흥미돋 신재생에너지는 많은 것을 고려해야한다 - 신재생에너지를 위한 수많은 신 기술들에 대하여

[흥미돋는글]

출처 : https://www.fmkorea.com/8512103304

전편 1: 오리 한 마리가 전력 시장에 나타났다? - 태양광 발전의 리스크 : 덕커브(Duck Curve)

전편 2 : 전기차를 충전기에 꼽았더니 돈이 벌린다? - 쌀먹왕 전기차 V2G(Vehicle to Grid)

오늘은 여러가지 신재생에너지가 많아진 계통에 필요한 기술들을 설명하고자 합니다. 

우선 글 서두에 제 입장을 쓰자면 

조심스럽지만 저는 원전이 답이다도 아니고 태양광이 답이다도 아니라
어느정도 균형을 잡아야 해서 적절한 에너지 믹스를 진행해야한다는 입장을 가지고 있고, 

이 글에서는 신재생에너지가 많아진, 그리고 더 많아질 계통에 필요한 기술들을 그냥 공돌이 입장에서 한번 정리해보고자 합니다.

신재생에너지엔 수 많은 추가적인 설비들이 필요하기때문에 말이죠 

레쓰고

한번 기존 발전기들에 대해 먼저 이야기 해볼게요 

기존 발전기들을 생각하면 뭐 부터 생각나세요?

화력? 

원자력? 

이 모든 발전기들은 하나의 원리를 담고 있어요

그리고 우리가 현재 연구중인 핵융합 발전도 마찬가지입니다. 

이 모든 것은

물을 끓이기 위해서 입니다. 

물을 끓여 터빈을 돌리기 위한 목적을 가지고 있어요

이를 주로 동기발전기라 부릅니다.

터빈을 돌린다 << 여기에 우리는 주목을 해 볼 필요가 있습니다.

전기에는 유효전력과 무효전력이 있어요 

유효전력은 쉽게 우리가 소비하는 전력이라 생각하면 되고 

무효전력은 일종의 전압 유지와 모터를 돌리는데 쓰는 전자기장에 쓰인다 생각하시면 되요 

그리고 이 무효전력은 전류의 위상을 결정합니다 

위상은 쉽게 어느정도 신호가 밀렸는지 

위의 사진에서 서로 다른 색깔의 전류파장은 각각 위상차이가 있다고 생각하시면 쉬워요 

평행이동이라 해야하나?

정확한 설명은 아니지만 설명하기 쉬운 개념도 아니라서 약간 뭉개서 설명했습니다.

이해를 못하셨다면 제 잘못입니다.

아무튼 무효전력은 장거리 송전에서 매우 필수적인 역할을 합니다. 모터를 돌리는데도 영향이 크고요 

중간 설명은 끝났으니, 다시 터빈으로 돌아가 보겠습니다.

이전 시간에 주파수에 대해 이야기를 해봤어요 
3편에서 말이죠 

약간 다시 설명을 해보자면 

아래의 주황색 그래프가 스페인 정전시에 주파수 하락 그래프입니다.

저렇게 주파수가 떨어지면 발전기가 계통에서 떨어져 나가면서 정전이 일어날 수 있어요 

동기발전기는 다른 발전기들이 고장나도 잠시동안 주파수를 유지시켜줍니다.

어떻게요?

아까 중요한 부분 터빈을 돌린다 라고 했죠?

돌아가는 터빈은 뭘 가지고 있어요?

관성을 가지고 있어요

이 관성은 잠시동안 주파수를 복원시키는 방향으로 복원력을 가해줍니다.

하지만 재생에너지는 대부분 인버터 기반이기에 저러한 관성이라는 것이 존재하지 않아요.

인버터기반을 굳이 이해하실 필요는 없고 관성이 없다가 중요한거에요 

관성이 없으면 만약에 몇몇 발전기가 고장났을 때, 주파수를 복원할 시간을 벌어줄 수 있을까요?

아니요

그러면 전력시스템에 재생에너지가 많이 들어오면 어떤일이 일어날까요?

저 복원력이 떨어져서 대정전이 일어날 가능성이 높아져요

또한 재생에너지는 고장시에 나 고장났어요!

하는 신호인 고장전류를 계통에 매우 약하게 보내주기에,

이를 탐지하기도 쉽지 않아요

고장난걸 모르면 어떻게해요?

