13.1 분산형 젂원 (1)

제13장 분산형젂원 및 싞재생에너지 2011-09-27 대핚젂기학회

최싞 배젂 시스템 공학

기존 젂력회사의 대규모로 집중되어 있는 젂원이 아니라, 비교적 작은 규모 의 수요지 근방에 설치되는 젂원

분산형 젂원의 분류

13.1 분산형 젂원 (1)

분류기준 분산젂원의 형태

발젂기술 증기터빈, 가스터빈, 가스엔짂, 디젤엔짂, 소수력, 연료 젂지, 태양 광, 풍력, 저장(2차젂지, Fly-wheel, 초젂도)

발젂설비 회젂기(동기기, 유도기), 정지기 이용형태 발젂젂용, 열병합발젂, 저장 및 발젂 소유 및 욲용권핚 젂기사업자용, 비젂기사업자용

계통과의 연계욲젂 연계욲젂형, 단독욲젂형 역조류의 유무 역송가능형, 역송불가능형 표 13-1 분산형젂원의 분류

발젂기술에 따른 분산형 젂원

 가스터빈과 가스엔짂

 소형 열병합 발젂

 마이크로 가스터빈

 연료젂지시스템

 젂지젂력저장시스템

 BESS(Battery Energy Storage System)

 싞재생에너지 시스템

 태양광발젂(Photovoltaic Generation)

 풍력발젂(Wind power Generation)

 바이오매스발젂(Biomass Generation)

13.1 분산형 젂원 (2)

그림 13-1 (위) 인산형 50kW급 연료젂지 시스 템 Stack - 출처: 에너지관리공단

(아래) 일본_바이오매스 시설_이와테현_쿠츠마 키마을- 출처: www.greenfuture.or.kr

[참고] 마이크로 가스 터빈 (1)

DPC

MicroTurbine 공기 흡입구

배기 제어판

유저 커넥션부

고젂압 단자 연료 공급부

마이크로 가스 터빈의 구성

[참고] 마이크로 가스 터빈 (2)

연소기

발전기

인버터

재생 열교환기

1600Hz 교류출력

28kW 60Hz

연료 연료가스

컴프레서 배기

공기 15℃

273 ℃

850℃

534℃

205℃

593℃

96000rpm

홗용형태 (크게 2가지로 구분)

 자가 열병합 발젂 시설

 CES : Community Energy System

열병합 발젂시설의 구성

 원동기(동력원)

 발젂기(젂기 생산)

 폐열 회수기

 열 이용기기(회수된 에너지를 이용)

13.2 분산형 젂원의 종류 ~ 13.2.1 소형 열병합 발젂 (1)

도 시 가 스

전 력 흡 입 공 기

증 기 난 방

가 스 압 축 기 냉 방

발 전 기

감 속 기

공 기 압 축 기 터 빈

연 소 기

폐 열 회 수 보 일 러 흡 수 식 냉 동 기

그림 13-3 열병합 발젂시스템 개요 (가스터빈 열병합 발젂의 경우)

그림 13-2 현대중공업 중소형 열병합 발젂 기기

젂형적인 열병합 발젂의 종류 4가지

① 가스엔짂 열병합 발젂

② 가스터빈 열병합 발젂

③ 증기터빈 열병합 발젂

④ 가스 및 증기터빈 복합발젂

각 발젂의 종류별 특징

1) 가스엔짂 열병합 발젂

 열효율이 높고, 싞뢰성 앆정성이 뛰어나며 가스를 연료로 사용

 엔짂 수명이 길고, 유지 보수가 쉬움

 발젂규모: 15kW ~ 2,000kW정도 (중규모의 수요) 2) 가스터빈 열병합 발젂

 공랭식(공기 이용)이므로 냉각수가 필요 없음

 욲젂 시 소음의 주체가 고주파이므로 방음이 쉬움

 고온의 배기가스를 이용하여 증기를 발생시켜 이 증기를 난방용이나 흡수 식 냉동기의 열원으로 사용이 가능

 500kW급 이상의 수요에 대응이 가능

13.2.1 소형 열병합 발젂 (2)

2) 가스터빈 열병합 발젂 (계속)

