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[칼럼] 신재생에너지 계통연계 확대를 위한 배전조류계산의 필요성
전압 변동율 기준 2%로 제한해 연결 한계가 총량 5MW 정도인 고압 신재생 발전연계도 대폭 완화 예상

[인더스트리뉴스 이상열 편집인] 한국전력공사는 최근 ‘분산형 전원 배전계통연계 기술기준’과 ‘송·배전용 전기설비 이용규정’ 등을 개정해서 신재생에너지 연계용량을 획기적으로 증대시키겠다는 계획을 가지고 있는데, 이로 인한 규정효과로는 다음과 같은 점을 들 수 있다.

 

ㆍ 변전소 변압기뱅크 용량의 확대: 기존 뱅크 1기당 신재생에너지 발전연계 가능 용량을 20MW에서 25MW로 5MW 증대
ㆍ 변전소 용량의 증대: 기존의 연계가능 용량이 변전소당 40MW에 달했던 것이 변전소의 변압기 뱅크당 25MW로 확대되므로 뱅크가 2기인 변전소는 50MW로 뱅크가 4개인 변전소는 100MW까지 확대 가능
ㆍ 배전선로의 역조류가 발생하지 않고 기술기준 충족시 추가 연계 가능 검토
ㆍ기준완화 및 신기술도입

한전이 신재생에너지 계통연계 대책을 위해 증설하려는 12GW는 2024년 이후가 되면, 또 다시 신재생에너지발전 계통연계 부족이 문제로 부각될 수밖에 없는 규모다. [사진=istock]

신재생에너지 계통연계 부족, 재발할 수도 있어

이와 같이 한국전력공사가 동 기준을 개정하게 된 배경을 다수의 태양광발전사업자들이 정부와 한국전력공사의 요로를 통해 태양광발전 계통연계에 있어서 기존 한국전력공사가 일관해온 154/22.9kV 배전변전소 1곳당 연계용량 40MW을 기준으로 살펴보면, 용량포화에 이른 곳이 전국적으로 여러 지역에 걸쳐 발생함으로써 계통연계의 어려움을 호소해왔기 때문이었다.

변전소 용량증대와 추가연계 용량확대는 현재로서는 괄목할만한 조치라고 볼 수 있다. 하지만 이 용량은 연간 4GW 수준이 될 태양광발전만으로도 불과 3년이면 소진되는 용량으로, 12GW 정도를 넘지 않을 것으로 추산된다. 한국전력은 보도자료를 통해 용량을 27GW에서 54GW로 늘린다고 하고 있지만, 현실적으로는 연계가 불가능한 변전소나 배전선로가 많기 때문에 12GW
를 넘지 못할 것으로 추산된다.

한편, 산업통상자원부는 지난 2014년 6월 10일, ‘신재생산업 활성화를 위한 규제제도개선 본격 추진-신재생에너지 공급의무화제도(RPS), 신재생보급제도 등 개선’ 등을 발표하는 자리에서 RPS 연도별 공급의무비율 조정을 신재생에너지 중장기 보급목표로 재설정(2030년 11%→2035년 11%)하는 한편, 입지규제 등 현실적인 이행여건 등을 감안하여 RPS 의무이행목표(총 전력생산량의 10%) 달성시기를 2년 연장(2022년→2024년)할 계획이라고 밝혔다(표 1).

표 1. RPS 연도별 공급의무비율 개선안 % (2020년 기준)

<표 1의> 전력생산량을 기준으로 하면 표 2와 같이 나타낼 수 있다.

표 2. RPS 연도별 공급의무비율 개선안에 따른 전력생산량 비중 %

따라서 연도별 전력량과 관련해서는 2013년을 기준으로 매년 4%씩 늘어난다고 가정하면, 표 3과 같이 나타낼 수 있다.

표 3. RPS 연도별 공급의무비율 개선안에 따른 전력생산량 비중 %

이 표에서 나타난 2015년도 신재생에너지 발전량 1만4,364GWh는 1.6GW에 해당하는 발전설비로, 전력량은 365일 24시간 발전해야 하는 양이다. 현재 평균 발전시간을 살펴보면, 태양광은 1일 4시간 이하, 풍력은 6시간, 연료전지는 발전시간이 길어질 수 있는 점을 감안해 위 표의 신재생에너지 발전량 추계가 미처 감안하지 못한 점을 고려한다고 하더라도 2020년 기준 4GW 이상의 신재생에너지 계통연계가 필요하게 된다.

