작성일 : 14-09-02 11:52
[전기신문] 태양광 전원의 계통연계를 위한 능동전압제어 기술
 글쓴이 : 관리자
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특명! 태양광 계통연결을 늘려라!

태양광, 계속 늘어나면 전력계통 부담
능동전압 제어기술로 보급확대‘뒷받침’


▲ 500kW 고창 태양광발전 실증 시험장   

2013년 말 기준 전 세계에는 총 139GW의 태양광 발전설비가 설치됐다. 2013년 한 해만 보면 원전 39기에 해당하는 39GW의 태양광 발전설비가 신규 설치됐다. 그간 신재생에너지 시장을 주도하던 풍력은 35GW가 새롭게 설치되는 데 그치면서 태양광에 1위 자리를 내줬다.

국내에서도 태양광은 빠르게 제 영역을 넓혀가고 있다. 한국태양광산업협회에 따르면 2013년 말 기준 국내에 설치된 태양광은 총 1416MW다. 2006년 36MW가 설치된 이래 2010년 127MW, 2012년 252MW, 2013년 313MW로 꾸준히 증가하고 있다. 최근에는 소규모 태양광 발전설비를 우대하는 정책이 잇달아 발표되면서, RPS(신재생에너지공급의무화제도)에 의한 대형 발전소와 더불어 100kW 이하의 소규모 태양광, 아파트에 설치하는 미니태양광까지 활기를 띄고 있다. 그러나 기후에 따라 발전량이 달라지는 태양광이 제한 없이 일반 배전계통에 연계될 경우 전압 상승으로 문제가 발생할 수 있다.

▲ 태양광발전소 늘어나면 계통 ‘출렁’

국내 표준전압은 220V다. 한전은 최소 207V에서 최대 233V 사이로 전압을 유지해 소비자들에게 안정적인 품질의 전력을 공급하고 있다. 그러나 발전량이 일정치 않은 태양광발전소가 배전계통에 연계되면 전압이 상승한다. 일정 수준까진 크게 문제가 안 된다. 최대 상한인 233V까지는 괜찮다. 문제는 배전계통에 연계된 태양광 발전소가 꾸준히 늘어 전압 상승폭이 상한치를 넘었을 때다. 이때는 각 가정이나 산업단지에서 기기 손상 등의 피해를 입을 수 있다. 일반 배전선로에는 전기를 공급받고 있는 다수의 전기사용자가 연결돼 있기 때문이다.

한전은 이런 문제를 사전에 방지하기 위해 분산전원으로 인한 전압변동이 2%를 초과하지 않도록 관리하고 있다. 또 개별 연계용량이 3000kW를 초과하면 전용 배전선로를 신규로 건설하도록 했다. 이 때문에 태양광 사업자들은 “분산전원의 연계 기술기준이 규제로 작용하고 있다”며 불만을 제기해왔다. 일반 배전선로에 태양광을 연계해야 계통연계 비용이 적게 드는데, 연계용량이 제한돼 있으니 사업비가 늘어나서다. 한전 관계자는 “사업자들의 민원이 많아 분산전원 계통연계 전반에서 규제개혁과 제도개선이 추진됐다”며 “2012년 6월, 기술기준을 개정해 분산전원의 개별 연계용량이 3000kW를 초과하더라도 규정전압 범위를 벗어나지 않으면 일반 배전선로에 연계하는 것을 허용했다”고 말했다.

◆능동전압 제어기술, 태양광 확대
 
한전 전력연구원은 일반 배전선로에 연계할 수 있는 분산전원의 용량을 획기적으로 늘릴 수 있는 기술을 개발하고 있다. 바로 역률제어 인버터를 활용한 ‘능동 전압제어 기술’이다. 이 기술이 개발되면 배전선로에 연계할 태양광 발전소를 극대화하는 것은 물론, 이로 인한 전압문제까지 해결할 수 있어 기대를 모으고 있다. 2011년 12월부터 한전 전력연구원이 추진하고 있는 ‘분산전원 연계 배전계통의 전압안정화 기술개발’은 분산전원 능동전압제어장치(DG-AVM)와 역률제어 인버터, 배전선로 능동전압제어장치(SVR-AVM)를 활용해 전압관리기술을 개발하는 것이 골자다. 태양광 인버터의 운전역률을 조정해 계통에 연계할 태양광 발전소 설비용량은 최대한 늘리되, 적정전압은 유지하는 구조다. 그러나 역률이 낮은 것은 선로에서 손실되는 전력이 그만큼 많다는 뜻이다. 이 때문에 역률은 100%에 가깝게 해야 운영효율이 좋다.

