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【에너지현장】 탄소중립 핵심기술 확보 … 재생에너지 효율적 관리, 운영
2022년 8월 24일 (수) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2022년 8월호 - 전체 보기 )

탄소중립 핵심기술 확보 … 재생에너지 효율적 관리, 운영
한전, 세계최초 초전도 플랫폼 실증사업 착공과 
국내최초 배전망 관리시스템(ADMS) 개발
한국전력공사가 실제 전력계통에 적용하는 초전도플랫폼을 세계최초로 개발했다. 도심지에 소규모 초전도 스테이션을 설치한 후 외곽의 변전소를 23 KV 초전도 케이블로 지중을 연결하여 전력을 공급하는 방식이다. 또한 전국 각지에 복잡하게 분포된 배전망의 다양한 에너지 자원들을 효과적으로 통합, 운영하기 위한 새로운 배전망 운영 플랫폼 개발을 한전 자체 기술로 ADMS를 개발하고 실증완료 했다. 기존의 배전망 운영시스템인 배전자동화 시스템을 대체하여 배전계통을 실시간 운영하고 재생에너지를 효율적으로 관리, 운영하게 될 전망이다. 신재생에너지의 증가와 급속한 전기화로 전력망의 확장성 필요에 따라 송배전망의 친환경적인 인프라 개발이 시급한 상황에 국내 기술력으로 이룬 쾌거다.
 
정리 정영주 기자 
자료 한국전력공사
초전도 플랫폼 스테이션 구조
세계최초 23 kV 초전도 플랫폼 실증사업 착공
현재는 도심의 외곽에 건설한 대규모 변전소에서 154 kV 여러 전선으로 연계하여 주변압기로 23 kV로 변압 후 전력을 공급하고 있다. 전력설비 건설은 부지 확보의 어려움과 대규모 민원이 발생하는 등 난관이 있다. 이에 건설 기간과 규모를 효율적으로 단축할 수 있는 친환경적인 전력인프라 기술의 개발이 시급한 시점에 한국전력이 자체 기술력으로 초전도 플랫폼 실증사업을 추진한다. 초전도 기술을 실제 전력계통에 적용하면서 기존 변전소의 1/10 소규모로 초전도 스테이션을 설치한 후 외곽의 변전소와 23 kV 초전도 케이블로 지중으로 연결하여 전력을 공급하는 것으로 세계 최초로 추진한다.

물질을 극저온 상태로 냉각하면 전기저항이 0에 가까워지는 초전도 현상을 이용하는 초전도 기술은 에너지 손실이 적은 에너지 송신과 통신이 가능하다. 저비용 23 kV 3상 동축 초전도 케이블 시스템, 장거리 냉각기술을 개발하여 초전도 플랫폼 사업모델 실증에 적용하여 실계통 초전도 사업 확대 기반 확보했다.

한국전력은 지난 6월 24일 경기도 파주시 선유 변전소에서 <23 kV 초전도 플랫폼 실증사업 착공식>을 개최했고 2023년 12월 준공을 목표로 경기도 파주시 문산 변전소와 선유 변전소 간에 초전도 스테이션을 신설하고 영하 200 ℃ 이하로 유지되는 초전도 케이블로 연계하여 인근지역에 전력을 공급하는 사업을 시행했다. 초전도 플랫폼 사업을 통한 기술혁신을 통해 재생에너지의 계통 수용 능력을 확대하고 도심지 초전도 전력계통 사업모델 개발을 목적으로 2017년부터 <23 kV 3상 동축 초전도 케이블 시스템 및 초전도 플랫폼 사업모델 개발> 연구과제를 진행 중이다. 전력연구원은 △`18년 최장거리(3 km) 초전도 케이블 냉각기술 개발 △`19년 신갈∼흥덕 변전소를 연결하는 초전도 케이블 상용화 사업(2019 IEA Annual Report 인정)을 성공적으로 완공 및 운전 중이며, △`21년에는 23 kV 60 MVA 3상 동축 초전도 케이블 시스템을 개발하고 국제 초전도 케이블 국제규격(IEC 63075 )을 세계 최초로 취득하는 등 초전도 기술을 선도하고 있다.

