[단독/집중기획⑨] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 운영 및 적용

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자 | 기사입력 2019/07/23 [15:40]

스페셜 기획 >[단독/집중기획] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’

[단독/집중기획⑨] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 운영 및 적용

인류 에너지 문명을 변혁할 ‘Archista’

특허뉴스 이성용 기자

| 입력 : 2019/07/23 [15:40]

집중기획⑧에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 중앙 운영 시스템에 이어 집중기획⑨에서는 인류 에너지 문명을 변혁할 수 있는 혁명적인 재생에너지 획득·생산·공급·저장·재생 시스템인 ‘Archista’가 구현된 첨단 과학 기술들 중 Archista 운영 및 적용에 관한 논문을 세계 최초로 게재한다.

Archista 운영 및 적용

◈ Archista 발전운전

Archista의 중앙 운영 시스템은 속도 센서에서 실시간 검출하는 중심축의 회전속도를 전달받아 이를 설정된 규정 속도와 비교하여 발전장치 시스템의 제2발/전동기와 제1발전기의 운전 제어부에 명령하여 자기작용이 조정되도록 하고 에너지 저장 및 재생 시스템의 운전 제어부에 명령하여 공조운전이 실시되도록 한다.

또한, 중앙 운영 시스템은 각각의 펜더 블레이드에 구비된 압력 센서에서 실시간 검출하는 정보를 전달받아 풍속과 풍향과 풍양을 계산하고 터보 임펠러에 작용하는 풍압을 산출하여 출력을 계산한다. 또한, 중앙 운영 시스템은 발전장치 시스템의 전력계측기로부터 생산전력량과 품질에 대한 정보를 보고받고 정확한 진단과 적절한 조처를 취함으로써 최적의 발전운전을 위한 Archista를 일체로 구성하는 풍력 획득 장치, 동력 전환·전달 장치, 발전장치 시스템, 에너지 저장·재생 시스템의 공조가 실시된다.

특히, Archista의 중앙 운영 시스템은 각종 감지·감시 센서들과 계측 장치들의 실시간 검출 정보를 분석하여 발전운전이 적합하게 실행되도록 제어하고, 감지·감시 센서들 및 계측 장치 그리고 발전운전의 과정에서 발생하는 현상에 대해 관리 제어 장치들이 검출하는 정보와 비교 분석 평가하여 이를 정보화하여 새로운 레지스터들을 생성하여 발전운전을 자율적으로 실시한다. 또한 Archista 발전단지의 종합 운영 시스템의 네트워크에 포함되어 빅 데이터로부터 추천받은 레지스터를 실행하게 됨으로 Archista 최적 발전운전을 실현할 수 있다.

전력계통과의 연계함에 있어서, Archista의 발전운전과 에너지 저장 및 재생 운전은 예비전력 제어, 최대 출력 제한, 출력 변환율 제한, 전력수급 균형 제어, 출력 유지 제한, 전력망 시스템 보호, 주파수 제어를 가장 확실하게 실행하고, 에너지 뱅크를 효율적으로 활용한다.

◉ Archista 발전용량

Archista 발전장치 시스템의 최대발전용량은 50m/s 풍속에서 Archista의 풍력 획득 장치에서 획득된 풍압에 대해 발전장치 시스템의 제1발전기와 제2발/전동기가 자기작용을 최대로 조정하여 정격 주파수의 전기에너지를 유도할 수 있는 전력량이다.

Archista 발전장치 시스템을 구성하는 제1발전기와 제2발/전동기는 가변용량을 실행함으로 설치 지역의 바람자원을 고려하여 최대 발전용량을 늘리거나 줄일 수 있다.

◉ Archista 발전 예측

Archista는 발전운전에서 생산할 수 있는 발전량을 예측하기 위해 물리적 모델(physical methods)과 통계적 모델(statistical methods)을 함께 사용한다. 여기서 물리적 모델이라 함은 Archista가 발전운전을 하는 지역의 대기, 기상 서비스에서 제공하는 풍속 예보를 이용한다.

