발전기의 쇳덩이가 공짜로 주던 몇 초 — 계통 관성이 줄면 무엇이 어려워지나

정전은 열 시간이었고, 스페인에서 사망이 오른 것은 그 뒤 이틀이었다

2025년 4월 28일, 스페인과 포르투갈 본토에서 열 시간가량 전기가 끊겼습니다. 4,700만 명이 사는 지역이 한꺼번에 어두워졌고 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 프리프린트), 사망자 8명이 보고됐습니다 (DOI: 10.1038/s41467-026-75581-w). 그날 뉴스로 나간 숫자는 여기까지였습니다.

정전 뒤의 사망을 따로 센 관측 연구가 그 뒤에 나왔습니다. 초과사망은 평소 같으면 예상되는 사망 수를 넘어선 사망입니다. 이 정전은 스페인에서는 사망 증가와 관련이 있었고, 포르투갈에서는 그렇지 않았습니다. 정전 당일에는 초과사망의 근거가 거의 없었습니다. 스페인에서 사망이 늘어난 것은 그다음 이틀이었고, 늘어난 수는 167명으로 추정됐습니다. 자료로 보아 참값이 들어 있을 법한 범위인 95% 신용구간은 +28~+300명입니다. 상대적으로는 평소보다 2.4% 많은 수였고, 85세 이상 여성에서 특히 두드러졌습니다 (DOI: 10.1038/s41467-026-75581-w, 관측 연구).

지역에 따라서도 차이가 보였습니다. 그 차이를 만든 것이 정전의 심각도인지, 원래의 취약성인지, 지역 의료·기반시설의 조건인지는 불확실하다고 저자들은 적습니다. 저자들은 이 결과가 정전이 건강에 주는 부담이 과소평가돼 왔음을 보여 준다고 봅니다 (DOI: 10.1038/s41467-026-75581-w, 관측 연구). 계통이 버티느냐 무너지느냐는 결국 이런 숫자로 이어집니다.

사건 다음 날부터 한 문장이 따라붙었습니다. 「재생에너지가 많아서 그렇게 된 것 아니냐.」 이 글은 그 문장을 검사합니다. 다만 이 글은 그날의 원인을 판정하지 않습니다. 공식 조사의 결론은 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개한 최종 보고서에 있고, 여기서 읽는 학술 논문들로는 그 사건이 무엇을 드러냈는지를 묻습니다. 인용마다 실측인지, 추정인지, 모의실험인지를 함께 적습니다. 이 사건을 다룬 연구는 대부분 아직 프리프린트, 곧 동료 심사를 거치기 전에 공개한 원고입니다.

그날의 경과 — 논문들이 가리킨 자리

그날의 진행은 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 따라갔습니다. 전력망, 업계 말로 계통은 발전소들과 전기를 쓰는 곳들을 전선으로 이어 하나로 돌아가게 만든 체계입니다. 계통의 주파수는 교류의 방향이 1초에 몇 번 오가는지를 센 값이고, 만드는 양과 쓰는 양이 어긋나면 움직입니다. 그날 이베리아의 계통은 전압이 너무 높아지는 과전압에서 무너지기 시작했고, 발전 설비들이 잇따라 떨어져 나가면서 주파수가 끌려 내려갔습니다. 이 시작에 대한 그림은 두 분석이 같습니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 프리프린트) (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 프리프린트). 무너짐을 키운 과정과 뿌리를 두고는 논문마다 다른 층을 짚습니다.

공개된 파형 자료로 사건을 초 단위로 재구성한 분석은, 정상값이 50 Hz인 주파수가 약 48.5 Hz까지 내려갔다고 추정하고, 전압 쪽에서 시작된 사슬이 주파수 예비력이 반응하기도 전에 손쓸 시간을 닫아 버렸다고 결론짓습니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 프리프린트·공개 자료 기반 재구성 및 추정). 이 48.5 Hz는 공개 자료로 재구성한 추정치입니다. 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개한 공식 최종 보고서는 주파수가 48헤르츠 아래로 떨어졌다고 적습니다.

고해상도 계측 분석과 사건 재구성을 합친 학술지 논문은 증폭 과정을 따로 떼어 봅니다. 동기 발전이 줄어든 조건에서 지역 사이의 빠른 출렁임이 나타나 주파수 하락이 빨라졌습니다. 그 위에서 계통을 따라가는 방식의 인버터, 주파수가 빨리 변하면 설비를 스스로 떼어 내도록 맞춰진 보호 설정, 제한된 연계 용량이 서로 맞물려 발전과 부하의 연쇄 이탈에 기여했습니다. 줄어든 실효 관성은 바로잡는 조치에 쓸 시간을 크게 줄였다고 저자들은 적습니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376). 이 세 가지는 이 글의 뒤쪽 절들이 하나씩 풀어 갑니다.

ENTSO-E 조사를 바탕으로 정책 함의를 정리한 프리프린트는 뿌리를 제도에서 찾습니다. 전압을 조절하는 능력을 인증받은 재생에너지 설비가 있었는데도 규제 장벽 때문에 그 능력이 쓰이지 못했습니다. 시장 설계가 실시간 안정도 요구와 어긋났고, 위기 대응의 관리 체계가 쪼개져 있었다는 지적이 뒤따릅니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 프리프린트). 한 학술지의 사설은 튼튼한 설비와 급전 가능한 발전 용량이 있었는데도 가파른 태양광 출력 변화, 낮은 수요, 제한된 전압 제어가 겹쳐 무너졌다고 봅니다 (DOI: 10.32397/tesea.vol6.n1.911, 사설).