이중호 전력연구원장은 “실증사업을 성공적으로 수행하면 도심지에서 대규모 토목공사 없이 친환경적인 전력설비를 갖출 수 있다”며, “초전도 플랫폼 실증사업을 통해 재생에너지 확대와 탄소중립 목표 실현에 기여할 것이다”라고 밝혔다.
전력계통 및 시스템 구성도
첨단 ICT 기술 적용한 배전망 시스템, ADMS
배전망 관리시스템은 전국 각지에 복잡하게 분포된 배전망을 운영·관리하는 시스템이다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지는 기상 조건에 따라 발전량이 변화하는 특성을 관리하고 재생에너지의 효율적으로 확대하고, ESS, EV 등 다양한 자원들을 효과적으로 통합 운영하기 위한 새로운 배전망 운영 플랫폼 개발이 요구되었다. 이에 한국전력 배전계획처는 차세대 배전망 관리시스템인 ADMS(Advanced Distribution Management System)를 2020년에 개발 완료하고 2021년부터 충북본부에 설치하여 실제 계통에서 검증을 완료하였다.

ADMS는 한전 배전계획처와 전력연구원이 함께 약 300억 원의 예산과 4년의 기간(2017년~2020년) 동안 산학연 협동 연구를 통해 국내 자체 기술로 개발되었으며, 충북지역 전체 배전선로에 적용하여 현재까지 정상적으로 운전하고 있다. 참여기관은 한전KDN 등 전력 IT 기업 10개, 경남대 등 3개 대학, 컨설팅사 2개 등 총 15기관이다.

전력연구원을 중심으로 국내 자체 개발에 성공했다는 점에 큰 의의가 있다. GE, ABB, Schneider 등 주요 글로벌 제조사의 프로그램을 도입하지 않고 이번에 구축·운영 중인 ADMS는 첨단 ICT 기술을 융합한 차세대 시스템으로 기존의 배전망 운영시스템인 배전자동화시스템을 대체하여 배전계통을 실시간 운영하고 재생에너지를 효율적으로 관리, 운영하는 업무에 활용된다.
배전망 관리시스템 구성도
전력 계통 및 시스템의 구성
전력계통은 발전-송변전-배전으로 구분되며 이를 운영하기 위해 발전소 EMS, 송전망SCADA, 배전망을 운전하는 ADMS(DAS)의 3개 시스템으로 구성된다. 배전망 관리시스템(ADMS)은 전압과 전류를 측정하고 전기를 공급하고 차단하는 개폐기, 정보를 수집하는 단말장치, 모뎀·통신선 통신장비 등 이를 감시하는 것이 ADMS(시스템) 및 배전센터이다.
실시간 계통해석 화면
ADMS의 주요 기능과 효과
실시간 계통해석  실시간 데이터와 설비정보를 기반으로 개폐기 구간별 부하 및 전압을 계산하여 표시하며 선로별 총부하, 발전량, 순부하를 저장·관리하여 배전망 전기품질을 정확하게 실시간 모니터링한다.

ADMS는 선로의 전기품질 상태와 정전이 발생할 경우, 고장 위치를 신속히 파악할 수 있도록 하였으며, 특히, 실시간 계통분석 기능을 활용하여 양방향 전력 흐름, 부하·발전량, 전압 등 배전망의 전기품질을 실시간 모니터링 할 수 있게 하였다. 아울러 재생에너지의 정확한 발전량 파악을 위해 통신 연결이 안 되어 있는 태양광 발전량을 파악하는 발전량 추정 기능과 과전압 등 전기품질의 불안정 해소를 위한 전력계통의 재조정, 최적의 전압값 제공 등의 기술이 적용되었다. 또한, 본사와 각 지역을 연결한 백업체계를 구축하였고, 가상화, 서버 클러스터링 등 첨단 ICT 기술을 적용하여 효율적이고 안정적인 시스템 관리가 가능하다.
DMS 화면
DMS, 배전계통관리 보호협조, 분산형전원 접속을 위한 기술검토 등 배전망 운영업무를 효율적으로 지원하고 계통재구성, 전압조정기 설정값 검토 등 최적화 솔루션을 제공하고, 배전 운영의 업무를 효율화한다.

