~ 스마트그리드에서 재생에너지를 증가시킴 ~

재생가능 에너지의 도입량에 제한이 설정된 큐슈 가고시마현에서는 재빠르게 축전지를 사용하여 전력의 안정화를 도모하는 스마트그리드의 실증실험을 착수하였다. 기후의 영향을 받아 출력이 변동하는 태양광과 풍력을 축전지와 연대시키면서 안정된 출력의 수력과 지열을 확대한다. 가고시마현은 고온이며 강우량이 많은 아열대에 가까운 기후가 특징이다. 풍부한 강수량을 이용하여 수력발전의 개발이 예전부터 추진되어 왔다. 세계 자연유산인 야쿠시마가 전형적인 사례로 섬 내의 전력 대부분을 수력발전으로 공급하고 있다. 큐슈전력이 가고시마현의 본토에서 운전하는 발전소를 보더라도 사츠마센다이시에 화력과 원자력이 있으며, 그 이외에 지열 2개소, 풍력 1개소가 있으며, 나머지는 모두 수력이다.

최근에도 수력발전소의 신설이 지속되고 있다. 그 중에서 주목해야 할 프로젝트 중 하나는 현 북부의 이사시(伊佐市)에서 106년 전인 1909년에 운전을 개시한 ‘소기발전소’의 설비를 활용한 소수력발전이다. 2013년에 가동한 ‘신소기발전소’는 폭포의 주위에 있는 예전 발전소의 취수구를 개조하고 낡은 수압관로 전에 새로운 수차발전기를 설치하여 실현하였다. 발전기까지의 수류 낙차는 13미터이며 최대 490kW의 전력을 공급할 수 있다. 연간 발전량은 400만 kWh로 일반가정 1,100세대분에 해당한다. 강으로부터 항상 안정된 수량을 확보할 수 있기 때문에 설비 이용률(발전능력에 대한 실제 발전량)은 93%로 상당히 높다.

폭포가 흐르는 지형을 이용한 소수력발전소는 연 중부의 아이라시(姶良市)에서 건설 중이다. 큐슈전력그룹이 추진하는 발전소에서 폭포 근처를 흐르는 농업용수로를 따라 발전설비를 조성한다. 용수로에서 유입된 물을 수조에 저장하고 낮은 위치로 설계된 발전기가지 수압관로로 물을 보낸다. 발전능력은 140kW이며, 연간 발전량은 110만 kWh를 예상하고 있다. 일반가정에 300세대분의 전력을 공급할 수 있다. 이 소수력발전소의 설비이용률도 90%에 이른다. 운전개시는 2015년 6월을 예정하고 있다.

가고시마현에서는 수력 이외에 태양광과 풍력 그리고 지열 도입량도 전국 톱클래스이다. 지열발전소는 사쯔마반도(薩摩半島) 남단에 있는 이부스끼시(指宿市)에 집중되어 있다. 큐슈전력의 산센발전소(山川発電所)가 1995년부터 운전을 지속하고 있으며, 시내의 온천시설에서 1.5MW의 지열발전설비가 2015년 2월에 운전을 개시하였다. 이외에도 저온의 온천수로 발전할 수 있는 바이너리방식의 프로젝트가 진행 중이다.

지열과 수력은 기후의 영향을 받지 않고 안정된 전력을 공급할 수 있는 이점이 있다. 한편 태양광과 풍력은 기후에 따라 출력이 변동하기 때문에 지역의 송배전 네트워크를 흐르는 전력을 불안정하게 만드는 문제가 있다. 큐슈전력이 전국에서 처음으로 재생가능 에너지의 발전설비 접속을 보류하였다. 앞으로도 큐슈의 태양광과 풍력은 제약을 받을 것이다. 특히 문제가 되는 것은 낙도이다. 전력 수요가 작기 때문에 태양광 및 풍력에 의한 출력변동의 영향이 클 것이다. 가고시마현의 낙도 중 타네가시마(種子島)를 비롯한 5개 섬에서는 새롭게 재생가능 에너지의 발전설비를 접속할 수 없는 상태이다.

큐슈전력은 2010년부터 축전지를 사용하여 태양광 및 풍력의 출력변동을 억제하는 ‘낙도 마이크로그리드 시스템’의 실증시험을 8개의 섬에서 실시하였다. 각 섬에 설치한 태양광 및 풍력발전설비에 축전지를 병설하여 화력발전의 전력과 조합시켜 수급균형을 제어하는 시도이다. 그 중 하나가 본토에서 남서로 40km 정도 떨어진 장소인 쿠로시마(黒島)에는 태양광과 풍력을 조합시킨 실증시험설비가 있다.

인구가 겨우 200명 정도로 작은 섬에서는 240kW의 화력발전소가 섬 내에 전력을 공급하고 있다. 실증시험설비에는 60kW의 태양광과 10kW의 풍력에 추가로 용량이 322kWh인 축전지를 설치하였다. 화력의 전력을 기초로 기후에 의한 태양광과 풍력의 출력변동을 축전지로 흡수한다. 그리고 야간의 태양광 전력을 축전지에 충전하여 야간에 방전하는 피크이동도 실시하고 있다.

본토에서도 동일하게 축전지를 사용하여 전력을 제어하는 ‘스마트그리드 실증시험’이 2013년에 시작되었다. 시험장소는 2군데이며 그 중 1군데는 화력발전소와 원자력발전소가 있는 사츠마센다이시이다. 시내의 중학교 부지를 이용하여 낙도보다 규모가 큰 설비로 실증시험을 실시하고 있다. 태양광발전은 사업용인 250kW 이외에 가정용인 4kW의 패널 7장을 방위 및 각도를 바꾸어 설치하였다. 축전지 용량은 사업용이 70kWh(출력 100kW)로 가정용이 10kWh(출력 3kW)×6대의 구성이다. 이 실증시험 설비와 시내의 230세대에 설치한 스마트미터를 조합하여 전력 안정화를 도모한다.

그림 1. ‘신소기발전소’의 소재지와 폭포의 흐름(상), 소수력발전설비의 설치상황(하)
그림 2. 소수력발전시설
그림 3. 스마트그리드 실증시험의 실시 이미지(상), 사츠마센다이시의 실증시험장(하)

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 12일]