백서 재해대비및복구를위한 마이크로그리드
일러두기 본서는 IEC (International Electrotechnical Commission) 에서발행한 White paper를번역발간한것입니다. 본한국어번역본의저작권은 IEC 에귀속됩니다. IEC 는한국어번역에대한오역, 오류등으로인한어떠한책임도지지않으며, 번역의책임은한국전력공사전력연구원에있습니다. 번역및내용에대한문의사항은전력연구원 R&D사업팀 (042-865-5134) 에연락바랍니다.
발간사 2016년 5월, 미국 Forbes 紙선정 글로벌 2000 에서한전은종합순위 97위, 전력유틸리티분야 1위를달성했습니다. 프랑스의 EDF, 독일의 E.ON 등유럽의메이저전력회사가독차지해온전력분야최고순위를한전이아시아권전력회사로서사상처음으로 1위를기록한것입니다. 이러한성과는한전이글로벌리딩 (leading) 전력회사로대외에서당당히인정받은것입니다. 한전이대한민국대표에너지기업으로서세계적인위상을인정받은것은매우영광스러운사건이지만, 한편으로는전력기술의성장과선진화, 지속가능한신성장동력을발굴해야하는한전인으로서책임감또한막중함을느꼈습니다. 본 IEC 백서의국문본번역작업은이러한전력산업의선도자라는사명감으로시작하였습니다. 세계적으로저명한학계및산업계의석학과경영진이모여전력산업의미래기술트렌드를예견하고급격히변하고있는시장의니즈를파악하고자편찬한 IEC 백서를국내전력산업의미래를위해보이지않는곳에서항상불을밝히고계신많은전력인들과공유하고자합니다. IEC(International Electrotechnical Commission, 국제전기전자표준위원회 ) 는전기및전자기술분야의표준화에관한문제를국제협력으로해결방법을찾고그결과를국제적으로공유하고자 1906년에발족한비정부간국제표준화기관입니다. 우리가잘알고있는 IEC 표준발행은이기관에서담당하고있습니다. IEC 백서 (White Paper) 는 IEC 산하시장전략위원회 (Market Strategy Board) 가주요기술동향을파악하고, 향후예상되는시장활동및요구기술을분석한것으로총 8개의테마를다루고있습니다. 에너지문제에부합하기위한 IEC 의역할, 전기에너지저장장치 (EES), 신재생에너지의계통연계및대용량전기에너지저장장치의이용, 재해복구를대비한마이크로그리드, 지속가능한스마트시티구축을위한인프라의조화로운구성, IoT용무선센서네트워크, 미래공장, 전력계통의전략적자산관리등이그것입니다. IEC 백서국문본은우리실정에맞는전력산업의미래상 ( 像 ) 을구현하여 4 IEC White Paper
동시대전력인들과공감대를형성하고미래지향적인연구개발발굴에활용하고자합니다. 머지않아신재생발전원에서생산된전기를주로사용하고, IoT 기반의무선센서네트워크에서제공하는실시간전기요금에따라경제적인발전원을선택할수있고, 심야에충전된전기자동차로출퇴근하며, 태양광등신재생으로발전한전기를전력회사에자유롭게판매할수있을것입니다. 전기사용고객은단순한전기사용자에서전기사용및발전설비운영자, 계통활용자로서복잡하고수준높은의사결정을필요로하는프로슈머로재탄생할것이며, 이러한기술과서비스가종합적으로구현된스마트시티에서살게될것입니다. 이러한미래의청사진이하나하나구현될수있도록우리는지금부터개별요소기술간의조화로운균형과융복합으로시너지효과를꾀할수있는파괴적이고혁신적인기술을개발해야합니다. 이를위해국내전력산업은정책수립, 기초연구, 현안연구, 실증및사업화에이르는단계의유기적인가치사슬 (Value Chain) 로구축되어야합니다. 국내적으로는전력산업의가치사슬의유기적인연계를위해, 세계적으로는글로벌전력산업가치사슬의중심에서대한민국전력산업인이주도적역할을담당하는데보탬이되기를바라며본백서번역본을배포합니다. 우선적으로한국어번역본발간을흔쾌히승낙해준 IEC 중앙사무국과순조로운진행에 도움을주신한국표준협회에감사드립니다. 또한본백서번역에동참해준전력연구원각 분야연구자들께도감사드립니다. 2016 년 7 월 한국전력공사전력연구원 원장김동섭 발간사 5
