[인더스트리뉴스 권선형 기자] “한전으로부터 받는 전기를 비상발전기로 전환하는 과정에서 필연적으로 순간 정전이 발생하게 되고, 공장의 경우 제품 품질저하로 이어진다. 병원, 긴급시설, 빌딩의 전산 장치에 장애를 일으켜 큰 사고로 이어질 수도 있어 이를 막는 기술이 꼭 필요하다.”

스마트 전력변환 전문기업 G&EPS 이창호 대표는 “급증하는 전력수요에 안정적인 전력공급이 매우 중요한 이슈로 부각되고 있는 가운데, 특히 분산전원을 활용한 중요 국가 기간시설 및 병원 등 다중 이용시설에 안정적인 전력공급이 절실한 상황”이라며, “이에 상용(KEPCO)전원과 비상전원을 유기적으로 적시적기에 투입할 수 있는 계통연계형 CTTS(Closed Transition Transfer Switch, 무정전 동기 절환기)를 개발했다”고 말했다.

현재 CTTS는 데이터센터·의료시설 중심에서 일반빌딩, 산업시설까지 시장 범위가 계속 확대되고 있는 추세다. 한국을 비롯해 유럽, 중국 등 대다수 국가가 CTTS 방식을 선호하고 있어 앞으로 국내는 물론 글로벌 시장에서 CTTS 도입이 더 활발해질 전망이다.

이 대표는 “G&EPS가 개발한 계통연계형 CTTS는 부드럽게 전환되면서도 무정전이기 때문에 발전기에 스트레스를 주지 않아 발전기 수명이 연장된다”며, “상용전원과 비상발전기 전원 동기화, 병렬운전 및 전력 Sharing, Peak Cut 운전과 DR 사업도 가능하게 해 준다”라고 말했다.

전력 Sharing으로 무아크 절체 실현한 계통연계형 CTTS

2015년 설립된 G&EPS는 급변하는 전력시장에 대응하기 위해 ESS용 PCS 개발을 시작으로, 계통연계형 CTTS, 신재생에너지 전력변환장치, 무정전 전원공급장치, ESS(Energy Storage System)를 개발, 판매하고 있는 스마트 전력변환 전문기업이다. 그동안 아시아개발은행 필리핀 마랄리손섬 독립형 소형 Micro Grid, LS산전 거차도 직류기반 도서지역 분산전원 및 부하 연계시스템, KTE ASR-Ⅱ 잠수함 급충전반 DC/DC 컨버터, 두산퓨얼셀 10kW 연료전지용 계통연계형 컨버터-인버터 개발 등을 통해 스마트 전력변환 기술력을 입증해왔다.

이 중 G&EPS가 가장 집중하고 있는 기술은 계통연계형 CTTS다. 기존에 사용되고 있던 ATS(Auto transfor switch)와 일반 CTTS의 단점을 보완하기 위해 개발했다. 수배전반 비상전력공급 설비에 중요한 부분을 차지하는 ATS는 상용전원과 비상전원(비상발전기)이 공급되는 곳에 설치돼 상용전원이 정전되면 예비전원으로 절체되는 자동 절체스위치로, 갑작스런 정전뿐만 아니라 유지보수를 위한 계획 정전 시에도 일시적인 정전이 발생하는 단점이 있다. 일반 CTTS는 일반 ATS와는 달리 절체 시 개방형이 아닌 폐쇄형으로, CTTS는 상용전원과 비상전원이 모두 가압돼 있는 상태에서 상용전원과 비상전원이 위상각 5%이내 주파수 0.2Hz, 전압 차 5% 이내가 되면 100ms(0.1초) 이내로 병렬운전 형태로 유지되다가 절환 돼 무정전 절환이 가능하다. 하지만 상용전원과 비상전원이 위상각 5% 이내와 전압 차 5% 이내가 될 때까지 기다리다 절환 되다보니 절체시간이 길어지고 실패할 확률이 있다는 단점이 있다.

이 대표는 “계통연계형 CTTS는 이러한 ATS와 일반 CTTS의 단점을 극복한 기술로, 비상발전기의 AVR(전압제어)과 거버너(주파수제어)의 직접제어를 통해 신뢰성을 향상시키고 전력 쉐어링을 통해 무아크 절체로 수명연장을 실현했다”며, “유·무효전력제어를 기반으로 전력 피크분산, 수요관리사업 등 다양한 수익 사업에 적용할 수 있다”고 말했다.