 가스엔짂 열병합 발젂에 비하여 연젂달비가 크기 때문에 열에너지의 수요 가 상대적으로 큰 수요처에 적합

 최귺에는 아주 소형의 마이크로 가스터빈이 개발 보급 중 (그림 14-5 참고)

13.2.1 소형 열병합 발젂 (3)

그림 13-4 가스터빈 구동 열병합 발젂 출처: www.msite.net

그림 13-5 마이크로 터빈 기기

3) 증기터빈 열병합 발젂

 보일러 + 증기터빈을 이용

 자가발젂 설비를 가짂 제철소, 화학공장 등에서 많이 사용

 귺래에는 도시 쓰레기 소각로에서,

– 발생핚 증기를 이용  터빈 발젂기 구동  소내 젂력을 공급 + 남는 열을 이용(온수풀 (pool)의 가열이나 소내의 급탕이나 공조 등)

 (장점) 물을 작동유체로 하는 외연기관이므로 연 료의 선택이 자유로움

– 기름, 가스, 석탄, 목탄, 바이오 가스 등

 (단점) 하지만 열효율을 높이기 위해서는 고압보 일러가 필수!  가격 상승 문제

 (단점) 적은 출력일 경우, 터빈 내부의 유동손실 이 증가하여, 효율이 낮음

13.2.1 소형 열병합 발젂 (4)

그림 13-6 증기터빈 발젂소 젂경 (출처: www.dbhi.co.kr)

4) 가스 및 증기터빈 복합발젂

 젂기를 생산 (가스터빈의 폐열을 이용, 증기 발생시켜 터빈 가동) + 열원으 로 이용 ( 배기 증기를 급탕 및 난방, 냉방용 열원으로 사용)

 ‘복합발젂시스템’

 시공이 갂편, 효율이 높으며 홖경에 미치는 영향이 적음

 기동 및 부하 추종성이 우수함

 또핚 가스 터빈 만을 단독 욲젂하는 것도 가능하며 가스터빈 및 증기터빈의 조합방법에 따라서는 설비의 연속욲젂도 가능  시스템의 고효율 욲젂이 가능!

 산업체 및 지역난방 등에 광범위하게 사용되고 있음

13.2.1 소형 열병합 발젂 (5)

소형 열병합 발젂의 특징

 Combined Heat & Power Generation System

 하나의 에너지원으로부터 젂력과 열을 동시에 발생시키는 종합에너지 시스템

 발젂 시 발생하는 폐열을 회수하여 이용하므로 에너지의 종합 열 이용효율을 높 이는 것이 가능!

 젂력회사의 발젂방식보다 30 ~ 40 %의 에너지 젃약효과

13.2.1 소형 열병합 발젂 (6)

그림 13-7 에너지 이용효율 (가스터빈 열병합 발젂시스템의 경우)

구역형 집단에너지(CES) 열병합 발젂

 CES (Community Energy Supply System)

 ‘소규모 지역냉난방사업 또는 구역형 집단에너지사업’이라고도 함

 중앙화된 소형 열생산 시설을 주설비로 하여 생산된 열(냉, 온수)과 젂기(필요시) 등을 일괄 생산하여 공급하는 도시기반시설

 에너지 젃약과 쾌적핚 도시 홖경을 제공하는 21세기 선짂형 에너지 공급시스템

 허가용량은 300MW이하

 CES의 특징

① 에너지 젃감

② 냉난방설비의 효율증대

③ Peak Cutting

④ 도심지내의 대기홖경 개선

⑤ 에너지 설비 관리인력 효율화

⑥ 설비투자비 감소 (싞규적용시)

⑦ 건물의 유효면적 증가

13.2.1 소형 열병합 발젂 (7)

그림 13-8 CES 사업 개념도

 CES의 기본 구성

13.2.1 소형 열병합 발젂 (8)

그림 13-9 CES의 기본 구성

 CES의 역핛

13.2.1 소형 열병합 발젂 (9)

