에너지신산업의 토대, 10대 전력기술②
[에너지신문] 한전은 에너지신산업의 상용화와 수출사업화를 적극 추진하고 있다. 이를 위해 한전 산하 연구기관인 전력연구원은 에너지신산업에 적용되는 10대 전력기술 개발에 주력하고 있으며, 그 성과물이 속속 모습을 드러내고 있다. 본지는 한전 전력연구원과 공동으로 10주간 10대 전력기술을 소개하는 코너를 마련했다./편집자주
①에너지저장기술 ②마이크로그리드기술 ③초전도기술 ④해상풍력기술 ⑤신송전기술(HVDC) ⑥스마트그리드기술 ⑦CO2 회수, 이용, 저장(CCUS)기술 ⑧청정화력기술 ⑨전력신소재기술 ⑩ICT융복합기술
분산전원 경제성 높이는 첨단기술
연평균 29% 성장…시장전망 ‘맑음’
과거 전력산업은 화석연료를 주로 사용하여 전력을 생산하는 지구 온난화의 주범이었다. 현재는 지구 온난화 문제를 해결하고자 세계 각국에서 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지를 전력산업에 확대 보급하고자하는 노력이 끊이지 않고 있다.
하지만 신재생에너지원과 같은 분산전원 중 가장 많은 비중을 차지하는 태양광 발전이나 풍력 발전은 전력계통에 적용하는데 아직까지 많은 문제를 안고 있다. 이는 기상 상태에 따라 발전 출력이 일정하지 않고 제어가 어렵기 때문이다. 또 대부분의 분산전원은 경제성이 낮다는 문제를 가지고 있다.
이러한 문제들을 해결하고자 우리나라를 포함한 선진국을 중심으로 마이크로그리드 시스템이라는 새로운 개념을 도입했으며 이미 오랜 기간 동안 상용화하기 위한 실증연구를 수행 중에 있다.
마이크로그리드(MG)는 다수의 분산전원과 에너지저장장치를 이용, 전력 및 열을 공급하는 소규모 에너지 자립 시스템이다. 마이크로그리드는 많은 분산전원이 배전계통에 연계되면서 일어나는 전압·주파수 유지 문제와 고장시 파급문제 등을 해결할 수 있는 기술이다.
특히 마이크로그리드 내부에서는 에너지저장장치와 소형 열병합발전기 등을 통해 수용가의 에너지 요구를 최적화, 열과 전력을 동시에 공급하고 피크저감 등을 수행함으로써 에너지 비용을 줄이는 등 분산전원의 경제성을 높일 수 있다.
계통연계형과 달리 독립형 마이크로그리드는 상용전원이 공급되지 않는 원격지, 도서 등의 전원공급용으로 설계됐다. 현재는 디젤발전기를 주 전원으로 운영 중인 도서지역에 친환경 발전시스템 공급을 위해 독립형 마이크로그리드 시스템을 활발히 적용하고 있다.
이러한 마이크로그리드의 기술은 크게 3가지로 구분된다. 마이크로그리드 시스템을 경제적이고 안정적으로 설계하는 ‘설계기술’, 설계된 규격에 맞고 안정적인 전력을 공급할 수 있는 ‘요소기기 제작기술’, 구축된 마이크로그리드를 안정적이고 경제적으로 운영할 수 있는 ‘운영기술’이다.
설계기술은 각종 설계 프로그램과 노하우를 반영하여 설계를 하고 설계된 내용을 실제 현장에 적용, 그 결과를 피드백 받아 고도화시키는 과정에서 확보된다. 운영기술은 운영시스템을 통해 확보되며 운영시스템 기반으로 구동되는 애플리케이션을 개발해야 한다.
마이크로그리드의 운영 목적 역시 3가지로 요약할 수 있다. 먼저 환경적, 경제적 관점에서 수용가의 에너지사용패턴과 신재생에너지원의 발전패턴을 예측하고, 이를 통해 최적 운전 스케줄을 결정, 피크저감 등으로 수용가의 에너지비용을 줄이는 것이다.
다음으로 마이크그리드 내부 수용가가 원하는 전력품질 및 신뢰도를 고려, 중요부하의 우선순위에 따라 계획정전 등을 고려한 다품질의 전력을 공급하는 것이다.
마지막으로 계통연계형의 경우는 하나의 제어 가능한 시스템으로서 배전망에 연계돼 배전망 혼잡 경감, 신규설비 증설 지연, 국지적 전압 보상 등 기존 대형 전력망에 기여하는 것이고 독립형의 경우는 이 자체로 전체 계통의 주파수와 전압을 유지하며 화석연료의 사용을 억제하는 것이다.
한전은 지난 2012년 국내 최초로 200kW급 계통연계형 MG를 전력연구원 구내 건물을 대상으로 실증운전 했다. 2014년부터는 국내 첫 상용 독립형 MG를 가사도에 적용, 연간 3억 2000만 원의 연료비를 절감하고 있다.
마이크로그리드 시장은 2020년까지 4GW, 200억 달러 규모로 성장이 예상되며, 연평균 성장율이 29%에 달해 전망이 매우 밝다. 한전은 글로벌 MG시장에서 기술적 선도그룹으로서 국가 에너지신산업 분야의 새로운 성장 동력을 이끌 것으로 기대를 모은다.