국내서 ‘대규모 풍력발전기’ 시험평가 수행 가능해져
글로벌 신재생에너지 용량이 300GW에 육박하고 있다. 태양광과 풍력을 중심으로 재생에너지 시장이 급격하게 확대되고 있다. ‘대한민국 2050 탄소중립 달성을 위한 부문별 전략 및 정책개발 연구(2020)’에 따라 2050년도 국내 총 전력량은 819TWh로 예상하며 이 중 풍력발전은 240.9TWh를 담당한다. 이는 총 전력량의 약 29%에 해당하는 수치다.
특히, 탄소중립 달성을 위한 전 세계적 풍력산업의 성장 속도가 가파르다. 국내 풍력산업의 성장을 위해서는 끊임없는 기술 개발뿐만 아니라, 풍력발전의 신뢰성을 담보할 수 있는 객관적인 평가인증체계가 필요성이 대두되고 있다. 이러한 가운데 국내 연구팀이 세계 최대규모 및 국내 최초 시험장치와 평가기술을 개발해 풍력발전 보급에 탄력을 더할 것으로 기대되고 있다.
한국에너지기술연구원 전력시스템연구팀 김병기 박사 연구팀은 세계 최대 용량의 풍력발전기를 평가할 수 있는 12MVA급 저전압·고전압 보상기능 시험평가 장치를 개발하고, 국제 표준에 부합하는 IEC-61400-21-1 기반 계통연계 시험평가 기술을 국내 최초로 개발했다고 9일 밝혔다.
계통 전력선에 낙뢰, 외물 접촉 등 사고에 의해 전압이 순간적으로 낮아지거나(저전압) 높아지는(고전압) 상태가 발생하면, 전력계통에 연결된 풍력발전기는 가동이 중단되고 악화 시 전력수급 불균형으로 정전을 초래할 수 있다. 2019년 호주 남부에서 발생한 블랙아웃은 재생에너지원이 저전압 상황을 견디지 못해 계통에 탈락되면서 계통 상태를 악화시킨 것이 원인으로 알려졌다.
이에 따라 풍력발전기는 순간전압 상승·강하에 의한 계통 탈락을 방지하기 위해 이상 전압을 보상(극복)할 수 있는 저전압·고전압 보상기능을 보유해야 한다.
이처럼 풍력발전기는 저전압·고전압 보상기능을 반드시 검증해야 하나 국내에서는 저전압·고전압 보상기능을 동시에 평가할 수 있는 현장평가용 시험장비의 보유와 시험평가를 수행할 수 있는 기관이 없었다. 또한 코로나로 인해 해외 기관을 통한 인증 및 시험 활동이 원활하지 못해 국산 풍력발전기의 설비 보급 지연 및 경쟁력확보가 어려운 상황이다.
에너지연 관계자는 “풍력발전시스템의 신뢰성을 평가받기 위해 연구원은 형식시험에 해당하는 평가를 국내에서 인증받을 수 있는 체계를 마련했다”며, “풍력발전기의 출력 및 기계 하중시험을 국산화한 바 있고, 이번 기술개발을 통해 전력품질 시험을 국산화했다”고 설명했다. 이어 “2022년도에는 소음시험분야로 확대함으로써 형식시험을 위한 모든 시험을 국산화할 예정”이라고 밝혔다.
김병기 박사 연구팀은 참여기업인 플라스포와의 협업을 통해 국내에서도 세계 최대 규모의 풍력발전기를 시험평가 할 수 있는 장비와 기술을 개발했다. 계통의 전압이 크게 변동 시 계통으로부터 대규모 풍력발전기의 탈락 현상을 방지하기 위해 풍력발전기 내 탑재된 저전압·고전압 보상기능을 현장에서 평가할 수 있는 시험 장비와 기술을 개발했다.
기존 국내 보유 시험장비는 저전압 보상기능 시험만 가능한 5MVA급 장비다. 이번에 연구팀이 개발한 장비는 저전압·고전압 시험이 동시에 가능하며 용량도 세계 최대 용량인 12MVA로 확장해 향후 국내에 도입되는 모든 풍력발전기의 저전압·고전압 보상기능 시험이 가능하다.
더불어 시험장비는 단권변압기형태로 개발해 컨테이너 1대로 콤팩트하게 구성됐으며 반영구적으로 사용 가능해 기존 시험장비의 단점을 보완했다.
이에 더해 연구원은 IEC-61400-21-1 기반 계통연계 적합성 시험평가에 관련한 시험장비 보유 및 시험평가 능력을 인정받아, 저전압·고전압 보상기능시험을 포함하는 계통연계 적합성 시험을 위한 KOLAS인정서를 획득했다.
연구팀 관계자는 “개발한 장비와 기술을 통해 올해부터는 풍력발전기의 계통연계 적합성 시험을 국내에서도 진행할 수 있는 체계를 구축했다”며, “이에 따라 국내 풍력발전기 회사들의 해외인증 및 형식시험 시 장기간 소요됐던 기간 단축과 풍력발전 기술 보호에 기여할 것으로 기대된다”고 전했다.
한편, 연구원은 지난 8일, 전남 영광 백수읍 풍력실증사이트에서 한국에너지기술연구원 원장, 한국에너지기술평가원 원장, 산업통상자원부 재생에너지산업과 사무관, 플라스포 대표, 대한전기협회 부회장, 국내 풍력발전기 제작사 및 관계자가 참석한 가운데 연구성과 발표회를 가졌다.
성과발표회를 통해 김종남 원장은 “세계 최대 용량의 12MVA 저·고전압 시험장비와 계통연계적합성 시험평가 기술은 우리나라가 주도하는 탄소중립이 실현될 수 있도록 향후 풍력발전의 대형화 및 신재생에너지 보급 확대에 기여할 것”이라고 말했다.
연구책임자인 김병기 박사는 “개발한 장비와 시험평가 기술로 대단위 풍력발전단지 건설에 필요한 대형 풍력발전기를 대상으로 시험을 진행할 예정”이라며, “올해 개발되는 8MW급과 개발예정인 10MW급 이상의 국산 풍력발전기, 그리고 대규모 신재생에너지원에 대해서도 현장시험평가를 수행할 예정”이라고 말했다.
