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한전, MW급 전력변환 시스템 개발 추진

기사승인 2022.06.29  17:09:20

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- 동기조상기의 안정적 운전...재생에너지 대응 계통안정성 향상

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 추세이다. 그러나 재생에너지는 바람이나 햇빛의 강도 등의 자연환경에 의존하므로 출력의 변동성이 높고, 예측이 어려운 특징으로 인해 전력계통의 안정도가 낮아지는 문제가 있다.

동기발전기는 회전하는 기계 동력을 전기에너지로 변환하는 발전기로, 계통에 전력을 공급하고 관성을 제공하여 계통의 안정성을 높인다. 전력연구원은 석탄화력 발전소 중 일부가 폐지될 경우 부족해진 관성을 대체하기 위해, 폐지 예정인 동기발전기를 동기조상기로 용도전환하여 관성을 제공하는 연구를 준비하고 있다. 이를 대비하여 동기발전기 제어에 필요한 수십 MW급 계통 안정화용 동기조상기 구동/회생용 전력변환 시스템의 개발에 착수했다.

동기조상기는 계통에 무효전력을 공급하여 전압을 조정하고 역률을 개선함과 동시에, 로터의 회전을 통해 저장된 운동에너지(관성)를 제공하는 장치이다. 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 위해서는 기계적인 방법만을 사용하고 있다. 기계적인 방법과 대비되는 회생제어는 최근 전기차의 사용으로 인해 많이 알려진 개념으로, 운동에너지를 전기에너지로 다시 회수하여 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 개발하여 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 개발하여 계통의 불안정을 해소하고, 외산보다 우수한 품질 및 가격경쟁력을 확보하여 해외시장 진출을 도모하고자 한다.

전력연구원 관계자는 “대용량 동기조상기 구동/회생용 전력변환장치의 개발을 통해 증가하는 재생에너지에 대응하여 전력계통의 안정성을 확보함으로써 국가 탄소중립 정책에 기여하겠다”고 밝혔다.

남형권 기자 cabinnam@enertopianews.co.kr

<저작권자 © 에너지타임뉴스 무단전재 및 재배포금지>
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