대규모 정전 방지하는 법 VIDEO: HOW TO PREVENT BLACKOUTS BY PACKETIZING THE POWER GRID
나쁜 일들은 수요가 공급을 앞지를 때 발생한다.
우리는 대유행의 시작에서 화장지, 소독용 물티슈, 마스크, 그리고 환풍기의 수요가 사용 가능한 공급을 앞질렀을 때 교훈을 너무 잘 배웠다. 오늘날, 칩 부족은 가전제품, 자동차, 그리고 다른 분야들을 계속해서 방해하고 있다. 안정적이고 정상적이며 기능적인 사회를 위해서는 공급과 수요의 균형이 매우 중요하다.
균형에 대한 필요성은 전력망에서도 마찬가지다. 우리는 텍사스가 전례 없는 치명적인 겨울 추위를 겪었던 2021년 2월에 이 사실을 가슴 아프게 상기시켰다. 치솟는 전기 열 수요는 동결된 천연 가스 장비 및 평균 이하의 풍력 생산으로 인한 공급 문제와 충돌했다. 이로 인한 불균형은 며칠 동안 200만 가구 이상을 전력 공급이 중단되게 했고, 최소 210명의 사망자를 냈으며, 최대 1300억 달러의 경제적 손실로 이어졌다.
비슷한 공급과 수요의 불일치는 2003년 8월 미국 북동부와 캐나다에서, 2012년 7월 인도에서, 2019년 3월 베네수엘라에서 대규모 계단식 정전의 원인이 되었다.
이 상황은 세 가지 이유로 인해 곧 나아질 것 같지 않다.
첫째, 세계 각국이 탈탄소화를 추진함에 따라, 교통, 난방, 그리고 다른 부문의 전기화는 전력 수요를 급증시킬 것이다.
둘째, 전통적인 석탄과 원자력 발전소는 경제적, 정책적 이유로 퇴출되고 있으며, 전력망에서 안정적인 공급원을 제거하고 있다.
셋째, 풍력 및 태양광 발전 시스템이 기후에 적합하고 가장 빠르게 성장하는 전기 발전원이지만, 출력의 변동성은 전력망의 균형을 맞추는 데 있어 새로운 과제를 낳는다.
그렇다면 그리드 운영자가 낡고 더러운 발전소를 폐쇄하고, 가변적인 발전을 늘리고, 새로운 전기 부하를 추가하더라도 어떻게 공급과 수요의 균형을 유지할 수 있을까?
몇 가지 가능성이 있다.
하나는 우리가 과거에 해왔던 것을 현대화한 것이다. 거대한 중앙 집중식 인프라를 구축한다. 이는 과잉 재생 전력을 보유하기 위해 그리드 규모 배터리와 양수 시설과 같은 방대한 양의 에너지 저장소를 설치하고, 공급원이 그리드 전체의 수요를 충족시킬 수 있도록 그 저장소를 고압 전송선과 상호 연결하는 것을 의미한다. 중국은 이 접근법의 리더이지만, 엄청나게 비용이 많이 들고 엄청난 정치적 의지가 필요하다.
우린 더 나은 방법이 있다고 생각해 버몬트 대학교에서 수행한 작업은 전력 그리드 인프라를 획기적으로 확장하는 대신 점차 변동성이 커지는 공급에 맞춰 실시간으로 수요를 조정하는 방법에 초점을 맞췄다.
우리의 기술은 인터넷을 근본적으로 확장 가능하게 하는 두 가지 아이디어, 즉 패키지화와 무작위화를 채택하여 분산 에너지를 조정할 수 있는 시스템을 만드는 데 사용한다. 이 두 가지 데이터 통신 개념을 통해 수백만 명의 사용자와 수십억 대의 기기가 중앙 집중식 스케줄링이나 제어 없이 인터넷에 연결할 수 있다.
같은 기본 아이디어가 전력망에서도 통할 수 있다. 저대역폭 연결과 간단한 알고리즘을 실행하는 소형 컨트롤러를 사용하여 수백만 개의 전기 장치를 사용하여 로컬 그리드의 전기 흐름의 균형을 맞출 수 있다.
방법은 이렇다.
전력망에서의 전력 수요는 수십억의 전기 부하에서 나온다. 이는 크게 상업 및 산업 부하와 주거 하중의 두 가지 범주로 분류할 수 있다. 둘 중 주거 하중은 훨씬 더 분산되어 있다. 미국에만 1억 2천만 가구가 넘는 가정이 있으며, 이는 연간 전력 소비량의 약 40%를 차지한다. 그러나 주거용 고객들은 일반적으로 하루를 보내면서 자신의 전기 부하를 최적화할 생각을 하지 않는다. 단순함을 위해, 이러한 주거용 짐은 전등과 텔레비전에서부터 온수기와 에어컨에 이르기까지 다양할 수 있는 "장치"라고 부르자.
후자의 장치는 전기 자동차 충전기 및 풀 펌프와 함께 전기 부하가 클 뿐만 아니라 유연성이 뛰어나다.
스위치를 누르는 순간 켜지고 싶은 조명이나 TV와 달리 유연한 장치는 샤워할 뜨거운 물이 있고, 수영장이 깨끗하고, EV가 충분히 충전되어 있고, 실내 온도가 쾌적하다면 언제든지 소비를 미루고 작동할 수 있다.
집합적으로 주거용 전기 부하에 대한 유연성이 높아 가변적인 공급 균형을 맞추는 데 도움이 될 수 있다.
예를 들어, 캘리포니아와 뉴욕의 모든 가정이 전력을 유연하게 소비할 수 있는 장치를 하나만 가지고 있다면, 전력망은 현재 이들 주에서 유틸리티 규모 배터리 저장소에서 사용할 수 있는 용량의 10배 이상인 약 15기가와트의 추가 용량을 갖게 될 것이다.
가정용 전기 온수기 운영과 관련하여 유연성이 의미하는 바는 다음과 같다. 물을 가열하는 동안 일반적인 장치는 약 4.5 킬로와트를 소비한다. 정상적인 하루 동안 어플라이언스는 약 10.8 킬로와트 시간 동안 약 1/10을 사용한다. 집주인은 하루 온수기 가동 비용이 2달러(kWh당 약 15µ) 미만이라고 가정한다. 그러나 전력회사의 경우 연간 피크 기간 동안 kWh당 명목 4µ에서 kWh당 100달러 이상까지 전력 비용은 매우 가변적이다. 때로는 비용이 마이너스인 경우도 있다. 풍력 또는 태양광 발전소에서 사용할 수 있는 전력이 너무 많을 경우, 그리드 운영자는 초과 전력을 소비하기 위해 효과적으로 전력회사에 비용을 지불한다.
성수기 동안 수요를 줄이기 위해 전력회사는 오랫동안 고객의 온수기, 에어컨 및 기타 부하를 고정 일정(예: 역사적으로 사용량이 많은 여름 오후 4시부터 9시)으로 끌 수 있는 수요 대응 프로그램을 제공해 왔다. 이러한 시기에 부하를 줄이려는 것이라면, 그러한 접근 방식은 상당히 효과적이다.
황기철 콘페이퍼 에디터 인플루언서
Ki Chul Hwang Conpaper editor influencer
(Source:
https://spectrum.ieee.org/packetized-power-grid)
Preventing Blackouts by Building a Better Power Grid
