연구 트렌드는 융복합 기술!

Q.이번 성과의 차별성은 무엇인가요?
A.국외 업체는 자사의 풍력발전기와 연동하여 제어할 수 있는 운영제어시스템을 제품화해 판매하고 있습니다. 국내의 경우 아직 운영제어시스템에 대한 기술개발이 미진한 상황입니다. 국내 업체도 향후 개발 시 국외 요소기술을 아웃소싱하여 제품 개발할 경우, 운영제어시스템의 기술 독립화가 불가능한 상황입니다. 이번 개발기술은 운영제어시스템의 국산화가 가능하며, 풍력발전기는 물론 에너지저장장치까지 동시에 통합 제어할 수 있어 시스템 비용 저감 및 제어 효율성 증대가 가능합니다.

Q.어디에 쓸 수 있나요?
A.풍력발전단지는 물론 향후 태양광발전단지 등 대용량 신재생발전단지에 적용이 가능합니다.

Q.실용화까지 얼마나 시간이 걸릴까요?
A.개발된 기술의 상용화 및 실용화를 위해 2년간의 실 풍력발전단지 실증 적용 연구를 추진 중입니다. 실증 적용 연구 종료 시점인 2016년 말까지 기술 이전을 통한 상용화를 완료할 예정입니다.

Q.연구를 시작한 계기는 무엇인가요?
A.마이크로그리드 운영시스템 연구를 10여 년간 수행해 왔으며, 개발된 기술의 타 응용분야를 모색하던 중 풍력발전단지 운영과 관련된 국내외 기술적 이슈를 접하게 됐습니다. 마이크로그리드 운영시스템 기술을 활용하여 개발할 경우 실용성이 있는 상품이 될 가능성이 높다고 판단하여 시작하게 됐습니다.

Q.꼭 이루고 싶은 목표가 있다면요?
A.성공적인 실증 완료 및 기술 이전을 통한 상용화가 단기 목표입니다. 장기적으로는 세계 시장을 주도할 수 있는 기술을 개발하는 것이 목표입니다.

Q.신진 연구자를 위한 한마디?
A.풍력발전단지 운영제어시스템 기술도 그렇지만 현재 연구 트렌드는 융복합 기술입니다. 다시 말해 풍력발전 업체, 풍력발전 사업자, 계통 운영자 등 해당 유관기관 관계자들과 지속적인 공감대를 형성하며 연구를 수행할 필요가 있습니다. 그런데 다양한 전공을 가진 여러 연구자들과 한 팀으로 일을 한다는 것이 현실적으로 쉽지가 않더군요. 자기 분야에 대한 기술적 능력 제고도 중요하지만, 결국 다른 사람과 소통하고 협력할 수 있는 역량이 더욱 중요하다고 봅니다. 혼자서 도출할 수 있는 결과가 10이라면, 함께 뭉치면 100 이상의 결과를 만들 수 있습니다.

대용량 풍력발전단지 운영제어시스템 개요
신재생 전원의 안정적 보급 길 연다

신재생 발전, 특히 풍력발전이 화석연료를 사용하는 기존 발전 수단을 대체할 수 있는 대안으로 등장하고 있는 가운데, 국내 연구진이 대용량 풍력발전단지에 적용할 수 있는 운영제어시스템 개발에 성공했다. 이로써 대용량 신재생 전원의 안정적 보급 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다.

청정에너지 및 온실가스 배출 저감 이슈 대두, RPS 제도 도입 등으로 인해 신재생 발전, 특히 풍력발전이 화석연료를 사용하는 기존 발전 수단을 대체할 수 있는 대안으로 등장하고 있는 가운데, 국내 연구진이 대용량 풍력발전단지에 적용할 수 있는 운영제어시스템 개발에 성공했다. 풍력발전단지 내 개별 풍력발전기 및 에너지저장장치(ESS)를 이용해 풍력   발전단지의 유·무효 출력을 순시적 제어하는 상위 통합제어장치를 개발한 것으로 대용량 신재생 전원의 안정적 보급 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다.

