대용량 회전기기 제어에 대한 기술자립으로 산업 경쟁력 확보
[일렉트릭파워 이재용 기자] 한전 전력연구원(원장 이중호)은 산업부에서 추진 중인 '재생에너지 확대 대응 전력계통 관성자원 기술개발 사업'의 일환으로, 동기조상기 운전의 핵심 설비인 구동 및 회생용 전력변환 시스템 개발에 착수했다.
최근 탄소중립 등 에너지 전환 정책 추진에 따라 석탄화력 발전은 감소하고 재생에너지가 증가하고 있는 추세다. 그러나 재생에너지는 바람이나 햇빛의 강도 등의 자연환경에 의존하므로 출력의 변동성이 높고, 예측이 어려운 특징으로 인해 전력계통의 안정도가 낮아지는 문제가 존재한다.
동기발전기는 회전하는 기계 동력을 전기에너지로 변환하는 발전기로, 계통에 전력을 공급하고 관성을 제공해 계통의 안정성을 높인다.
전력연구원은 석탄화력 발전소 중 일부가 폐지될 경우 부족해진 관성을 대체하기 위해, 폐지 예정인 동기발전기를 동기조상기로 용도전환해 관성을 제공하는 연구를 준비하고 있다. 이를 대비해 동기발전기 제어에 필요한 수십 MW급 계통 안정화용 동기조상기 구동/회생용 전력변환 시스템의 개발에 착수했다.
동기조상기는 계통에 무효전력을 공급해 전압을 조정하고 역률을 개선함과 동시에, 로터(전동기‧발전기 등 회전기의 회전하는 부분)의 회전을 통해 저장된 운동에너지(관성)를 제공하는 장치다. 전력계통에서 주파수가 급락하는 등의 문제(과도상태)가 발생하면 동기조상기가 빠르게 응답함으로써 계통의 불안정 문제를 효과적으로 해결할 수 있다.
재생에너지가 계통에 많이 유입될 때는 동기조상기를 구동시키나, 재생에너지의 발전이 낮은 시간대에는 동기조상기를 정지시키게 된다.
현재 대용량 동기조상기의 정지를 위해선 기계적인 방법만을 사용하고 있다. 기계적인 방법과 대비되는 회생제어는 최근 전기차의 사용으로 인해 많이 알려진 개념으로, 운동에너지를 전기에너지로 다시 회수해 회전하는 로터를 신속하고 안정적으로 정지시키는 기술이다. 동기조상기의 회생제어를 통해 에너지를 절감하고, 기계적인 마모를 감소시켜 기대수명을 증가시킬 수 있다.
전력연구원은 동기조상기 운전을 위한 핵심 기술인 구동/회생용 전력변환 시스템을 개발해 실용화함으로써 탄소중립과 에너지전환 사업에 기여하고자 한다.
현재 동기조상기 구동/정지 시의 핵심 설비인 수십 MW의 대용량 전력변환장치 기술은 전량 외산(ABB, GE 등)에 의존하고 있어 고장 시 신속한 대응이 어렵다.
전력연구원은 대용량 전력변환장치를 100% 자체 기술로 개발해 계통의 불안정을 해소하고, 외산보다 우수한 품질 및 가격경쟁력을 확보해 해외시장 진출을 도모하고자 한다고 밝혔다.
전력연구원 관계자는 “대용량 동기조상기 구동/회생용 전력변환장치의 개발을 통해 증가하는 재생에너지에 대응해 전력계통의 안정성을 확보함으로써 국가 탄소중립 정책에 기여하겠다”고 말했다.