이 글이 읽은 논문 가운데 재생에너지 비중 자체를 원인으로 적은 것은 없습니다. 가장 가까이 간 사설에서도 태양광 출력 변화는 낮은 수요·제한된 전압 제어와 나란히 놓입니다. 공개 파형 재구성 분석은 이 사건이 재생에너지 비중이 높고 변환기가 지배적인 계통의 약점, 곧 빠른 주파수 하락과 전압 불안정에 취약하다는 점을 드러냈다고 적습니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 프리프린트). 이 분석이 적은 것은 비중이라는 원인보다 그런 계통의 취약성입니다. 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개한 최종 보고서도 원인을 하나로 꼽지 않고, 재생 설비가 전압 변화에 반응하지 않는 고정된 설정으로 운전된 것을 여러 요인 가운데 하나로 넣습니다.

반대쪽 결론, 곧 「재생에너지와는 아무 상관없다」도 같은 논문들이 받쳐 주지 않습니다. 회전하는 발전기 대신 전력전자 장치를 거쳐 계통에 붙는 발전이 늘면 계통의 관성이 줄고, 관성이 줄면 같은 크기의 사고에도 주파수가 더 빨리 무너집니다 (DOI: 10.3390/en19133063, 종설) (DOI: 10.24084/reepqj26-376). 그래서 물어야 할 것은 발전원의 이름표보다, 그 설비가 계통에 어떤 성질을 주느냐입니다. 그 성질의 첫째가 관성입니다.

아무도 시키지 않았는데 버텨 주는 것

첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」은 계통을 여러 사람이 함께 미는 커다란 회전판에 빗댔습니다. 미는 사람들은 동기 발전기, 곧 회전 속도가 전력망의 주파수와 발을 맞춰 도는 발전기이고, 판이 도는 빠르기가 주파수입니다. 석탄·가스·원자력·수력 발전소 모두 마지막에는 수십 톤짜리 회전자가 계통의 박자에 맞춰 돕니다. 전기를 더 쓰면 그 부담이 곧바로 회전자를 붙잡아 회전이 느려지고, 주파수가 내려갑니다.

그 첫걸음이 정의한 대로, 계통 관성(system inertia)은 계통에 직접 연결돼 돌아가는 쇳덩이들이 가진 회전 에너지이고, 이것이 아무 지시 없이 주파수가 변하는 속도를 늦춰 줍니다. 발전기 한 대가 갑자기 떨어져 나가도, 남은 쇳덩이들이 자기 회전 에너지를 조금씩 내주면서 하강을 늦춥니다. 아무도 명령하지 않았고, 통신도 제어기도 개입하지 않습니다. 발전기 출력을 올리는 장치도, 예비력도, 운전원의 판단도 움직이는 데 시간이 걸립니다. 관성은 그 모든 대응보다 먼저, 누구도 기다리지 않고 작동하는 첫 번째 완충재입니다.

관성의 크기는 보통 초 단위로 적습니다. 계통에 저장된 회전 에너지를 계통에 붙은 발전 설비의 크기로 나눈 값이라, 그 회전 에너지만으로 발전 설비가 제 크기만큼의 전력을 몇 초 동안 낼 수 있는지로 읽힙니다. 앞의 재구성 분석은 그날 이베리아 계통의 관성을 2.21~2.71초로 추정했습니다. 사고 때 주파수가 움직인 속도에서 거꾸로 계산하는 방법과, 계통에 붙어 있던 설비들의 값을 더하는 방법으로 얻은 추정 범위입니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 프리프린트·추정치).

관성이 줄면 무엇이 달라지는지는 첫걸음에서 본 두 번째 눈금으로 읽습니다. 주파수 변화율(RoCoF)은 주파수가 초당 몇 헤르츠씩 무너지고 있는지를 재는 값, 즉 주파수의 변화 속도입니다. 관성이 작을수록 같은 사고에도 주파수 변화율이 커지고, 이것이 저관성 계통 문제의 출발점입니다. 그 뒤로 연쇄 고장과 보호 장치의 작동이라는 위험이 따라옵니다 (DOI: 10.3390/en19133063, 종설).

주파수 변화율이 크면, 첫걸음이 보였듯 부하를 끊거나 발전을 줄이는 조치까지 남은 시간이 짧아집니다 (DOI: 10.3390/en13040816, 모의실험). 그에 더해 주파수 변화율 자체가 설비를 떨어뜨립니다. 보호 장치 가운데에는 주파수가 너무 빨리 변하면 자기 설비를 계통에서 떼어 내도록 맞춰진 것들이 있습니다. 관성이 얇아지면 같은 사고에도 그 설정값에 닿기 쉬워집니다. 이베리아 사건을 다룬 학술지 논문도 이런 보호 설정을 연쇄 이탈에 기여한 요소의 하나로 꼽습니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376). 관성이 얇은 계통에서는 주파수가 빨리 변한다는 사실 자체가 다음 탈락의 방아쇠가 될 수 있다는 뜻입니다.

주파수가 내려가다 가장 낮게 찍는 지점은 따로 봅니다. 떨어짐을 멈춰 세우는 것은 뒤이어 들어오는 1차 주파수 응답, 곧 주파수가 기준에서 벗어났을 때 발전기와 전기를 쓰는 쪽이 누가 시키지 않아도 곧바로 보이는 반응입니다. 관성은 떨어지는 속도를 늦춰 그 응답이 올라올 시간을 벌고, 1차 주파수 응답은 떨어짐을 멈춥니다. 가장 낮은 지점은 둘이 함께 정합니다. 이 구분은 뒤에서 인버터의 두 가지 응답을 가를 때 다시 쓰입니다.

