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ETRI, 탄소중립 위한 마이크로그리드 국제표준 개발

하이거 2022. 8. 14. 12:31

ETRI, 탄소중립 위한 마이크로그리드 국제표준 개발

 

배포일2022.06.15담당자융합표준연구실

 

 

ETRI사진자료1~4
- ETRI 연구진들이 에너지저장장치를 비장전원 시스템에 연계하기위한 요구사항을 논의하고 있는 모습

ETRI사진자료5
- 마이크로그리드 국제표준 개발을 주도한 ETRI 연구진(왼쪽부터 ETRI 안윤영 책임연구원, 정상진 기술총괄, 정상우 연구원, 선경재 연구원)

ETRI사진자료6
- ETRI 연구진이 2018.05월에 개최한 IEC TC120 WG3 회의에 참석한 모습(독일, 프랑크푸르트)

ETRI사진자료7
- ETRI 연구진이 2019.11월에 개최한 IEC TC120 총회에 참석하여 개발사항을 발표하고 있는 모습(이탈리아, 플로렌스)


국내 연구진이 전기와 정보통신기술(ICT)의 융합을 통해 에너지 이용효율을 극대화하는 마이크로그리드 기술 국제표준을 개발했다. 안정적이고 효율적인 에너지 활용 체계 마련을 통해 탄소중립 실현의 탄탄한 밑거름이 될 전망이다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 마이크로그리드 시스템의 핵심 요소인 에너지저장장치(ESS)와 수요반응(DR) 기술 2건에 대한 국제표준이 국제전기표준화위원회(IEC) 기술위원회에서 승인됐다고 밝혔다.
탄소중립 실현을 위한 국제사회의 노력에 따라 스마트그리드 기술의 중요성이 나날이 커지고 있다. 그 중 마이크로그리드는 작은 단위의 스마트그리드로, 대규모 전력 시스템으로부터 독립된 소규모 전력 시스템을 의미한다. 마이크로그리드는 전력 수용가(소비자)와 에너지원(공급자), 에너지저장장치 및 에너지관리시스템을 갖춰 자체적으로 운용이 가능하며, 대규모 전력 시스템과의 연계도 가능하다.
금번 ETRI가 개발하여 제정된 마이크로그리드 국제표준은 에너지저장장치를 전력수요관리와 비상 전원 용도로 활용하기 위한 요구사항 및 유즈케이스(Use Case) 정의와 공장과 같은 산업시설의 수요반응(DR) 기반의 에너지 관리 시스템 정의 등 2건이다.
마이크로그리드의 핵심요소 중 에너지저장장치는 생산된 에너지를 저장한 후 발전이 되지 않거나 사용량이 몰리는 시간에 에너지를 방전하여 발전량을 일정하게 유지하는 기능을 수행한다. 이를 통해 과잉 생산되어 남는 에너지의 낭비를 방지하고 안정적이고 효율적인 에너지 활용을 가능케 한다.
연구진은 에너지저장장치의 보급을 위해 현재 사용되는 디젤발전기 기반의 비상전원 시스템 구조를 분석하고, 이를 에너지저장장치 기반의 시스템에 적용하기 위한 요구사항과 지침을 개발하여 국제표준으로 승인받았다. 향후 에너지저장장치 기반 시스템이 보급되면 현재의 시스템 대비 상당한 탄소저감 효과가 있을 것으로 기대하고 있다. 더욱이 에너지저장장치 기술의 IEC 국제표준이 한국의 주도로 개발되어 승인된 것은 이번이 처음이다.
또한, ETRI는 한양대학교와의 협업을 통해 전력 사용량이 많은 산업시설에서의 수요반응 기반 에너지 관리 시스템 역시 국제표준으로 승인받아 발간하였다. 공장과 같은 제조업체는 운영 및 생산 과정에서 일반 소비자보다 월등히 많은 전력을 소모한다. 이에 따라, 산업용 소비자를 위해 특화된 에너지 관리 시스템이 필수적이며, 이를 구축하기 위해선 스마트그리드와 제조업체 사이의 인터페이스 표준화가 필요하다.
연구진은 전력 소비 패턴, 해당 지역 전력 공급 계획 등의 데이터를 통한 수요반응 예측으로, 마이크로그리드와 연계한 산업 설비의 에너지관리시스템 표준을 개발하였다. 이를 통해 제조업체가 전기 요금이나 전력수요를 효과적으로 관리하는 목적으로 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
ETRI 표준연구본부 강신각 본부장은 “전 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소중립 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 탄소중립 실현을 위해 필수적인 마이크로그리드 기술의 국제표준이 국내 연구진의 주도로 개발·승인되어 매우 뜻깊은 성과로 생각한다. 향후 스마트그리드까지 연계하여 전력 시장의 지능화, 효율화에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다. 
연구진은 향후 AI 기반의 스마트홈 에너지관리기술의 국제표준 승인을 추진하는 동시에, 건물에너지관리시스템(BEMS) 및 공장에너지관리시스템(FEMS) 등 마이크로그리드 핵심·응용 기술에 대한 국제표준을 후속적으로 연이어 개발할 계획이다.
본 연구는 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원이 지원하는 ‘마이크로그리드 국제표준화 기반 구축’연구과제를 통해 개발되었다. <보도자료 본문 끝>
참고1 마이크로그리드 관련 기술 개념도
개념도 활용 분야
○ 계통연계형
- 분산형전원,전력품질향상, 대규모수용가,아파트,산업단지,유통상가등
○ 독립형
- 도서지역 또는 송.배전망이 없는 격리지역 적용
< 마이크로그리드 개념도 >
개념도 활용 분야
○ 부하 평준화
○ 수요반응
○ 전력사용 피크 저감
○ 주파수 조정
○ 신재생발전 출력 안정화
○ 배전선로안정화
○ 마이크로그리드용
- 피크 저감, 부하증가 대응, 배전망 전력품질 유지, 분산전원 수용용량 확대
< EES 개념도 >
개념도 활용 분야
○ 공급자와 수용자간 상호 양방향 통신을 통한 자동화된 실시간 제어
- 전력 사용 수요 관리
< DR 개념도 >
참고2 IEC TC120 개요