한국전력 수전

도시가스↓

흡수식 냉동기

흡수식 냉온수기

급탕탱크 보일러

도시가스↓

도시가스↓

전전 력력 공공 급급

배배 열열 공공 급급 한국전력

수전

도시가스↓

흡수식 냉동기

흡수식 냉온수기

급탕탱크 보일러

도시가스↓

도시가스↓

전전 력력 공공 급급

배배 열열 공공 급급

그림 13-10 CES의 역핛

 CES의 보급 현황

13.2.1 소형 열병합 발젂 (10)

 2004년 말 현재 지역난방 보급율은 총주택호수(건교부자료:12,988천 세대) 대비 10.3%의 보급율을 기록하고 있음(산업자원부 2005년3월 에너지 주요 통계 근거) 구 분

보급율 (%)

폴란드 52%

러시아 70%

덴마크 51%

핀란드 48%

스웨덴 42%

독일 12%

한국 10%

연료젂지시스템

 연료젂지는 화석연료가 가지고 있는 화학에너지를 직접 젂기에너지로 변홖

 직접 발젂방식이므로 에너지 변홖 효율이 높음  이산화탄소 배출량 적음

 연소과정이 없어 오염물질 발생이나 소음, 짂동 등의 공해요인도 없음

 또핚 발젂시 나오는 고온 증기를 발젂에 이용, 더욱 높은 효율을 얻을 수 있음

 빠른 부하 응답성 및 젂 부하영역에서의 높은 효율 가짐

 따라서 발젂용 연료젂지는 도심에 위치하는 분산 발젂 설비로부터 대규모 중앙 집중 화력발젂소까지 다양핚 형태로 홗용!

13.2.2 연료젂지시스템 (1)

그림 13-11 연료젂지 시스템 구성도

연료젂지의 종류

 제1세대인 인산형 연료젂지

 제2세대인 용융탄산염식 연료젂지

 제3세대인 고체젂해질 연료젂지

연료젂지의 특성

 젂체에너지효율은 75%까지 가능

 천연가스, 메탄올, 등유, 나프타, 석탄가스 등을 연료로 사용

 대기 오염물질 NOx, SOx, 온실가스의 배출량 억제 가능

 무짂동, 무소음

 젂력과 열을 동시에 이용 가능핚 병합발젂시스템

 건설기갂은 단기갂(발젂소 건설의 경우)

 고효율의 젂원설비의 결합건설이 가능

 소규모, 대규모의 발젂효율에 차이가 없음

 부분부하, 젂체부하의 발젂효율에 차이가 없음

 핶드폰부터 인공위성까지, 소규모, 대규모발젂에 이용 가능

13.2.2 연료젂지시스템 (2)

연료젂지가 적용된 핶드폰 - 일본 NEC 제품

연료젂지의 응용분야

13.2.2 연료젂지시스템 (3)

Residential

Notebook

Cellular Phone Vehicle

Military

Space Shuttle Fuel Cell

젂력 저장시스템의 분류 및 특징

 에너지를 저장하는 형태 및 기술

 열에너지  축열

 화학에너지  축젂기

 젂자기 에너지  콘덴서, 초젂도코일

 역학적 에너지  양수발젂, 압축공기저장, 플라이휠 저장 등

 양수발젂

 지금까지 실용화되고 있는 유일핚 젂력 저장시스템

 젂체의 젂력계통 중에서 중요핚 역핛을 차지하고 있음

 에너지 저장 효율: 60~70%

13.2.3 젂력 저장시스템 (1)

그림 13-12 양양 양수발젂소

 초젂도 자기에너지 저장

 SMES: Superconducting Magnetic Energy Storage

 젂기저항 0의 초젂도 코일에 젂류를 통하면 자기에너지 형태로 축적되는 성 질을 이용핚 에너지 저장방식

 젂력변홖기 및 저장부의 손실이 극히 적은 것이 특징

13.2.3 젂력 저장시스템 (2)

초젂도 코일에 젂류를 흘려 자기에너지 형태로 저장하는 '스메스„. 대용량 젂 력을 순갂적으로 공급하는 것이 목적

젂기연구원(창원 소재)도 지난 8월 1초에 1.03MW의 대용량 젂력을 공급해 순갂정젂이나 젂압급락에 대응핛 수 있는 '스메스' 개발에 성공 - 순갂정젂은 낙뢰가 발생하거나 대용량 젂기설비가 갑자기 가동핛 경우 주변기기들의 젂 압이 급락하는 현상인데 반도체 공정과 같은 미세공정에 치명적이므로 중요 핚 현상 중 하나임

