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가변 속도 풍력터빈의 주파수 제어

전문가 제언: ○ 풍력발전은 바람에너지를 활용하여 전기에너지를 생산하는 그린에너지 기술로서 CO2 배출을 줄여 지구온난화를 방지하고 화석연료 중심의 에너지 공급구조를 개선하는 유망한 대안으로 크게 주목받고 있다. 1990년대 중반부터 유럽에서 본격적인 상업화 및 대형화가 이루어진 이후 2000대 초반에 발전기 직경이 80m 정도인 2MW급 풍력발전기들이 개발되면서 경제성과 신뢰성이 향상되어 비약적인 발전을 이루게 되었다.

○ 전 세계 풍력발전 설비의 누적 설치용량은 2009년 말 현재 약 158GW로서 매년 약 25% 이상의 빠른 성장률을 보이고 있으며, 2009년에 신규로 건설된 37.5GW의 풍력발전설비의 세계 시장규모는 약 70조 원으로 추정되며 이는 약 20억 원/MW로 추정된 값이다.

○ 풍력발전기의 Full Power System 중에서 기어리스 방식은 다극형 동기기를 사용하여 발전기가 블레이드와 똑같이 수십 rpm 이내로 천천히 회전해도 사용가능한 전압과 주파수가 발생되고 마모가 적고 운전효율이 높은 특성이 있다. PMSG 방식은 전력 계통의 주파수가 50Hz/60Hz 다른 경우에도 Full Power 시스템은 손쉽게 대응이 가능하다.

○ 최근 전력계통에 풍력발전의 비중이 증대되면서 풍력발전의 주파수제어에 대한 관심이 더욱 중요하게 부각되고 있다. 가변속도 풍력터빈을 전력망 시스템에 접속할 때 주파수를 제어하는 방법에는 관성제어방법, 예비전력 제어방법 등이 있다. 관성제어방법은 전력제어 루프(loop) 안에 보조 루프를 두고 주파수 차이가 발생할 때 전력수요와 발전량 사이의 불균형을 조절하는 방식이다.

○ 예비전력 제어방법은 전력수요와 발전량 사이의 불균형을 해소하기 위하여 시스템에 구현하는 일차 주파수 조절방법이다. 전력망 주파수가 증가하면 발전량이 감소하기 때문에 이를 제어하기 위해 예비전력이 필요하다. 향후 각각의 전력시스템에 가장 경제적인 관점에서 풍력터빈의 주파수제어 방법과 범위를 결정하고 풍력발전 단지로부터 단기적인 실동 전력지원을 적용할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

저자: Xue Yingcheng, Tai Nengling
자료유형: 학술정보