한국에너지기술연구원, 신재생에너지 통합운용 플랫폼 개발

신재생에너지, 이제 가상공간에서 실제처럼 검증한다!

황 주 상 기자

이러한 신재생에너지 업계 트렌드의 변화는 업계가 더 이상 단순히 제품 생산에 집중하는 단편적인 서비스에서 벗어나 보다 포괄적이고, 전체적인 에너지 관리 서비스에 관심을 가지고 있다는 사실을 방증한다.

이러한 가운데, 최근 한국에너지기술연구원 에너지ICT 연구실 송유진 박사팀이 에너지 수요의 효율적인 관리를 위한 신재생에너지시스템과 스마트그리드 기술의 효과적인 검증을 달성할 수 있는 기술을 개발했다고 전해 관련 업계를 다시 한 번 술렁이게 만들고 있다.

이번 연구의 책임자인 송유진 박사는 “기존 제품이 가진 한계적 기능을 해결하기 위해 전체 시스템 또는 단위 구성품의 설계부터 최종 테스트까지 전주기에 걸쳐 사용할 수 있는 마이크로그리드 기반 신재생에너지시스템 통합 설계 및 시험기술을 개발하게 된 것”이라며, “신재생에너지시스템의 통합 설계 및 운용 실험이 가능한 신재생에너지 통합운용 플랫폼인 ‘RESIP’ 개발을 통해 기존의 시스템이 가지고 있던 문제점을 해결할 수 있게 됐다”고 전했다.

다양한 테스트 환경 구축이 가능한 사이버 물리 시스템

통합운용 플랫폼은 다양한 특성을 가진 에너지 시스템을 동시에 연계해 통합적으로 운용할 수 있는 시스템적 기반을 말하며, 태양광·풍력·연료전지·디젤발전·에너지 저장·건물부하·전기자동차 충전장치, 그리고 실시간 전력계통 시뮬레이터 등으로 구성돼 시뮬레이션 소프트웨어 기반의 컴퓨터 시뮬레이션 환경과 연동되는 점이 특징이다.

송 박사팀은 이번 통합운용 플랫폼 ‘RESIP’의 개발을 위해 컴퓨터와 실제 전력설비의 결합을 통한 ‘사이버 물리 시스템’으로 마이크로그리드를 구성했다. 또한, 실제 마이크로그리드처럼 실시간 운전이 가능하도록 사이버 공간에 구현된 수치해석모델 기반의 전력설비들과 실제 전력설비를 통합했다.

송 박사는 “태양광 패널과 에너지저장장치에 사용되는 배터리 등은 종류에 따라 특성이 모두 다르므로 이러한 특징을 구현하기 위해 각각을 수학식으로 정의하고 이를 사용할 수 있는 장치를 개발했다”며, “이를 이용해 마이크로그리드 환경에서 다양한 종류의 태양광 패널, 배터리를 사용한 태양광발전 및 ESS의 특성을 쉽게 테스트 할 수 있다”고 전했다.

이렇게 통합된 ‘RESIP’ 플랫폼은 발전원과 부하뿐 아니라 측정과 제어에 필요한 통신시스템 및 사이버보안을 위한 장치들이 실제 환경에서 사용되는 것과 같은 수준으로 구현돼 있어 마이크로그리드 환경에서 각종 통신 및 보안 관련 기술을 미리 테스트 하고 보완할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 모의실험을 위해 하드웨어 뿐 아니라 신재생에너지원의 발전량 및 부하의 소비량 데이터 구성을 고려한 건물 부하 종류에 따른 소비전력량, 전기차 충전부하, 신재생에너지 출력량 예측 기능 구현과 이를 이용한 정확도 높은 테스트환경 구축도 높이 평가받고 있다.

연구진은 이러한 플랫폼을 통해 그동안 비용 문제로 대규모 실험 환경 구축이 어렵다고 생각됐던 스마트그리드 등 에너지 수요관리 기술의 사전검증을 쉽게 수행할 수 있을 것이라 확신하고 있다. 앞으로는 번거롭게 실험 환경을 구축하는 별도의 과정 없이도 기존과 같은 실험결과를 도출할 수 있게 된 것이다.

송 박사는 “‘RESIP’에 가상 실험용도로 제작된 신재생에너지 발전 장치들을 연결해 작동시키면, 각각의 에너지원이 통합될 때 발생할 수 있는 오류들을 사전에 파악해 검증할 수 있다”고 전했다.