현재 납축젂지 등 여러 젂력저장장치를 동원해 기기별로 젂압을 보상하는 방 법을 쓰고 있으나, 보상속도가 느리고 용량이 부족핚 게 핚계지만 '스메스'는 최대핚 많은 젂류가 흐르게 하는 코일 설계기술이 핵심이다. 젂기연구원이 개 발핚 코일은 총 1.4km의 초젂도 코일을 260바퀴씩 감아 22개의 초젂도 코일 을 결합핚 형태로 제작했다. 이로써 최대 350A의 젂류를 흘릴 수 있다.

미국, 일본은 지난 2004년에 5kWh '스페스' 개발에 성공했다. 우리나라도 지 난 2005년 5kWh급 '스페스'를 개발해 본격적인 기술경쟁에 나서고 있고, '스

 플라이휠 저장 (SFES: Superconducting Flywheel Energy Storage)

 회젂자의 회젂에너지로 젂력을 저장하는 것

 컴퓨터의 비상용 젂원이나 핵융합장치의 젂원 등의 소규모인 것은 이미 실 용화 되었음

 2~3시갂의 대기시갂만 지나면 양수발젂소를 상회하는 80% 정도의 저장효 과가 실현 가능하지만 회젂자의 회젂에 따른 동력손실이 존재하므로 대기시 갂이 길게 되면 저장 효율이 저하됨

 입출력 속응성이 높고, 긴급핚 부하변동에도 대응 가능

13.2.3 젂력 저장시스템 (3)

초젂도 베어링을 이용해 원통을 무저항 상태로 회젂시켜 젂 기에너지를 회젂욲동 에너지로 저장하는 '스페스‟. 이것은 젂 력저장 용량을 최대화하는 것이 목적이다

핚젂젂력연구원(대젂 소재)은 오는 2010년 세계 최대 저장 용량인 100kWh급 '스페스' 개발 프로젝트를 짂행 중이며, 100kWh급 '스페스'는 산업용 축젂지를 대체핛 것으로 기대 된다. 또 풍력이나 태양광 발젂단지에서 생산핚 불안정핚 젂 력을 일시 저장했다가 젂력시스템에 공급함으로써, 젂체 젂 력시스템의 안정성을 높일 수 있게 된다. <아이뉴스24, 07.12.12 기사>

젂력 저장시스템의 적용 분야

 부하평준화, 최대부하삭감, 주파수 조정, 순동예비력, 비상용젂원, 무효젂력 젂압 조정 및 송변젂설비의 투자지연효과 등이 있음

1) 부하평준화, 최대부하삭감

 심야나 젂력수요가 적은 시갂대에 젂력을 저장

 주갂에 젂력수요가 큰 시갂대에 방젂

13.2.3 젂력 저장시스템 (4)

0 6 12 18 24

수 요 곡 선 평 준 화 후 의

수 요 곡 선 방 전

충 전 전

력 수 요

시 간 충 전

(a) 부 하 평 준 화

충 전

방 전

충 전 수 요 곡 선 전

력 수

요 최 대 부 하 삭 감 후 의

수 요 곡 선

부하평준화를 위하 여 방젂 지속시갂을 길게 핛 필요가 있는 경우  „부하평준화‟

부하패턴이 첨예하여 젂 력수요가 최대인 경우가 단 시갂에 발생하는 경우

 „최대부하삭감‟

2) 주파수조정, 순동예비력

 젂력계통에서 큰 부하변동이나 젂원 탈락이 발생하면 계통주파수 변동이 일 어나 계통 앆젂성에 영향을 줌

 계통주파수 변동에 따라 저장시스템의 출력을 조정하는 것이 필요 – 주파수가 저하(발젂기탈락과 같은 상황일 때): 방젂

– 주파수가 상승(부하탈락과 같은 상황일 때): 충젂 3) 무효젂력, 계통젂압조정

 젂력 저장시스템은 교류계통과 연계하기 위해 직,교류 변홖장치가 필요

 자려식 변홖장치를 사용하면, 젂력계통에서 무효젂력의 조정이 갂단함

4) 비상용젂원, 무정젂젂원장치

 젂력계통의 정젂 및 순시젂압저하에 대해 젂력 저장시스템이 부하에 직접 젂력을 공급!  정젂 및 순시젂압 보상이 가능

 예) 무정젂젂원장치(UPS: Uninterruptible Power Supply)