관성은 줄고 있다 — 다만 고르게 줄지 않는다

캘리포니아 계통의 2013~2024년 교란 기록은 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개했습니다. 관성이 줄어드는 추세가 보였고, 지역의 주파수 변화율은 연계 계통 전체 값보다 최대 6배까지 높았습니다. 최근 관성이 다시 오른 것을 저자들은 관성을 흉내 내는 기능을 갖춘 배터리 저장장치의 보급 덕으로 돌립니다 (arXiv:2511.21387v1, 프리프린트·실측 자료 기반 추정). 6배라는 숫자는 계통 전체의 평균이 멀쩡해도 어느 지역은 훨씬 가파르게 무너질 수 있다는 뜻입니다.

관성이 지리적으로 고르지 않으면 주파수 안정도는 계통 전체의 문제에 더해 지역의 문제가 됩니다. 어느 발전기를 언제 돌릴지 미리 정하는 급전 계획은 보통 계통 전체를 평균 주파수 하나로 근사하는데, 그렇게 짠 계획은 약한 지역을 덜 보호합니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6957145, 프리프린트·모의실험). 관성은 계통에 모두 얼마나 있느냐와 함께, 어디에 있느냐가 중요합니다.

재생에너지 비중이 몇 퍼센트를 넘으면 위험한가에는 하나의 숫자가 없습니다. 유럽 대륙 계통을 1년의 매 시간, 수많은 기상 경우로 모의실험한 연구의 결론은 단일한 임계 비중은 정의될 수 없고 매 급전 구간마다 다시 계산해야 한다는 것이었습니다 (DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141). 이 글에 나오는 비중 숫자들도 모두 특정 계통, 특정 조건의 값으로만 읽어야 합니다.

관성을 재는 일에도 구멍이 있습니다. 관성은 흔히 사고 뒤 주파수의 움직임에서 거꾸로 계산합니다. 여러 추정 기법을 비교한 모의실험에서, 계통에 직접 물린 회전 발전기만 놓고는 어느 기법이나 정확했습니다. 계통과 떨어진 풍력 발전에 주파수 제어 기능을 넣자 기법들 사이에 큰 불일치가 생겼습니다. 저자들은 흉내 낸 관성까지 넣는 새 추정 방식이 필요하다고 봅니다 (arXiv:2005.02091v1, 프리프린트·모의실험). 인버터가 관성을 흉내 내기 시작하면, 계통에 관성이 얼마나 남았는지를 재는 일부터 어려워진다는 뜻입니다.

인버터는 원래 따라가기만 했다

첫걸음에서 정의한 대로, 인버터는 직류 전기를 교류로 바꿔 전력망에 넣어 주는 장치입니다. 태양광 패널과 배터리, 요즘의 풍력 발전기 대부분이 이 장치를 거쳐 계통에 붙고, 그 자체로는 회전판의 무게를 보태지 않습니다. 회전 발전기는 계통에 물려 돌면서 주파수를 이루지만, 인버터의 파형은 소프트웨어가 그립니다. 그래서 인버터가 사고 때 어떻게 움직일지는 물리보다 제어 방식이 정합니다.

그리드 팔로잉 인버터는 이미 계통에 있는 전압을 보고 거기에 자기 박자를 맞춘 뒤, 정해진 만큼의 전력을 밀어 넣는 인버터입니다. 첫걸음이 「남의 박자를 따라가는 방식」이라고 부른 것으로, 회전판으로 치면 판의 빠르기를 먼저 재 보고 거기에 맞춰 옆에서 미는 기계입니다. 따라가려면 따라갈 박자가 있어야 해서, 이 방식은 박자를 맞추는 데 단단한 바깥 계통에 기댑니다 (DOI: 10.63090/ijtrs/3139.1788.0014, 소규모 학술지).

그리드 포밍 인버터는 남의 박자를 따라가는 대신 자기 전압과 주파수를 스스로 세우고, 다른 설비가 그것을 기준으로 삼게 하는 인버터입니다. 미리 있는 계통의 기준 없이도 돌 수 있어서, 재생에너지 비중이 아주 높은 계통을 가능하게 할 기술로 널리 꼽힙니다 (DOI: 10.63090/ijtrs/3139.1788.0014, 소규모 학술지). 회전 발전기가 넉넉하던 동안에는 따라갈 박자가 늘 있었습니다. 2024년의 한 종설 시점에도 그리드 팔로잉은 오래 운용돼 온 방식이었고, 비교적 새로운 그리드 포밍은 아직 드물게 배치돼 있었습니다. 같은 종설은 실계통 실증 사례들도 함께 분석합니다 (DOI: 10.1049/rpg2.12991, 종설).

따라가는 방식의 약점은 계통이 약할 때 드러납니다. 계통 강도(grid strength)는 어느 한 지점에서 무슨 일이 생겼을 때 주변 계통이 그 지점의 전압을 얼마나 단단히 붙들어 주느냐를 뜻하고, 흔히 그 지점에 고장이 났을 때 흘러들 수 있는 전류의 크기로 잽니다. 그리드 팔로잉 인버터 안에는 계통 전압을 보고 박자를 맞추는 회로가 들어 있는데, 계통이 약하면 이 회로가 박자를 놓칠 확률이 높습니다. 그래서 저자들은 사고 직후의 출렁이는 동안 옆의 그리드 포밍 설비가 이를 받쳐 줘야 한다고 제안합니다 (DOI: 10.3390/pr13123816, 모의실험). 따라가는 인버터는 박자를 내 주는 쪽이 곁에 있어야 제 몫을 한다는 뜻입니다.

