한국전력(대표이사 사장 정승일)은 재생에너지 발전의 전력 계통 수용성을 높일 수 있는 기술 개발 및 실증에 본격 착수할 예정이라고 3일 밝혔다.

이번 기술 개발은 제주도에서 발생하고 있는 고질적인 재생에너지 출력제어 문제를 해소하기 위해 추진되며, 2022년부터 2025년까지 4년간 총 550억 원을 투입할 예정이다. 특히 출력제어량을 최대 100MW 억제할 수 있는 기술 개발을 통해 제주도뿐만 아니라 향후 전국 단위로 재생에너지의 효율적 확대 및 탄소중립 실현에 이바지하고자 한다.

◇제주도 재생에너지 현안

최근 제주도에서는 재생에너지 발전 비중이 증가함에 따라 태양광 발전량이 많은 낮 시간대에 전력수요보다 전체 발전량이 초과하는 과잉 상황이 지속해서 발생한다. 이에 따라 재생에너지 발전을 인위적으로 감축(출력제어)해야 하는 횟수[1]가 대폭 증가해 탄소중립 실현을 위한 재생에너지 확대에 장애 요인으로 작용하고 있다(2015년 대비 2020년 25배 ↑).

향후 재생에너지 발전 비중이 증가할수록 출력제어 규모는 확대될 것으로 예상돼, 근본적인 대책 마련이 요구되고 있다.

◇기술 개발 주요 내용

이번 재생에너지 수용성 증대를 위한 기술 개발의 내용은 △계통 안정성 문제 해소를 위해 전력 계통에 관성(회전력)을 공급하는 기술 △재생에너지 발전량 예측정확도 향상 및 출력제어 기술 △주파수 조정 및 선로 과부하 해소 등 ESS 다목적 활용 기술의 3가지로 구분할 수 있다.

·전력 계통에 관성(회전력)을 공급하는 기술

현재 전력 계통은 주로 터빈발전기의 회전력에 의해 에너지를 생산하고 이를 수송(송배전)하는 ‘교류’ 중심으로 구성돼 있다.

그런데 태양광 등 재생에너지 발전설비는 회전력이 아닌 인버터 방식(직류)이어서 교류 기반 계통에 확대 적용하기에는 한계가 있다. 즉 재생에너지의 비중이 낮을 때에는 문제가 없으나, 일정 수준 이상으로 높아지면 관성 부족 등의 계통 안정성 문제로 계통에 접속할 수 없게 된다.

이런 문제를 해소하기 위해 계통에 별도의 회전력(관성)을 공급할 수 있는 플라이휠(FlyWheel) 동기조상기 운영 및 인버터의 주파수응동(Fast Frequency Response) 제어 기술의 개발을 추진한다.

·재생에너지 발전량 예측정확도 향상 및 출력제어 기술

재생에너지 발전은 일조량, 풍량 등 날씨에 따라 변동성이 큰 편이다.

짧은 기간(5분·15분·1시간 등)의 발전량을 최대한 정확하게 예측할 수 있다면 출력제어량을 최소화할 수 있으며, 동일한 용량의 송배전망에 훨씬 많은 재생에너지 발전설비를 접속하더라도 유연하게 대처할 수 있어 전력망에서의 재생에너지 수용력을 높일 수 있다.

재생에너지 발전량 예측정확도 향상 및 출력제어 기술을 개발해 출력제어량과 송배전망 건설을 최소화함으로써, 경제적으로 재생에너지 보급이 확대될 수 있도록 추진한다.

·ESS 다목적 활용 기술

제주도 등에는 발전기 고장으로 주파수가 급격히 떨어질 때 발전기와 HVDC 이외에 추가로 즉시 방전해 주파수 급락을 막기 위한 ESS가 설치돼 있다.

이러한 주파수 조정용 ESS를 특정 송전선로에 풍력·태양광발전이 집중 시, 이를 흡수(충전)해 송전선로의 과부하를 해소할 수 있다. ESS 다목적 활용 기술을 개발해 재생에너지의 간헐적 과부하를 해소하기 위한 대규모 설비를 투자하는 대신, ESS를 활용해 비용 효과적으로 재생에너지를 확대할 수 있도록 추진한다.

◇추진 일정

한전은 2022년 1월까지 공개모집을 통해 공동 연구할 협력 기관을 선정하고, 2022년 2월부터 본격 착수해 2023년까지 핵심기술을 확보 예정이다. 또한 2024년에는 서제주·한림 지역에서 현장 실증, 2025년에는 제주 전체 계통으로 확대하고 이후에는 육지계통에도 차례대로 적용할 계획이다.

◇추가적 대책 시행 및 계획

한전은 향후 전국적으로 신재생 전원 비중이 높아질 때 예상되는 문제들을 극복하고 계통 관성 및 안정성 확보와 신재생 전원 활용을 극대화하는데 이번 기술 개발이 중요한 의미가 있다.

기술 개발뿐만 아니라 출력제어 시간대에 전력 수요를 확대하는 방안도 함께 마련돼야 한다. 이를 위해 정부와 한전은 출력제어 시간대로 수요를 이전하기 위한 △플러스 DR (Demand Response) 제도 도입(2021년 3월) △계시별 요금제 개편(2021년 9월) △재생에너지 초과 공급량을 육지 측으로 송전하는 HVDC 역송 운전(2021년 4월) 등 다양한 대책을 시행했다.

앞으로도 섹터 커플링 기술[2], 대용량 ESS 개발 등 재생에너지 발전량의 출력제어를 최소화하기 위해 정부·한전·지자체는 유기적인 협조체계를 구축해 다양한 방안을 마련할 계획이다.

[1] 연도별 출력제어 횟수 : 2015년 3회 → 2016년 6회 → 2017년 14회 → 2018년 15회 → 2019년 46회 → 2020년 77회
[2] Sector Coupling은 잉여 재생에너지를 다른 형태(열·수소 등)로 변환해 사용·저장하는 기술이다.

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