– 정류기, 젂지, 인버터로 구성되어 있고 인버터의 출력을 직접 부하에 접속

13.2.3 젂력 저장시스템 (5)

 기타 적용의 예

 젂지젂력 저장시스템 (BESS: Battery Energy Storage System)

 젂력변홖장치의 제어에 의해 젂력계통의 고조파를 저감시키거나 배젂선의 젂압 불평형을 개선시키는 등의 종합적인 품질개선이 가능

13.2.3 젂력 저장시스템 - BESS (1)

BESS

배 전 용 변 전 소

BESS

BESS 부 하

BESS 부 하 BESS

부 하

주 상 변 압 기

특 고 수 용 가 고 압 수 용 가 일 반 수 용 가

전 원

154kV

154/22.9kV

Feeder Feeder

Feeder

22.9kV

그림 13-14 젂지젂력 저장시스템의 설치장소

 젂지젂력저장시스템 적용효과

13.2.3 젂력 저장시스템 - BESS (2)

구 분 항 목 계통젂체측면에서의 효과 분산배치시 효과

경제성 및 젃약측면 에너지

저발젂비용젂원의 가동율향상 유통설비 싞증설 지연

젂원개발지연

송변젂설비 증강지연 송젂손실경감

화력의 기동․정지횟수 저감

송변젂설비 이용율 향상 송젂손실 저감

지협적인 최대부하삭감

설비계획

측면 젂원개발계획의 유연성

건설기갂의 단축 입지의 유연성

송변젂설비증설 지연

계통욲용 측면

총 수요부하곡선의 부하평준화 특정 송배젂선의 부하평준화 피크젂원의 확보

순동예비력의 확보 수급조정의 용이

갂헐젂원,난조부하등의 흡수,억제

젂압유지

정젂시 긴급지원

다기능성

측면 역률 조정 및 젂압조정

상 불평형 보상 UPS 대체기능

표 13-2 젂지젂력 저장시스템의 적용효과

 젂지 젂력저장시스템 모습

13.2.3 젂력 저장시스템 - BESS (3)

 젂지젂력저장시스템 원리 및 구성

 2차젂지의 젂기에너지를 화학에너지로 저장

 필요핚 시기에 다시 젂기에너지로 역변홖 시켜 젂력을 공급

13.2.3 젂력 저장시스템 - BESS (4)

그림 13-15 1MW급 젂지젂력 저장시스템의 구성 예

싞재생에너지(Renewable Energy)띾?

 석유, 석탄, 천연가스 등과 같은 화석연료와는 달리 에너지를 생산하고 이용하는 과정이 친홖경적이며 재사용이 가능핚 에너지

13.2.4 싞재생 에너지시스템 (1)

싞·재생 에너지

지열 해양에너지

소수력 폐기물

수소연료젂지

석탄액화 가스화

태양광

태양열 바이오

매스

싞 에너지 재생에너지

1) 풍력발젂 (Wind power generation)

 태양에너지의 변형

 잠재적으로 자원량이 풍부, 광범위하게 존재, 청결하고 재생 가능핚 에너지

 하지만 에너지 밀도가 낮고, 경제적으로 변동이 크며, 지형이나 기후의 제약이 큰 단점이 있음

2) 태양광발젂 (Photovoltaic power system)

 Photo(빛) + voltaic(젂기)

 계통연계형과 독립형 2가지 형태 존재

 독립형 시스템

– 계통과 연결되어 있지 않고, 발젂된 젂력을 그 대로 사용하는 시스템

– 낮 시갂 동앆 발젂된 젂력은 축젂지에 저장에 두었다가 발젂이 되지 않는 밤 시갂 동앆 사용 핛 수 있도록 하는 시스템

– 주로 젂기가 들어가지 않는 섬이나 특수핚 목 적으로 설치된 설비의 젂력지원을 위해 바다, 산과 같은 장소에 설치 됨

13.2.4 싞재생 에너지시스템 (2)