통계적 모델이라 함은 기상조건들보다는 통계적인 관계의 날씨와 Archista의 출력 데이터들의 상관관계에서 출발한다. 주로 사용되는 통계적인 기술로는 다음과 같은 것들이 있다.

이동 평균 모델(autoregressive moving average model), 비정상 시 계열 모형(autoregressive integrated moving average model), 자기회기시계열 (autoregressive), 특히 ANN(artificial neural networks), fuzzy logic, SVM(support vector machine)과 같은 통계를 이용할 뿐만 아니라 예측된 바람의 풍속과 출력 사이의 관계로부터 학습하는 형태의 빅 데이터(big data)를 활용하는 학습 접근 방식(learning approach methods)에 근거하여 Archista 발전운전이 최적으로 실행되고 나아가 자립형 전력수급체계가 안정되게 운용될 수 있다.

◉ Archista 발전운전을 위한 정격회전속도 설정

Archista의 동력 전환·전달 장치에서 발생된 회전에너지는 자연 바람이 터보 임펠러 블레이드에 충돌하여 작용한 풍압의 크기에 의해 결정되기 때문에 중심축의 정격회전속도는 실효성이 있게 설정될 필요가 있다. 왜냐하면, 중심축의 회전속도가 높게 설정되면, 바람이 정격회전속도까지 회전을 시킬 수 있을 만큼 빠르게 불어야 하고, 중심축이 그 설정된 회전속도에 도달해야 발전장치 시스템의 제1발전기와 제2발/전동기의 자기작용 조정이 실행되어 규정 주파수의 전기에너지가 유도될 수 있기 때문이다.

그럼으로 먼저 전력계통의 주파수를 기준으로 하여, Archista가 설치된 지역의 연평균 풍속과 풍력 획득 장치에 작용하는 풍압의 크기와 플라이휠 중심축에 발생하는 회전모멘트의 속도와 토크가 복합적으로 고려되고, 제1발전기축의 회전자의 극수 그리고 제2발/전동기의 극수와 변속기어장치의 배율이 고려됨으로써 정격회전속도가 결정된다.

Archista의 중앙 운영 시스템에 정격회전속도가 등록되면 이에 발전장치 시스템의 제1발전기의 운전 제어부와 제2발/전동기의 운전 제어부가 동기화된다. 그러나 중앙 운영 시스템은 효율적인 발전운전과 저장 및 재생 운전을 실행할 목적에서 제2발/전동기의 운전 제어부의 정격회전속도에 대한 동기화를 해제할 수 있다. 즉 제2발/전동기가 재설정된 회전속도에 적용되어 자기작용을 조정되도록 한다.

◉ Archista 발전운전의 정격회전속도 준수

먼저 중앙 운영 시스템에 정격회전속도가 설정된다. 이에 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도를 실시간 감지하는 속도 센서로부터 검출 정보를 보고받은 중앙 운영 시스템은 이를 설정된 정격회전속도와 비교 분석하여 제1발전기의 운전 제어부와 제2발/전동기의 운전 제어부에 명령한다.

제2발/전동기와 제1발전기 각각의 서보 모터가 주어진 펄스 값에 따라 먼저 작동하여 전기자를 이동시킴으로 제2발/전동기와 제1발전기 각각의 회전자와 전기자간의 자기작용범위가 조정되어 유기기전력이 증감하고 동시에 유기기전력의 증감에 비례하는 크기의 역기전력이 제1발전기축을 통해 플라이휠 중심축의 회전방향에 반대로 작용함으로 플라이휠 중심축이 설정된 회전속도를 유지할 수 있다.