이는 한국전력이 신재생에너지 계통연계 대책을 위해 증설하려는 12GW는 3년 내에 소진될 수 밖에 없다는 것을 의미한다. 2024년 이후가 되면, 신재생에너지발전 계통연계 부족은 또다시 문제점으로 부각될 수밖에 없다는 것이다. 따라서 한국전력의 계통연계 가능 용량은 현재 계획보다 획기적으로 확대되지 않으면 우리나라 신재생에너지발전의 미래는 없다고 해도 과언이 아니다.

신재생에너지 발전에 배전조류계산을 하게 되면 1회선당 연계 가능용량 2.28배 증대 기대

한국전력은 지난 2013년 12월, 연구용역을 통해 배전용변전소 뱅크 용량 40MVA를 기준으로 신재생에너지발전 한전 계통연계를 뱅크당 25MW까지 허용할 수 있다고 제시하고 있다. 당시 이 기준은 풍력발전기를 기준으로 한 것으로 보이는데, 단언컨대 뱅크당 풍력발전량이 25MW까지는 한전 계통에 별로 영향을 주지 않는 것으로 결론을 낸 것 같다.

그렇다면 태양광이나 연료전지는 뱅크당 25MW 한계를 더 확대할 수도 있다는 말이 된다. 또한, 신재생에너지 발전기가 연결되어 있는 배전선로에는 일반부하가 연결되어 있기 때문에 신재생에너지 발전량이 배전용 변전소 변압기에 이르는 양은 없거나 적은 양이다. 이는 신재생에너지 발전기에서 생산한 전력이 해당 변전소에 이르기 전에 신재생에너지 발전기와 변전소 사이에 연결된 배전선로에 분산되어 있는 전등, 동력 등 일반부하에서 소비되고 변전소에 역조류(신재생발전소가 변전소로 보내는 전류)를 보내지 않는 경우가 대부분임을 의미한다.

새로운 한전의 기준이 되는 신재생에너지발전에 의한 역조류 25MW가 배전용 변전소에 도달하기 위해서는 배전용 변전소에 신재생에너지발전 전용의 20MW 선로가 구성되고 남은 일반선로에서 역조류 5MW가 흐를 때에나 가능한데, 이것은 현실적으로 발생하기가 매우 어렵다.

40MVA 기준 배전용 변전소 뱅크에는 보통 10MVA 용량 배전선로 4회로가 연결되어 있다. 4개 배전선로의 신재생에너지발전 역조류를 합해서 25MW가 되기 위해서는 배전선로 1회로당 평균 역조류가 6.25MW로 흘러야 한다.

그러므로, 배전선로의 한전측 전원과 신재생에너지발전 전원 사이의 배전조류를 계산하여 변전소측으로 신재생에너지발전 역조류가 6.25MW 이상 흐르지 않으면, 한전의 배전선로에 추가로 신재생에너지의 발전을 계통연계할 수 있게 된다. 10MVA 용량의 배전선로 1회로당 일반부하가 8MW 정도 연결되어 있다고 하면, 배전선로 1회선당 신재생발전 계통연계 가능용량은 14.25MW가 되는 것이다.

한국전력의 신재생발전 계통연계 신규 계획안에 따르면, 기존의 변전소 연계 한계량을 늘려도 배전선로 1회로당 연계가능 용량은 평균 6.25MW에 불과하다. 여기에서 제시한 배전조류계산을 적용하면, 배전선로 1회선당 연계 가능용량이 14.25MW로 늘어나게 되므로 한전의 새로운 (안)보다 2.28배 늘어나게 되는 것이다. 이는 신재생에너지 발전 계통연계 가능용량으로 약 24GW 이상에 해당하게 된다.

매년 4GW씩 신재생에너지발전용량이 늘어난다 해도 앞으로 2024년도까지는 신재생에너지발전개발에 한전의 계통연계가 장애요인이 대두되지 않을 용량이다. 배전조류계산을 시행하면, ‘분산형전원 배전계통연계 기술기준’에서 전압 변동율 기준을 2%로 제한하여 연결 한계가 총량 5MW 정도인 고압 신재생에너지발전연계도 대폭 완화될 것으로 보인다.

즉, 태양광과 같은 신재생에너지발전은 대부분 일반부하에서 소진되므로 배전선로의 송전용량 10MW보다 더 큰 14MW 정도를 연계하더라도 한전의 배전계통 운전에는 별도로 지장을 주지 않을 것으로 보인다.

[이상열 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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