에너지시스템 연구실
Energy System Lab

2021-09-15 46

지구 온난화로 인한 기후변화로 전 세계적으로 탄소중립 실현을 위한 움직임이 거세다. 지구 온난화 주범으로 꼽히는 화석 연료 사용을 줄이는 일이 가장 먼저 선행되고 있다. 화석 연료는 주로 전기를 생산하는 데 이용된다. 이에 따라 화석 연료를 대체해 전기 생산을 하는 풍력과 태양광 발전 등 신재생 발전원의 보급이 늘고 있다. 전북 새만금에 설치된 풍력발전기들이 그 예시다. 여기에 더해 정부는 새만금에 2.4GW(기가와트) 규모의 풍력발전단지 개발을 계획 중이다. 224만 가구에 동시에 전력을 공급할 수 있는 막대한 양이다. 이런 대규모 풍력발전단지는 안정적 연계가 핵심이다. 풍력 발전량은 출력 변동이 크고 불확실 해 이를 대비하기 위한 적절한 제어 기술이 없을 경우 전력 품질 저하나 대규모 정전으로 이어질 수 있기 때문이다.
 
전자전기공학과 김영진 교수가 이끄는 에너지시스템연구실은 대규모 풍력발전단지의 안정적 연계의 기반이 되는 제어기술을 개발한다. 전력시스템의 물리적 특성과 데이터 분석을 바탕으로 최적의 운영과 제어 알고리즘을 찾아내는 것이다.
 
가령 연구팀은 대규모 풍력발전단지의 안정적 연계를 위해 분산형 제어기술을 개발했다. 실증 인프라를 통한 검증이 어려운 전력 시스템의 특성을 고려해 연구실에 하드웨어 연계 실시간 시뮬레이션(PHILS)을 구축하고, 통신 시간 지연으로 야기될 수 있는 전력 시스템의 불안전성과 불확실성을 제어하는 방법을 찾았다. 그 결과 800MW(메가와트) 규모의 풍력발전단지 연계에 따른 전력망 주파수 변동량을 기존 대비 60% 이상 감소시키는 데 성공했다. 풍력발전기 사이 안정적 연계의 기반을 만든 것이다.
 
연구팀은 전력시스템을 효율적으로 그리고 안정적으로 운영하고 제어하는 기술을 구현하는 것 외에도 전력 데이터 수집과 처리를 통한 모니터링 기술과 데이터를 활용한 전기기기 디지털 트윈 모델 구현 연구도 열중이다. 김 교수가 포스텍에 부임한 2016년 9월부터 현재까지 약 30편의 논문을 발표하는 성과를 냈다. 국내 특허 15건과 해외 특허 5건을 출원∙등록했고, 2019년과 2020년을 합쳐 전력시스템 분야 최대 학회인 대한전기학회에서 총 6편의 논문에 대한 우수논문상을 받았다.
 
김 교수는 “전력시스템에서 일어난 단 한 번의 고장은 사회 전반에 걸쳐 막대한 피해를 야기할 수 있으며 관련 연구는 실제 운영 중인 사회 인프라를 대상으로 하므로 큰 책임감이 요구된다“며 “하지만 효율성과 신뢰성 향상이라는 성과를 냈을 때 매우 보람이 크며 기존의 수학 모델링 기법 뿐 아니라 빅데이터와 인공지능(AI) 등 첨단 기술을 실제 시스템에 적용해볼 수 있어 매력적”이라고 강조했다.