분산 아키텍처기술은 인버터 기술의 도약을 가능하게 했다. 인버터 기술의 도약은 보다 신뢰성 있는 신재생에너지 발전소 건립과 유지보수비용을 달성할 수 있게 해 줄 것이라는 기대를 낳고 있다. 이러한 기술개발은 향후 신재생에너지 산업 중 하나인 태양광 발전 사업에 대변혁을 예고한다.

▲ 전남대학교-대용량분산전원개통개발연계기술연구센터 박성준교수

태양광 모듈 가격은 아직까지 태양광발전소 건립에 있어 가장 많은 비용을 차지하는 부분이다. 2008년과 비교할 때 전체 건립비용의 약 50%를 차지하는 태양광 모듈의 가격은 약 30%로 떨어지고 있다 물론 태양광주변기기와 노동비용도 만만치 않다. 하지만, 무엇보다 중요한 것은 태양광 모듈에서 발생하는 직류전원을 우리가 사용하는 교류전원으로 변환해주는 인버터다. 분산전원으로 사용되는 인버터는 발전소 규모가 커질수록 전력품질을 유지하기가 어렵게 된다. 따라서 고 전력품질을 유지할 수 있는 인버터의 획기적인 기술 개발은 태양광발전소 건립에 있어 무엇보다 중요하다.

전기품질과 계통의 안정성 확보하는 연구 진행
최근 신재생에너지원 등 분산전원의 도입에 대응해 전기품질과 계통의 안정성을 확보하는 연구를 진행하고 있는 전남대 대용량 분산전원 개통개발 연계기술연구센터가 주목을 받고 있다. 박성준 교수는 “국내 태양광 인버터 기술은 1990년대 이전에는 주로 독립형 인버터의 보급 및 실증연구가 수행되었으며 1990년 말부터 실질적인 계통 연계형 인버터의 개발이 추진되어 가정 보급형 3kw급의 소용량 제품이 상용화 수준으로 개발되어 있는 상태”라면서 “신재생용 150kw-500kw급 대용량 인버터의 경우 몇몇 회사에서 개발하고 있으나 국내 발전 사업에 사용되는 대용량 PCS의 경우 대부분 수입에 의존하고 있다”고 연구배경을 밝혔다. 1997년 교토기후협약으로 CO2 배출억제는 전 세계 에너지산업의 중요한 과제로 대두되고 있다. CO2 배출량 세계 11위이자 지난 15년간 이산화탄소 배출 증가율 1위인 우리나라도 아직 그 실적이 미약해 총 전기에너지의 약 0.2%를 생산하는데 그치고 있지만 신재생에너지의 활용에 총력을 기울이고 있다. 이를 위해 전남대 대용량 분산전원 연계기술 연구센터는 분야별 제주계통의 시뮬레이터 개발과 제주계통의 풍력발전 한계용량 평가기술개발 및 용량증대기술 개발, 분산전원 보호기술 개발, HVDC신기술 개발 등을 연구하고 있다. 현재 연구는 전력변환기의 최적운영을 통한 분산전원의 신뢰성 있는 전력공급 및 안정도 확보에 중점을 두고 이루어지고 있다. 박 교수는 “시험계통으로 선정한 제주계통의 경우 추진 중인 풍력단지가 계통규모에 비해 커 매우 취약한 구조를 가지고 있고, 현재 HVDC와 풍력발전을 포함한 제주계통을 정확히 모의할 수 있는 수단도 없어 이를 해결하는 연구가 필요하다”고 그 이유를 설명했다. 대용량분산전원 연계기술 센터의 특징은 산학협력이 효율적으로 이뤄지고 있다는 점이다. 센터가 연구하는 제주계통은 전력거래소 제주지사, 한전제주지사, 풍력사업자 등과도 관련이 깊어 이들 기관과 협조가 잘 이뤄지고 있다. 이 외에도 박 교수는 삼성전기, KTE, 광역권 풍력 지원사업단, 지역혁신 인력양성사업 등의 지원으로 국내 대학에서 유일하게 MW급 인버터 시스템 성능 테스터를 위한 전력설비와 디젤/풍력/태양광 하이브리드 실증 연구단지와 같은 대용량 첨단실습 시설 및 장비도 갖추고, 40여명의 대학원 연구생들의 해외 학술대회 참가를 통해 글로벌 마인드도 심어주고 있으며 협력기관에 학생들을 파견해 현장교육도 실시할 수 있어 보다 실질적인 학습효과를 거두고 있다.

현장에서 활용 가능한 인력 양성
최근 정부는 발전사와 자발적 신재생에너지투자협약(RPA)을 맺어 전체 발전량 중 일정비율(2012년 3%, 2020년 7%)을 신재생에너지로 의무적으로 공급하도록 하는 제도(RPS)를 마련했다. 발전량의 7%면 우리나라 최대 발전량을 6000만kW를 기준으로 할 때 420만kW로, 이는 100만kW 원자력발전소 4기에 해당하는 막대한 양이다. 전남대 대용량 분산전원 연계기술 연구센터에는 이를 위해 현재 총 8명의 교수가 참여하고 있다. 박성준 교수는 “이 목표를 달성하기 위해서는 다양한 신재생에너지원을 최대한 활용하는 노력과 관련 인력 양성이 시급하다”면서 “대용량분산전원의 대표적인 조력·수력발전과 풍력발전은 생산원가가 매우 저렴하다. 하지만 이 에너지원들은 발전량을 임의로 제어할 수 없어 계통운영에 어려움이 크고, 계통연계의 한계로 귀중한 에너지원을 유실할 수도 있다”고 토로했다. 특히 제주계통의 경우 풍력이 풍부해 600MW이상의 풍력발전 개발이 가능한 것으로 알려져 있지만, 계통이 소규모이고 안정도가 취약해 개발에 어려움이 크다. 박 교수는 “저희 센터는 제주계통을 시험계통으로 정하고, 여기에 필요한 HVDC, 계통보호, 풍력발전기 및 취약계통의 계통운용 기술 등의 개발에 매진하고 있다”며 “축적된 기술과 연구 성과를 바탕으로 현장에서 활용 가능한 인력양성에 역점을 두겠다”고 앞으로의 계획을 밝혔다. NM