< IEC TC120 조직 구성도 >

IEC TC 120은 ESS의 설계, 설치, 시험 관련 분야의 국제표준을 개발하고 있음
TC 120 산하에는 다음과 같이 5개의 WG이 운영되고 있음
- WG1: ESS에 적용 가능한 용어 정의를 다루고 있으며, 계통연계, 충방전 사이클, 시스템 응답시간, 서비스 수명 등에 관한 용어를 정의
- WG2: ESS의 기능과 성능을 평가하기 위한 시험 방법 및 시험 요소를 정의함. 세부적으로 에너지 저장장치의 사용 목적, 용량, 설치환경 등에 따른 성능평가 요구사항, 성능지표 및 평가방법을 정의
- WG3: ESS의 전력 시스템 설계자, 시스템 통합자 등이 ESS의 계획 및 성능평가를 위해 필요한 다양한 지침을 개발하고 있음. 세부적으로는 ESS 시스템의 모니터링, 성능측정, 운영 및 관리, 계통연계 요구사항, 에너지 저장장치 내의 배터리관리시스템, 전력변환장치 등과 통신하기 위한 통신 방법, 유지관리 등의 표준화를 담당
- WG4: ESS의 환경 요구사항을 정의. 주로 환경적 측면에서 온실가스 배출량, 유해물질 재활용 요구사항 등을 정의하며, 환경적 요구사항으로 전기적, 기계 및 화학적 관점, 자연재해 및 사고 조건 등을 다루고 있음
- WG5: ESS의 안전한 사용을 위한 안전 고려사항과 관련한 표준 개발 진행

참고3 (ESS의 수요관리 및 비상전원 활용 요구사항) 주요 내용
- IEC 62933-3-3은 ESS를 에너지 집중형 (전력 피크 평준화, 전력 피크 분산) 및 비상전원 용도로 사용하기 위한 요구사항 및 유즈케이스를 표준 범위로 하고 있음
. 전력 피크 분산 및 평준화: ESS 시스템을 활용하여 전력의 생산 및 소비간의 균형을 맞추기 위해 전력량 소비 시간대를 이동시키는 응용. 이를 통해 최대 전력 사용량 및 전력 부하 특성을 최적화 할 수 있음
. 비상전원 용도: 전력망을 통한 전력 공급이 중단되었을 경우, ESS 시스템을 활용하여 내부 배전망 부하 전체 또는 비상 시설물에 대한 전원을 공급하는 응용
. 전력계통 독립형 운전: 전력망과 연결되지 않은 섬, 오지 지역 등에서 EES 시스템을 활용하여 전력을 공급하고, 다른 신재생 전원과의 연계를 통해 전압 및 주파수 제어를 수행하는 응용


< ESS 활용 전력 수요관리 제어 알고리즘 예시 >