한편, 50m/s 이상의 풍속 영역에서 제1발전기의 자기작용범위가 최대로 조정되고 제2발/전동기 역시 자기작용범위가 최대가 되기 때문에 Archista 발전장치 시스템에서 중심축의 회전속도를 정격회전속도로 유지시킬 수 없다. 그럼으로 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도가 정격회전속도 이상으로 빨라질 수 있다. 이 검출 정보를 보고받은 중앙 운영 시스템은 펄스 값으로 바이패스 장치의 서보 모터를 작동하여 펜더 블레이드의 개폐를 조정함으로써 제1발전기와 제2발/전동기에서 최대 발전운전이 실시되도록 하면서 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도가 정격회전속도보다 빨라지는 것을 방지하는 운전을 실행할 수 있다.

◉ Archista 기동 운전

1㎧ 이상의 풍속 영역에서 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압만으로도 플라이휠 중심축의 회전기동이 가능하다. 풍속 1㎧의 바람은 안내 블레이드에 의해 대량으로 포집되어 상승 곡풍으로 유도되고 펜더 블레이드에서 집약되어 유속이 빨라지고 밀도가 높아져서 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 직각으로 충돌하게 됨으로 작용 풍속은 거의 2m/s가 된다. 뿐만 아니라 터보 임펠러의 블레이드의 배면이 비크 형태로 곡률을 지님으로 공기저항이 적게 받는다.

또한, 플라이휠과 중심축 그리고 제1발전기축과 회전자의 수직하중은 자기척력발생장치에서 발생되는 자기척력에 의해 상쇄됨으로 하중마찰부하가 발생하지 않고, 증속장치의 미채용으로 증속부하가 발생되지 않는다. 또한 발전장치 시스템을 구성하는 제1발전기와 제2발/전동기는 제1발전기축이 정격회전속도 이하일 때 자기작용이 최소인 상태로 조정됨으로 제1발전기축에 작은 리액턴스도 작용하지 않기 때문에 플라이휠 중심축이 원활하게 회전하는 레지스터-S1 운전이 실시된다. 이 풍속 영역이 지속되는 경우 제2발/전동기는 발전운전을 실행할 수 있다.

◉ Archista 기동 운전의 촉진

중앙 운용 시스템은 저 풍속 영역에서 또는 정지상태에서 플라이휠 중심축의 회전기동을 촉진할 목적으로 다음과 같은 레지스터들로 운전을 실행할 수 있다. 중앙 운용 시스템은 축전 장치의 배터리에 저장된 에너지를 제2발/전동기를 통해 회전에너지로 재생되도록 하고 이를 변속기어장치를 통해 저속도 고 토크로 가공하여 제1발전기축에 제공함으로써 축 결합된 플라이휠 중심축의 기동을 촉진시키는 운전 그리고(또는) 축기 장치의 공기탱크에 저장된 압축공기를 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 분사되도록 함으로써 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압이 증가하여 플라이휠 중심축의 기동을 촉진시키는 운전을 실행한다.

이에 중심축이 정격회전속도에 도달하게 되면, 이를 확인한 중앙 운용 시스템은 클러치를 작동하여 제1발전기축과 변속기어장치가 분리되도록 하고 축전 장치의 직류전기를 차단시킴으로써 제2발/전동기에 의한 기동촉진이 종료되고, 축기 장치의 솔레노이드 밸브를 차단시킴으로써 축기 장치에 의한 기동촉진이 종료된다. 클러치를 작동하여 제1발전기축과 변속기어장치가 분리되도록 함으로써 제2발/전동기는 발전기로서 운전을 실시하게 된다.

◉ 저 풍속 영역에서 Archista 일반 운전

1m/s∼3m/s 이하의 풍속 영역이 지속되는 경우, 중앙 운영 시스템이 기동촉진 운전을 실행하지 않을 경우, 터보 임펠러 블레이드에 작용하는 풍압이 약하기 때문에 중심축이 정격회전속도에 도달하지 못한다. 따라서 제1발전기는 자기작용 조정이 실행되지 않음으로 발전운전을 실행할 수 없다. 그러나 제2발/전동기의 운전 제어부에 자기작용 반-자율 조정이 이루어지도록 함으로써 운전이 실행될 수 있다. 이 저 풍속 영역에서 운전으로 제2발/전동기에서 규정 주파수보다 낮은 전기에너지가 유도된다. 규정 주파수보다 낮은 전기에너지는 전력변환장치의 컨버터를 통해 직류 전기로 변환되어 축기 장치의 배터리에 저장된다.

