‘에너지안보’와 ‘탄소중립’이 전 세계 에너지 시장의 화두이다. 대외의존도가 높은 우리나라의 경우 두 마리의 토끼를 잡기 위해서는 재생에너지 확대는 필수적이다. 하지만 전력망의 안정성 공급 없이는 재생에너지 성장은 불가능한 것이 현실이다. 이를 실현하기 위해 끊임없는 도전과 개척 정신을 바탕으로 새로운 기술 개발에 박차를 가하고 있는 한국그리드포밍(대표 강지성)을 다녀왔다.

전 세계적으로 재생에너지 발전량은 연평균 15.6%씩 성장하고 있다. 국내 또한 원자력발전 30대에 달하는 규모의 재생에너지 발전설비가 설치될 것으로 보인다. 재생에너지 발전이 증가하기 위해서는 이를 뒷받침하는 전압 및 주파수 안정화 능력 등 전력망을 주도적으로 이끄는 힘이 필요하다. 하지만 현재는 안정화 능력을 화력 발전에 의존하고 있어 재생에너지 발전을 중단하는
조치가 매년 늘고 있다. 실례로 제주 풍력발전 출력제한 경우 2015년 3건, 2019년 46건, 2020년 77건으로 매년 증가하고 있으며, 지난해에는 태양광 발전의 출력제한까지 시행했다. 이에 전 세계적으로 재생에너지 수용성 확대를 위한 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 그 중 하나인 그리드포밍은 인버터 기반의 재생에너지 전력에 동기 발전기와 비슷한 기능을 부여하는 기술이다.

한국그리드포밍 관계자는 “그리드포밍 기술은 재생에너지와 연결된 인버터가 독자적으로 전압과 주파수를 형성함으로써 전력망을 튼튼히 하고, 안정성을 높이는 전력변환장치 제어 및 운영 기술"이라며 "이 기술을 통해 재생에너지가 전기 생산의 주인이 되는 전력망으로 변화한다”고 설명했다.

그리드포밍 사례들을 살펴보면 호주의 ESCRI-SA프로젝트는 달림프(Dalrymple) 지역에서 Virtual Synchronous Machine(VSM, 가상 동기 발전기) 방식의 그리드포밍 인버터와 함께 30MW, 8MWh급 BESS를 구축해 실증사업을 진행했다. 약 2년의 운영기간 동안 29번의 고장이 일어났고 대부분은 단일 선로 탈락이었으며 이때마다 BESS는 적절한 유효/무효전력을 공급해 안정적으로 전압을 회복한 것으로 전해졌다.

국내에서도 그리드포밍에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 그 선두에는 바로 한국그리드포밍이 있다. 전력거래소 사내벤처로 시작한 한국그리드포밍은 인버터전압 및 주파수 제어 기술, 전력망 해석 장치 기술 부분특허를 보유하고 있다. 이 기술을 바탕으로 제주계통에서 3연계선 DC측 사고, 발전기 사고 및 탈락(Trip), 재생에너지 탈락을 가정하고 모의실험을 진행했다.

회사 관계자는 “각각의 모의실험에서 발전기 4대, 발전기 2대와 GFL·GFM ESS 설치여부에 따른 시나리오를 모의하고 각 시나리오의 결과를 비교 및 분석했다”며, “신뢰성 높은 전자기과도 모의실험을 통해 그리드포밍 장치가 전력망 외란에 대응해 신뢰도 확보에 기여할 수 있으며 이를 활용해 전통적인 관성자원의 도움 없이도 인버터기반 발전설비(Inverter Based Resources, IBRs)만으로 계통의 운영이 가능함을 증명했다”고 주장했다.

최근 한국그리드포밍은 전자기 과도방식 모의 장치를 선보였다. 회사 관계자는 “기존 제품보다 빠른 주파수 영역에서 인버터 설비의 동작 특성과 영향성을 파악할 수 있다”며, “CPU의 병렬연산을 활용해 그동안 불가능으로 여겨졌던 대규모의 넓고 복잡한 송전망급 전력계통에서도 전자기과도 모의를 빠르게 수행할 수 있는 장치”라고 설명했다.

한국그리드포밍은 한 단계 더 나아가 제주에서 3MW급 그리드포밍 기술 실증 사업을 전개해 나가고 있다. 지난 4일에는 대한태양광발전사업자협회와 공식적으로 업무협약을 체결하고 제주지역 대규모 그리드포밍 실증사업을 조속히 추진할 수 있도록 손을 맞잡았다.

회사 관계자는 “국내 그리드포밍 인버터 시장 규모가 2023년 34억 원에서 2030년 5,920억 원 이상으로 성장할 것으로 전망된다”며 “올해까지 인터버 상용화를 목표로 앞으로 나아갈 것”이라고 밝혔다.

이훈 기자 hoon@kea.kr

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