요약 전력계통계획자와운영자들의최선의노력에도불구하고, 자연재해를원인으로하든인간에의해촉발된사건이든간에전세계대규모정전의건수는해마다증가하고있다. 이런대정전은종종기업과사회전반에엄청난비용을초래한다. 최근동일본대지진으로 800만명에이르는사람들이 10일이상전기를사용하지못했고, 2012 년인도에서발생한연쇄장애로전세계인구의 9% 이상이전기가없는상황에처하기도했다. 본백서는전력시스템의고객측수단에초점을맞춰대규모정전대비및복구를검토한다. 이백서는 IEC 국제표준및적합성평가서비스를통해전기공학의전세계적문제해결에지속적으로기여하는것을목표로, IEC MSB(Market Strategy Board, 시장전략이사회 ) 에서편찬한백서시리즈중네번째간행물에해당한다. 2장은최근에발생한전세계대규모정전에대한역사적검토로시작된다. 다양한사례연구를통해밝혀진주요결론은전력시스템의중앙집중적성격때문에비교적작은피해가엄청난정전을야기할수있다는것이다. 일부전력계통은지붕태양광발전시스템부터디젤보조발전기에이르기까지상당량의분산전원을포함하고있다. 하지만대규모재해가발생하여전력계통이고장난경우, 운전을제한하는규정이나재보급트럭을제약하는도로차단으로인한연료부족등외부영향때문에이런시스템이작동하지못하는경우가많았다. 3장에서는재해대비와정전복구를중점적으로다룬다. 이장은 BCP(Business Continuity Planning), ECP(Electricity Continuity Planning), ECS(Electricity Continuity System) 를재해복구의몇가지해결책으로소개하는한편, 재해후전력연속성계획의효과를검증하는방법을검토한다. 이장의목적은관련된특정도전에대한해결책을제공하는것이아니다. 그러려면수많은조직의의견을하나로모으는작업이필수적이다. 그대신재해대 278 IEC White Paper
비와재해후복구가표준및조직적활동계획의설계에서어떤이익을제공할수있는지보여주는광범위한개념을다양하게소개한다. 4장에서는대규모재해후에전력공급을유지한일본의시설을중심으로최근사례를평가하고, 이를 모범경영 사례로언급한다. 이장은마이크로그리드장과그전의계획장들을하나로묶는다. 연구는일본의센다이 (Sendai) 마이크로그리드데이터센터, 일본도쿄의롯폰기힐스 (Roppongi Hills) 마이크로그리드, 일본사이타마 (Saitama) 의스마트에너지가구의사례를포함하고있다. 동일본대지진의사례는주변전력망이여러날동안작동불능이었음에도, 대학캠퍼스부터단독주택에이르기까지전력을공급하는다수의마이크로그리드로전력공급을유지할수있었음을보여준다. 또한통신시스템, 의료시설, 반도체생산시설에대한사후평가기준도검토한다. 5장은재해검토에서나타난문제의상당수를마이크로그리드가해결함을설명한다. 마이크로그리드는국부부하와의면밀한협력을통해관리되는제어가능하고물리적으로인접한발전기의집합이다. 마이크로그리드시스템은다양한발전기에의존함으로써전통적인전력계통의단일장애점문제상당수를방지한다. 마찬가지로마이크로그리드는국부공급과수요를긴밀하게관리함으로써전력공급에존재할수있는제약에도불구하고필수서비스가이루어지도록보장할수있다. 흔히마이크로그리드는신재생에너지활용을장려하거나최대수요문제를해결하는수단으로간주되지만, 재해대비및복구를돕는데상당한기여를할수있다. 6장에서는마이크로그리드의보급률과일반화이전에해결해야할근본적난관을논의한다. 마이크로그리드는기술적및비기술적난관을안고있으며, 본백서에서는규제장벽부터분산전원배치, 대량의신재생에너지가포함된마이크로그리드운영의기술적난관에이르기까지마이크로그리드활용을제약하는다양한문제를살펴본다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 279
마지막으로 7장은대규모재해나전력공급중단에대한대비와복구를개선해야하는업계, 규제당국, 표준기구를위한여러가지주요권고로끝맺는다. 주요제안의중심은마이크로그리드의활용및운영의장려이며, 재난구호계획의수립과다양한사업장간계획비교를지원하기위한표준의구현은별도로다룬다. 280 IEC White Paper
