Assessing Power System Vulnerability to Climate-Related Stressors and Shocks: The Case of Indonesia

기술 요약: 기후 관련 스트레스 요인 및 충격에 대한 전력 시스템 취약성 평가: 인도네시아의 사례

문제 제기
기후 변화는 글로벌 전력 시스템에 가속화되는 위협이 되고 있으나, 기존 문헌은 종종 개별 구성 요소(발전, 송전 또는 수요)나 특정 재해에 초점을 맞추어 이러한 영향을 고립된 상태로 평가하는 경면이 있다. 이러한 파편화는 특히 인도네시아와 같은 신흥 경제국에서 시스템 차원의 함의를 충분히 검토하지 못하게 만든다. 인도네시아의 전력 부문은 개발 요구를 충족하기 위해 급격히 확장되고 있으나, 현재의 국가 계획 프레임워크(예: 10개년 RUPTL 및 장기 RUKN)는 탈탄소화와 배출량 감소에 주로 집중하고 있으며, 기후 적응의 체계적인 통합은 결여되어 있다. 결과적으로, 만성적인 기후 스트레스 요인(예: 기온 상승)과 급격한 충격(예: 홍수, 산사태, 해수면 상승)이 어떻게 인도네시아의 다양한 군도형 그리드 전반의 회복력을 약화시키는지에 대한 이해에는 중대한 공백이 존재한다.

방법론
본 연구는 발전, 송전, 수요 전반에 걸친 기후 관련 취약성을 정량화하기 위해 통합적이고 공간적으로 명시적인 프레임워크를 개발한다. 이 접근 방식은 두 가지 유형의 영향력을 구분한다:

1. 스트레스 요인(Stressors): 지속적인 압력으로서, 특히 성능 저하(derating)와 수요 증가를 유발하는 주변 기온 상승을 의미한다.
2. 충격(Shocks): 불연속적이고 파괴적인 재해로서, 특히 해수면 상승(SLR), 홍수, 산사태를 의미한다.

방법론은 GIS(지리정보시스템) 데이터를 활용한 하향식(bottom-up) 구성 요소 평가와 상향식(top-down) 공간 분석을 결합하여 적용한다:

• 데이터 출처: 역사적 기후 데이터(ERA5 재분석), 미래 전망치(RCP 4.5 및 8.5 시나리오 하의 CMIP5 HadGEM2 RCM), 고도 데이터(GEDTM), 그리고 인도네시아 국가재난대응청(BNPB)의 재해 지도. 자산 데이터는 기존 2024년 PLN 인프라와 계획된 2034년 RUPTL 및 2060년 RUKN 자산을 포함한다.
• 스트레스 요인 평가:
  • 발전: 온도 민감도에 기반한 기술별 성능 저하(derating) 함수를 적용한다(예: 가스 터빈은 1°C당 약 0.6%, 석탄은 약 0.34%의 용량 감소, 태양광 효율은 온도에 따라 저하).
  • 송전: 열 에너지 균형 방정식(IEEE 738)을 사용하여 온도와 풍속에 따른 전류 용량(ampacity) 감소를 계산한다(저풍속과 고풍속 시나리오를 나타내기 위해 10번째 및 90번째 백분위수 사용).
  • 수요: 최소제곱법(OLS) 회귀 모델을 사용하여 일일 최고 기온과 주별 전력 수요 간의 관계를 모델링하고 미래의 부하 증가를 투영한다.
• 충격 평가: 자산을 재해 지수와 중첩시킨다. 해수면 상승 노출은 자산의 점유 면적과 투영된 침수 수준(2060년)의 교차를 통해 결정된다. 홍수 및 산사태 위험은 BNPB의 InaRISK 재해 지수(0–1 척도)를 사용하여 평가하며, 고위험 구역(>0.75)에 위치한 자산은 잠재적 중단 대상으로 분류된다.
• 시스템 적정성: 주요 전력 계통(예: Jawa-Madura-Bali)에 대해 기준 조건, 온도 스트레스, 충격 노출, 그리고 이들의 결합 효과 하에서의 "예비율(reserve margin)"을 계산한다.

