KETEP 세계에너지시장정보

제목 : EU) 시스템과 관련된 재생 가능 발전 유연성 향상

        (Ramp up of renewable generation flexibilities regarding to the system)

WPP(풍력 발전소), SPP(태양광 발전소), ESS(에너지 저장 시스템), AUX(보조 시스템)로 구성된 유틸리티 규모 하이브리드 발전소의 4계층 제어 사례

1. 서론

재생에너지 보급 확대는 전력계통 운영의 새로운 도전과제를 야기하고 있으며, 그 핵심은 변동성이 높은 태양광과 풍력발전을 효과적으로 관리하는 것에 있다.

2. 재생에너지 확대와 계통 운영 과제

2.1 유럽의 에너지 비전

- EU는 2050년까지 탄소중립을 달성할 법적 목표를 설정하였으며, 전력 생산량은 6,800TWh로 현재의 2배 이상 증가할 전망이다.

- 2050년 전력 생산의 80% 이상이 재생에너지로 공급되며, 그중 태양광·풍력이 약 70%를 차지할 것으로 예상된다.

2.2 계통 운영의 시간·공간적 도전

[시간적 과제]

재생에너지 변동성은 시간 축별로 서로 다른 형태의 불안정성을 유발하며, 이에 맞춘 다중 시간 스케일 제어가 필요하다.

- (단기(초~초 단위)) 전통적 동기발전기 감소로 관성 부족, 주파수 불안정 심화

   → 그리드포밍 인버터 및 빠른 응답형 저장장치 필요

- (중기(분~시간 단위)) 예측 불확실성으로 예비력 부담 증가

   → 기계학습 기반 수요·기상 예측 및 수요반응 활용 필요

- (장기(시간~일 단위)) 잉여 발전·장기 무풍 시기의 계통 안정성 확보

   → 다양한 저장기술 및 자원 계획 필수

[공간적 과제]

전력망 전 구간(발전 단위~국가·초국가망)에서 재생에너지 확대에 따른 유연성 자원 통합 운용이 필수이다.

- (로컬 수준) 분산형 자원 다수 연계, 배전망 역전류·전압 문제 증가

- (지역·국가망 수준) 송전 혼잡, 지역 간 전력 불균형, 보조서비스 확보 난이도 상승

- (국가 간 연계망) 대규모 전력 교환 시 계통 안정성·보안·표준화 필요

3. 기술적 제어 솔루션

3.1 디지털 제어 및 EMS

효율적 EMS 구축을 위해 다음 요소가 중요하다.

- (예측 기능) 기상·수요 예측을 통한 사전 대응

- (최적화 기법)

- (시뮬레이션·검증) 디지털 트윈, 하드웨어-인-더-루프(HIL) 실험

- (통신·보안) 표준화된 프로토콜, 저지연·고신뢰 네트워크, 사이버보안 프레임워크

산업계 EMS 솔루션은 대부분 상용화 단계이나, 상호운용성과 표준 부재, 초기 투자비, 데이터 품질 한계가 확산의 제약 요인이다.

3.2 인버터 제어 혁신

스마트 인버터는 기존 최대출력운전(MPPT)에서 벗어나, 능동적 전력·무효전력 조정, 램프율 제어, 주파수·전압 지원, 그리드포밍 기능을 수행한다.

- (그리드포밍) 무전원 섬모드에서 자체 전압·주파수 형성

- (양방향 제어) PV-저장, 풍력-저장 하이브리드에서 충·방전 및 발전량 실시간 조절

- (IoT·AI 통합) 상태 모니터링, 예측 유지보수, 자율 제어 구현

이러한 기능은 전통적 동기발전기의 역할 일부를 대체하며, 고관성·고신뢰 계통운영을 가능하게 한다.

4. EU 연구 프로젝트 동향(2021~2026)

4.1 프로젝트 개요

44개 EU 프로젝트 분석 결과, 다음 경향이 확인된다.

- (핵심 집중 분야) EMS 설계·알고리즘, 예측·모델링, 통신·데이터 관리

- (혁신 트렌드) AI·블록체인 기반 P2P 전력거래, 에너지커뮤니티, 디지털 트윈 검증

4.2 대표 프로젝트 사례

5. 결론 및 향후 발전 방향

향후 재생에너지 계통 제어 분야의 핵심 방향은 다음과 같다.

- (제어 전략 고도화) 적응형 인버터, 합성관성·댐핑 기능, 다중 인버터 협조 제어

- (표준·규제 정비) 통신·데이터 표준화, 계통연계 규정 개정, 사이버보안 의무화

- (검증·배포 인프라) HIL·디지털트윈 확산, 다중 현장 실증

- (AI 통합 운영) 실시간 예측·제어, 자율시장참여, 분산지능형 의사결정

재생에너지와 저장장치 비중이 높아질수록, 전력계통 제어의 패러다임은 중앙집중형에서 분산·지능형·자율형 구조로 전환될 것이다. 이를 위한 기술·제도·인프라의 통합 진화가 에너지 전환 성공의 관건이다.