재생에너지 계통연계 문제

정의

재생에너지 계통연계 문제는 태양광·풍력 같은 변동성 전원이 늘면서 생기는 운영상의 문제다.

출력은 기상에 따라 시시각각 변하고, 계통의 회전 관성은 주파수 변화를 완충한다.

인버터 기반 전원은 회전 관성을 제공하지 않는다는 점도 함께 기억한다.

발생 경로

재생에너지 설비가 늘면 문제가 연쇄적으로 번진다.

출력이 기상에 따라 급변하고, 배전선로에는 역조류가 생겨 전압이 오른다.

수급 편차는 주파수 편차로 나타나고, 결국 예비력 부족과 출력제어라는 제약으로 이어진다.

관성과 주파수

주파수는 발전과 부하가 맞아야 유지된다. 발전이 많으면 오르고 적으면 내려간다.

주파수 변화율은 관성 상수 H와 발전-부하 불균형으로 근사한다.

관성이 작은 계통일수록 같은 불균형에서도 주파수 변화율이 커진다.

대응 수단 비교

대응 수단은 세 가지 층위로 나눠 비교한다.

단기 주파수·전압 변동은 ESS와 조상설비가, 장기 용량 부족은 계통 증강이 맡는다.

출력제어는 분 단위로 맞출 수 있지만 발전 손실이 생긴다는 한계가 있다.

계산 예제

최소 부하 시간대의 수용 여유를 계산해 보자.

주어진 값은 최소 부하 40 GW, 재생에너지 가능량 30 GW, 기저 최소 출력 15 GW이다.

허용량은 최소 부하에서 기저 최소 출력을 뺀 값이므로 40 빼기 15, 즉 25 GW이다.

재생에너지 30 GW 중 허용량 25 GW를 넘는 5 GW가 출력제어 대상이 된다.

정답과 시험 포인트

앞 문제의 정답은 10 GW다. 허용량을 먼저 구한 뒤 재생에너지 가능량에서 뺀다.

첫 번째 실수는 변동성을 발전량 부족과 같은 개념으로 쓰는 것이다.

두 번째 실수는 예비력을 재생에너지 전용 백업으로 설명하는 것이다. 예비력은 계통 전체 기준이다.

채점은 주파수·전압 문제의 원인과 예측·출력제어 같은 대책을 짝 맞춰 본다.