두 방식의 비교가 늘 한쪽으로 기울지는 않습니다. 상용 인버터 두 대를 두 모드로 번갈아 돌리며 계통 조건을 바꾼 하드웨어 시험이 그 예입니다. 선로가 전류를 막는 성질에는 열로 잃는 저항과, 교류의 변화를 막는 성질이 있습니다. 시험에서는 계통 강도보다 이 둘의 비율이 전압 안정도에 더 크게 영향을 미쳤습니다. 저항이 차지하는 몫이 상대적으로 커지는 쪽으로 바꾸면 그리드 포밍에는 불리했고 그리드 팔로잉에는 유리했습니다. 저자들은 그리드 포밍이 멀리 큰 전기를 나르는 송전 쪽에, 그리드 팔로잉이 동네로 나눠 주는 배전 쪽에 더 맞을 수 있다고 해석합니다 (DOI: 10.20944/preprints202504.1145.v1, 프리프린트·상용 장비 2대 하드웨어 시험). 어느 방식이 나은지는 인버터가 붙는 자리의 선로에 따라 갈릴 수 있다는 뜻입니다.

그리드 포밍에도 한계가 있습니다. 동기 기기와 여러 그리드 포밍 변환기를 함께 넣은 저관성 계통 사례 연구는, 그리드 포밍이 동기 기기의 주파수 안정도에 도움이 된다는 것을 확인했습니다. 같은 연구는 변환기가 흘릴 수 있는 전류에 한계가 있어 그 제한을 어떻게 거느냐가 결정적이라고 적습니다. 빠른 그리드 포밍 변환기와 느린 동기 기기가 주고받는 영향이 오히려 불안정에 기여할 수도 있습니다 (arXiv:2003.04715v1, 프리프린트·사례 연구).

합성 관성과 빠른 주파수 응답 — 재고 나서 미는 두 가지 방법

인버터에 관성을 흉내 내게 하는 방법은 여럿이고, 그중 서로 다른 두 가지가 자주 한 말로 묶입니다.

합성 관성(synthetic inertia)은 인버터가 주파수를 재서 그 변화 속도를 계산한 다음, 그에 비례하는 전력을 순간적으로 내보내 회전 관성을 흉내 내는 것입니다. 첫걸음에서 본, 주파수가 떨어지는 속도에 비례해 배터리가 전기를 내보내게 하는 방법이 이것입니다. 진짜 관성과의 차이는 재는 단계에 있습니다. 쇳덩이는 주파수가 몇인지 모르고, 계산하지 않고, 신호를 기다리지 않습니다. 쇳덩이의 관성은 재지 않고 버티고, 합성 관성은 재고 나서 밉니다.

그래서 무엇을 어떻게 재는지가 합성 관성의 성능을 정합니다. 주파수 미분에 기반한 합성 관성은 계통 주파수를 뽑아내는 전용 회로를 씁니다. 재려는 신호가 잡음보다 얼마나 큰지를 나타내는 신호 대 잡음비가 낮으면, 이 방식은 입력 신호를 걸러 내는 통상의 난제를 겪습니다 (DOI: 10.3390/en18143776, 실험·현장 계측). 잡음을 걸러 내려면 필터를 써야 하고, 필터를 거친 신호는 그만큼 늦게 나옵니다. 필터가 늦음을 만든다는 이 대목은 신호 처리의 일반적인 성질이고, 그 논문이 잰 결과는 아닙니다.

같은 연구가 비교한 다른 방식은 실제 동기 기기에서 저절로 나오는 관성 응답을 증폭합니다. 그래서 입력 쪽 필터를 피할 수 있지만, 대신 출력 쪽에 필터가 필요해집니다. 마이크로그리드 실험과, 노르딕 계통에 연결된 55 MVA 수력 발전기의 현장 계측으로 둘을 비교했습니다. 비교한 특정 사례들에서는 주파수 변동이 큰 작은 계통에서 증폭 방식이 나았고, 더 큰 계통에서는 합성 관성이 나았다는 것이 저자들의 관측입니다 (DOI: 10.3390/en18143776, 실험·현장 계측). 합성 관성이 쓸 만한지는 놓이는 계통의 크기에 따라 달라질 수 있다는 뜻입니다.

빠른 주파수 응답(fast frequency response, FFR)은 주파수가 기준에서 얼마나 벗어났는지를 보고, 정해진 시간 안에 정해진 양의 전력을 밀어 넣는 것입니다. 회전판으로 치면 판이 얼마나 느려졌는지를 보고, 정해 둔 만큼 힘을 보태는 쪽입니다.

계통 운영자의 관점에서 둘을 견준 연구는, 두 개념의 뜻을 뚜렷이 가르는 것 자체를 기여로 내세웁니다. 검토 대상은 대규모 풍력이 들어온 미래 시나리오의 노르딕 계통입니다 (DOI: 10.1049/iet-rpg.2017.0370). 이 논문의 초록은 구분의 내용까지는 말하지 않으므로, 아래 네 갈래는 이 글이 다른 연구들에서 모은 것입니다.

첫째, 보는 것이 다릅니다. 하나는 변화 속도를, 하나는 기준에서 벗어난 정도를 봅니다. 이 대비는 두 연구가 각자 붙인 이름에 이미 들어 있어서, 한쪽은 합성 관성을 주파수 미분에 기반한 것으로 부르고 (DOI: 10.3390/en18143776), 다른 쪽은 빠른 주파수 응답을 주파수 편차에 기반한 것으로 부릅니다 (DOI: 10.1049/iet-rpg.2017.0370).

둘째, 늦음이 효과를 좌우합니다. 빠른 주파수 응답을 분석한 모형 연구는 자원마다의 응답 지연과 출력이 올라가는 속도가 주파수 제어의 효과에 미치는 영향을 살피고, 바람직한 사양을 정리했습니다. 같은 연구는 이 응답을 배치하면 미리 잡아 둬야 하는 예비력을 크게 줄일 수 있다는 것도 보였습니다 (DOI: 10.1049/joe.2018.8599, 모형 기반 분석).