감사의글 본백서는 IEC 시장전략이사회의마이크로그리드재해대비및복구프로젝트팀이작성했다. 이프로젝트팀은연구기관 (AIST, CEPRI, CSIRO, NEDO), 전자제조업체및반도체시설 (Mitsubishi, Panasonic), 전기장비제조업체 (ABB, Ansaldo Sistemi Industriali, Eaton, Haier, NTT Facilities, Siemens), 표준화기구 (IEC, UL) 의대표자들로구성되었으며, 호주 CSIRO의글렌플래트박사 (Dr. Glenn Platt) 와일본 AIST 히로히사아키박사 (Dr. Hirohisa Aki) 가크게기여했다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 281
목차 약어목록 285 용어집 286 1 장서론 1.1 개요 290 1.2 본백서의범위 291 2 장전력설비와관련된재해검토 2.1 이전의재해경험분석 294 3 장재해대비계획및재해후복구 3.1 계획의질 299 3.2 연속성계획 300 3.2.1 BCP 300 3.2.2 대규모재해후 BCP의효과 301 3.3 ECP 302 3.3.1 ECS 303 3.3.2 재해의분류 305 3.3.3 시설의분류 307 3.3.4 부하의분류 308 3.4 ECS 시장 311 3.5 ECS 및재난구조기능의소비자시장 312 4장일본전력설비의사후평가검토및재해대비의모범운영사례 4.1 일반 315 4.2 통신시스템 315
4.3 의료시설 316 4.4 반도체생산시설 317 4.5 데이터센터 319 4.6 센다이마이크로그리드 319 4.7 롯폰기힐스 ( 도쿄 ) 321 4.8 주택용스마트에너지시스템 324 5 장마이크로그리드 5.1 일반 326 5.2 마이크로그리드의편익 329 5.2.1 말단소비자의편익 329 5.2.2 전력회사 / 배전회사의편익 329 5.3 재난구조를위한마이크로그리드 331 5.4 마이크로그리드관련기술 332 5.5 전세계의마이크로그리드 334 6 장마이크로그리드보급 6.1 난관과장벽 339 6.1.1 기술적난관 339 6.1.2 비기술적장벽 343 6.2 장래추세 346 6.2.1 가상마이크로그리드 346 6.2.2 자원망 347 6.2.3 다중연계마이크로그리드 348 7 장결론및권장사항 7.1 결론 349 7.2 정책입안자와규제기관을위한권장사항 351
7.3 전력회사, 업계및연구자들을위한권장사항 352 7.4 IEC 및산하위원회를위한권장사항 354 부록 A 사례연구 355 참고문헌 377
약어목록 기술및과학용어 AC 교류 (Alternating current) CHP 열병합발전 (Combined heat and power) BCP Business Continuity Plan/Planning DC 직류 (Direct current) DER 분산에너지자원 (Distributed energy resource) ECP Electricity Continuity Plan/Planning ECS Electricity Continuity System EMS 에너지관리시스템 (Energy management system) HEMS 가정에너지관리시스템 (Home energy management system) MDR Microgrids for disaster preparedness and recovery MV 중전압 (Medium voltage) PCC 계통연계지점 (Point of common coupling) PV 광전지 (Photovoltaic) UPS 무정전전원공급장치 (Uninterruptible power supply) 조직, 기관, 회사 AIST National Institute