세계 각국이 신재생 에너지의 보급 확대와 전력설비 지능화에 심혈을 기울이고 있는 가운데, 사용국가, 전력회사, 제작사에 관계없이 태양광 등 신재생에너지 분산전원을 지능형 전력망(스마트그리드)에 손쉽게 접속할 수 있도록 하는 핵심 연계 기술이 국내에서 처음 개발됐다. 추후 관련 기기 수출증대 효과는 물론 분산전원 보급 확대를 통한 전력설비 증설부담 완화와 전력에너지 사용효율 증대에도 기여할 것으로 예상된다.

신재생에너지 연구개발 현황

전 세계적으로 친환경적인 그린에너지를 얻기 위한 노력은 계속되고 있으며 이에 따라 태양광 및 풍력발전의 발전용량과 그 수는 기하급수적으로 늘고 있다. 노르웨이, 스웨덴과 같은 북유럽 국가들은 2012년 기준으로 신재생 공급 비율이 30%를 넘어섰으며 미국, 일본 등 선진국들은 2030년까지 11%의 에너지를 신재생에너지로 공급할 계획을 세운 상태다.

그림 1. IEC 61850 기반 태양광발전 시스템 인터페이스 개발

우리나라의 경우 2010년 기준으로 신재생에너지의 공급률이 2%에도 미치지 못해 OECD 국가들 중 꼴찌를 기록했지만 향후 2030년까지 12%의 에너지를 신재생에너지로 공급할 계획을 가지고 있다. 이러한 세계적인 신재생에너지의 공급 확대 계획은 국제 사회의 기후변화 대응과 화석연료 고갈 및 탄소세 증가 등 환경 및 경제적인 부담감 증가로 인해 선택이 아닌 필수이며 우리 또한 적극적으로 대처해야 한다.
이런 상황에서 사용 국가, 전력회사, 제작사에 관계없이 태양광 등 신재생에너지 분산전원을 지능형 전력망(스마트그리드)에 손쉽게 접속할 수 있도록 하는 핵심 연계 기술이 국내에서 처음 개발돼 화제가 되고 있다.

그림 2. IEC 61850 기반 태양광발전 시스템 인터페이스 개발 환경

한국전기연구원(KERI)은 최근 전력설비 통신 인터페이스의 국제 표준인 IEC 61850 규격이 적용된 태양광 발전시스템 인터페이스를 국내 최초로 구현하고, 분산전원을 ‘플러그 앤 플레이(PnP)’ 방식으로 연결할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다. 
이번 기술 개발은 KERI 스마트배전연구센터가 자체 기본사업인 ‘IEC 61850 기반 분산전원 인터페이스 기술 개발’ 과제 수행을 통한 것이다. ‘IEC 61850’은 스마트그리드의 다양한 영역(전력생산, 송전, 배전, 태양광, 풍력, 전기자동차, 저장, 스마트홈)에서 사용되는 지능형 전자장치(IED)의 통신을 위한 핵심적인 국제 표준이다.

그림 3. IEC 61850 기반 태양광발전시스템 인터페이스 모듈 사진

현재 전력설비들의 인터페이스 규격으로서 IEC 61850 표준을 적용하는 관련 규격 및 규정이 늘어나고 있다. 국내에서는 대기업을 중심으로 관련 기술 개발이 활발히 진행되고 있다. IEC 61850은 다양한 성능과 기능을 가지는 설비들의 인터페이스에 대한 포괄적인 내용에 관하여 언급하고 있어 그 내용이 매우 방대하고 복잡하다. 분산전원을 생산하는 기업들이 이를 분석하고 구현하는 것이 현실적으로 대단히 어려울 수밖에 없다.
KERI 연구팀은 이러한 현실을 반영해 분산전원을 생산하는 기업이 국제적인 표준을 요구하는 여러 가지 환경과 조건에서 분산전원을 손쉽게 상위 시스템과 접속하도록 하는 해당 기술을 개발했다.
개발된 기술은 작고 저렴한 상용 임베디드 모듈을 이용해 구현됐다. 특히 분산전원의 접속 및 운전과 더불어 전체 분산전원 시스템의 재구성을 자동으로 수행하는 ‘플러그 앤 플레이(PnP)’ 기능을 포함하고 있다는 점이 큰 특징이다. 분산전원이 PnP 기능을 이용하여 손쉽게 상위 운영시스템과 연계되어 운전할 수 있도록 한 것은 아직 국제적으로 가장 앞선 기술력을 자랑하는 기업에서도 기술개발 보고가 없는 세계 최초의 기술이다. 개발된 분산전원의 인터페이스는 IEC 61850 국제 표준 규격의 적합성을 시험하는 ‘국제공인 Level A 인증시험기관’에서 적합성 시험까지 마쳐서 상품화에 필요한 시간과 비용을 최소화한 것도 큰 장점이다.
스마트배전연구센터 이재덕 책임연구원은 “이번에 개발한 분산전원의 인터페이스는 우선 태양광 발전시스템을 목표로 개발됐으며, 현재 마이크로그리드 테스트 베드에 연계하여 실증 운전 중”이라며, “향후 접속하고자 하는 분산전원들의 데이터 모델을 변경하면 풍력 발전, 에너지 저장장치 등 다양한 분산전원의 인터페이스로 적용 가능하며 분산전원 보급 확대에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.”고 설명했다.

그림 4. 분산전원 인터페이스 모듈 내부 및 태양광발전 인버터 연계 사진  

‌기대 효과 

사용 국가, 전력회사, 제작사에 관계없이 분산전원을 사용할 수 있도록 하는 표준적인 인터페이스를 제공하는 분산전원 인터페이스를 개발하여 추후 수출 증대 효과가 클 것으로 기대된다. 이번에 개발된 태양광 발전 시스템 인터페이스는 적용할 분산전원 모델을 교체함으로써 다양한 신재생 분산전원들의 인터페이스로 변경 가능하므로 분산전원 보급 확대와 이로 인한 분산전원 보급 확대는 대규모 발전소의 증설을 늦추는 효과 및 효율적 전력 사용에도 기여한다.
IEC 61850은 스마트그리드 구현을 위한 핵심적인 국제 통신 표준이며 본 과제에서의 개발 내용은 분산전원 보급 확대뿐 아니라 타 시스템과의 연계에 의하여 다양한 목적의 스마트그리드 감시제어 시스템에 활용될 수 있을 것으로도 전망된다. 개발된 IEC 61850 기반 분산전원 인터페이스는 에너지저장장치, 풍력발전시스템 등 다양한 분산전원에 확대 적용될 예정으로 산업계로의 관련 기술 확산될 것으로 본다.

김혜숙 기자 (eltred@hellot.net)