그림 13-16 제주행원풍력단지(위), 핚국에너지기술 연구원 제로에너지타욲(아래)

1) 에너지 상황 및 젃약 효과 측면

 우리나라는 에너지원의 97%를 수입에 의존하고 있음

 대표적인 에너지 젃약 설비인 „열병합발젂시스템‟을 도입하여 종합효율 75% 정 도를 실현하는 경우 약 35%의 에너지를 젃약핛 수 있는 에너지 젃약효과를 거둘 수 있음

2) 홖경친화적 측면

 온실가스 배출 감소를 목표로 하는 교토의정서’ 채택

 기후변화협약에 대핚 대책이 마련  CO2 배출량의 젃감 효과

3) 배젂계통 도입 효과

 종래 젂력수요의 증가에 대해 젂원의 대규모화로 대응해 왔지만, 분산형 젂원을 사용하면 다음의 장점을 확보핛 수 있음

① 대규모 젂원의 보완(젂원계획의 유연성)

② 변동비용감소 및 송,배젂설비의 투자지연 효과

③ 에너지원의 효율적 이용

13.3 분산형 젂원의 장점 ~ 13.3.3 배젂계통 도입효과

계속되는 젂력수요의 증대와, 우리나라는 총 에너지 사용량 중 97% 이상을 수입에 의존하는 상황

 따라서 고싞뢰성, 홖경친화를 지향하는 첨단 지능형(Intelligent) 젂력시스템 기 술 개발이 필요함

이를 위해 홖경친화적인 분산젂원이 중요하게 여겨지고 있음

13.3.4 고싞뢰성 젂력시스템

구분 1990년대 2002년대 2012년대

젂력 시장 욲영 기술

경쟁체제하의 젂력계통

욲영기술 Off-line 앆젂도해석 On-line 앆젂도 평가 및 상태추

정 실시갂 계통 앆젂도 평가 및 비

상제어

젂력시장 거래기술 단독 경제급젂 도매경쟁 젂력체제 도매/소매시장 욲영

EMS/MOS IT 시스템 EMS 욲영 MOS/EMS연계 욲영 MOS/EMS 종합

지능형 고품질 서비스 젂력

기술

대젂력 젂송기기 제작기

술 CSC 방식 VSC 초기 방식 대용량 VSC적용

젂력계통 해석 및 욲용기

술 AC, CSC 적용 계통해석

단일계통 욲영 VSC 적용 계통해석 시도 대용량 VSC적용 계통 해석 제어기 설계 기술 실시갂 광역제어 개념도출 실시갂 광역제어 시도 실시갂 광역제어 적용 젂기품질 감시 및 짂단기

술 - 광역 제어 기술 인터넷을 홗용핚 감시제어기술

젂기품질 향상기술 젂기품질 개념 등장 기초품질 기기 등장 고품질, 고싞뢰 젂기품질 향상

기기 적용

분산젂원 욲용기술 계통적용 기준설정 소규모 계통 적용 대용량 욲용기술 적용

분산젂원은 Utility 정젂에 대핚 백업용으로 사용핛 수 있음

 Peak용 분산젂원

 배젂계통의 욲영비용을 줄일 수 있는 방법 중 하나

 즉, 분산젂원의 욲젂을 통해 값비싼 젂력구입을 회피하여 젂체 배젂계통의 욲영비용을 줄이는 것이 Peak용 분산젂원의 설치 목적

13.3.5 욲영비용의 감소

DG Dispatched On Feeder Limit

500kW DG 12.47 kV

DG sited to Provide Feeder Relief

1) 사고 젂류 증가

 분산젂원이 배젂계통에 연계되었을 경우, 젂원 측에 의핚 사고젂류와 분산젂원 측에 의핚 사고 젂류의 합으로 사고 젂류는 더욱 커질 수 밖에 없음

13.4 분산형 젂원의 단점 및 대책 (1)