◉ 저 풍속 영역에서 Archista 정격 운전

3m/s∼5m/s 가량의 풍속 영역이 지속되는 경우, 중앙 운영 시스템은 제2발/전동기의 운전 제어부가 자기작용 자율 조정을 실시하도록 하여 규정 주파수의 전기에너지를 유도하는 저 풍속 영역에서 운전을 실행한다. 저 풍속 영역 운전에서 제2발/전동기는 자기작용을 최소에서 최대까지 조정하여 규정 주파수의 전기에너지를 유도할 수 있다. 하지만 3㎧이하로 풍속이 떨어지거나 3㎧ 이상으로 풍속이 올라가는 변동이 나타나게 되면, 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압 역시 증감하여 플라이휠의 중심축이 정격회전속도에 미달하는 상황이 발생하게 되어 제2발/전동기는 자기작용을 조정할 수 없는 최소 이하가 되어 제2발/전동기가 종종 발전운전을 중단하게 되는 문제가 발생하게 된다.

이에 중앙 운영 시스템은 저 풍속 영역 운전이 지속되도록 하면서 축기 장치의 공기탱크에 저장된 압축공기를 터보 임펠러의 블레이드 풍압면에 분사되도록 함으로써 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압이 증가되어 플라이휠 중심축이 정격회전속도를 유지하도록 한다. 다른 한편, 중앙 운영 시스템은 축전 장치의 배터리에 저장된 에너지를 제2발/전동기를 통해 회전에너지로 재생시켜 제1발전기축과 플라이휠 중심축이 정격회전속도로 유지되도록 하는 운전을 실행하여 제1발전기의 운전 제어부에 자기작용 자율 조정이 이루어져 규정 주파수의 전기에너지가 유도되도록 한다.

◉ 정상 풍속에서 Archista 정격 운전

5m/s∼50m/s 사이의 풍속 영역에서, 중앙 운영 시스템은 제2발/전동기의 운전 제어부가 자기작용 자율 조정이 실시하여 규정 주파수의 전기에너지를 유도하는 정격 발전운전과 제1발전기가 자기작용 자율 조정이 실시하여 규정 주파수의 전기에너지를 유도하는 정격 발전운전을 실행한다.

이 풍속 영역에서 제2발/전동기의 자기작용 조정은 제1발전기에 비해 보다 정밀하고 원활하게 실행되기 때문에 제1발전기의 자기작용 조정보다 상시 우선한다. 제2발/전동기에서 자기작용범위가 최소 또는 최대에 이르게 되는 경우 제1발전기의 자기작용 조정이 실행하여 제2발/전동기의 자기작용 조정의 한계를 해결한다. 그럼으로 제2발/전동기의 자기작용 조정의 상위에서 제1발전기의 자기작용 조정이 실행된다.

이때, 제1발전기의 정격 발전운전과 제2발/전동기의 정격 발전운전에서 유도되는 규정 주파수의 전기에너지는 같은 주파수이다. 중앙 운영 시스템은 정상 풍속 영역에서 발전운전으로 생산되는 전력량 중 전력계통의 운영자가 정한 전력량을 송전하고, 남는 전력량을 사용하여 축전 장치의 배터리에 저장시키도록 하거나, 축기 장치의 에어펌프 모터를 작동하여 공기를 공기탱크에 압축 저장하거나, 양수펌프 모터를 구동하여 물탱크에 저수하거나 또는 저수탱크 내부의 전기히터를 작동하여 온도를 높이거나, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치의 발/전동기를 구동하여 중량물을 끌어올려 퍼텐셜 에너지로 보존되도록 한다.