못 고치죠?

어디서 뭐가 고장이 났는지 알기가 힘들어요

계통에 문제가 생겨도 뭘 할 수가 없어요 

그러면 이제 저 문제를 해결해야겠죠?

여러가지 방법이 있어요 

우선 동기조상기라는 것을 설명해드릴게요 

사진출처: 에너지 데일리 

동기조상기는 쉽게 발전을 하지 않는 발전기에요 

계통에 연결해서 돌리기만 해도, 계통이 안정적으로 전기를 쓸 수 있게 해줘요.

무효전력 그리고 관성을 제공하여 전압을 유지하는데 도와주고, 계통의 안정성을 높이는 역할을 합니다.

문제는 얘가 좀 비싸고, 기술자립화가 잘 되어있지 않아요.

자세한 설명을 하긴 좀 어렵고, 우리나라가 동기조상기 기술이 매우 약합니다.

그래서 해외에 의존을 많이 해야해요. 
저 친구도 워낙 큰 용량을 필요로 하다보니까 실질적으로 설치하는데 비용이 ESS정도로 꽤나 높습니다.

이번엔 STATCOM에 대해 언급해보려해요 

앞선 동기조상기는 동기발전기와 비슷한 느낌입니다.

하지만, 이번에 언급할 STATCOM은 인버터기반, 그러니까 전력전자 기반의 기술입니다.

사진 출처 : 도시바

얘도 쉽게 설명하면 무효전력을 공급하는 시스템입니다. 그러니까 동일하게 전압 유지와 계통 안정화에 역할을 하죠 

한국에서는 LS Electric, 효성 중공업등의 기업들이 자체 기술을 가지고 있습니다. 정말 다행이죠

다만, 이 기술은 아직 초창기라 볼 수 있습니다.

특히 한국에서는 더 말이죠 

독일, 미국(GE)등 여러 국가들이 개인적으로는 한국에 비해 많이 앞선 기술을 가지고 있는 분야라 생각하지만, 이러한 분야들은 대부분 안보등의 문제로 국내 제품 위주로 사용한다는 것을 고려하면, 꽤 성장가능성이 있다고 생각합니다.

여기에 ESS를 연결해서 유효전력까지 보급하는 Enhances Statcom이 존재하지만, 더 설명을 하기엔 어려운 개념이 될테니 

이런게 있다 정도만 알아두시면 좋을 것 같아요.

이번엔 Grid Forming을 말해보려고 해요 

그리드 포밍 회사 이름 아니냐고요?

한국 그리드 포밍이라는 회사가 있긴 한데....

그건 아니고 기술이름이에요 

조선일보 https://www.chosun.com/international/china/2025/05/18/3OIYN6IJUVHQVFPBFI5BCBRZNY/

이 기사를 기억하시는 분들이 있나요?

제가 이 기사를 가져온 이유는 저 기사에 있는 인버터라는 단어 때문입니다. 

그리드 포밍은 특수한 인버터 기술을 필요로 하기 때문이죠.

인버터가 스스로 주파수를 만들어서 신재생에너지에 일종의 관성을 만들어주는 기술입니다.

이 친구는 앞에 언급되었던 다른 기술들과 다르게 자체적으로 관성을 제공하지 않고, 신재생 발전기와 연결해서 작동합니다.

이 기술도 국산화가 어느정도 되어있는 기술이죠.

이건 제 사견입니다만,

문제는 이 기술은 커다란 약점을 좀 안고 있어요 

사실 기술의 문제는 아니라고 보는데, 시장의 문제죠 

우선은 기존에 있는 태양광 발전기에 저걸 달 방법이 크게 없어요 

사실 지금 계통에 있는 발전기는 매우매우 많습니다

근데 대다수의 발전기에 저걸 달 방법이 쉽지 않아요 

그리고 이제 신규 발전사업자들 입장에서는 저 인버터가 꽤 비쌉니다.

이게 무슨말이냐? 

저걸 시행하고자 하면 반대가 꽤나 강력할 거란 말이죠?

그리고 한국의 대부분의 인버터 제작 회사들은(자체 인버터 제작 기술을 가지고 있는)

그리드 포밍을 위한 인버터 제작기술을 보유하고 있지 않습니다.