(*DMS : Distribution Management System)
DERMS 화면
DERMS, 분산형전원 관리 분산전원 현황(Map)과 실시간 발전량, 출력제어 현황 등을 시각화 표현하여 분산형전원에 대한 정보를 통합관리한다. 재생에너지의 감시와 제어를 확대하고 통합하며 관리한다.
(*DERMS :Distributed Energy Resources Management System)
OMS화면
OMS, 정·휴전 관리 정전 또는 배전선로 공사를 위한 휴전 시 배전센터 운전원이 신속하고 정확하게 판단 할 수 있도록 지리정보(GIS) 등을 통해 작업 구간, 정전 지역과 호수 등을 제공한다. 고장복구 체계 고도화 및 안전을 확보한다.
(*OMS : Outage Management System) 

ADMS 시범운영 성과보고회 및 안정적인 전기 품질 제공 예정 
한전은 본격적인 전사 확대에 앞서 전국 사업소의 업무 담당자들에게 개발내용과 구축방안을 공유하고 개발 및 시범사업에 공로가 있는 직원과 협력사를 격려하기 위하여 (6월 30일) 충북지역본부에서 <ADMS 시범운영 성과보고회>를 개최하였다. 성과보고회에는 성과보고회 1부에서는 ADMS 개발 경과와 유공자 포상, 주요 기능 시연 등이 이루어졌으며, 2부에서는 전국 사업소 실무자를 대상으로 ADMS에 대한 정보교류와 토론의 시간을 가졌다.

한편, 한전은 올해 재생에너지 비중이 높은 제주, 전북, 광주, 전남 3개 본부를 시작으로 2024년까지 전국 15개 지역본부에 ADMS를 모두 구축하여 전국 배전망 통합관리 체계를 구축할 예정이다. ADMS의 전사 확대가 완료되면 배전망 재생에너지 연계 용량을 2,341 MW 추가 확보함과 동시에 추가적인 배전망 건설을 줄일 수 있어 약 3,092억 원의 예산 절감이 가능하고, 첨단 ICT 기술 적용에 따른 설비 효율화로 유지보수 비용을 매년 약 51억 원 절감할 수 있을 것으로 예상된다.

한전은 앞으로도 탄소중립 및 신재생에너지 확대를 뒷받침하기 위하여 배전망 계획 및 운영하소, 솔루션들을 다양하게 개발하고 적용하여 전력 배전망을 통합제어하고 안정적인 전기품질을 제공할 수 있도록 할 계획이다.
전국단위 여유 정보 
지역별 여유 정보
전력수요와 신재생에너지 지역 분산화 유도하는 송전망 접속 여유정보 공개
신재생사업자와 수요고객에 최적 입지 정보를 제공하는 송전망 접속 여유정보 공개로 전력수요와 신재생의 분산화로 효율적 계통운영 및 지역그리드 실현이 기대된다. 신재생 발전사업자의 사업계획 수립에 필요한 계통정보를 제공하고 자발적 신재생에너지 분산을 유도하기 위해 신재생 송전망 접속 여유정보를 2022년 7월 1일부터 한전 홈페이지 (http://www.kepco.co.kr →사이버지점→신재생에너지 접속정보)에 공개하고 있다.

우리나라는 수도권과 비(非)수도권의 전력 수급 불균형이 발생하고 있으며, 신재생에너지 또한 특정지역을 중심으로 편중되어있어 지역 내 전력수요-공급의 불균형으로 인한 전력망 보강 부담이 가중되고 있는 상황이다. 한전은 이러한 지역 내 수급 불균형 해소의 일환으로 지난 2021년 12월 전력공급 여유정보 공개를 통해 수요의 분산화를 유도하였으며, 이번 신재생 송전망 접속 여유정보의 공개를 통해 신재생에너지의 지역 분산화 또한 추가로 기대해 볼 수 있게 되었다.
    
신재생에너지 송전망 접속 여유정보는 전력연구원에서 개발한 알고리즘을 기반으로 제공되며, 154 kV 이상 송전망 접속을 희망하는 대규모 신재생에너지 발전사업자(40MW 초과)가 사업계획단계에서 접속 가능 여건을 미리 감안하여 송전망 여유지역으로 접속 할 수 있다. 지역별 접속현황의 신재생에너지 송전망 여유정보 지도를 통해 전국 및 지역별 여유현황을 시각적으로 파악할 수 있다. 다음은 신재생에너지 송전망 여유정보 지도 제공화면이다.

‘송전망 여유용량 조회’를 통해 주소기반으로 연계 희망지역의 변전소별 송전망 여유정보를 확인하고, ‘차단기 여유정보 조회’를 통해 연계 희망지역 변전소의 차단기 여유정보를 실시간 조회가 가능하다.
송전망 여유용량 조회 화면
차단기 여유정보 조회 화면

<Energy News>

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