이와 반대로, 중앙 운영 시스템은 정상 발전운전에서 생산되는 전력량이 전력계통의 운영자가 정한 전력량보다 부족할 경우, 중앙 운영 시스템은 전력계통의 운영자가 정한 전력량을 송전하기 위해 재생 발전운전에 돌입할 수 있다. 먼저, 중앙 운영 시스템은 솔레노이드 밸브를 조정하여 축기 장치의 공기탱크에 저장된 압축 공기를 터보 임펠러의 블레이드에 분사시킴으로써 작용 풍압을 높이고, 또는 축기 장치에 저장된 에너지를 방전하여 제2발/전동기가 전동기로 운전하여 제1발전기축에 회전에너지를 증강시킴으로써 발전운전이 활성화되도록 하거나, 퍼텐셜 에너지 저장·재생 장치가 재생운전을 실시하도록 명령하여 재생되는 전기 에너지를 전력계통에 송전할 수 있다.

◉ 고 풍속 영역에서 Archista 정격 운전

50m/s 이상의 고 풍속 영역에서는, 제2발/전동기의 정상 발전운전과 제1발전기의 정상 발전운전에서 자기작용범위가 최대로 조정되기 때문에 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도가 정격회전속도 이상으로 빨라지게 되는 문제가 발생하고, 따라서 제2발/전동기와 제1발전기에서 정격 주파수보다 높은 전기에너지가 유도된다. 그럼으로 중심축의 속도 센서와 발전장치 시스템의 전력계측장치로부터 보고받은 검출 정보를 비교 분석한 중앙 운영 시스템은 바이패스 장치의 서보 모터를 작동하여 펜더 블레이드의 개폐가 조정되도록 함으로써 제1발전기와 제2발/전동기에서 최대 발전운전이 실시되면서 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도가 정격회전속도보다 빨라지는 것을 방지하는 정격 발전운전이 실행될 수 있다. 이 고 풍속 영역에서 발전장치 시스템은 최대 발전운전을 실시하게 된다. 따라서 전력계통이 요구하는 전력량을 제외하고 남는 잉여 전력에 대해서 중앙 운영 시스템은 에너지 저장을 실시한다.

◉ 고 풍속 영역에서 Archista 특별 운전

태풍과 같은 고 풍속 영역에서 Archista 발전단지를 운영 관리하는 종합 전력 운영 시스템은 단지를 구성하는 Archista들 중 일부를 선정하여 해당 Archista이 정격 주파수의 전기에너지를 유도하는 발전운전을 지속하도록 함으로써 전력수급체계의 전력수급이 안정되게 실행될 수 있도록 하고, 그 외의 Archista들은 정격 주파수보다 높은 발전운전을 실행하도록 한다. 이에 각각의 중앙 운영 시스템은 중심축(또는 제1발전기축)의 회전속도를 더 높게 설정한다. 따라서 제1발전기와 제2발/전동기의 운전 제어부는 더 높은 정격회전속도에서 자기작용을 조정한다. 즉 레지스터-SSC 운전에 적용된 Archista의 제1발전기는 레지스터-G1-EUO 운전 그리고 제2발/전동기는 레지스터-G2-EUO 운전을 실행한다.

더 높은 정격회전속도를 더 높게 설정함으로 제1발전기와 제2발/전동기의 운전 제어부는 그 만큼 높은 회전속도에서 자기작용 조정을 실시한다. 따라서 플라이휠 중심축의 회전속도가 더 높은 상태를 유지하도록 제어됨으로 플라이휠에서 원심관성력이 증대되어 중심축에 더 큰 토크가 발생되어 제1발전기축에 제공된다. 이에 제2발/전동기와 제1발전기에서 회전자의 자기교번이 더 빈발하게 실행되고 회전자와 전기자 간의 자기작용이 최대가 되어 더 높은 주파수의 전기에너지가 유도될 수 있다. 그러나 고 풍속 영역에서 Archista의 레지스터-SSC 발전운전에서 생산되는 전기에너지는 일반 전기수요처에서 사용하는 규정 주파수보다 높음으로 주로 에너지 저장·재생 시스템에 저장하여 필요 시 전력변환장치를 통해 규정 주파수로 가공하여 사용한다.