조성수 한전 전력연구원 책임연구원은 “역률을 낮춰 태양광으로 인한 배전계통의 전압상승을 억제하는 방법과 역률을 높여 배전계통의 손실을 줄이는 노력도 동시에 해야 가장 효과적”이라며 “이런 역할을 하는 것이 분산전원 능동전압제어장치(DG-AVM)”라고 말했다. 이 장치는 분산전원과 배전선로 연계점의 전압정보를 감시한다. 전압이 상한치를 초과할 것으로 예상되면 역률제어 인버터에 적정 수준의 운전역률 목표치를 전달한다. 전압이 허용치 내에 있으면서도 가장 높은 역률을 유지해 발전량을 높이는 최적값이다.

한전 전력연구원은 현재 분산전원 능동전압제어장치(DG-AVM) 시제품을 개발하고, 고창 태양광발전소 실증시험장에서 성능 확인시험을 진행하고 있다. 9월에는 약 50km에 해당하는 특고압선로를 가정해 전압관리 성능을 검증할 예정이다. 일반적으로 선로 길이가 길어지면 전압 변동이 커지는 것으로 알려져 있다.

조 책임연구원은 “연구개발이 마무리되면 태양광 발전소의 계통연계를 위해 추가로 건설해야 하는 전력설비 구축비용을 절감할 수 있는 것은 물론, 배전계통에 연계할 태양광 발전소의 용량을 최대화할 수 있다”며 “전력회사도 안정적으로 계통을 운영할 수 있다”고 말했다. 이어 “국내 신재생에너지 보급목표 달성에도 도움이 될 뿐만 아니라, 해외시장에서도 경쟁우위를 점할 수 있는 기회가 될 것”이라고 자신했다.

이번 연구는 올해 말까지 진행된다. 한전 전력연구원은 실증이 완료되면 개발한 분산전원 능동전압제어장치(DC-AVM)의 최종 제품규격서를 확정하고 관련 기업에 기술을 이전할 계획이다. 빠르면 내년부터 시장에서 제품을 구매할 수 있다. 조 책임연구원은 “개발한 제품은 향후 분산전원 사업에 폭넓게 사용될 전망이지만, 아직 국내에는 제품의 KS규격이나 시험인증기관, 시험방법도 없는 상태”라며 “정부, 태양광 사업자, 전력회사, 시험인증기관, 인버터 제조사, 능동 전압제어장치 제조사 등 이해관계자로 구성된 협의체를 구성해 관련 규격의 표준화를 추진해야 한다”고 말했다. 

   
(인터뷰) 김광섭 카코뉴에너지 연구소장

국내 유일의 역률제어 인버터라인 보유

카코뉴에너지는 역률제어 기능을 탑재한 인버터 라인을 보유한 국내 유일의 기업이다. 한전 전력연구원에서 실증 중인 인버터도 카코뉴에너지의 제품이다. “국내보다 신재생에너지 보급이 빨랐던 유럽에서는 이미 역률제어 인버터가 널리 사용되고 있습니다. 신재생에너지 보급이 비교적 느린 국내에서는 이제야 수요가 생긴 거죠.”김광섭 카코뉴에너지 연구소장은 “카코뉴에너지는 유럽에 수출하는 제품이 많다 보니 일찍부터 역률제어 기능을 보유한 인버터를 개발해 판매하고 있다”고 덧붙였다.

역률제어 인버터는 말 그대로 분산전원의 역률을 제어해 배전선로의 전압을 낮추는 장치다. 앞으로 배전선로 전압조정장치(SVR)와 연동해 배전계통의 전압을 안정화시키는 역할을 수행할 전망이다. 배전선로 전압조정장치는 한전에서 운영하고 있기 때문에 한전 내부에서 자체적으로 실증시험을 수행하고 있다.

현재 역률제어 인버터는 배전선로의 전압상승을 억제하는 기능만을 사용하고 있다. 그러나 향후에는 배전계통의 전압이 떨어질 때 이를 상승시키고, 반대로 전압이 상승할 땐 적정 수준으로 낮추는 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다. 태양광 발전으로 인한 배전계통의 부담을 보조하는 셈이다. 신재생에너지가 전력계통에 악영향을 끼친다는 사회적 통념을 전환할 수 있는 혁신적 기술이다.

김 소장은 “독일은 태양광 보급비중이 10%가 넘었는데 우린 아직 그 수준에 도달하지 못했다”며 “태양광 확대로 인한 문제들을 이제야 조금씩 경험하고 관련 대비책을 마련하는 상황”이라고 말했다. 한편 카코뉴에너지는 향후 1.5MW급 옥외용 인버터까지 라인업을 구축하고 50kW급 소용량도 현지화하기 위해 개발에 박차를 가하고 있다. 
 
박은지 기자 (pej@electimes.com)
최종편집일자 : 2014-08-29 15:27:25
최종작성일자 : 2014-08-28 08:40:36

 
   
 

 
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