주요 결과
분석 결과, 기후 변화는 공급 용량을 감소시키는 동시에 수요를 증가시키는 시스템적 제약 요인으로 작용한다:

• 발전 성능 저하(Derating): 온도 스트레스 하에서 기존 및 계획된 발전 용량은 상당한 성능 저하를 겪는다. 가스 터빈은 높은 온도 민감도로 인해 전체 성능 저하 손실의 60% 이상을 차지하며, 석탄 발전소가 그 뒤를 잇는다. 2060년까지 국가 발전 용량 손실은 약 5%(RCP 8.5 하에서 약 12.5 GW)에 달할 것으로 예상되며, 이는 인도네시아 현재 총 용량의 5분의 1에 해당하는 손실이다.
• 송전 제약: 송전 용량은 풍속 조건에 매우 민달하다. 저풍속 시나리오 하에서 특정 주(예: 중앙 술라웨시)의 성능 저하는 최대 33%에 달할 수 있는 반면, 고풍속은 이 효과를 유의미하게 완화한다.
• 수요 증폭: 기온 상승은 냉방 수요를 유도한다. 본 연구는 대부분의 주에서 온도와 수요 사이의 강한 양의 상관관계를 발견했다. 발리는 서자바가 1°C 상승당 약 2% 증가하는 것과 대조적으로, 약 10.9%의 수요 증가를 보인다.
• 충격 노출:
  • 해수면 상승: 2060년까지 세마랑-데막(Semarang–Demak)과 같은 해안 회랑을 중심으로 수십 개의 발전 자산, 송전선 및 변전소가 침수될 것으로 예측된다.
  • 홍수 및 산사태: 송전 자산은 광범위한 지리적 점유 면적 때문에 급격한 충격에 가장 취약하다. 높은 재해 지수는 특히 산악 및 해안 지역에서 산사태와 홍수에 대한 상당한 노출을 나타낸다.
• 예비율의 침식: 스트레스 요인과 충격의 결합 효과는 시스템 적정성을 급격히 저하시킨다. Jawa-Madura-Bali (Jamali) 계통의 경우, 결합된 기후 영향 하에서 예비율이 기준치인 47.3%에서 26.5%로 떨어지며, 이는 20.8 퍼센트 포인트 감소한 수치이다. 이는 계획 임계치인 35% 미만이다. 유사한 침식이 수마트라, 칼리만탄, 술라웨시에서도 발생하며, 특히 칼리만탄은 36 퍼센트 포인트로 가장 큰 감소를 경험한다.

의의 및 기여
본 논문은 인도네시아의 전력 시스템 취약성에 대해 만성적 스트레스 요인과 급격한 충격을 모두 고려한 최초의 체계적인 국가 수준 정량적 평가를 제공한다는 점에서 주요한 기여를 한다고 주장한다. 핵심 결과는 다음과 같다:

1. 시스템적 취약성: 기후 영향은 고립되어 있지 않다. 이들은 발전, 송전, 수요 전반에서 상호작용하여 적정성을 위협하는 구속적인 시스템 차원의 제약을 만들어낸다.
2. 투자 함의: 미래의 용량 확장의 상당 부분이 순수 공급을 확대하기 위해서가 아니라, 단지 기후 유도 손실(성능 저하 및 수요 증가)을 상쇄하기 위해서 필요할 수 있다. 이는 적응 투자가 기존의 신뢰성 수준을 유지하기 위한 전제 조건이 되고 있음을 시사한다.
3. 계획의 공백: 현재 인도네시아의 전력 부문 계획(RUPTL/RUKN)은 온도에 의한 성능 저하나 복합적인 충격 효과를 명시적으로 고려하지 않고 있으며, 이는 미래의 시스템 회복력을 과대평가하게 만든다.
4. 정책적 관련성: 본 연구 결과는 단순한 N-1 신뢰도 기준을 넘어, 여러 자산이 극한 기상 현상으로 인해 동시에 실패할 수 있는 기후 정보 기반의 N-k 시나리오를 고려하도록 전력 부문 계획에 기후 고려 사항을 명시적으로 포함할 것을 주장한다.

본 연구는 기후 취약성을 계획에 통합하지 않는다면, 인도네시아의 전력 시스템이 계획된 투자가 미래의 기후 조건 하에서 의도한 신뢰성과 탈탄소화 성과를 달성하지 못하게 되는 구조적 위험에 직면할 것이라고 결론짓는다.