국내 연구진이 대용량 풍력발전기 신뢰성을 다양한 조건에서 사전 모의실험해 검증하는 시스템을 개발했다.
한국에너지기술연구원은 전력시스템연구팀, 풍력연구팀이 대용량 풍력발전기 신뢰성 확보를 위한 사전검증시스템(P-HILS)을 개발하고 풍력발전기 제어알고리즘 검증 체계를 마련했다고 4일 밝혔다. 풍력발전기 신뢰성 증대와 원가절감에 기여할 전망이다.
P-HILS는 풍력발전기 시뮬레이션 모델이 풍속, 풍향 등 외부 환경조건과 다양한 시나리오에 따라 실제 풍력발전기와 동일한 전기 출력을 내는 장치다.
풍력발전기 제어시스템 원가는 설비 자체 1% 미만으로 매우 적지만 성능에 따라 블레이드, 타워 등을 경량화해 원가절감에 크게 기여할 수 있다. 또 풍력발전기 설비 용량을 늘려도 제어시스템 비용은 증가하지 않아 사실상 풍력발전기 경쟁력을 강화하는 핵심 기술이다.
최근 재생에너지 비중이 증대되면서 출력 변동성 문제가 발생하는데, 대용량 풍력발전기에는 제어알고리즘 개발과 업그레이드를 통한 합성 관성 제어 기술, 계통 지원 기능이 필요해지고 있다. 합성 관성 기술과 계통 지원 기능은 재생에너지 변동성을 제어해 전력 계통에 안정을 취하도록 하는 기술이다.
연구팀은 풍력발전기 제어알고리즘에 대해 시험 평가할 수 있는 사전검증시스템을 개발했다. 풍력발전기 내부 각종 특성값과 풍속, 풍향 등 외부환경 조건에서 제어알고리즘을 평가할 수 있는 시험장비와 기술을 개발했다.
개발 시스템은 실시간 기반 고속 연산을 통해 현재 보편적으로 사용하는 10밀리세컨드(0.01초) 제어주기 풍력발전기 제어알고리즘을 평가할 수 있다.
또 사전검증시스템은 개방형 플랫폼 형태로 개발돼 주요 구성품 탈부착이 용이해 다양한 풍력발전기 종류와 내부 부품을 시험할 수 있다. 복수 풍력발전기로 구성된 풍력발전단지에 대해 제어 및 다중화 통신시스템 신뢰성 검증도 가능하다.
개발한 시스템은 원가절감은 물론 운영비용도 감소시킬 수 있으며 풍력발전기 주요 구성품 개발에 적용해 국산화를 촉진할 것으로 기대된다. 체계적인 풍력발전기 전문 인력양성에도 활용될 수 있다.
개발 시스템은 이미 2개 업체로 이전 완료됐으며 올해 하반기에도 2개 업체로 추가 기술이전이 예정돼 있다.
김대진 선임연구원은 “개발 시스템은 국내 풍력발전기 제조사 신뢰성 확보를 통해 제품 경쟁력 강화와 향후 서남해 지역 대규모 풍력발전단지 유지보수 전문인력 양성 등 중요한 역할을 할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구는 한국에너지기술연구원 기본사업과 산업통상자원부 에너지기술개발사업 지원을 받아 수행 중이다. 주관기관은 현대플라스포이며 에너지연, 전자부품연구원, 한국전기연구원, 한양대, GIST, 신한EPS가 참여해 2020년부터 4년간 진행되고 있다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