기술 및 환경 등 다양한 기대효과

이번에 개발된 ‘RESIP’은 다양한 수치를 가상공간에 구현할 수 있는 사이버 물리 시스템을 갖추고 있다. 이러한 ‘RESIP’의 특징은 다양한 경제·산업 부문은 물론, 기술 및 환경적 기대효과를 거둘 수 있을 것으로 기대된다.

송 박사는 “사용자가 RESIP 시스템에 국내의 지역별 기상정보를 비롯한 신재생에너지 자원 및 건물부하 데이터 등의 정보를 입력하면, 자동으로 현실과 동일한 수준의 실험환경을 구축할 수 있다”며, “이러한 시스템적 효율성은 시간과 장소에 구애받지 않고 다양한 스마트그리드 실험환경을 구축해 기술의 개발비용 절감과 기간을 단축할 것”으로 기대했다.

‘RESIP’은 이미 정확한 실험을 위해 전국 40개 도시의 기상 데이터 제작 소프트웨어와 건물의 종류별, 계절별 전력소비패턴모델 개발이 완료된 상태다. 이를 바탕으로 지역·계절별 전력 수요예측이 가능해 향후 에너지 자립형 친환경에너지타운 기술개발과 건설에도 활용될 예정이다.

송유진 박사는 “신재생에너지 시스템과 제품 관련 중소기업들은 막대한 비용이 드는 실험 환경 구축을 감당하기 어려운 것이 사실”이라며, “앞으로 연구개발 인프라가 부족한 중소기업에 신재생에너지 통합운용 플랫폼을 개방해 신재생에너지를 비롯해 스마트그리드의 신기술에 대한 제품설계부터 상용화 단계까지 전주기적으로 지원할 예정”이라고 밝혔다.

한국에너지기술연구원 송 유 진 책임연구원

실제와 같은 가상 테스트 환경 구축으로 업계 연구개발 인프라 높인다!

Q. ‘RESIP’의 개발 경위 및 배경은 무엇인가?

과거의 전력 인프라는 신재생에너지 통합시 상호 운용성 및 테스트 결과의 불확실성 등을 보이는 등 많은 문제점을 안고 있었다. 특히, 마이크로그리드 등 전력계통을 포함하는 시스템은 실제 환경에서 테스트 수행이 현실적으로 불가능했다. 이에 태양광·풍력 등 신재생에너지 및 에너지저장장치가 기존의 전력 인프라에 통합될 때 발생할 수 있는 정전·불안정성·출력변동 등의 리스크를 비롯한 안전성 문제를 최소화할 수 있는 솔루션의 필요성을 느꼈다.

Q. 기존 스마트 및 마이크로그리드와 차별점은 무엇인가?

구축된 신재생 분산 에너지원 연계 300kW급 실시간 전력계통 모의 설비의 활용을 통해 다양한 용량과 구조의 시험용 마이크로그리드 구현이 가능해 신재생 분산 에너지원 시스템 통합 연계기술을 효과적으로 개발할 수 있다. 또한, 스마트그리드/마이크로그리드 통합 운영 제어 기술에 대한 사전 검증을 통해 개발된 기술의 신뢰성 향상에 기여할 수 있다.

Q. ‘RESIP’의 기대효과는 무엇인가?

경제·산업적으로는 다양한 특성의 신재생 분산 에너지원을 동시에 연계할 경우 발생할 수 있는 상호 운용성 문제를 예측하고 최소화할 수 있어 스마트그리드 시스템 관련 제품개발 비용이 절감되고, 개발기간의 단축이 가능하다. 또한, 재생 분산 에너지원의 통합 운용 기술을 사전에 검증할 수 있는 체계가 구축됨에 따라 지역별, 용량별 특성을 고려한 다양한 형태의 스마트그리드 시스템 통합기술이 개발 가능하다. 또한, 단위지역· 건물 등을 중심으로 한 신재생 분산 에너지 용량 산정 및 운영 제어기술의 개발과 실시간 검증을 통해 전주기 기술개발 기간을 단축할 수 있는 기술적 효과도 기대할 수 있다.

Q. ‘RESIP’의 상용화를 위한 프로젝트 계획은 무엇인가?

현재 40개 이상의 국내외 관련 특허를 출원 및 등록해 놓은 상태이며, 현재까지 확보한 연구결과를 토대로 미국 UCLA, 샌디아 국립연구소 등과 스마트그리드 기술에 대한 국제공동연구를 진행하고 있다.

SOLAR TODAY 황 주 상 기자 (st@infothe.com)