문재인 정부의 2030년 신재생에너지 전력생산 비중 20%의 목표 달성을 위해서는 정책적인 부분도 중요하지만 기술적 부분도 함께 검토되지 않으면 안 된다.
그동안 우리나라 신재생에너지 산업의 발전 경로를 보면 창의적인 밑그림을 그리기보다, 설계의 경우 그려진 밑그림을 받아서 또는 베끼고 또 모르는 사람들끼리 모여서 빠르고 덤핑(dumping)으로 실행하는 모델이어서 그동안 시행착오를 축적할 필요가 없는 구조였는지도 모른다.
이제 한국전력공사도 신재생에너지 산업에 뛰어든다면 국제 경쟁력을 키우기 위해서라도 달라져야 한다.
하나의 예로 분산형전원에서 단독운전방지기능과 독립운전에 대한 부분이 있는데, 태양광발전이나 풍력발전, 그리고 요즘 에너지저장장치(ESS) 등 분산형전원을 상용전원(한국전력공사계통)에 연계할 경우, 발생될 수 있는 문제점으로 사용전원이 정전되었을 때 각종 분산형전원이 전력계통에 역송전 되는 것을 방지하기 위하여 전기설비기술기준 제72조(비상용예비전원의 시설)과 판단기준 제283조(계통연계용 보호장치의 시설)와 계통연계기준에서도 이를 명확히 규정하고 있다.
태양광발전시스템이나 ESS 등이 계통에 연계하여 운전하고 있는 상태에서 어떤 원인으로 계통전원 측과 분리된 경우, 계통측의 부하가 인버터의 출력과 거의 동일할 경우에는 인버터의 출력전압은 변화하지 않는 조건으로 되어 버리기 때문에 전압 및 주파수계전기로서는 계통측의 정전상태를 감지해 낼 수 없는 상태가 되어 버린다.
이 때문에 계속해서 태양광발전시스템으로부터 계통 측으로 전력을 공급할 가능성이 있으며, 이와 같은 상태의 운전을 '단독운전'이라고 정의하고 있다.
단독운전이 발생하게 되면, 배전계통의 보수점검자에게 감전위험을 초래하기 때문에 어떻게 하든지 인버터 등을 정전시킬 필요가 있다.
단독운전 상태에서는 앞에서 설명한 봐와 같이 전압계전기(OVR, UVR), 주파수계전기(OFR, UFR)로는 보호가 불가능하게 된다. 그러므로 단독운전 상태를 검지해 인버터를 안전하게 정지시킬 단독운전방지 대책을 갖추어야만 한다.
현재까지 알려진 대책으로서는 수동적방식과 능동적방식이 있다.
수동적방식이란 연계운전에서 단독운전으로 이행시의 전압파형 및 위상 등의 변화를 감지하여 인버터를 정지시키는 방법을 말하며, 능동적방식이란 항상 인버터에 변동요인을 인위적으로 주어서 연계 운전 시에는 그 변동요인이 출력에 나타나지 않고, 단독운전 시에는 이상이 나타나도록 하여 그것을 감지해 인버터 등을 정지시키는 방식을 말한다.
수동적 방식에는 전압위상도약검출방식, 제3고조파검출방식, 주파수변화율검출방식 등이 있으며, 검출시한은 0.5초 이내 유지시간은 5초~10초 정도다.
능동적 방식에는 주파수쉬프트방식, 유효전력변동방식, 무효전력변동방식, 부하변동방식 등이 있으며, 검출시한 역시 0.5초~1초 정도 된다.
그리고 계통연계운전 시 역조류 운전을 수행할 경우, 수전점(연계점)의 전압이 상승하여 전력회사의 전압적정운전범위를 벗어나게 될 가능성이 있다.
이에 대한 방지대책으로 자동전압조정기능을 갖게 하여 전압의 상승을 억제할 필요가 있는데, 이에 대한 제어방법에는 진상무효전력제어와 풀력제어 방식을 사용하고 있다.
또한 독립운전기능이 있는데, 계통과 연계운전 상태에서 계통의 정전을 감지하여 계통과 분리된 상태에서 자기부하(구내부하)만 정전압 정주파의 전력을 공급하게 하는 기능을 말하는데, 이 경우 축전지를 갖는 경우와 갖지 않는 경우로 구분할 수 있는데, 대부분의 시스템의 신뢰성상 축전지를 갖는 구조로 하는 경우가 많다.
여기서 중요한 점은 기존의 전력계통과 분산전원을 연결하는 데 필요한 인터페이스설비로서, 계통연계보호장치(보호계전장치, 차단기, 개폐기), 변압기(전력변환장치의 경우, 직류의 교류측에로의 유출방지), 품질보상장치(필터, 역률보상장치), 측정설비(전압, 전류, 주파수, 전력, 전력량)구성 된다.
즉, 기계적인 차단장치로서는 수전점(또는 연계점), 발전설비 출력단, 발전설비연락지점, 모선연락지점 등을 고려해야 한다.
계통연계보호장치는 분산형전원의 고장 또는 계통의 사고 시, 사고의 신속한 제거와 사고범위의 국한화 등을 목적으로 설치하는 보호장치이기 때문에 이를 유념해야 한다.
품질보상장치, 측정설비, 절연변압기 등의 각각의 특성과 적용범위를 면밀히 검토하여 적용하여야 한다.
최근에 마이크로그리드의 적용이 늘어남에 따라 ESS 등 분산형전원의 상용전원 계통연계 시 단독운전방지기능과 독립운전기능에 대하여 충분히 검토하여 2차 사고가 발생하지 않고 안정적으로 공급할 수 있도록 해야 할 것이다.
특히 앞으로 비상용예비전원을 겸하는 전기저장장치(ESS)의 폭넓은 적용을 위해서는 평상시는 병렬운전이 가능하고, 상용전원의 정전 시 상용전원측으로 전력이 공급되지 않도록 해야 하며, 독립운전은 가능하도록 해야 하기 때문에 이에 대한 특별한 시스템 구성이 전기적으로나 기계적으로 완벽하게 구성하는 기술이 필요하다.
여러가지 중 하나의 예이지만, 설계나 시공, 감리 시 꼭 검토되어야할 부분이다. 축적된 기술이 필요하다. 즉, 기술이 축적된 고수가 설계를 해야한다는 뜻이다.
이런 과정을 거쳐 문재인 정부가 하고자 하는 2030년 20%의 고품질의 신재생에너지 목표 달성을 기대해 본다.