◉ Archista 운전 정지와 잠금

긴급 상황이나 유지관리를 위해 운전을 정지하기 위해서, 중앙 운전 시스템은 즉각 레지스터-WACV 운전으로 모든 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드들을 완전 개방시킨다. 펜더 블레이드들의 완전 개방으로 인해 터보 임펠러의 블레이드에 작용하는 풍압은 10%이하로 낮아질 수 있다. 동시에 중앙 운전 시스템은 레지스터-GMAV 운전으로 제1발전기와 제2발/전동기의 자기작용범위가 최대에 유지되도록 하여 제1발전기와 제2발/전동기에 리액턴스가 최대로 발생하여 플라이휠 중심축의 회전운동에 반작용하도록 하고 마침내 플라이휠의 원심관성모멘트가 소진되어 중심축이 정지하게 되면 중앙 운전 시스템은 레지스터-SOP 운전을 실행하여 브레이크를 작동하고 래칫 기어로 잠근다.

브레이크로 회전속도를 줄이지 않음으로 브레이크 작동에 따른 급제동 충격과 브레이크 패드의 마모와 열 발생을 방지할 수 있고 브레이크 작동에 필요한 에너지 손실이 없다. Archista는 생산적이고 안전하게 운전을 정지할 수 있다.

◉ Archista 정지 해제와 재운전

중앙 운영 시스템은 레지스터-OOP 운전을 실행하여 유압 장치를 작동시켜 래칫 기어와 브레이크의 잠금을 해제시킨 후, 레지스터-WACV 운전으로 바이패스 장치를 작동하여 펜더 블레이드를 복귀시키고, 레지스터-GMAV 운전을 취하시켜, 제2 발/전동기와 제1 발전기가 자기작용 자율 조정을 실시하는 레지스터-G2-ERO 레지스터-G1-ERO 운전으로 복귀하게 된다.

기동을 촉진하여 정격운전에 신속하게 진입할 목적에서 중앙 운전 시스템은 레지스터-G2-MO 운전을 실시하여 제2발/전동기에서 발생되는 회전에너지가 제1발전기축의 회전력이 보강되도록 하고, 또한 레지스터-ARV 운전을 실시하여 축기 장치의 공기탱크에 보존된 압축공기가 터보 임펠러의 블레이드에 분사되어 작용 풍압이 증대되도록 하여 플라이휠 중심축이 신속하게 정격회전속도에 도달할 수 있도록 한다.

◉ Archista 세척 운전

임펠러 블레이드와 펜더 블레이드 사이에 이물이 걸리게 되는 경우 해당 펜더 블레이드의 압력센서와 CCTV가 이를 감지하여 중앙 운전 시스템에 보고된다. 이 검출 정보를 확인한 중앙 운영 시스템은 레지스터-WACV 운전을 실시하여 해당 펜더 블레이드의 바이패스 장치가 작동시킴으로써 펜더 블레이드가 개방된다. 이때 중앙 운영 시스템은 레지스터-AO 운전을 실행하여 축기 장치에 저장된 압축공기를 해당 펜더 블레이드에 분사시켜 이물의 제거와 세척을 실행할 수 있다.

펜더 블레이드의 개방으로 출력이 낮아지는 것을 방지하기 위해 중앙 운전 시스템은 레지스터-G2-MO 운전을 실시하여 제2발/전동기축에 회전력을 발생시켜 중심축(또는 제1발전기축)이 정격회전속도를 유지할 수 있도록 한다. 또는 중앙 운영 시스템은 레지스터-AO 운전을 실행하여 다른 펜더 블레이드와 대응하는 터보 임펠러의 블레이드에 압축공기를 분사함으로써 작용 풍압이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.