그림 1. 풍력발전단지 운용제어시스템 개념도

 
한국전기연구원 김종율 박사팀(차세대전력망연구본부)이 국내 최초로 개발한 풍력발전단지 운영제어시스템은 100MW 이하 규모 풍력발전단지를 통합 운영할 수 있다.
이번 개발은 최근 점점 진화되는 풍력발전단지 연계·운영 기술 조건에 맞춰 세계 선진업체들과의 경쟁을 위한 국산 기술을 확보했다는 데 의미가 있다.
현재 전 세계 풍력발전 도입 용량은 지속적으로 증가하고 있으며, 기술적으로는 대형화·집중화된 형태로 전력계통에 연계되고 있다. 그러나 전력계통 운영 관점에서 볼 때, 기상 상황에 따라 불규칙하게 전력을 생산하는 풍력발전의 증가는 전력계통의 안정성을 저해할 수 있는 하나의 불안 요소가 될 수 있다.
따라서 각 국가별로 풍력발전의 전력계통 연계와 관련해 엄격한 계통 연계 기준(Grid code)을 마련하고 있고, 이 규정 중 풍력발전 단지의 유·무효 출력을 기존 대형 발전기처럼 계통 운영자의 급전 지시에 따라 임의로 제어할 수 있는 능력을 구비하도록 하는 규정이 부각되고 있다.

그림 2. HILS 시스템을 이용한 성능시험

또한, 에너지저장장치 기술의 비약적 발전에 따라 태생적으로 간헐적 발전 특성을 가지는 풍력발전에 에너지저장장치를 연계하여 함께 운영하는 방안에 대한 요구가 높아지고 있다. 즉, 에너지저장장치를 풍력발전에 연계하고, 불규칙한 발전 특성을 완화할 수 있도록 에너지저장장치를 충방전시켜 전력계통에의 악영향을 최소화하는 방안이다. 현재 미국 캘리포니아주와 제주도 등 대단위 풍력발전단지를 추진하는 국내외 지역에서 활발히 논의되고 있다.
이 같은 기술적 요구사항을 만족시키기 위해서는 발전단지 내 개별 풍력발전기와 에너지저장장치를 이용하여 풍력발전단지의 유·무효 출력을 순시적으로 제어하는 상위통합제어시스템이 필요하다. 이러한 시스템인 풍력발전단지 운영제어시스템을 한국전기연구원(KERI)이 개발 성공한 것이다. 개발된 운영제어시스템은 전력거래소의 급전지시 명령이행, 에너지저장장치를 활용한 풍력발전단지 상시 출력변동률 제한 및 시간대별 REC 가중치 규정 등을 만족할 수 있는 제어기능을 구비하고 있다.

그림 3. 풍력발전단지 운영제어시스템 연구개발품

현재 국외업체는 자사의 풍력발전기와 연동하여 제어할 수 있는 운영제어시스템을 제품화하여 판매하고 있으나 국내의 경우 아직 운영제어시스템에 대한 기술개발이 미진한 상황이다. 국내업체가 향후 국외 요소기술을 아웃소싱하여 제품을 개발할 경우, 운영제어시스템의 기술 독립화가 불가능한 상황이다. 그러나 이번 운영제어시스템의 국산화로 국내 SI업체, 중전기기업체 등에 대한 기술이전을 통해 국내 풍력발전단지 운영제어기술 자립화에도 기여할 수 있게 됐다. 풍력발전기와 더불어 에너지저장장치까지 동시에 통합 제어할 수 있어 시스템 비용저감과 동시에 제어 효율성도 크게 높일 수 있다. 또한 전력거래소 풍력 통합운영시스템과의 연동운전으로 안정적 계통운영이 가능해져 풍력발전 한계용량 증대를 통한 대용량 신재생 전원의 안정적 보급 확대에 기여할 것으로 예상된다.

김혜숙 기자(eltred@hellot.net)