태양광 풍력발전과 계통연계기술

일본 태양광ㆍ풍력발전 연구 개발의 현주소를 들여다보다.



지구환경과 에너지문제가 전 세계, 인류의 미래를 좌우하는 중요한 문제로 부각되고 있으며 태양광과 풍력 등의 신에너지는 지구온난화를 극복할 차세대 에너지로서 연구가 활발하다.



교토의정서를 추진한 일본은 1990년 대비 2008년부터 2012년 사이에 온실가스를 6% 삭감하자는 목표를 분담하고 있다. 그러나 세계에서 약 40%에 미치는 온실가스를 배출하는 미국과 중국이 이에 참가하지 않아 일본에서도 그것을 달성하기 힘들어져 실효성이 떨어진다고 할 수 있다. 또, 2001년에는 총합 자원에너지 조사회의 신에너지 도입목표로 태양광발전이 482만kW, 풍력발전이 300만kW, 바이오매스 발전은 33만kW를 내놓았지만, 5년 전에 일본은 태양광발전량 세계 정상의 자리를 독일에게 넘기는 등 이들의 목표 달성은 불가능한 상황에 놓여, 신에너지(재생가능에너지)의 보급책으로써 새로운 제도를 도입하고자 한다. 태양광발전에 대해서는 장기적으로는 2008년 후쿠다 비전의 발표에 따라 2030년까지 현재의 40배인 5300만kW, 2020년까지 2800만kW의 도입 목표를 내세웠다.



신에너지를 대량으로 도입하기 위해서는 분산형 전원을 전력계통에 연계하는 연계형으로 해야 한다. 이 때문에 대량의 태양광발전과 풍력발전을 받아들일 수 있는 스마트그리드(차세대 전력망) 개발에 많은 나라들이 관심을 가지고 있다. 이는 기존의 전력망에 ICT(정보통신기술), 파워 일렉트로닉스 기술, 축전지 기술 등을 응용하여 수요지에 가까이에 설치하는 분산형 전원의 대량 도입을 목표로 하는 것이다. 이에 관련하여 일본경제산업성은 요코하마시 등 4도시에서 에코도시개발의 실증시험을 시작했고, 전기기기 제조 업체에서는 독자적인 실증시험을 계획 중이다.



본서에서는 대표적인 신에너지인 태양광발전, 풍력발전을 중심으로 이들의 개요와 보급상황에 대해 해설하고 있다. 또, 태양광 발전 시스템, 풍력 발전 시스템의 원리와 구성 등에 대해 설명하고 더불어 태양광 발전, 풍력 발전 등 분산형 전원의 계통연계에 대한 보안 확보와 전력 품질 유지에 관한 민간 규정으로서「계통연계규정(JEAC 9701-2006)」을 소개하고 있다.



신에너지와 계통연계기술을 동시에 취급한 본서는 최근의 시기적 요구에 부합하여 이제까지는 없었던 서적이라 할 수 있으며, 신 에너지 관련 분야에 종사자들에게 더 없이 적합한 입문서로서 활용될 수 있을 것이다.

1장 신에너지이용 발전의 보급과 그 배경



01 지구온난화 대책과 신에너지

1-1 지구온난화

1-2 지구온난화 대책과 신에너지

02 일본, 세계의 신에너지 보급상황

2-1 태양광발전

2-2 풍력발전

2-3 연료전지

(1) 연료전지의 특징과 원리

(2) 연료전지의 구조

(3) 연료전지의 종류

(4) 연료전지 발전시스템

2-4 바이오매스 발전

(1) 바이오매스 에너지의 특징

(2) 바이오매스 에너지의 종류

(3) 바이오매스 화력발전소



2장 신에너지를 이용한 발전시스템



01 태양광발전시스템

1-1 태양전지의 원리

1-2 태양전지의 종류

1-3 태양전지의 특성

1-4 연계형 시스템과 역조류의 유무

(1) 연계형 시스템과 독립형 시스템

(2) 가이드라인과 연계조건 및 계통연계 보호릴레이

(3) 연계형 시스템의 구성 예

1-5 태양광발전시스템의 기본 구성

1-6 태양전지 어레이

1-7 파워 컨디셔너

(1) DC/DC 컨버터(승압 초퍼)