◉ Archista의 전력계통 연계 운전

Archista는 전력계통과 연계함에 있어 전력계통이 요구하는 품질의 전력량을 공급하고 전력수급체계의 안정성을 유지하는 역할을 수행해야 한다. 이에 Archista(발전단지)는 유효·무효 전력 제어 및 부가적인 제어 능력을 확보하고 있음으로 Archista(발전단지)는 발전운전은 제한을 받지 않으면서 전력계통에 능동적이고 유연하게 연계할 수 있다.

Archista complex(단지)는 발전운전을 제한하지 않고 출력하고 에너지 저장·재생 시스템과 별도로 구축된 Archista 에너지 뱅크에 저장할 수 있다. 그럼으로 유효 전력의 100%의 제어가 가능하다. 또한 전력계통에 송전하는 전력의 오차를 2분 이내에 0∼100%로 조정하는 것이 가능하다.

풍속에 따른 현 발전운전의 출력량에 에너지 저장·재생 시스템과 Archista 에너지 뱅크의 재생운전이 연합함으로 전력계통이 요구하는 책임출력량을 완벽하게 수행할 수 있다. Archista에 일체화된 에너지 저장·재생 시스템과 Archista 단지에 구축된 에너지 뱅크가 구축된 Archista 단지는 전력계통 운영자의 요구에 가능한 최대 출력량에서 일정 양을 줄이는 예비력 확보(spinning reserve) 운전에 제한받을 필요가 없다.

또한, 전력계통 운영자가 요구할 경우 출력의 절대량을 즉각 에너지 저장·재생 시스템과 별도로 구축된 Archista 에너지 뱅크에 저장할 수 있음으로 송전선로의 과부하 발생 가능 시 계통에 송전하는 전력용량에서 특정 출력량 이하로 바로 송전 제한을 실행할 수 있다.

또한, 풍속의 변화에 따른 급격한 출력 변화에 맞서 Archista는 전력계통 운영자가 정한 값 이하로 출력 변화율을 즉시 제한 할 수 있다. Archista에 일체화된 에너지 저장·재생 시스템과 Archista 단지에 구축된 에너지 뱅크는 풍속의 감소로 인해 출력량이 감소하는 경우와 출력 증발 제어가 수행되고 있는 경우에도 출력의 감소 비율을 능동적으로 제한하여 전력계통에 응답할 수 있다.

또한, Archista의 발전운전은 한계풍속(cut-out)이 없으며 내구성이 높아 발전운전이 갑자기 정지되지 않음으로 전력계통의 전력수급 안정화 실행에 기여할 수 있다. 또한, Archista의 에너지 저장·재생 시스템과 Archista에 직접 연계된 에너지 뱅크는 다른 발전시설에서 생산되는 전력과 전력계통이 요구하는 필요전력과 남는 잉여전력을 흡수하여 비축하고 재생함으로 전력수급이 안정적으로 이루어질 수 있다.

◈ Archista의 자립형 전력수급체계 운영

Archista 단지와 Archista와 직접 연계되도록 확장된 에너지 뱅크를 기반으로 자립형 전력수급체계가 구축되고 안정되게 실행될 수 있다. 먼저, 전력 총수요량 대비 200% 생산용량의 Archista가 시설되고, 특히 대용량 에너지 저장·재생 시스템이 확충됨으로써 Archista를 기반으로 자립형전력수급체계의 구축이 가능하다.

에너지 저장·재생 장치의 확충을 통해서 Archista의 상시 발전운전이 가능할 수 있고 에너지 생산 효율과 소비 효율이 높일 수 있다. 그럼으로 Archista를 기반의 구축된 자립형 전력수급체계의 전력 운용 관리 시스템은 전력 생산량과 전력 수요량의 변동을 실시간 검출하여 전력수급을 균등화를 실행한다.

