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ⓒ픽사베이

 

가을이 많이 짧아진 것 같이 느껴지지 않으신가요? 실제로 독일을 비롯한 서유럽 국가에100년 만의 기록적인 폭우, 캐나다·미국의 전례 없는 폭염과 산불 등 세계적으로 이상기후가 도처에 나타나고 있습니다. 많은 사람들이 직접 피부로 느끼고 있는 기후변화에 따라 신재생에너지 확대는 선택이 아닌 필수라는 인식이 자리매김하였습니다. 이에 따라 얼마나 많은 신재생에너지가 설치되는지 실제 수치로 한번 확인해 보겠습니다. 한국수출입은행 해외경제연구소 글로벌 신재생에너지 산업동향에 따르면 태양광 사업은 2021년 중국 및 미국의 안정적 수요와 코로나19로 지연된 개도국 발전 프로젝트가 재개되며 2021년 글로벌 태양광 시장은 전년 대비 20% 이상 증가한 180GW, 2022년에는 200GW 시대가 열릴 것으로 전망하고 있습니다. 풍력사업 또한 코로나 상황에도 불구 미국 풍력 설치량은 23GW 급으로 전년 대비 30% 이상 성장세를 이어가고 있으며 유럽 또한 풍력 설치량이25GW 내외를 기록하며 선형적 외연 확장이 이루어지는 것을 알 수 있습니다. 그러나 급격한 에너지 전환에 따른 당면 과제가 없을 순 없겠죠. 신재생에너지 발전원이 많은 이점을 가져다주지만 급속한 신재생에너지 확산이 야기하는 전력계통연계 난이도 증가가 필연적으로 따라오게 됩니다. 새롭게 등장하는 발전원에 따른 계통연계 이슈가 어떤 것인지 그리고 우리 한국전력이 어떤 식으로 대응해 왔으며 앞으로 어떻게 대처해 나갈 것 인지 확인해 보겠습니다.


 

세계적인 신재생에너지 계통연계 이슈

신재생 에너지 자원은 전력계통 측면에서 보면 다수의 소용량 발전 자원으로서 계측 운영 및 전력 품질 유지 관점에서 전통적인 발전원에 비해 다소 불리합니다. 기존 화석 연료를 사용하는 계통운영에서는 운영자가 부하에 맞는 발전 전력 크기를 예측하고 예비 전력을 확보하기 용이했습니다. 그러나 태양광 및 풍력 등 신재생에너지는 자연조건에 따라 발전전력이 결정되기 때문에 발전전력이 변하는 특성을 가지고 있으며 전력 수요가 있을 때 발전전력을 제어하는 것이 불가능해 운영적인 부분에 어려움을 가지고 있는 것이 사실입니다. 신재생에너지 계통연계 이슈에서 풀어야 할 과제는 다음과 같이 크게 3가지로 볼 수 있습니다.

 

첫 번째, 전력계통 관성에너지 감소

ⓒ박준석 제작

 

신재생에너지와 같은 비동기 발전기 비중이 높은 계통은 외란이 발생하면 정상 계통보다 주파수(60Hz)가 급격한 기울기로 떨어지는 문제가 있습니다. 주파수가 일정 값 이상 떨어지면 발전기들은 설비 보호를 위해 의도적으로 계통에서 탈락되어 정전이 일어나게 됩니다.

 

두 번째, 신재생에너지 계통접속 지연

ⓒ박준석 제작

 

신재생에너지 특성상 일부 밀집 지역에 많은 양의 발전 시설이 몰리게 되면 송배전 설비의 접속 가능 용량이 부족하여 전력망 연결이 지연되어 발전사업자들에게 불편을 야기하게 됩니다.

 

세 번째, 운영 및 관리 복잡도 증가(전압품질, 배전계통 안정성)

 

ⓒ박준석 제작

 

신재생에너지는 분산전원 연계 배전계통으로서 전력 흐름이 기존 변전소에서 선로 말단으로 흐르던 단방향에서 양방향으로 변경됨에 따라 분산전원의 연계점에 전압이 상승하게 되고 변전소 송출 전압이 상승하게 되어 과전압 발생 가능성이 상존합니다. 이는 안전과 전기품질에 영향을 주게 됩니다.