셋째, 맡는 제약이 다릅니다. 가상 관성과 빠른 주파수 응답을 함께 배치하는 문제를 푼 모의실험에서, 주파수 안정도의 두 제약이 각각 서로 다른 자원의 필요량을 정했습니다. 앞에서 가른 두 눈금, 곧 떨어지는 속도와 가장 낮게 찍는 지점이 그 두 제약입니다. 가장 낮은 지점을 끌어올리는 데에는 빠른 주파수 응답이 가상 관성보다 비용 효율이 훨씬 나았습니다. 이 논문이 가상 관성이라 부르는 것은 흉내 낸 관성입니다. 재생에너지 비중 70%에서 이 모형이 요구한 가상 관성은 2.89초였고, 비중이 오를수록 두 자원의 필요량은 계속 늘었습니다 (DOI: 10.3390/en19081848, 모의실험).

넷째, 여력이 있어야 냅니다. 이것은 두 방식 모두에 걸립니다. 회전 관성은 이미 돌고 있는 쇳덩이에서 나오지만, 인버터가 순간적으로 더 내보내려면 그만큼을 어딘가에 남겨 둬야 합니다. 풍력 발전기가 내줄 수 있는 관성은 그 순간의 운전 상태에 따라 달라지고, 정해진 출력 아래에서 관성을 최대한 남겨 두는 제어가 따로 필요하며, 관성 제어를 언제 빠져나올지가 별도의 문제가 됩니다 (DOI: 10.3390/en13051067, 모의실험). 호주 계통의 미래 시나리오를 대량으로 돌린 연구는 발전은 하지 않고 돌기만 하는 설비, 풍력의 합성 관성, 출력을 일부러 낮춰 여력을 만들어 둔 풍력의 응답 셋을 비교했습니다. 가장 효과적인 것은 마지막, 애초에 낼 것을 남겨 둔 쪽이었습니다 (arXiv:1708.00739v1, 프리프린트·시나리오 분석).

재는 데 드는 시간에는 벽도 있습니다. 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개한 모의실험에서, 인버터로 붙는 발전이 80%를 넘는 계통에 최대 40%의 불균형이 생기면 빠른 예비력이 100 ms 안에 다 나와야 했습니다(모의실험한 두 계통 크기 모두에서). 저자들은 지금의 주파수 측정 기법과 투입 시간으로는 그런 큰 불균형에서 안정을 보장하지 못한다고 결론짓습니다 (DOI: 10.3390/en13040816, 모의실험). 재고 나서 미는 방법은 재는 시간만큼 늦고, 이 모의실험에서 인버터가 대부분인 계통의 아주 큰 불균형은 2020년 당시의 기술로 그 늦음을 메우지 못했습니다.

관성만의 문제가 아니었다

고장이 났을 때 계통이 가장 먼저 하는 일은 고장 난 자리를 잘라 내는 것입니다. 나무가 전선에 쓰러지면 그 구간을 빠르게 떼어 내야 나머지가 삽니다. 그 판단을 하는 장치가 보호 계전기이고, 계전기는 대개 고장 순간 그 자리로 확 몰리는 큰 전류를 보고 고장을 알아챕니다. 회전 발전기는 고장 순간 이런 큰 전류를 흘려 줄 수 있습니다. 인버터는 반도체 소자가 견딜 전류에 한계가 있어, 회전 발전기가 대 주던 수준의 고장 전류를 맞추지 못합니다. 앞에서 정의한 계통 강도로 말하면, 고장 때 흘러들 전류가 작은 자리일수록 계통이 약합니다.

푸에르토리코 계통을 100% 인버터 기반으로 바꾸는 시나리오를 분석한 연구에 따르면, 인버터로 붙는 발전은 회전하는 동기 발전이 대 주던 수준의 고장 전류를 맞추지 못합니다. 그래서 저자들은 기존 보호 방식이 그 전환 동안 계속 믿을 만한지를 묻습니다. 같은 연구는 발전은 하지 않고 돌기만 하는 설비나 전압 보상 설비로 고장 전류를 끌어올리는 방안도 함께 정량화합니다 (DOI: 10.3390/electronics13071225).

고장 전류가 낮으면 문제는 구체적으로 나타납니다. 낮은 고장 전류는 보호 계전기를 작동시키지 못하고, 고장 동안 전압을 받쳐 주지 못하며, 고장을 걷어 낸 뒤의 전압 회복도 제대로 돕지 못합니다 (DOI: 10.1049/rpg2.12149, 모의실험).

더 미묘한 문제도 있습니다. 그리드 포밍 설비는 전류 제한이 걸리는 순간 특성이 급격히 바뀌고, 그러면 계전기가 보고 판단하던 양들이 고장 전과 다르게 움직입니다. 그 양들에 기대는 계전기 감시 요소의 신뢰성이 그만큼 흔들립니다. 저자들은 계통 보호와 어긋나지 않도록 고장 중의 제어를 조정하는 방법을 제안하고, 하드웨어 연동 시험으로 검증했습니다 (arXiv:2504.21592v1, 프리프린트·하드웨어 연동 시험).

계통 강도를 재는 눈금도 흔들립니다. 기존의 계통 강도 평가법은 전압을 받쳐 주는 동기 발전기가 있다는 것을 전제로 만들어져서, 동기 발전기가 모두 빠진 100% 인버터 계통에는 적용되지 않습니다. 같은 논문은 저자들이 앞서 개발한 지표를 넓히면 그런 계통에서도 작은 흔들림에 대한 안정도를 평가할 수 있다고 보고하고, 모의 계통에서 서로 다른 두 해석 방법의 결과를 맞춰 보며 효과를 보입니다 (DOI: 10.36227/techrxiv.21120517.v2, 프리프린트·모의실험 검증). 관성 추정과 마찬가지로, 사라지는 것을 재는 눈금도 새로 만들어야 하고 그 일은 프리프린트 단계에서 시작됐습니다.