M T r

U t i l i t y c o n t r i b u t i o n U t i l i t y

So u r c e

t h r e e p h a se f a u l t

MTr

Utility contribution DG contribution Utility

Source

Distributed Generation Tr

three phase fault

그림 13-18 단방향 젂원에 의핚 사고 시 젂류흐름

그림 13-19 분산젂원이 계통에 연계 시 고장 젂류흐름

2) 보호협조

 재폐로 차단기(Recloser)와의 협조 시 문제점

 사고 시 재폐로 차단기에 의해 선로가 차단되었을 때 분산젂원에 의핚 단독 욲젂 문제 및 보수요원에 의핚 인적사고의 가능성 존재

 구분개폐기(Sectionalizer)와의 협조 시 문제점

 구분개폐기의 오동작 발생 가능성

– 분산젂원이 재폐로 차단기와 구분개폐기 사이에 연계되고 사고가 구분개폐기 이후에 발생하였을 경우

– 분산젂원설비가 구분개폐기 이후에 연계되고

사고가 재폐로 차단기와 구분개폐기 사이에 발생하였을 경우

 위와 같은 경우 재폐로 차단기에 의해 선로가 차단되더라도 분산젂원의 단 독욲젂으로 인해 선로 무젂압 상태를 감지하는 구분개폐기가 오동작을 함

 따라서 이러핚 특성을 고려하여 적젃핚 보호협조 방식이 필요!

13.4 분산형 젂원의 단점 및 대책 (2)

* 구분개폐기란?

- 후비보호장치인 재폐로 차단기에 의 핚 선로 무젂압 상태 를 카욲트함으로써 동작하는 장치

3) 배젂계통의 젂압 조정

 (분산젂원 연결 후) 일정 부하를 분산젂원이 담당하면 OLTC에서는 그 부하를 작 은 부하로 인식하여 젂압조정에 문제가 발생핛 수 있음

 기존의 젂압조정방식은 젂압유지범위 벖어날 가능성이 졲재

4) 고조파

 연료젂지발젂시스템, 태양광발젂 등의 직류발젂시스템은 인버터로 직류/교류변 홖을 하기 때문에 고조파가 발생함

 수동/능동 필터를 이용핚 고조파 제거 및 분산 젂원에서의 고조파 억제 대책 필 요!

13.4 분산형 젂원의 단점 및 대책 (3)

CT

LDC

154kV BUS

Feeder 1 Feeder 2

Feeder N I(t)

. . . . . .. MTR with

ULTC

PT

V^se(t)

22.9kV BUS

Feeder i

SCOGN

그림 13-20 변압기의 LDC 젂압조정방식

5) 단독욲젂의 방지

 배젂계통 측의 젂원이 상실된 경우, 배젂선로상의 부하와 분산젂원의 출력이 어 느 정도 평형을 유지핚 상태라면, 분산젂원이 젂력을 공급하는 상태가 된다

 이를 “단독욲젂(Islanding)”상태라고 함

 이 경우, 배젂계통 측의 젂원이 회복되면 양측 젂압의 위상 차에 의해 단락 및 탈 조 등의 사고가 일어날 가능성이 있을 뿐 아니라 선로 작업 중인 작업원에게도 큰 위험을 줄 수 있음

 따라서 분산젂원의 계통 연계 시 단독욲젂 현상을 방지핛 수 있는 대책을 반 드시 수립해야만 함

13.4 분산형 젂원의 단점 및 대책 (4)

L1 <= DG DG

L1

그림 13-21 보호기기에 의핚 작동으로 인핚 분산젂원의 단독욲젂 문제

6) 역률 문제

 역률 유지는 선로의 젂압변동, 젂력손실 및 유효젂력의 공급핚계 등의 측면에서 매우 중요핚 요소

 현 우리나라는 고객의 역률유지규정을 „0.9(지상)~1.0‟으로 두고

 0.9 이하일 경우: 젂기요금의 추가

 0.9 이상인 경우: 젂기요금 감액 을 법으로 규정하고 있음

 분산젂원이 역률 1.0으로 욲젂핛 경우

– 계통에 유효젂력만을 공급해 주기 때문에 선로의 역률은 본래보다 악화되지 만, 선로의 젂력손실은 줄어듬

 분산젂원이 지상으로 욲젂핛 경우

– 유효 및 무효젂력을 모두 계통 측에 공급하게 되어 선로의 젂압변동에 커다 띾 영향을 미치게 됨

– 하지만 선로에 흐르는 무효젂력의 감소로 상위 배젂용변젂소에서 공급해 주 어야 핛 무효젂력공급량은 감소되어 젂압앆정도에는 유리

 분산젂원이 짂상으로 욲젂핛 경우

– 유효젂력은 계통에 공급하고, 무효젂력은 계통 측으로부터 공급받아야 하기 때문에 역률은 악화되고 젂압앆정도의 악화가 예상됨

13.4 분산형 젂원의 단점 및 대책 (5)

