청정에너지 및 온실가스 배출저감 이슈대두, RPS 제도도입 등으로 인해 신재생발전, 특히 풍력발전이 화석연료를 사용하는 기존 발전 수단을 대체할 수 있는 대안으로 등장하고 있는 가운데, 국내 연구진이 대용량 풍력발전단지에 적용할 수 있는 운영제어시스템 개발에 성공했다. 풍력발전단지 내 개별 풍력발전기 및 에너지저장장치(ESS)를 이용해 풍력발전단지의 유·무효 출력을 순시적 제어하는 상위 통합제어장치를 개발한 것으로 대용량 신재생전원의 안정적 보급 확대에 크게 기여할 것으로 기대된다.

미래부 국가과학기술연구회(이사장 이상천) 산하 전기전문연구기관인 한국전기연구원(원장 박경엽) 김종율 박사팀(차세대전력망연구본부)은 최근 100MW 이하 규모 풍력발전단지를 통합운영할 수 있는 운영제어시스템을 개발하고, 상용화를 위한 풍력발전단지 실증적용 연구를 본격 추진한다고 25일 밝혔다.

이번 풍력발전단지 운영제어시스템 개발은 국내 최초다. 세계적으로도 2010년경에야 해외 선진 풍력발전업체에서 관련 제품이 출시됐다. 최근 점점 진화되는 풍력발전단지 연계·운영 기술조건에 맞춰 세계 선진업체들과의 경쟁을 위한 국산기술을 확보했다는데 의미가 있다.

현재 전 세계 풍력발전 도입 용량은 지속적으로 증가하고 있으며, 기술적으로는 대형화·집중화된 형태로 전력계통에 연계되고 있다. 그러나, 전력계통 운영관점에서 볼 때, 기상상황에 따라 불규칙하게 전력을 생산하는 풍력발전의 증가는 전력계통의 안정성을 저해할 수 있는 하나의 불안요소가 될 수 있다. 따라서, 각 국가별로 풍력발전의 전력계통연계와 관련해 엄격한 계통연계기준(Grid code)를 마련하고 있고, 이 규정 중 풍력발전단지의 유·무효 출력을 기존 대형 발전기처럼 계통운영자의 급전지시에 따라 임의로 제어할 수 있는 능력을 구비하도록 하는 규정이 부각되고 있다. 또한, 에너지저장장치 기술의 비약적 발전에 따라 태생적으로 간헐적 발전특성을 가지는 풍력발전에 에너지저장장치를 연계하여 함께 운영하는 방안에 대한 요구가 높아지고 있다. 즉, 에너지저장장치를 풍력발전에 연계하고, 불규칙한 발전특성을 완화할 수 있도록 에너지저장장치를 충·방전시켜 전력계통에의 악영향을 최소화하는 방안이다. 현재 미국 캘리포니아주와 제주도 등 대단위 풍력발전단지를 추진하는 국내외 지역에서 활발히 논의되고 있다.

이와 같은 기술적 요구사항을 만족시키기 위해서는 발전단지내 개별 풍력발전기와 에너지저장장치를 이용하여 풍력발전단지의 유·무효 출력을 순시적으로 제어하는 상위통합제어시스템이 필요하다. 이러한 시스템인 풍력발전단지 운영제어시스템을 한국전기연구원(KERI)이 개발 성공한 것이다. 개발된 운영제어시스템은 전력거래소의 급전지시 명령이행, 에너지저장장치를 활용한 풍력발전단지 상시 출력변동율 제한 및 시간대별 REC 가중치 규정 등을 만족할 수 있는 제어기능을 구비하고 있다.

현재 국외업체는 자사의 풍력발전기와 연동하여 제어할 수 있는 운영제어시스템을 제품화하여 판매하고 있으나 국내의 경우 아직 운영제어시스템에 대한 기술개발이 미진한 상황이다. 국내업체가 향후 국외 요소기술을 아웃소싱하여 제품을 개발할 경우, 운영제어시스템의 기술 독립화가 불가능한 상황이다. 그러나 이번 운영제어시스템의 국산화로 국내 SI업체, 중전기기업체 등에 대한 기술이전을 통해 국내 풍력발전단지 운영제어기술 자립화에도 기여할 수 있게 됐다. 풍력발전기와 더불어 에너지저장장치까지 동시에 통합제어할 수 있어 시스템 비용저감과 동시에 제어효율성도 크게 높일 수 있다. 또한 전력거래소 풍력 통합운영시스템과의 연동운전으로 안정적 계통운영이 가능해져 풍력발전 한계용량 증대를 통한 대용량 신재생전원의 안정적 보급 확대에 기여할 것으로 예상된다.

KERI는 현재 장기적인 관점에서 미래 유망 전략기술을 선정해 중점적으로 지원하는 탑다운(Top-down) 연구사업을 시행하고 있다. 이번 연구성과 역시 김종율 박사팀이 2012년부터 3년간 수행된 탑다운 연구과제에서 도출됐다. 김 박사팀은 이번에 개발된 시스템의 상용화 및 실용화를 위해 실증연구를 추진하고 있다. 현재 제주도내 풍력발전단지를 대상으로 실적용을 협의 중이다.

한편, KERI는 이번 연구개발 관련해 지난 11월 12일 창원 본원 강당에서 ‘풍력발전단지 운영제어시스템 워크숍’을 개최하고 전력거래소, 한전, 중전기기업체 등 100여명의 유관기관 관계자들과 열띤 토의의 장을 마련했다. 이날 워크샵은 발표 및 패널토의 세션으로 진행되었으며, 발표세션 첫 발표를 주제한 전력거래소 조종만 전무는 “풍력발전의 도입용량 증대로 인해 계통운영자 입장에서는 전체 풍력발전단지를 통합운영하는 방안이 필요할 것으로 전망되고, 이를 위해서는 풍력발전력 예측, 풍력발전단지 운영제어시스템 기술 등 관련 기술의 병행연구가 반드시 필요하다”고 밝혔다. 이 밖에도, 전력거래소 제주지사 김영환 부장은 제주도 풍력발전단지 통합운영 세부추진 계획을 발표했고, 제주도청의 장영진 신재생에너지담당 사무관은 제주도의 풍력발전용 에너지저장장치 의무설치 조례 제정관련 추진현황을 설명했다.