxhvkcerI

한 유튜브 채널에서 김성환 기후에너지부 장관이 태양광·육상풍력의 발전 비중을 높여 전체 전력가격을 내리겠다고 발언했고, 관련 기사도 등장했으며 기업들을 대상으로 강연도 하고 있다고 한다.

[속보] "산업용 전기요금 추가 인상 자제하겠다" 기후에너지부 첫날 아침 장관이 남긴 말

장관의 논지는 태양광과 풍력이 가장 싼 전력원이라는 **통계(LCOE)**에 기반하여 재생에너지 비율을 높이면 전력가격이 낮아진다는 것이다.

그러나 이 주장은 출발점부터 전제가 틀렸다.LCOE는 이미 유효한 비교 지표가 아니다.

계통 안정화와 네트워크 증설 같은 시스템 비용을 내재화하지 못한다는 한계가 명확해 업계 실무에서는 사실상 퇴출된 지표이며, 현행 비교는 시스템 한계비용·효율 비용·Firming 및 네트워크 비용을 포함한 총비용 기준으로 이루어져야 한다.

LCOE는 왜 단독 지표로 충분하지 않은가

**LCOE(Levelized Cost of Electricity)**는 **발전소 내부(plant gate)**의 설비·연료·운전비를 평균화한 “발전원가” 지표일 뿐이다. 재생에너지 도입 시 필수로 따라붙는 계통 측 비용—간헐성 대응, 주파수·전압 안정화, 예비력, 저장, 송전망 증설—은 본래 LCOE 바깥에 있다. 이 때문에 LCOE만을 근거로 “가장 싼 전력원”을 단정하면, 시스템 관점에서 비용을 누락한 비교가 된다.

특히 간헐성을 가진 태양광·풍력은 백업전원(가스터빈 등)이나 ESS와 같은 보조 설비가 필요하고, 그 결과 추가비용이 발생한다. 이러한 비용을 업계에서는 Firming Cost로 부르며, 재생에너지 비중이 높아질수록 증가하는 경향이 있다. 실제로 **재생 비중이 높은 지역(예: 캘리포니아)**에서는 다른 지역보다 전력원가가 1.5~2배 높다는 해석이 존재하며, 트럼프 전 대통령의 재생에너지 비판 역시 핵심 논거가 Firming Cost에 있다. 결론적으로 LCOE는 유용하지만, 그것만으로는 전력 시스템의 총비용을 설명할 수 없다는 점이 핵심이다.

AI는 왜 기저발전원을 요구하는가 

1) 반도체공장, 데이터센터가 원하는 전기

AI가 돌아가는 데이터센터나 반도체공장에 공급되는 전기는 24시간 끊기지 않고 일정한 전기를 원한다. 전기가 살짝만 흔들려도 서버가 멈추거나 성능이 떨어질 수 있기 때문이다.

이 요구에 잘 맞는 것이 기저발전원이다. 보통 터빈이 돌아가는 교류(AC) 발전—화력이나 원자력—이 여기에 해당한다.

2) 왜 “터빈”이 중요할까? — “회전관성” 한 줄 요약

• 터빈은 무거운 로터가 계속 회전한다.

• 이 회전에는 관성이 있어, 전기 수요가 갑자기 늘거나 줄어도 즉시 흔들리지 않고 버텨주는 완충재 역할을 한다.

• 전력계통은 여러 발전기가 하나의 주파수로 묶여 있다보니, 주파수가 급히 내려가면 도미노처럼 발전기가 멈추고 대정전이 날 수 있다.

• 회전관성이 크면 이런 급변을 완화해 준다. 그래서 터빈 기반 발전이 기본 안전망이 된다.

3) 왜 “교류(AC)”가 중요할까? — **무효전력(Q, Var)**의 역할

전기에는 두 종류가 있다.

• 유효전력(P, W): 실제로 일을 하는 전기(서버 구동, 조명 켜기 등).

• 무효전력(Q, Var): 전압을 받쳐주는 전기. 눈에 보이는 일을 하지는 않지만, 전압 유지·계통 안정성·역률·모터 효율에 꼭 필요하다.

**교류 발전기(동기기)**는 유효·무효전력을 모두 자연스럽게 공급한다. 그래서 전압이 출렁이는 것을 잡는 능력이 뛰어나다. 이 점이 데이터센터 같은 전력 품질 민감 수요에 중요하다.

4) 재생에너지와 “추가 장치”가 필요한 이유

• 태양광·풍력은 직류(DC) 혹은 전력변환기를 거쳐서 계통에 연결된다. 즉, 인버터 의존형 전원이다.
  
  

• 오늘날 인버터도 많이 발전해서 무효전력 공급이나 합성관성(가상 관성) 같은 기능을 할 수 있다. 그러나 고장 전류를 크게 못 흘린다, 과도상태(순간 충격)에서 응답이 제한되는 등 **동기기(터빈)**와는 물리적 특성이 다르다.
  
  

• 그래서 전압·주파수 안정을 위해
  
  

  • 그리드포밍 인버터 업그레이드,

  • 동기콘덴서(터빈의 관성만 쓰는 장치),

  • 배터리(ESS)·양수 등 저장장치,

  • 예비력·주파수제어 서비스,

  • 송전망 보강
    같은 추가 설비가 필요해진다.
    
    

• 이 비용은 발전소 내부 원가인 LCOE 바깥에 있는 계통 통합 비용이다. 재생 비중이 커질수록 이 비용도 커지는 경향이 있다.
  