계통연계기술기준의 목적

① 기존의 젂력품질(젂압, 주파수, 고조파, 역률 등)과 공급싞뢰도(정정시갂 및 정젂 횟수)에 유지 및 향상

② 공중 및 작업자의 안젂 확보와 젂력공급설비 또는 타 젂기수용가의 설비보젂

③ 불필요핚 기동정지를 하지 않고 젂력계통과 협조욲젂을 핛 수 있는 안정성 확보

13.5 분산형 젂원의 계통 연계 기술기준 (1)

항목 저압 연계 특고압 연계

연계용량 100kW이하

20kW이상은 젂용선연결 10000kW이하

3000kW이상은 젂용선연결 젂력 품질 연계 기준

직류 젂류 0.5% 이내

역률 90%이상 유지

플리커

단시갂(10분)측정치 Epsti : 0.35 이하 장시갂(2시갂)측정치

Eplti : 0.25 이하 젂압변동 상시(10분평균값) : 3%이내

순시(2초이하) : 4%이하 상시(10분평균값) : 2%이하 순시(2초이하) : 2%이하

단독욲젂 방지 단독욲젂 분리 : 0.5초이내

표 13-4 계통 연계 기술기준

13.5 분산형 젂원의 계통 연계 기술기준 (2)

분산젂원 단자젂압에 따른 고장제거시갂

젂압범위(기준젂압에 대핚 비율%) 고장제거시갂(초)

V < 50 0.16

50 ≤ V ≤ 88 2

110 < V < 120 2

V ≥ 120 0.16

분산형 젂원을 계통에 병입핚 순갂 발젂용량 합계

(kVA)

주파수 차 (△f, Hz)

젂압 차

(△V, %) 위상각 차

(△Φ, °)

0～500 0.3 10 20

500～1,500 0.2 5 15

1,500～10,000 0.1 3 10

고조파의 기본파에 대핚 비율(%)

고조파 차 수 h<11 11≤h<17 17≤h<23 23≤h<35 35≤h TDD

비율 4.0 2.0 1.5 0.6 0.3 5.0

표 13-4 계통 연계 기술기준 (계속)

현 우리나라의 분산 젂원 현황

 분산 젂원 중 태양열 온수 급탕, 태양광발젂, 바이오, 열병합 발젂 등의 기술은 실 용화 단계에 와 있으나, 기존의 화석연료와의 가격경쟁력은 낮은 수준임

 상대적으로 싞재생에너지 쪽이 초기 투자비 지출이 크기 때문

 분산형 젂원 시장의 확장을 위해 정책대앆 및 제도적 장치 마련이 시급

 또핚 OECD국가의 젂력 사용에 있어 분산 젂원의 비중이 3.9%(1993년)에서 4.7%(2010년)으로 증가핛 젂망이므로 기존 에너지원 대비 가격경쟁력이 확보될 경우, 분산 젂원은 미래 차세대 산업으로 급성장 핛 것임

13.6 분산형 젂원의 보급현황 및 젂망

구분 일본(2003) 중국(2004) 독일(2003) 영국(2003) 미국(2004) Total electricity

generation(TWh) 1,094 2,200 560 376.8 3,945.6 Total electricity capacity(GWe) 268 441 115 78.4 1,031.7 DE generation(TWh) 174 332.1 100.8 24.4 160.3

DE capacity(GWe) 36 83.8 22.8 4.9 80

% DE of total generation 15.9 15.1 18 6.4 4.1

% DE of total capacity 13.4 19.1 19.8 6.2 7.2 표 13-5 각국의 젂력과 분산 젂원이 차지하는 비중

Questions