마지막 층은 버티기입니다. 고장 버티기는 설비가 계통의 전압·주파수 이상을 만났을 때 떨어져 나가지 않고 계속 붙어 있는 능력입니다. 상용 태양광 인버터로 이 능력을 시험하는 절차를 검증한 연구는 이것이 왜 표준이 됐는지를 적습니다. 분산 자원의 발전 비중이 오를수록, 계통 고장 하나가 많은 또는 모든 분산 자원을 동시에 떨어뜨려 큰 수급 불균형과 연쇄 정전을 부를 위험이 커지기 때문입니다. 저자들은 전압·주파수·주파수 변화율 각각의 버티기 요건을 자동으로 검증하는 절차를 상용 인버터 두 대로 보였습니다 (DOI: 10.3390/en14216936).

이베리아에서 실제로 벌어진 일도 설비들의 연쇄 이탈이었다는 데서 두 재구성 분석은 만납니다. 한 분석은 전압 쪽에서 시작된 사슬이 손쓸 시간을 닫았다는 데에, 다른 분석은 그 뒤 연쇄를 키운 인버터·보호 설정·연계 용량과 줄어든 관성에 무게를 둡니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119; DOI: 10.24084/reepqj26-376, 둘 다 사후 재구성). 관성은 이날의 여러 층 가운데 하나였고, 전압 조절과 보호 설정, 제도가 함께 얽혀 있었습니다. 다만 첫걸음 「교류와 주파수 — 온 나라가 함께 미는 커다란 회전판」이 소개한 공식 최종 보고서의 모의실험은, 관성이 훨씬 컸더라도 이날 사건이 이어진 순서라면 이베리아 계통이 유럽 대륙과 박자를 잃는 일은 피하지 못했을 것이라고 봅니다. 줄어든 관성이 손쓸 시간을 줄였다는 것과, 관성이 넉넉했다면 막을 수 있었다는 것은 다른 말입니다.

흔한 오해 넷

오해 ① 「재생에너지가 많으면 정전이 난다.」 이 글이 읽은 논문들은 재생에너지 비중 자체를 원인으로 적지 않습니다. 논문들이 적는 것은 성질의 목록입니다. 관성, 전압을 받쳐 주는 능력, 고장 전류, 버티기 설정입니다. 물어야 할 것은 그 성질을 갖춘 설비가 충분하냐이고, 발전원의 이름표는 그 질문을 거칠게 대신하는 표시일 뿐입니다. 그날 전압 조절 능력을 인증받고도 규제 장벽에 막혀 쓰이지 못한 재생에너지 설비가 보여 주듯 (DOI: 10.2139/ssrn.6551460, 프리프린트), 같은 설비가 어떤 제도 아래에서는 문제의 일부이고 다른 제도 아래에서는 해법의 일부일 수 있습니다.

오해 ② 「그러니 재생에너지와는 아무 상관없다.」 이것도 틀렸습니다. 전력전자를 거쳐 붙는 발전이 늘면 계통 관성이 준다는 관계는 실측 자료와 대륙 규모 모의실험 양쪽에서 나옵니다 (arXiv:2511.21387v1, 실측 기반 추정; DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141, 시뮬레이션). 관계가 있다는 것과 그날의 원인이라는 것은 다른 말이고, 이 글이 읽은 논문들이 받쳐 주는 것은 앞의 문장까지입니다.

오해 ③ 「배터리를 많이 깔면 관성이 생긴다.」 배터리는 관성을 만들지 않고 흉내 냅니다. 흉내 내려면 먼저 주파수를 재야 하고, 신호 대 잡음비가 낮으면 그 측정을 걸러 내기가 까다롭습니다. 다만 비교한 사례들에서 더 큰 계통에서는 합성 관성이 나았습니다 (DOI: 10.3390/en18143776, 실험·현장 계측). 흉내 낸 관성과 빠른 주파수 응답은 서로 다른 제약을 맡습니다 (DOI: 10.3390/en19081848, 시뮬레이션). 배터리가 힘이 없다는 뜻도 아닙니다. 캘리포니아에서 최근 관성이 회복된 것을 저자들은 관성을 흉내 내는 기능을 갖춘 배터리 저장장치의 보급 덕으로 돌렸습니다 (arXiv:2511.21387v1, 프리프린트).

오해 ④ 「이건 아직 다 이론이다.」 2020년 보고 기준으로 호주 남서부 계통의 제어실에서는 실시간 주파수 안정도 도구가 운용되고 있었고, 여러 사례에서 사고 뒤 주파수 궤적을 정확히 예측했습니다 (arXiv:2010.14016v1, 프리프린트). 다만 관성을 흉내 내는 기법들은 기술 성숙도가 저마다 다릅니다 (DOI: 10.3390/en19133063, 종설).

남은 논쟁 — 사는 것과 시키는 것

관성을 시장에서 사려면 먼저 그것을 값으로 적을 수 있어야 하는데, 그 정의부터 합의돼 있지 않습니다. 부가 서비스는 전기 자체와 별도로 계통을 안정되게 지키려고 사들이는 서비스입니다. 관성을 부가 서비스로 조달하는 문제를 다룬 연구에 따르면, 학계와 현장의 많은 노력에도 시장 운영에서 관성 서비스의 정의와 취급에 관한 합의가 없습니다. 관성 변수를 무엇으로 정할지, 동기 발전기의 관성과 인버터의 가상 관성을 어떻게 나눌지가 특히 정해지지 않았습니다 (arXiv:2601.04504v1, 프리프린트·시뮬레이션).