of Advanced Industrial Science and Technology ( 일본 ) CEPRI China Electric Power Research Institute CSIRO CSIRO Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation ( 오스트레일리아 ) IEC International Electrotechnical Commission MSB 시장전략이사회 (IEC 산하 ) NEDO New Energy and Industrial Technology Development Organization ( 일본 ) TEPCO Tokyo Electric Power Company ( 일본 ) UL Underwriters Laboratories ( 미국 ) 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 285
용어집 단독운전방지 전력계통의정전도중분산발전기들이전력을공급하지못하도록하는분 산발전기내기능 참고, 자체기동 (black-start) 은본질적으로발전자원의하드리셋 (hard reset) 이다. 연쇄장애 전력시스템에서의연쇄적장애 참고, 연쇄장애는종종네트워크의작은한부분의비교적작고눈에띄지않는장애가초래 하는대규모의광범위한시스템정전과관련이있다. 열병합발전 CHP 단일발전원에서열부하와전기부하를모두서비스함으로써해당발 전원의에너지효율을높인다. 계통연계형마이크로그리드 전력계통에연결될수있는마이크로그리드 참고, 계통연계형마이크로그리드는별개의섬 (island) 으로운영할수있지만전력계통과의 상호작용을가능케하는 PCC 를갖추고있다 ( 일반적으로전력수입 / 수출을촉진하기위함 ). 수요관리 최대수요등의문제를관리하기위한기술적수단을통한전력부하의능동적이 고동적인제어 분산에너지자원 DER 소규모전력부하또는발전기 (<1 MW) 분산발전 흔히비교적소규모로, 전력을공급받는특정부하가까이위치한발전 배전 표준적사전정의가적용되는경우를제외하고송전공급점 ( 일반적으로변전소 ) 과개별 고객간의전력전달 286 IEC White Paper
분산형전원 국부발전기 / 부하참고 수출 < 본백서의맥락에서 >, 마이크로그리드로부터전력계통전력망으로의전력흐름 플라이휠 고속회전질량에기초한에너지저장장치 연료전지 전통적인왕복기관의연소과정없이투입연료와산화제에서직접전기를생산 하는에너지변환장치 고전압 69 kv 에서 230 kv 사이또는전통적으로채택되는한계이상의값을갖는전압 참고대량전력시스템에서사용되는상단전압값세트가고전압의예에해당한다. 수입 < 본백서의맥락에서 >, 전력계통에서부터마이크로그리드로전력이흐를때 의도적단독운전 전력계통으로부터발전기자원의고의적분리 단속적 (intermittent) 불연속적 참고, 단속적발전자원자체는 0 이아닌상시출력을장기간제공할수없다. 인버터 직류전기를교류전기로변환하는전력전자장치 단독운전 전력계통으로부터발전기자원의분리 참고, PCC 를잃는경우, 마이크로그리드는단독운전된다. 독립형마이크로그리드 전력계통에전기적으로연결되지않은마이크로그리드 참고, 독립형마이크로그리드는 PCC 가존재하지않는별개의섬이다. 부하관리 수요관리참고 전력평균분배 일반적으로전력망과부하와정전을막기위한전력부하의고의적정지 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 287
