태양광발전의 증가가 계통에 미치는 영향은?


  태양광 발전량의 급격한 증가는 세계적 추세이다. 그런데 지금까지의 원자력 혹은 화력 발전소의 증가와는 달리, 태양광발전의 증가는 계통 입장에서시스템의 근본 구성을 뒤흔드는 커다란 이슈이다. 태양광발전의 증가가 계통에 미치는 영향은 무엇인가.


source telegraph.co.uk


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VIDEO: Energy Recap: Examining Solar Energy's 'Duck Curve'

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덕 커브(Duck curve)

최근 캘리포니아 계통운영기구(CAISO)가 분석한 바에 의하면 신재생에너지 발전량의 증가로 낮 시간 동안의 순부하량 급감현상이 심화되었는데 이를 두고 기존의 전력 수요 커브인 카멜커브(Camel curve)와 반대로 앉아 있는 오리의 모습을 닮았다하여 지칭

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미국 캘리포니아를 예로 들어 설명하겠다. 위 그림은 미국의 태양광 패널 용량 증가 추이를 보여주는데, 초록색으로 표시된 캘리포니아가 압도적인 비중을 차지하고 있다. 따라서 태양광발전 증가의 효과를 가장 뚜렷하게 관측할 수 있는 곳이다.


(출처: Teaching the Duck to Fly)


위 그림은 캘리포니아 전역의 3월 31일의 24시간 전력부하패턴을 보여준다. 여기서 전력부하패턴은 기존 발전설비(원자력, 석탄, 가스 등)에 의해 충족되어야 할 부하를 의미한다. 2012년과 2020년의 부하패턴을 비교해보면, 태양광 발전 증가시 낮 시간의 부하가 크게 감소한다. 태양광 발전에 의해 낮 시간의 전력부하 상당 부분이 충족되기 때문이다. 위 그래프는 마치 낮 시간대의 볼록한 부분이 오리의 배와 비슷하고, 저녁 시간대의 급격한 부하 상승이 오리의 목과 비슷하다고 해서 Duck curve라 불린다. 위 2012년의 형상과 비슷한 한국 부하패턴과는 판이하게 다른 형상이다.


위 그래프에 'Overgeneration risk'와 'Ramp need'라는 말이 있다.  특히 위 그래프에서 3시간 안에 13GW의 전력을 추가공급해야한다고 되어 있는데, 신고리1호기 원전 1개가 1GW이므로 무려 원자력발전소 13개에 해당하는 전력 변동이 3시간이라는 짧은 시간 안에 일어나는 것이다. 게다가 태양광 발전의 출력 자체도 불확실하므로, 날씨에 따라 추가전력요구량의 예측치와 실측치가 큰 차이가 날 수 있다. 이는 블랙아웃과 같은 계통의 큰 불안정성, 또는 이를 해결하기 위한 비싼 운영비의 가스발전 기반 예비력 요구 증가를 의미한다. 


지금까지의 전력계통은 위와 같은 극단적인 시간적 부하변동 및 그 부하변동의 불확실성에 대한 충분한 고려 없이 설계되었다. 그러나 태양광과 풍력발전은 앞으로도 크게 증가할 것이다. 이는 지금까지의 전력계통 운영과는 완전히 다른 패러다임을 의미한다. 에너지저장장치의 사용, 수요관리, (여건이 되면) 타 지역과의 전력거래, 실시간 전력요금제 등의 새로운 전략을 통해 태양광 발전을 제한 전력부하가 아래 그림에서 보여주는 점선 그래프(Duck curve)에서 실선 초록 그래프로 바뀌도록 해야 하는 시대가 도래한 것이다. 



위와 같은 단시간 내의 급격한 태양광 출력 변화에 효과적으로 대응한 예로, 2015년 3월 20일 일식현상에 대한 독일의 대처를 들 수 있다. 당시 독일에서 일식 직전 태양광 출력은 22GW였는데, 이것이 30분만에 14GW로 급감하고 다시 1시간 30분 만에 35GW가 증가하였다. 그러나 일식에 대비해 예비전력을 확보하고 석탄, 양수발전 출력을 증가시키며 경매를 통해 전력용량을 많이 준비하는 등 노력을 기울인 덕분에, 전력계통 문제가 발생하지 않았다 (일식 중 사람들이 일식을 구경하기 위해 외출한 결과 전력 수요가 약간 낮아진 것도 긍정적 영향을 미쳤을 것이다). 

작성자 에너지덕후

http://blog.naver.com/rhdqngktudiwy/221051602386

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