같은 연구는 관성 응답에 기초한 정의를 제안하면서, 주파수가 떨어지는 동안의 음(-)의 관성 응답까지 정의 안에 넣습니다. 관성 응답이 늘 돕는 방향으로만 나오지는 않는다는 것을 값 체계에 반영한 것입니다. 저자들은 이 양방향 정의가 관성 제공의 경제적 가치를 반영하는 가격 신호를 만든다고 보고합니다 (arXiv:2601.04504v1, 프리프린트·시뮬레이션).

정의가 없으면 값이 없고, 값이 없으면 조달이 어긋납니다. 영국 계통의 조달 문제를 모형으로 푼 연구는, 주파수 응답을 사들일 때 관성 수준을 함께 고려하지 않으면 부가 서비스 조달 비용이 165% 늘 수 있다고 보고합니다. 저자들은 영국의 부가 서비스 시장이 인도 한 달 전에 열린다는 점도 짚습니다 (DOI: 10.52843/cassyni.jxg0nc, 동료심사 지면이 아닌 게시본·모형 기반 연구).

다른 길은 사는 대신 시키는 것입니다. 이베리아 사건을 재구성한 분석은 인버터가 지배적인 지역에 조화된 그리드 포밍 능력 요건, 위치를 반영한 무효전력·빠른 주파수 응답 조달, 그리고 강제력 있는 관성 하한이 필요하다고 권고합니다 (DOI: 10.2139/ssrn.6895119, 프리프린트). 같은 사건의 증폭 과정을 본 학술지 논문도 관성과 빠른 주파수 응답이 충분한지 판단하는 기준을 명시하고, 그리드 포밍 능력을 배치하고, 보호 설정을 주파수가 빨리 변하는 환경에 맞춰야 한다고 결론짓습니다 (DOI: 10.24084/reepqj26-376). 요건으로 강제하면 정의 논쟁을 비켜 갈 수 있습니다. 대신 누가 그 비용을 지느냐는 그대로 남습니다.

숫자로 답을 주려는 시도도 있습니다. 계통이 100% 인버터로 채워진 조건의 모의실험에서, 그중 30%가 그리드 포밍이면 최대 주파수 변화율이 0.58 Hz/s로 억제됐고, 전부 그리드 팔로잉이면 2.9 Hz/s까지 갔습니다 (DOI: 10.63090/ijtrs/3139.1788.0014, 시뮬레이션·소규모 학술지). 방향은 분명합니다. 다만 이 30%는 특정 기준 계통, 특정 제어 방식, 특정 사고 조건에서 나온 한 편의 값이라 정책 숫자로 옮겨 쓸 수 없습니다.

무엇이 사라졌는가

사라진 것은 아무도 값을 치르지 않던 몇 초입니다.

수십 년 동안 계통은 그 몇 초를 예산에 적지 않았습니다. 적을 필요가 없었습니다. 발전기를 사면 쇳덩이가 딸려 왔고, 쇳덩이는 아무 지시 없이 회전 에너지를 내줬습니다. 관성은 상품이기보다 부산물이었습니다.

발전기를 사도 쇳덩이가 딸려 오지 않게 되면서, 부산물이던 것이 따로 사거나 따로 시켜야 하는 것이 됐습니다. 그리고 사려는 순간, 그것을 시장에서 어떻게 정의하고 셀지조차 아직 합의되지 않았다는 사실이 드러났습니다 (arXiv:2601.04504v1, 프리프린트·시뮬레이션).

답할 수 있는 질문은 다섯입니다. 첫째는 지금 이 계통에 몇 초가 남아 있느냐입니다. 둘째는 그 몇 초가 어느 지역에 남아 있느냐입니다. 셋째는 그 자리를 대신하겠다는 설비가 재고 나서 반응하느냐, 재지 않고 반응하느냐입니다. 넷째는 재고 나서 반응한다면 얼마나 빠르냐입니다. 다섯째는 주파수를 지켜 낸 뒤에도 남는 질문으로, 고장이 났을 때 그 자리를 잘라 낼 수 있고 잘라 내는 동안 나머지가 버티느냐입니다.

「재생에너지가 많으면 위험한가」는 그대로는 답할 수 없는 질문입니다. 답할 수 있는 것은 저 다섯 줄이고, 각 줄에는 발전원의 이름 대신 설비가 계통에 주는 성질이 들어갑니다.

근거 논문

arXiv·SSRN·리서치스퀘어에 공개된 글은 「프리프린트」로 표시했고, 그 뒤 학술지에 실렸는지는 따로 확인하지 않았습니다. 이 사건을 다룬 연구는 대부분 프리프린트이고, 그 밖의 등급은 본문에서 그때마다 표시했습니다.