국부발전기 / 국부부하 마이크로그리드에설치되는발전기 / 부하 중전압 MV 2.4 kv에서 34.5 kv 사이또는저전압과고전압사이에놓인전압수준참고 1, 중전압수준과고전압수준간경계는중첩되며, 지역상황과역사또는일반적용법에따라다르다. 그렇더라도널리인정되는경계는 30 kv에서 100 kv까지의대역에포함되는경우가많다. 참고 2, 영국이나호주에서는 2.4 kv에서 34.5 kv 사이의전압을지칭할때이용어를사용하지않는다. 마이크로터빈 가스터빈기술에기반한소형 (<100 kw) 저배출발전기 마이크로그리드 복수의 AC 전원이통합되고그중적어도하나는신재생에너지원에기반 하는제어가능하고물리적으로인접한분산발전기및부하자원의집합 정전 발전기, 송전망또는관련자원을사용할수없는기간 최대수요 전력부하의평균수요와는대조적으로전력부하에의해일반적으로는드물게 나타나는최대수요 도입률 특정전원전력의기여비율 태양광 PV 태양에너지를전기로직접변환하는기술 계통연계지점 PCC 전력계통과마이크로그리드사이의연결지점으로, 하나의마이크로 그리드는많아야하나의계통연계지점을가질수있다 슈퍼커패시터 아주짧은기간동안대량의전력을제공할수있고, 이렇게활용할때전통 적배터리보다수명이더긴에너지저장장치 동기화 여러시스템에걸친혹은시스템내부의상전압 / 순시전압일치 288 IEC White Paper
참고, 섬구성에서복귀시마이크로그리드는전력계통과동기화 ( 종종재동기화 ) 해야한다. 계통안전도 운전조건의변화에도불구하고시스템이계속기능할수있는용량 참고, 독립형마이크로그리드는예컨대부하의변화가마이크로그리드중단을초래하지않 는경우, 안정도를보여준다. 송전 고전압전력발전지점으로부터소비자공급용저전압으로변환되는지점까지고전 압전력을전달 전력계통 (wider grid) 마이크로그리드의제어범위를넘어상주하는전력망 참고전력계통은 PCC 를통해마이크로그리드에연결되거나, 전혀연결되지않을수있다. 가상마이크로그리드 발전기같은주요구성요소가지리적으로멀리떨어져있는마이크 로그리드 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 289
1 장 서론 1.1 개요 2011년동일본대지진등최근의자연재해는끔찍한물리적피해와인명손상을초래했을뿐아니라현재전력시스템의취약성또한입증했다. 전세계에걸쳐발생건수와범위가증가하고있는대규모정전으로지역산업과공동체는상당한비용을부담하고있다. 최근의동일본대지진의경우, 800만명이상의사람들이전기가끊긴채지내야했으며, 이고객들에게전기공급을 95% 복구하기까지 10일이나걸렸다. 또다른중요한정전사례인 2012년인도정전으로전세계인구의대략 9% 에해당하는 6억2천만명이상이전기없이지내야했다. 이런최근의대규모정전에대응하기위해 IEC는대규모정전후지역전력공급을유지할최선의방법을검토할목적으로지금의백서를의뢰하게되었다. 본백서는대규모정전에대한대비와그복구와관련된복잡한난관을검토하며, 2011 년일본지진의경험을통해전력시스템의 고객측면 에특별히초점을맞춘다. 본백서의첫부분에서는재해와전력설비사이의알려지지않은커다란해결책과관련된비기술적쟁점, 구체적으로재해및대규모외부정전에대한시설의대비정도와 290 IEC White Paper
다양한규모의전력손실에대처하는시설능력분류에따르는난관을검토한다. 또한시설이대규모정전에대한최선의대비를할수있도록하는중요한선행조건으로서 ECS 및 ECP 개념을소개한다. 실제경험에근거할때본백서곳곳에제시된사례들은다음을위한모범운영방법이라할수있다. 대규모재해에대한시설의대응계획수립및평가 재해복구 전력공급의회복력개선을위한마이크로그리드등의신기술활용 본백서에서가장집중적으로다루는것은전력산업이마주하고있는가장최근의주요발전중하나인 마이크로그리드 개념이다. 흔히신재생에너지활용을장려하거나보다넓은전력시스템에서최대수요문제를관리하기위한수단으로간주되는마이크로그리드는재해대비와복구에도움이될수있는특별한특징을지닌다. 본백서전반에서이를살펴보고자한다. 1.2 본백서의범위 본백서는 IEC가국제표준및적합성평가서비스를통해전기공학분야의전세계적문제해결의지속적기여를이끄는것을목표로발간한백서시리즈중네번째간행물에해당한다. 본백서는 IEC의전략적미래대응을지원하기위해 IEC 시장분석과이해를담당하는 IEC MSB가개발했다. 2011년 3월 11일에일어난동일본대지진이초래한막대한피해에대응하여 2011년 6월, 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 291
