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제목 : 대서양 해상 풍력 전송 연구

        (Atlantic Offshore Wind Transmission Study)

지역 간 토폴로지의 잠재적인 빌드 타임라인

* 삽화 : Billy Roberts와 Al Hicks, NREL

* 토폴로지 : 일반적으로, 외형적인 연결 모양을 의미하는 용어

* 방사형 토폴로지(Radial Topology)는 해상 풍력 발전소에서 각각의 플랫폼이 육상 위치에 직접 연결되는 레이아웃을 말한다. 이 토폴로지는 다른 해상 플랫폼 간의 연결 없이, 각 플랫폼이 독립적으로 육상 전력망과 연결된다. 방사형 토폴로지는 현재 미국 대서양 해상 풍력 발전 개발의 기준이 되고 있다.

대서양 해상 풍력 송전 연구(AOSWTS)는 대서양의 풍력 발전 전기를 이해하고 촉진하기 위한 미국 에너지부(DOE)의 노력의 일환으로 단기(2030년까지)와 장기(2050년까지) 조정된 해상 전송 솔루션을 통해 대서양에서 해상 풍력 에너지 배치를 가능하게 하는 경로를 식별하고 평가한다. 또한 이 연구는 이 연구는 정책 입안자와 송전 이해 관계자에게 대서양의 해상 풍력 에너지 개발을 위한 송전 계획에 대한 사전 예방적이고 조정된 지역 간 접근 방식으로 인해 발생할 수 있는 결과에 대한 지침을 제공한다.

[주요 연구 결과]

① 해상 풍력 에너지는 대서양 국가의 저탄소 미래를 달성하는데 있어 핵심 부분이 될 것으로 예상된다.

- 전기 부문은 용량 확장 모델을 사용하여 미래의 생성 및 전송 용량 확장을 시뮬레이션하고 분석하여 예상 부하를 충족시킨다. 2050년의 용량 확장 모델링 결과는 대서양 지역 전반에 걸쳐 다양한 저탄소 발전 자원 혼합으로의 전환을 보여준다.

- 저탄소 시나리오는 2050년까지 탄소 포집 및 격리를 통해 육상 풍력, 태양광 발전, 에너지 저장, 수소 연소 터빈 및 천연가스의 상당한 용량 확장과 함께 대서양에 85GW의 해상 풍력을 건설한다.

② 해상 전송은 해양 공동 사용 및 환경 제약을 고려하면서 계획될 수 있다.

- 해상 풍력 에너지 개발은 전력망에 가치를 제공하기 위해 해상 송전 용량을 추가할 수 있는 기회를 제공한다.

- 대서양 지역의 그리드는 수요가 많고 재생 가능성이 높은 2050년 미래에 심하게 혼잡하기 때문에 플랫폼을 상호 연결하여 해상 송전 인프라를 활용하여 전체 시스템 비용을 줄일 수 있다.

③ 해상 송전 네트워크는 리소스 적절성을 활성화하고 예상치 못한 그리드 구성 요소 손실(우발 상황)을 관리하는데 도움을 줌으로써 그리드 신뢰성에 기여한다.

- 해상 송전을 사용하여 지리적으로 다양한 발전 자원 간의 연결을 개선하면 발전 투자를 대체할 수 있다

- 2030년 해상 풍력 용량 30GW에 대한 그리드 강도 분석에 따르면 고려 대상 POI(Points Of Interconnection) 24개 중 14개가 약한 그리드 강도 조건을 경험하는 것으로 나타났다.

* 그리드 강도 분석 : 전력망의 강도를 측정하는 주요 지표로 SCR(Short-Circuit Ratio)을 사용하며, 이는 전력망이 견딜 수 있는 최대 전력 대비 실제 흐르는 전력의 비율을 나타낸다. SCR 값에 따라 전력망을 ‘강함(strong)’, ‘보통(moderate)’, '약함(weak)'으로 분류하며, 다양한 조건(정상, 단일 고장, 이중 고장)에서의 SCR 값을 분석하여 전력망의 안정성에 미치는 영향을 평가한다.

④ 해상 전송 네트워킹의 이점은 종종 2:1 이상의 비율로 비용보다 크며, 지역 간 상호 연결이 있는 해양 네트워크는 가장 높은 가치를 제공한다.

- 네트워킹 해상 전송의 이점은 축소 감소, 고비용 발전기 사용 감소, 신뢰성 기여에서 비롯된다.

- 지역 간 상호 연결을 갖춘 네트워크는 비용 대비 이익비율과 총 순가치로 정량화되어 최고의 가치를 제공한다.

- 케이블 용량, 연료 가격, 육상 전송 확장, 해상 네트워크 운영 방식 등 다양한 가정을 테스트하기 위해 추가 분석을 수행한 결과, 비용 대비 이익 비율은 모든 변형에서 지역 간 해상 네트워크 토폴로지에 대해 긍정적이었다.

⑤ 해상 송전을 단계적으로 건설하면 개발 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있지만, 미래의 상호 운용성을 위해서는 고전압 직류(HVDC) 기술 표준을 조기에 구현하는 것이 필수적이다.

- 해상 송전 개발 단계에서는 인프라 개발 기능을 효율적으로 사용할 수 있지만 다중 터미널, 다중 공급업체 상호 운용성을 가능하게 하려면 일관된 HVDC 기술 표준이 필요하다.

- HVDC가 지역 간 시나리오와 같은 토폴로지에 배포되기 전에 공통 상호 운용성 표준을 정의하는 것은 개발 일정을 충족하고 이 연구에서 정량화된 이점을 달성하는데 중요하다.