• "Excess mortality attributable to the 2025 Iberian blackout" (2026) — DOI: 10.1038/s41467-026-75581-w — 스페인 이후 이틀 +167명(95% 신용구간 +28~+300), 포르투갈은 관측 안 됨.
• "The Iberian Blackout of 28 April 2025" (2026, 프리프린트) — DOI: 10.2139/ssrn.6895119 — 공개 파형 재구성. 최저 주파수 약 48.5 Hz로 추정(공식 보고서 값과 다름), 추정 관성 2.21~2.71초, 관성 하한 권고.
• "The 2025 Iberian Peninsula Blackout: Policy Implications" (2026, 프리프린트) — DOI: 10.2139/ssrn.6551460 — 근본 원인을 제도 실패로 귀속. 인증된 전압 제어 능력이 규제에 막혔다.
• "Grid Resilience under high shares of Non-Synchronous Generation" (2026) — DOI: 10.24084/reepqj26-376 — 팔로잉 자원·RoCoF 민감 보호·연계 제약이 연쇄 이탈에 기여.
• "Challenges of variable energy resource integration" (2025, 사설) — DOI: 10.32397/tesea.vol6.n1.911 — 태양광 급증감·낮은 수요·제한된 전압 제어를 나란히 지목.
• "Review of Virtual Inertia Techniques" (2026, 종설) — DOI: 10.3390/en19133063 — 관성 감소 → RoCoF 상승 → 연쇄 고장·보호 장치 동작. 기법을 성숙도로 분류.
• "Required Power Response of Inverters for FFR Support" (2020) — DOI: 10.3390/en13040816 — 인버터 80% 초과·불균형 40%면 완전 가동 100 ms 이하 필요, 현행 기법으로 보장 불가.
• "Regional Inertia Dynamics in CAISO" (2025, 프리프린트) — arXiv:2511.21387v1 — 2013~2024 실측. 지역 RoCoF 최대 6배. 회복은 합성 관성 배터리로 귀속.
• "Inertia-Inhomogeneity-Aware Unit Commitment" (2026, 프리프린트) — DOI: 10.2139/ssrn.6957145 — 평균 주파수 근사가 약한 지역을 과소보호한다.
• "Impact of high penetration of variable renewables" (2016) — DOI: 10.1049/iet-rpg.2015.0141 — 단일 임계 침투율은 정의될 수 없다. 부하 자기조정 몫도 커진다.
• "Analysis of power system inertia estimation" (2020, 프리프린트) — arXiv:2005.02091v1 — 풍력 주파수 제어가 들어가면 추정 기법이 어긋난다. 대안 필요.
• "Grid Strength Assessment for 100% Inverter-Based Systems" (2022, 프리프린트) — DOI: 10.36227/techrxiv.21120517.v2 — 기존 평가법은 동기 발전기의 전압 지지를 전제해 적용 불가. 다만 확장한 일반화 단락비로 그 계통도 평가할 수 있음을 보인다.
• "Grid-forming control for IBRs: A review" (2024, 종설) — DOI: 10.1049/rpg2.12991 — 포밍은 아직 거의 배치되지 않았다. 실계통 실증 사례도 함께 분석.
• "Coordinated FRT Control for GFL and GFM in Weak Grid" (2025) — DOI: 10.3390/pr13123816 — 약한 계통에서 팔로잉의 동기화 회로가 박자를 놓칠 확률이 높다.
• "Impact of SCR and X/R on Stability of GFM and GFL Inverters" (2025, 프리프린트) — DOI: 10.20944/preprints202504.1145.v1 — 상용 2대 시험. X/R을 낮추면 포밍 불리·팔로잉 유리.
• "Frequency Stability of Synchronous Machines and GFM Converters" (2020, 프리프린트) — arXiv:2003.04715v1 — 이점과 함께, 빠른 변환기와 느린 동기 기기의 상호작용이 불안정에 기여할 수 있다.
• "Amplified Inertia Response vs Synthetic Inertia" (2025) — DOI: 10.3390/en18143776 — 낮은 SNR에서 합성 관성이 입력 필터링 난제를 겪는다. 다만 큰 계통에선 합성 관성이 우세.
• "Synthetic inertia versus fast frequency response: a definition" (2017) — DOI: 10.1049/iet-rpg.2017.0370 — 두 개념의 의미 구분 자체를 기여로 제시(구분 내용은 초록 밖).
• "Fast frequency response for effective frequency control" (2018, 모형 기반 분석) — DOI: 10.1049/joe.2018.8599 — 응답 지연·상승률의 영향을 분석해 바람직한 사양을 정리.
• "Optimal Configuration of Virtual Inertia and FFR" (2026) — DOI: 10.3390/en19081848 — 두 제약이 각각 다른 자원의 소요를 정한다. 나디르 개선은 FFR이 우위, 70%에서 가상 관성 2.89초.
• "A Framework for Frequency Stability Assessment" (2017, 프리프린트) — arXiv:1708.00739v1 — 동기조상·풍력 합성 관성·감발 운전 풍력 중 마지막이 가장 효과적.
• "Optimal Inertia Reserve and Control for Wind Farms" (2020) — DOI: 10.3390/en13051067 — 풍력이 내줄 관성은 운전점에 따라 달라지고 이탈 시점이 별도 문제다.
• "System Strength Reduction in an Island Grid" (2024) — DOI: 10.3390/electronics13071225 — 인버터는 회전 발전의 단락 수준을 못 맞춘다. 보완 설비 정량화.
• "Optimal short-circuit current control of the GFM converter" (2021) — DOI: 10.1049/rpg2.12149 — 낮은 단락 전류는 보호 계전기를 동작시키지 못하고 전압 지지도 약하다.
• "A Protection-Interoperable Fault Ride-Through Control" (2025, 프리프린트) — arXiv:2504.21592v1 — 과전류 제한이 계전기 감시 요소의 신뢰성을 흔든다.
• "Commercial PV Inverter IEEE 1547.1 Ride-Through" (2021) — DOI: 10.3390/en14216936 — 고장 하나로 다수·전부가 동시에 탈락할 위험.
• "Online Security Assessment of Low-Inertia Power Systems" (2020, 프리프린트) — arXiv:2010.14016v1 — 2020년 기준 호주 남서부 계통 제어실에서 운용 중.
• "Definition and Formulation of Inertia Service" (2026, 프리프린트) — arXiv:2601.04504v1 — 시장 운영에서 정의·취급 합의가 없다. 양방향 정의 제안.
• "Linking Inertia and Frequency Response Procurement" (2023, 동료심사 지면이 아닌 게시본·모형 기반) — DOI: 10.52843/cassyni.jxg0nc — 관성을 고려하지 않으면 부가 서비스 비용이 165% 증가할 수 있다.
• "Grid-Forming Inverter Control" (2026, 소규모 학술지·시뮬레이션) — DOI: 10.63090/ijtrs/3139.1788.0014 — 100% 인버터에서 포밍 30%면 최대 RoCoF 0.58 Hz/s, 전부 팔로잉이면 2.9 Hz/s.