Do wind and solar curtail at negative electricity prices? Incentives and evidence across two decades of German renewable support schemes
이 논문은 지난 20년간의 독일 재생에너지 지원 제도를 분석하여, 현재의 인센티브가 풍력 및 태양광 발전 사업자들이 음(-)의 전력 가격 발생 시 생산량을 줄이도록 유도하는 데 종종 실패함으로써 보조금 비용을 부풀리고 그리드 안정성을 복잡하게 만든다는 점을 밝히고 있으며, 이는 재생에너지가 시장 신호에 반응하도록 보장하기 위한 정책 개혁이 필요함을 시사한다.
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현대의 전기 세계에서 전력망은 정교한 균형을 이루는 외줄타기와 같습니다. 발전소는 매 초마다 사람들이 사용하는 만큼의 에너지를 정확하게 생성해야 합니다. 전기가 너무 많으면 시스템이 불안정해질 수 있고, 너무 적으면 불이 꺼집니다. 수십 년 동안 전력이 과잉될 때의 해결책은 간단했습니다. 석탄이나 가스를 태우는 대형 기계들의 출력을 줄이는 것이었습니다. 하지만 독일과 같은 국가들이 수천 개의 풍력 터빈과 태양광 패널을 건설함에 따라 새로운 문제가 발생했습니다. 바람이 매우 강하거나 햇빛이 강한 날에는 이러한 재생 에너지원들이 사람들이 필요로 하는 것보다 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다. 풍력과 태양광은 연료 비용이 들지 않기 때문에 종종 가장 먼저 가동되지만, 시장의 규칙이 계속 가동하라고 지시할 경우 이들을 항상 쉽게 끌 수는 없습니다. 이는 전력 가격이 너무 낮아져서 생산자가 오히려 전기를 버리기 위해 돈을 지불해야 하는 상황, 즉 가격이 마이너스가 되는 상황을 만듭니다. 엔지니어와 경제학자들이 직면한 질문은 이 재생 에너지 발전기들이 가격이 마이너스로 돌아설 때 단순히 생산을 중단할 것인지, 아니 아니면 아무도 원하지 않는 전력을 그리드로 계속 쏟아부을 것인지 하는 점입니다.
리온 히르스(Lion Hirth)가 이끄는 한 연구진은 독일의 지난 20년 에너지 역사를 조사함으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 그들은 두 가지 구체적인 사항을 이해하고자 했습니다. 첫째, 시행 중인 재정 규칙과 보조금이 실제로 풍력 및 태양광 농장에 가격이 0 아래로 떨어졌을 때 생산을 중단할 이유를 제공하는지, 둘째, 실제로 그럴 이유가 생겼을 때 해당 농장들이 정말로 생산을 중단했는지 여부입니다. 이를 위해 연구진은 단순히 일어난 일을 관찰하는 데 그치지 않고, 독일의 모든 풍력 터빈과 태양광 패널에 적용되는 복잡한 법률을 바탕으로 무엇이 '일어났어야 했는지'에 대한 상세한 시간 단위 지도를 구축했습니다. 그런 다음 이 이론적인 지도와 기상 데이터 및 그리드 기록에서 도출된, 실제 낭비된 전력량에 대한 새롭고 매우 정확한 추정치를 비교했습니다.
연구 결과는 두 기술이 서로 상반된 방식으로 행동한다는 이야기를 보여줍니다. 풍력 발전의 경우, 재정 규칙이 풍력 발전소들을 시장 가격에 더 민령하게 만들도록 시간이 흐름에 따라 변화해 왔습니다. 2025년, 전력 가격이 매우 깊은 마이너스 수준, 구체적으로는 메가와트시당 마이너스 50유로 미만으로 떨어졌을 때, 독일의 거의 모든 풍력 발전소는 가동을 중단할 재정적 유인이 있었습니다. 수학적 계산은 명확했습니다. 계속 발전하며 벌금을 내는 것보다 멈추는 것이 더 수익성이 높았습니다. 그러나 연구진이 실제 데이터를 살펴보았을 때, 약 절반의 풍력 발전소만이 실제로 가동을 중단했다는 사실을 발견했습니다. 나머지 절반은 가격 신호를 무시하고 그리드가 필요로 하지 않는 전력을 계속 생산하며 계속 돌아갔습니다나.
태양광 발전은 다르고, 어쩌면 더 고집스러운 이야기를 들려줍니다. 독일 태양광 패널의 상당 부분은 소규모 지붕형 시스템으로, 전력을 그리드에 되팔 때 고정된 보장 가격을 받기 때문에 도매 시장의 격변으로부터 완전히 보호되어 있습니다. 이 시스템들에게 전력 가격이 마이너스로 떨어지는 것은 무의미합니다. 그들은 가격에 상관없이 동일한 금액을 받기 때문입니다. 연구진은 독일의 전체 태양광 발전 잠재력 중 거의 3분의 2가 가격이 깊은 마이너스일 때도 생산을 중단할 유인이 전혀 없다는 것을 발견했습니다. 시장 가격에 노출된 나머지 태양광 농장들 중에서도 출력을 줄이는 비율은 극히 일부에 불과했습니다. 결과적으로, 가격이 깊은 마이너스일 때 실제 가동을 중단한 태양광 발전 잠재력은 약 9%에 불과했으며, 대다수는 그리드로 계속 흘러 들어왔습니다.
시장 신호와 발전기들의 행동 사이의 이러한 불일치는 심각한 결과를 초래합니다. 풍력 및 태양광 농장이 마이너스 가격일 때 계속 전력을 생산하면, 그리드는 사용할 수 없는 과잉 에너지를 흡수해야 하는 상황에 처합니다. 이는 전력망 운영자들에게 전등을 켜진 상태로 유지하는 일을 훨씬 더 어렵고 위험하게 만듭니다. 더욱이, 이러한 발전기 중 다수가 생산하는 킬로와트시당 여전히 보조금을 받고 있기 때문에, 대중은 본질적으로 버려지고 있는 전기에 대해 비용을 지불하게 됩니다. 연구진은 이러한 대응 부족이 지난 몇 년간 공공과 시스템에 수십억 유로의 비용을 발생시켰다고 계산했습니다. 연구는 국가들이 재생 에너지 용량을 계속 확충함에 따라 현재의 지원 체계가 부채가 되고 있다고 결론짓습니다. 재생 에너지가 지배하는 미래의 전력망이 안전하고 효율적으로 유지되기 위해서는, 발전기들이 가격 신호에 반응하도록 설계되어야 하며 시스템이 멈추라고 명령할 때 기꺼이 멈출 수 있어야 합니다.
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