(2) 인버터 회로

(3) 인버터의 전압, 전류제어

(4) MPPT 제어(최대 전력점 추종제어)

1-8 계통연계 보호릴레이(단독 운전 검출기능)

(1) 저압배전선 연계

(2) 고압배전선 연계

(3) 단독 운전 검출 기능

02 풍력발전시스템 /55

2-1 풍력발전의 원리

2-2 풍력발전시스템의 기본 구성

(1) 기계계 기구

(2) 전기계 기구

2-3 풍력에너지와 가변속 제어 및 허브 커브

(1) 풍력에너지

(2) 가변속 제어

(3) 파워커브

2-4 풍력발전시스템의 종류와 특징

2-5 연계조건과 계통연계 보호릴레이

2-6 풍력발전시스템의 발전원리

(1) 농형 유도발전기

(2) DFIG 방식 권선형 유도발전기

(3) 동기발전기



3장 신에너지와 계통연계기술



01 신에너지 발전시스템과 계통연계

02 계통연계 가이드라인의 정비 상황

03 계통연계된 발전시스템의 종류

04 계통연계에 관련된 기본 사항

4-1 연계구분

(1) 연계구분 적용

(2) 발전설비의 출력용량이 계약전력에 비해 매우 적은 경우

(3) 스폿네트워크 배전선과의 연계요건

(4) 발전설비의 1설치자당의 전력용량

(5) 역조류의 유무와 전압 관리

4-2 계통연계와 단독 운전 방지

4-3 전기방식

(1) 계통과 다른 전기방식이 인정되는 경우

(2) 3극에 과전류 검출소자를 가지는 차단기의 필요성

4-4 역률

4-5 전압변동

(1) 상시전압변동 대책

(2) 순시전압변동 대책

(3) 전압 플리커

4-6 고조파

05 저압배전선과의 연계

5-1 기본적인 고려사항

5-2 필요한 보호릴레이의 종류와 역할

(1) 발전설비 고장시의 계통보호

(2) 계통 단락사고시의 보호

(3) 고저압 혼촉사고(고압계통지락) 보호

5-3 단독 운전 방지

(1) 역조류가 있는 경우의 단독 운전 검출 방식

(2) 단독 운전의 확대방지

(3) 단독 운전 검출 기능

(4) 역조류가 없는 경우의 단독 운전 검출 방식

5-4 보호장치의 구성 예

06 고압배전선과의 연계

6-1 기본적인 고려사항

6-2 필요한 보호릴레이의 종류와 역할

(1) 발전설비 고장 대책

(2) 계통단락사고시 보호

(3) 계통지락사고시 보호

6-3 단독 운전 방지

(1) 단독 운전 방지의 기본적인 고려사항

(2) 역조류가 있는 연계의 단독 운전 방지대책

(3) 교류발전설비의 단독 운전 검출기능

(4) 역조류가 없는 경우의 단독 운전 방지대책

6-4 재폐로시의 사고 방지

(1) 선로무전압 확인장치 생략에 관한 구체적인 방법

6-5 단락사고보호에 대한 유의점(한류 리액터 설치 등)

6-6 보호 장치의 구성 예



4장 발전설비설치에 관련된 법령과 여러 절차



01 발전설비에 관련된 법령의 개요

1-1 전기사업법과 관련된 법령

(1) 전기공작물의 정의

(2) 전압의 종별과 사용방법

02 발전설비설치에 관한 여러 절차의 개요

(1) 전기주임기술자 선임 등

(2) 보안규정 신고

(3) 공사 계획

(4) 사용 전 자주검사

(5) 사용 전 안전관리 심사

(6) 전력회사와의 협의(연계협의)

Kai Takaaki <1978년>

도쿄공업대학 대학원 석사과정 수료.

(주)메이덴샤 입사

보호계전기술, 계통연계기술, 풍력발전 등 관련 업무종사



<2006년>

코야마 공업고등전문학교 전기정보공학과 교수

공학박사(도쿄공업대학), 기술사(전기ㆍ전자 부문), 전기학회 상급회원

전기과학기술 장려상, 전기학회 진보상, 전기학회 논문상 수상



<저서>

전기ㆍ전자계 교과서 시리즈 「전력공학」(2003 코로나사, 공저)

「디지털 릴레이 사용법」(1997 옴사, 공저)