한재연·대태연·에너윈코리아 3자 특허 사용 협약 체결... K-DES 표준화 본격 시동
저풍속 블레이드 풍력-PV-BESS-EMS 결합에 ‘그리드 포밍’ 인버터 접목
도서지역 연 1600억 전력기반기금 적자 해소 및 전 세계 마이크로그리드 수출 발판 마련

[산경e뉴스] 소형 풍력과 태양광, ESS, 그리고 차세대 ‘그리드 포밍(Grid-Forming)’ 인버터를 융합한 ‘완전 독립형 분산에너지 통합발전소(DES/VPP)’ 상용화 모델이 첫선을 보여 업계의 관심을 모으고 있다.

최근 ‘분산에너지 활성화 특별법’ 시행과 함께 재생에너지 출력 제어, 계통 포화, 고비용 디젤 발전 문제가 전력업계의 핵심 당면 과제로 떠오른 가운데 특별법 분산에너지 통합발전소(VPP) 1호 모델로 이 방식이 거론되는 까닭이다.  

한국재생에너지단체총연합회(한재연)와 대한태양광산업협동조합연합회(대태협), 그리고 소형풍력 전문 기술기업 에너윈코리아는 18일 오전 11시 한재연 사무실에서 3자 업무협약을 체결하고 에너윈코리아가 18년간의 연구개발 끝에 확보한 ‘분산에너지 통합발전 시스템 특허 사용권’을 한재연 소속 30여 개 협·단체 및 등록 기업들에 전격 개방하기로 합의했다.

이번 협약은 단순한 기술 제휴를 넘어 대기업조차 완결 짓지 못했던 독립형 마이크로그리드 기술을 표준화하고 이를 지역 협동조합 모델과 결합해 국내 도서지역 전력망 적자 해소와 글로벌 분산전원 시장 선점이라는 ‘두 토끼’를 잡겠다는 전략적 포석으로 풀이된다.

관성 없는 재생에너지의 치명적 약점, '그리드 포밍'으로 돌파 

그동안 도서지역이나 오지의 독립형 전력망(마이크로그리드)은 태양광과 풍력을 도입하더라도 부하 급변에 따른 전압·주파수 변동성을 완충할 ‘회전 관성’이 부족해 전체 발전 용량의 3분의 1 이상을 상시 디젤 발전기에 의존해야 했다. 

이는 화석연료 운송비와 탄소 배출, 지속적인 운영비 증가라는 구조적 한계를 낳았다.

이번에 공개된 통합발전 시스템의 기술적 핵심은 ‘그리드 포밍(GFM) 인버터’와 자체 개발 에너지관리시스템(EMS)의 결합이다. 

기존 한전 계통 연계형 인버터(그리드 팔로잉·Grid-Following)가 계통 전압을 추종하는 전류원 역할에 그쳤다면, 전압형 제어 방식인 그리드 포밍 인버터는 배터리 에너지저장장치(BESS)와 연동해 전력망의 기준 전압과 주파수를 스스로 형성한다. 

즉, 디젤 터빈의 물리적 회전 없이도 전력망의 합성 관성을 공급해 디젤 의존도를 원천적으로 배제할 수 있는 기술적 토대를 마련한 것이다.

이미 주식회사 한화의 전남 광양 현장에서 15kW급 풍력 4기, 135kW급 태양광, 456kWh BESS, 110kW급 그리드 포밍 인버터를 상호 연동해 안정적인 실증을 마쳤다는 점은 기술적 완성도가 이미 검증 단계에 진입했음을 방증한다.

재생에너지 업계 활성화를 위해 오랜 시간 공들여 얻은 특허기술을 과감히 열어준 에너윈코리아 오영록 대표가 18일 협약식 개최 전에 취재진과 대화하고 있다. (사진=이만섭 기자)

한국형 저풍속 극복한 스트레이트 블레이드와 소형 풍력의 부활

국내 재생에너지 보급에서 풍력은 고풍속·대형 터빈 중심으로 편중되면서 내륙 및 저풍속 지역에서는 경제성을 확보하지 못했다. 