안그래도 중국에 시장을 뺏기는 와중에 저것마저 강제하면 이제 중소기업들은 죽는다는 말이 나올거고 

이러한 문제로 인해 정치적인 반발이 강할 것이라 생각합니다.

그리고 1편 덕커브에 언급했던 ESS가 있습니다. 이 친구는 많이 아실거에요?

TV 토론에서도 많이 봤잖아요?

워낙에 신재생에너지의 전력공급이 불안정하다 보니 ESS도 꽤나 중요한 기술입니다.

그리고 ESS보다 어떤 의미로는 강력한 배터리

슈퍼캐퍼시터가 있습니다.

공돌이들은 어느정도 알텐데 

슈퍼캐퍼시터는 마이크로 나노패럿이나 패럿이 아니라 패럿단위를 사용합니다

매우 강력한 축전기에요 

이 분야에서 매우 기술이 뛰어난 에스토니아였나?의 스켈레톤 사의 전력시스템용 슈퍼캐퍼시터 입니다. 

저런식으로 축전기를 엄청나게 많이 연결하는 방식을 가지고 있습니다.

이 기술은 굳이 따지자면 ESS와는 조금 다른 역할을 전력시스템에서 합니다

다시 스페인 정전 자료를 가져오면 20초에서 21초에 급격한 주파수 하락이 있었죠

저 때 기존 발전기들이 많이 떨어져나가서 관성 자체가 급격하게 떨어졌단 말이죠?

이러한 상황에서 매우 강력한 순간적인 출력으로 수 초간 보조해서 

다른 보조기기들이 켜질때까지 시간을 벌어주는 

매우 짧고 매우 강한 출력을 냅니다.

저러한 강력한 출력을 분단위까진 유지하지 못하지만, 짧은 시간에서의 폭발력 만큼은 강력합니다.

그리고 ESS에 비해 화재 위험도 적고요 

이 또한 LS 일렉트릭 등의 회사가 자체기술을 어느정도 보유하고 있는 것으로 알고 있습니다.
이 분야의 스켈레톤 테크놀로지스는 에스토니아의 회사인데, 에스토니아를 무시하는 것은 아닙니다만, 우리도 할 수 있지 않을까요?

위에 언급한 기술에 있어 현재 선도하는 회사들은 대부분 미국 일본 독일에 있습니다 

하타치라던지 GE라던지 지멘스라던지 말이죠.

저러한 수 많은 기라성 같은 회사들 사이에 한국도 한 자리를 당당히 차지하게 되면 좋겠네요.

솔직히 가능해보이는 기술들이 몇 있거든요.

[이직이직]

이제서야 이런글이 나오는구만 ㅠ 타이밍상 지난정부때 빨리 가닥잡았어야했는데 다들 알다시피 일안하고 소중한 시간만 보내버렸어... 굥 탄핵정국부터 대선전까지 기사 많이나더라

[사랑과 정의의 이름으로]

관성이 있고 없고 차이가 크구나 보조해주는 장비가이렇게 많이 필요하다니 신기하다... 국내에서 관련 기술 계속 연구하려면 정말 지원이 많이 필요하겠네 부족한게많아보여

[Paeonia lactiflora]

근데 한국은 지금 찬밥 더운밥 가릴 처지가 아니라더라. 윤석열이 무조건 문재인 반대만 하느라 신재생 에너지를 완전 놓아버려서, 신재생 발전 비율이 동남아 국가보다 낮다고 함;;; 지금 한국은 뭐 신재생은 불안전하니 이런거 따질 상황이 아니라(애초에 비율이 너무 낮아서 불안정하지도 않다고 함....) 무조건 비율 늘려야 하는 상황이라던데. 결론은 윤석열 ㄱㅅㄲ.....

이왕 지금부터 하는거 본문 같은 보조 기술도 같이 투자하면 좋을거 같음 할일이 너무 많아....

[제린]

윤 뽑아놓고 멈춰버린 시간 속에서 현재 생성된 재생에너지 생태계가 새로운 신기술을 받아들일 수 있는 기반이 되는지도 따져봐야 하는군… 기술이 발전하는 것도 그 기술이 퍼져나가는 것도 적절한 조율이 필요한데 멈춰있다시피하고..ㅠ 외국에서 치고들어올 것도 생각하면 고민 많이 된다 하 글 다시 정독할게 진짜 흥미돋이다 너무 고마워~!!