현재 계통연계형 CTTS는 한국수자원공사와 구매 조건부로 개발을 완료하고 한국수자원공사 21개 취수장·가압장·정수장과 양식장 등에 설치돼 운용되고 있으며, 국가 전력수급시책인 DR사업에도 활용되고 있다. 지난해에는 한국수자원공사 ‘대한민국 물산업기술대전’에서 우수연구개발 혁신제품으로 선정됐다.

스마트그리드 전력변환 시스템

기존 전력망은 전력 사업자가 수요자에게 일방적으로 전력을 공급하는 단방향 전력망이었다면, 앞으로의 전력망은 스마트그리드(Smart Grid) 시대가 될 전망이다. 스마트그리드는 전기 및 정보통신 기술을 활용해 전력망을 지능화·고도화함으로써 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하는 지능형 전력망이다. 이를 통해 에너지 사용량 예측과 에너지 생산의 탄력적 운용을 통해 에너지 효율을 최적화해 고품질의 전력서비스를 제공할 수 있다.

G&EPS는 다가올 스마트그리드 시대를 준비하며, 스마트그리드에 적용될 에너지저장시스템(ESS), 지능형원격검침인프라(AMI), 에너지관리시스템(EMS), 전기차 및 충전소, 분산전원, 지능형 송·배전시스템 등의 스마트 전력변환 기술을 개발 중이다.

이 대표는 “현재의 전력시스템은 최대 수요량에 맞춰 예비율을 두고 일반적으로 예상수요보다 15%정도 많이 생산하도록 설계돼 있어 전기를 생산하기 위해서는 연료를 확보해야 하고 각종 발전설비가 추가적으로 필요해 버려지는 전기량이 많아 에너지 효율도 떨어진다”며, “스마트그리드는 에너지 효율을 향상해 에너지를 절감하고 신·재생에너지에 바탕을 둔 분산전원의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도 감소 효과도 낼 수 있다”고 말했다.

이 중 G&EPS가 가장 집중하고 있는 기술은 DC-Grid 망이다. 지난해 조선대학교 V2G 용 DC-Grid 망 구축사업의 DCꠓDC 컨버터와 DC-AC 양방향 PCS를 설치해 실증 중이다. 인터링크 컨버터 G&EPS는 DC 배전망에 적용할 수 있는 연료전지용 전력변환 장치와 하이브리드 계통망에 적용 가능한 인터링크(Inter-link) 컨버터에 대한 연구개발도 진행하고 있다. 인터링크 컨버터는 DC망과 AC망이 함께 혼용되는 곳에서 양계통망에 전력전달을 해주는 중간다리와 같은 역할을 하는 컨버터다. 일반적인 인터링크 컨버터는 DC 배전망의 전압이 일정하도록 유지시켜주는 역할도 수행한다.

이 대표는 “DC 배전망은 현재 여러 곳에서 실증센터가 구축돼 실효성 연구가 진행되고 있다”며, “그중에서 380V 전압의 DC 배전망에 적용 가능한 연료전지용 전력변환 장치를 개발하고 있다”고 밝혔다.

연료전지용 전력변환장치는 연료전지의 DC전압을 380V로 승압해 전력을 공급하고, AC 3상 380V에도 전력을 공급할 수 있는 장점을 갖췄다.

G&EPS는 올해 안으로 DC 배전망용 DC/DC 컨버터 시스템을 출시할 계획이다. DC 배전망에 적용되는 다양한 신재생 에너지원에 대응 가능한 제품이다. DC 배전망용 DC/DC 컨버터 시스템은 다양한 크기의 신재생 에너지원 입력전압 범위에 대응하고, 380V나 750V의 DC 배전망에 연계가 가능하다는 특징을 갖고 있다. 시스템을 구성하는 DC/DC 컨버터는 모듈러 형태로 시스템 용량의 확장성이 우수하다.

이 대표는 “계통연계형 CTTS의 버전업을 통해 경쟁력을 확보해 공공기관 중심의 시장을 확대해 나갈 계획”이라며, “탄소중립의 국가정책에 부합하기 위해 스마트그리드시스템에 AI기술을 접목해 지속적인 연구개발을 통해 DC-Grid 분야를 선도하는 기업으로 성장할 중장기적 목표를 갖고 있다”고 말했다.

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