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신재생에너지의 계통 연계
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승인 2016.03.14  
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▲ 동신대 전기공학과
    최용성 교수
전기에너지는 전력계통이라는 중앙집중 방식에 의해 생산․분배되어 소비자에게 공급되고 있다. 전력계통은 여러 가지 설비를 종합적으로 운영하여 수시로 변동되는 전력수요에 맞추어 실시간으로 전기에너지를 공급하면서 경제성과 신뢰성을 동시에 지향하는 시스템이다.

전력계통에서 원자력, 화력, 수력과 같은 기존의 발전기는 가장 효과적인 제어수단이며 동기화력 발전기를 기반으로 하는 발전기의 운영제어 기술은 고도로 발달되어 왔다.

태양광, 풍력과 같은 신․재생에너지는 그 특성이 기존 발전기와 매우 다르므로 이들 에너지원이 전력계통에 도입되어 기존의 발전기들을 대체하고 신․재생에너지 의무할당제에 의한 의무비율이 높아지는 것은 단순한 에너지원의 대체만을 의미하는 것이 아니라 전력계통의 계획 및 운영에 대한 패러다임이 바뀌는 것을 의미한다.

일반적으로 신․재생에너지원이 전력계통에 연계될 때 고려되어야 할 사항들은 다음과 같다. 먼저, 신․재생에너지의 전력계통 수용량이 증가될 경우 신․재생에너지원의 변동성으로 인해 기존 발전기들에게 더 많은 제어 성능이 요구되므로 이의 정량화나 기준 수립으로 신․재생에너지원의 수용증대를 위한 발전기의 제어성능 조건을 평가․유지할 수 있을 것이다.

두 번째로, 실시간 급전계획의 경우 5~10%의 적은 전력으로도 전력계통 운영에 많은 유연성을 제공할 수 있으므로 신․재생에너지원의 증가가 전력계통에 부가하는 전력수급의 변동성을 상당 부분 경감시킬 수 있다.

세 번째로, 신․재생에너지원이 전력계통에 대용량으로 공급될 경우 응답이 빠른 중앙발전제어 능력이 더욱 중요하므로 이를 더욱 보완한 효율적인 운영이 필요하다.

네 번째로, 신․재생에너지원의 전력계통 도입에 따른 주파수추종발전제어와 무효전력제어를 보다 정확히 하여 전력계통의 성능저하를 최소화하여야 할 것이다,

다섯 번째로, 신․재생에너지원의 불확실성에 대비하여 신․재생에너지원의 변동용량을 산정하고, 에너지저장장치(ESS) 등의 적극적인 확보를 통해 신․재생에너지원의 계통 연계에 대비해야 할 것이다.

여섯 번째로, 기존 전력계통의 성능평가는 첨두부하를 기준으로 이루어져 있으나, 신․재생에너지원이 증대될 때에는 전력계통으 성능은 경부하시에 나빠질 수 있으므로 경부하를 기준으로 신․재생에너지원을 포함한 전력계통의 성능평가도 고려하여 신․재생에너지원의 수용가능 용량을 산정해야 한다.

일곱 번째로, 전력계통의 성능평가 특성은 실험이 어려우므로 시뮬레이션 기반의 성능평가에서 신․재생에너지원은 기존 발전기와 특성이 매우 다르므로 이의 정확한 시뮬레이션이 필요하다.

여덟 번째로, 신․재생에너지원의 발전출력에 대한 예측이 정확할수록 신․재생에너지원의 불확실성을 줄이고 전력계통에 대한 영향을 줄일 수 있고, 신․재생에너지원의 전력계통ㅇ 수용가능용량을 늘릴 수 있겠다.

한편, 신․재생에너지원의 안정된 공급, 적정한 전력 품질 유지를 위해 주파수 반응, 무효전력 보상 등을 제정하여 운영하고 있으며, 태양광 등의 분산전원 연계 및 전력품질 표준화 작업도 진행되고 있다. 충분한 에너지 저장장치 및 전력전자․제어 기술이 적용된 풍력 및 태양광 컨버터는 전력 품질에의 영향성을 최소화하고 있다. 특히 대규모 풍력 단지에서는 가변 에너지원의 평활화 및 안정성 제고에 큰 역할을 수행하고 있다.

다음 호에는 신재생에너지의 분산전원 연계 및 운영기술에 대하여 기고하겠다.

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