 

한국전력의 적극적인 신재생에너지 계통연계 - (1) 행정적 대응

ⓒ한국에너지공단

 

우리 한국전력은 탄소중립과 에너지전환 시대에 위와 같은 신재생에너지 계통연계 이슈에 대응하기 위해 아주 기민하게 움직이고 있습니다. 먼저 한전은 에너지 대전환이란 시대적 소명을 완수하기 위해 지난 7월 관련 정책을 조정할 수 있는 전력혁신본부를 신설 산하에 재생에너지대책실을 마련하여 재생에너지 계통 접속 지연을 해소하고 전력계통 영향평가 도입 등 수요 분산화를 통한 전력망 이용 효율 향상을 도모하기 위해 조직개편을 단행하였습니다. 또한 지난 9월 한전의 제9차 장기 송변전설비계획에 따라 전력계통 신뢰도 및 전기품질 유지기준 계획을 수립하여 계통 연계방안과 연계방안 보강 계획을 강화하였습니다. 구체적으로 계통 안정화용 ESS 도입 확대, 유연 송전 시스템 확대, 지역 재생e운영시스템 구축, 전력계통 관성 자원 확보 등 구체적인 대응 방안 등을 수립하였습니다. 추가적으로 재생에너지 계통 접속 지연에 따른 사업자 의견 수렴을 위하여 한국전력과 한국에너지공단이 재생에너지 계통접속 애로사항 접수 채널’’ 개설하여 현장에서 발생하는 문제를 유관기관이 직접 듣고 해결책을 제시하기 위해 적극적인 자세를 취하고 있습니다.


 

한국전력의 적극적인 신재생에너지 계통연계 - (2) 기술적 대응

ⓒ전기연구원

 

한전에서는 신재생에너지 계통 연계를 위해 다양한 기술 연구와 기술 적용에 박차를 가하고 있습니다. 계통 안정화 방법으로 ESS을 활용해 전력 품질 개선 및 주파수를 조정하여 신재생 에너지원의 간헐적 특성에 대비할 수 있습니다. 실제로 이번 9차 송변전 계획에 따라 2023년까지 ESS1.4GW를 설치하여 유연 송전설비 활용을 확대해 발전제약을 최소화할 계획을 가지고 있습니다. 한전은 재생에너지 신규 회선 인출 경과지 부족 해소와 수용능력 확대를 위해 초고강도 전주, 가공절연 케이블 등 신기자재를 활용하여 신 배전계통 방식으로 볼 수 있는 가공 다회선 공법을 개발하였습니다. 이는 기존 수용력의 2배가 되는 양측 8회선까지 가능하여 계통연계접속 지연을 해소할 수 있는 방법 중 하나가 될 것으로 기대하고 있습니다. 계통 관성저하 대책으로는 기존 전력관제센터에서 사용하는 계통운영시스템(EMS)에 별도 관성 감시 시스템을 구축하기 위해 산·학 협력단이· 실시간 계통 관성 저하 평가 및 운영 대책 용역을 수행하였으며 본 연구를 토대로 실시간 급전 상황에 관성 위험 수준을 파악하는 모니터링 시스템을 추가할 계획입니다. 또한 효율적인 분산에너지 관리를 위해 거래소의 재생에너지 관리시스템(RMS)과 한국전력의 지역관리시스템(LRMS)를 구축하여 재생에너지 통합관제 시스템을 통해 분산 에너지 관리 및 수용능력 강화를 위해 노력 중입니다.


 

신재생에너지와 우리를 이어주는 한국전력

ⓒ박준석 제작

정리를 하자면, 세계는 지금 폭발적인 신재생에너지 사업에 따라 매년 태양광과 풍력발전을 더 많이 짓고 있는 추세입니다. 이는 지구를 위해 필연적이지만 급격한 변화에 따른 계통연계 문제가 속출하고 있습니다. 어떤 문제인지 들여다보았더니 재생에너지원이라는 것이 자연환경에서 얻는 발전원이기 때문에 예측하기 쉽지 않고 제어가 어려워 이러한 특성에서 기인된 계통 관련 문제를 낳고 있습니다. 예를 들면 전력계통 관성 에너지 저하로 주파수가 급격하게 떨어지는 문제가 있었으며 신재생 에너지가 분산전원인 특성으로 전압 관리의 어려움이 생기기도 하였습니다. 당연히 운영상의 어려움도 동시에 발생하게 되었습니다. 이런 계통연계 이슈로 생겨난 여러 과제들을 풀기 위해서 한전은 몇 년 전부터 연구와 준비를 해 왔으며 확실한 계획을 통해 미래를 그리고 있었습니다. 신재생에너지 확대라는 비포장도로에 한참 앞장서 걸어가면서 문제를 해결하고 개척하는 한국전력의 연구자들과 실무진 덕분에 우리는 불편 없이 잘 포장된 길을 걸어갈 수 있다는 사실에 고마움을 느낍니다.

 

 

 


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