스웨덴스톡홀름에서열린 IEC MSB 회의에서재해복구방법에관한논의가이루어졌다. 이회의후, 마이크로그리드가지닌대규모전기재해회복력또는재해복구개선을위한기회와도전을검토할프로젝트를위한계획들이취합되었다. 이제안은전기에너지효율및전기에너지저장 (Electrical Energy Efficiency and Electrical Energy Storage) 프로젝트에서 IEC 백서를간행한 기술및시장감시 (Technology and Market Watch) 특별실무그룹의방법에기초한것이었다. 재해복구안을내놓기위해마이크로그리드에가장중요한것은시장의요구이며, 새로운기술들이속속개발될예정이다. 여기에는수요제어, 부하우선순위결정, 그리고전력절감및저장을위한추가개선이포함된다. 그림 1-1에서보듯사회적계획, R&D 투자, 표준화역시필수적이다. 다시말해기초기술의경우에는안전기능이요구되며, 표준화활동에서도이는매우중요하다. 사회각계각층은대규모재해대비와이후복구에서각기다른역할을맡는다. 그림 1-2 에나와있듯공공행정부터민간회사및최종사용자에이르기까지다양한행위자들은대규모재해에대한방어를계획하고신속한서비스복구를위한대응책을개발하는과정에서각각의역할을담당한다. 이에따라본백서는광범위한청중을대상으로삼는데, 대규모재해이후전력공급유지에사용할수있는최신기술을알아둬야하는사람들부터보다큰공동체의편익실현에필요한표준개발을책임지는조직까지망라한다. 대규모정전대비및대응개선은광범위하고다양한활동분야에걸쳐있으며, 정책과법률, 규제, 표준화, 기술개발에힘을쏟아야한다. 이프로젝트는재난대응및회복력개선을위해취할수있는기술적조치에역점을두고있으며, 최근의대규모재해를검토해교훈을얻고마이크로그리드같은신기술이이분야에가져다줄수있는편익을검토하는것을목적으로한다. 292 IEC White Paper
계통대정전 마이크로그리드 권고 가장중요한요구 재해복구 재해방지를위한 ECP 의필요성 경찰, 법률, 규제 시장예측 전력계통복구 전력설비의집행 경제적인센티브를위한정책 기술및상용화예측 탄탄한스마트그리드 MDR 기술의적정가격 R&D 표준화를위한권고 전력절감수요제어 표준화시기및요건 탄탄한시설및설비 그림 1-1 시장관점에서본 MDR 요구 책무 공공행정지역사회차원의재해방지및대응계획 요건 모범운영의이해및재해회복력또는복구를위한예방계획평가 표준기구 재해대비또는복구를돕기위한표준개발 기술적목표또는편익실현을위한기술적표준재해대비전략평가와비교를위한분류기준 기업별재해대응계획 기업이대규모재해에적절히대비하고신속히복구할수있도록하는계획 민간기업 재해회복력또는복구를위한새로운상품과기술 재해대비또는복구를도울수있고광범위한편익극대화를위해현행기술표준을준수하는상품및기술 최종사용자 / 소비자 재해대비및복구와관련된교육훈련 대규모재해의영향을최소화하기위한세부계획 그림 1-2 본백서의목표청중및요건 본백서는전반에걸쳐이러한기술이업계에제공할수있는편익과이러한기술을보 다큰규모로구현하기에앞서해결해야할난관들을중점적으로다룬다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 293
2 장 전력설비와관련된재해검토 2.1 이전의재해경험분석 광범위한전기재해에대한대비와그효과를고려할때최근의대규모정전, 즉정확히 어떤일이일어났고전력공급이어떻게복구되었는지검토할가치가있다. 최근에여러 나라가자연재해로엄청난피해를입었다. 2011년 3월 11일발생한동일본대지진으로 15,000명이상이사망했고, 원자력발전소 4기가파괴되었으며, 수백만명이전기없이지내야했다. 2011년태국에서는홍수로수많은주요공장과사업설비가심각한피해를입었다. 2012년 10월말, 허리케인샌디로미국과카리브해지역, 캐나다에서 285명이사망했고, 수천명이전기없이생활해야했다. 이모든사례에서재해로인한인명손실과일반적인물리적피해외에도주요공장의 생산중단부터전세계공급망의차단에이르기까지, 전세계상업이받은타격으로사회 는추가적비용을치러야했다. 재해대비는더이상단순히개별국가나지역의문제가 294 IEC White Paper