풍향 변화가 잦고 평균 풍속이 낮은 국내 환경에서는 기존의 비틀림(Twisted) 및 테이퍼(Taper)형 날개 구조가 제대로 효율을 내지 못했기 때문이다.

오영록 에너윈코리아 대표가 개발한 대칭형 유선형 블레이드(SAWT 기술)는 끝단으로 갈수록 좁아지는 일반 날개와 달리 일정한 단면 폭을 유지하며 물고기 형상의 단면 유체역학을 적용했다. 

날개 사이로 빠져나가는 유효 풍량을 최소화해 기동 풍속을 획기적으로 낮춤으로써 저풍속 환경에서도 실질적인 발전 출력을 안정적으로 뽑아내도록 설계됐다.

이는 기존 대형 풍력 단지 사이의 유휴 부지는 물론, 육상 계통 연계가 까다로운 분산 전원 사이트에 모듈형으로 배치할 수 있는 높은 유연성을 제공한다.

오영록 대표는 “K-DES는 태양광·풍력과 에너지저장, 전력변환 및 에너지관리 기술을 하나의 시스템으로 연결하는 사업모델”이라며 “관련 기관 및 기업들과 협력해 실제 현장에 적용할 수 있는 K-DES 모델을 구축하고 사업화를 추진하겠다”고 말했다.

도서지역 1600억 전력기반기금 적자 구조 개선 및 글로벌 수출 경쟁력

이번 모델의 상용화는 국가 재정 차원에서도 파급력이 상당할 전망이다. 현재 한전 및 지자체가 관리중인 전국 88개 도서지역의 디젤 발전 유지 비용 등으로 매년 약 1600억 원 규모의 전력산업기반기금이 손실 보전금으로 투입되고 있다.

해당 시스템이 도서지역에 본격 보급될 경우, 화석연료 물류 비용과 설비 유지보수비를 대폭 절감해 3~4년 내에 보전금 지출 구조를 획기적으로 정상화할 수 있다는 계산이 나온다.

또한 5~6년 이상 소요되는 대형 화력·원자력 건설 대비 6개월 내 턴키(Turn-key) 구축이 가능한 모듈형 분산 발전소라는 점은 인프라 구축이 시급한 중앙아시아(카자흐스탄, 우즈베키스탄 등), 동남아시아, 아프리카의 오지 마을 전력화 사업에 즉각 투입할 수 있는 강력한 글로벌 수출 무기가 될 것으로 기대된다.

특허 개방과 50% 지역 환원’...분산에너지 특구 활성화의 새 이정표

기술적 진보 못지않게 주목받는 대목은 사업 거버넌스의 형태다. 개발사가 원천 특허를 독점하지 않고 재생에너지 플랫폼인 한재연에 사용권을 공여하고 이를 30개 산하 단체 및 대태연 회원사들이 현장 구축에 활용하는 ‘생태계 공유형 모델’을 택했다.

특히 대태연 최완기 회장은 협동조합 사업 추진을 통해 발생하는 수익의 50%를 지역사회에 환원하겠다는 방침을 공식화했다. 

이는 주민 수용성 확보가 성패를 가르는 분산에너지 특구 및 도서 재생에너지 사업에서 주민 참여형 이익공유제의 새로운 표준을 제시할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

정우식 한재연 사무총장은 "분산에너지 활성화 특별법의 핵심 취지인 지역 생산·지역 소비형 마이크로그리드를 완성할 기술적 퍼즐이 마침내 맞춰졌다"며 "소형 분산전원망 구축과 기술 국산화를 통해 글로벌 틈새시장을 주도할 수 있도록 제도적 지원과 거버넌스 확장에 총력을 다할 것"이라고 강조했다.

출처 : 산경e뉴스(https://www.skenews.kr)

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