  

5) 핵심만 기억하기

• **데이터센터는 “항상 일정하고 질 좋은 전기”**를 원한다.

• 이를 기본적으로 뒷받침해 주는 것이 **터빈 기반의 교류 발전(기저발전원)**이다. 회전관성과 무효전력을 자연스럽게 제공하기 때문이다.

• 재생에너지는 중요하지만, 안정성·품질을 맞추려면 추가 장치와 저장, 예비력, 송전 보강이 필요하고, 이는 LCOE에 안 들어가는 비용이다.

• 따라서 정책·요금 판단은 LCOE + 계통 통합 비용을 함께 보고, 동일한 신뢰도 기준에서 비교해야 한다.

Firming Cost와 System Integration Cost의 범위

즉, 그리드 안정성 유지를 위한 인버터(특히 그리드포밍), 동기콘덴서, 단·장주기 ESS, 예비력·주파수제어, 송전·변전설비 증설·보강 등은 원칙적으로 “LCOE 바깥”의 비용, 즉 **계통 통합 비용(System integration cost)**에 속한다. 다만 Firming Cost라는 용어의 정의 폭에 따라 포함 항목이 달라질 수 있다.

• LCOE(원가): 발전소 경계 내부의 설비·운전 원가.

• Firming Cost(협의): 변동성 자원(VRE) 출력을 **요구 시간대에 “확정 가능한 전력”**으로 만들기 위한 비용. 주로 단주기 균형·주파수제어(FCAS), 스핀/비스핀 예비력, 저장(배터리·양수·수소 등) 및 보조 가스/내연 백업, 예측·운영비를 포함한다.

• System Integration Cost(광의): 위 Firming에 더해 전압·무효전력(Var) 지원(그리드포밍 인버터, 동기콘덴서, STATCOM), 송배전망 증설·보강·보호·계전, 혼잡·커테일먼트 비용까지 포함한 총 계통 측 비용이다.
  

재생에너지의 시스템 비용을 올바로 반영하려면, 인버터 안정성 기능 강화·ESS·예비력 확보를 **협의의 Firming 비용(=계통 통합 비용)**으로 계상하는 것이 타당하다. 송전·전력망 투자는 통상 네트워크 비용으로 별도 분류되지만, 총비용 관점에서는 이를 포함한 광의의 Firming으로 묶어 제시할 수 있다. 이러한 모든 비용을 합산하면, 재생에너지의 실질 단가는 화력발전 대비 복수 배 수준으로 상승한다는 결론에 이른다.

(그냥 상식이다.)

원전의 비용 구조와 거시경제적 효과

재생에너지와 원전의 공통점은 연료비 비중이 낮고 초기 투자(감가상각) 비중이 높다는 점이다. 그러나 자금의 국내 순환이라는 측면에서 차이가 존재한다. 재생에너지 부품·소재 공급망이 중국 의존도가 높다면 해외로 자금이 유출되는 반면, 원전은 대규모 국내 인프라 프로젝트로서 국내 기업·인력·협력망을 폭넓게 활용하여 자금이 국내에서 순환할 여지가 크다.

또한 원전 건설은 대규모 인프라 투자이므로 필연적으로 다수의 인력과 협력업체 참여를 동반한다. 따라서 신규 고용 창출 효과가 크며, 과거 경제위기 극복 과정에서 뉴딜식 인프라 투자가 거시경제에 기여했던 전례를 고려할 필요가 있다. 이러한 맥락에서 **제조업 부흥·블루칼라 고용 확대를 중시하는 정책(예: 트럼프의 산업정책)**과 원전 확대는 정책 방향성이 부합한다고 평가할 수 있다. 건설비가 크다는 점을 감안하더라도, 해외 유출과 국내 순환의 차이는 국가경제 관점에서 의미가 크다는 주장이다.

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맺음말(정리)

첫째, LCOE만으로 재생에너지 확대가 전력요금을 인하한다는 주장을 입증하기는 불충분하다. LCOE는 발전소 경계 내부의 평균 원가 지표일 뿐이며, 간헐성 대응·예비력·저장·전압‧주파수 안정화·송배전 보강 등 **계통 통합 비용(Firming/Integration)**을 포함하지 않는다.

AI 시대의 전력 품질과 신뢰도 요구(24/7, 전력품질·고장내성)를 고려하면, **동일 신뢰도 기준의 시스템 단가(LCOE + Integration Cost)**로 평가해야 한다.

둘째, 정책 비교의 기준은 “가격·매출(REC·SMP)”과 “원가(LCOE·통합비용)”의 구분이다. 가격·인센티브 지표로 원가 우열을 단정하지 말고, 침투율·저장지속시간·계통 제약을 변수로 한 민감도 분석을 병행해야 한다.

셋째, 원전의 높은 초기투자비는 비용이자 국내 경제에 대한 투자이다. 국내 가치사슬·고용 창출·기술 축적이라는 거시적 편익과 함께 판단할 필요가 있다. 이는 **정책 목표(산업경쟁력, 고용, 에너지안보)**와의 정합성 속에서 종합적으로 평가되어야 한다.

결론: 전원 믹스 정책은 LCOE 단일 지표가 아니라 시스템 총비용과 신뢰도를 기준으로 설계되어야 하며, **정책 효과(요금·안정성·산업적 파급)**를 계량적으로 검증하는 것이 우선이다.

친환경에너지는 피크전력을 키우지 못하는 '기생적' 전원이라 비용부담만 늘어날 뿐이다.

그냥 하나부터 열까지 다 어이가 없음..