상시 수요전력량에 비해 생산전력량이 더 커야 함으로, 평균 전력수요량 대비 200% 전력을 생산할 수 있는 용량의 Archista가 필요가 있다. 아울러 전력수급의 변동을 대처할 수 있는 대용량 에너지 저장·재생 시스템을 갖출 필요가 있다. 또한 Archista 자립형 전력수급체계는 스마트그리드와 전기자동차 충전시설과 온수공급 시스템을 구축함으로써 적용 범위가 확대될 수 있다. 또한 Archista의 에너지 저장·재생 시스템이 부하 분산, 부하 탈락, 부하 분담에 동원될 수 있다. 이를 위해 전력운용관리시스템은 빅 데이터를 운용할 필요가 있다.

적합한 발전용량의 Archista 단지와 적합한 규모의 에너지 뱅크가 건설됨으로써 되어 발전운전에서 생산되는 전력과 전력수급에서 발생되는 잉여 전력은 에너지 저장·재생 시스템에 저장되어 필요 시 Archista의 발전운전에서 적합한 전력으로 재생할 수 있기 때문에 자립형 전력수급체계가 안정적으로 운영될 수 있다.

◈ Archista 발전선과 축기선박의 운용

압축공기는 전기에너지와 함께 현대 첨단 제조 산업에서 가장 중요한 에너지의 형태로 간주하고 있다.

압축공기는 다양한 종류의 공구 및 기계에 사용되는 동력원의 역할을 하며, 종종 여러 생산 공정에 완전히 통합된 중요한 일부를 구성하기도 한다. 낮은 유지관리 비용, 출력 대비 가벼운 무게, 저장 및 운송의 용이, 그리고 장시간에 걸쳐 높은 부하를 제공 등이다. 압축공기는 전기에너지에 비해 상대적으로 안전하게 사용할 수 있다.

이에 Archista 발전선박에서 생산하는 전력을 대량으로 저장하기 위한 방법으로 축기 장치가 개발될 필요가 있다. 즉 Archista 발전선박이 해상에서 생산하는 전기에너지를 사용하여 스크루우 컴프레서를 가동한다. 전기에너지의 일부는 대기에서 질소와 산소를 분리하는데 사용된다. 포집된 질소를 이용해서 질소 챔버가 가동되고 그 질소 챔버의 내부에 있는 설치된 축기탱크에 공기가 저장된다. 질소 챔버 내부에 충진된 질소를 다른 챔버로 이동시킴으로써 축기탱크에 고압축된 공기는 LNG선 또는 유조선과 같은 축기 전용선의 탱크에 충진 저장된다. 이 충진 완료된 축기 전용선은 항구의 기저 재생 Archista 발전기지에 도착하여 축기 전용선에 저장된 압축공기의 양을 조절하여 Archista가 발전운전을 실시하게 함으로 계획적인 전기에너지양이 재생될 수 있다. 마치 LNG선이 연료를 화력 발전시설에 공급하는 것과 같이 Archista 발전선박으로부터 압축공기가 충전된 축기 전용선박이 연안의 기저 재생 Archista로 대량의 압축공기를 운송한다. 필요시 기저 재생 Archista에 에너지 뱅크를 별도로 설치함으로써 기저 발전시설로서 역할이 보강된다.

발전선단과 축기 전용선의 운용에 의해 구축된 에너지 뱅크와 기저 재생 Archista는 예비전력 제어, 최대 출력 제한, 출력 변환율 제한, 전력수급 균형 제어, 출력 유지 제한, 전력망 시스템 보호, 주파수 제어를 확실하게 실행할 수 있음으로 거점 재생 Archista는 전력수급을 균등화하는 기저 발전시설로서 중앙전력망에 연계하여 전력수급체계를 안정화하는 제일 발전시설로 자리매김 될 수 있다.

다음편은...

[단독/집중기획⑩] 에너지 패권을 장악할 ‘재생에너지’... Archista 기술적 진보 및 장점

이 기사 좋아요