아니라전세계적문제가되었다. 이런재해로인한위험은전세계로확대된다. 본백서는특히정전을야기하는대규모재해를중점적으로다룬다. 지진은케이블, 그림 2-1 중국에서발생한얼음으로인한송전선피해, 2008년 1 송전탑, 전신주등송전및배전시스템을파 괴한다. 이런인프라와인프라가제공하는 서비스복구에는매우오랜시간이걸릴수있다. 쓰나미, 허리케인, 홍수도전력설비에비슷한피해를입힌다. 발전기같은주요인프라가물에잠기거나도로가폐쇄되어국부발전기에대한연료공급이제한될수있다. 소비자가소유한전기장비가침수되면감전사의위험이있다. 어떤지역에서는산불이송배전시스템에가장큰위협이된다. 또다른지역에서는눈보라로무거워진얼음이송전케이블과송전탑을파괴할수있다. 대규모정전원인은지진이나폭풍같은자연재해뿐만이아니다. 2003 년이탈리아나 2012년인도에서일어난것처럼작은화재나고장난단일송전선처럼비교적사소한사고도종종연쇄장애를일으켜광범위한정전을초래할수있다. 대규모전력공급중단을초래한최근의재해목록이표 2-1에나와있다. 최근발생한전세계의모든대규모전기재해를포괄적으로이표에담으려한것은아니다. 표 2-1은그보다는자연재해부터인간이유발한고장에이르기까지재해와그근본원인의다양성을보여준다. 부록 A에는이프로젝트구성원들이제공한현지경험이나재해에관한지식과이후의대응등표 2-1에열거된몇몇재해에관한더자세한내용이나와있다. 중요한것 그림 2-2 태국홍수, 2011 년 2 은프로젝트구성원들이대규모전기재해 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 295
표 2-1 최근의대규모전기재해와그영향 날짜국가 / 지역재해의유형 / 원인재해의영향 2012 년 7 월 인도 혹서 ( 기상조건 ) 로에너지부하증가. 1 개송전선손실이연쇄장애유발. 지속적인수요문제가이틀동안이장애를악화시킴. 6 억 2 천만명이전기를사용하지못했고, 서비스의 80% 를복구하는데 15 시간이상소요됨. 2012 년 10 월 미국, 동부해안 허리케인샌디 허리케인으로미국, 카리브해지역, 캐나다에서최소 285 명사망. 허리케인은미국에서수백억달러의손실을입히고수천가구를파괴했으며, 수백만명이며칠동안전기없이지내야했음. 2012 년 7 월 인도 400 kv 짜리비나 - 괄리오르 (Bina-Gwalior) 송전선트립후연쇄장애. 정전으로인도인구의절반인 6 억 2 천만명이상 ( 전세계인구의약 9%) 이영향을받았고, 인도북부와동부, 북동부의 22 개주까지파급됨. 정전으로인한발전용량손실이 32 GW 로추산됨. 2011 년 7 월 태국 홍수 450 명사망. 광범위한정전으로 1,300 만명이영향을받았고, 일부영향은 2 개월동안지속됨. 2011 년 4 월 미국토네이도 ( 총 650 건 ) 400 명사망. 원자로 3 기가동중단. 정전으로 2 천만명이최고 10 일간영향을받음. 2011 년 3 월동일본지진및쓰나미 15,000 명이상사망. 4 기의원자로파괴. 광범위한정전으로 400 만가구이상이영향을받고 7-8 일동안지속됨. 2008 년 1 월 3 월 중국 눈및눈보라 129 명사망및 166 만명격리수용. 약 36,000 개의송전선 (10 kv 이상 ) 고장, 8,000 개의송전탑 (110 kv 이상 ) 붕괴, 2,000 개의변전소고장. 2008 년 4 월 서유럽 잘못계획된전력시스템운전으로연쇄장애초래 500 만명이상에게 2 시간넘게영향을미친광범위한정전. 2005 년 8 월 인도네시아 1 개의송전선고장후연쇄장애 광범위한정전이약 7 시간계속되어 1 억명에게영향을미침. 2005 년 8 월 미국 허리케인카트리나 1,800명이상사망. 추정피해액 1,080억달러이상. 3개주에걸쳐최고 2주간정전계속. 2004 년 12 월 인도양에접한국가들 지진및쓰나미 230,000 명이상사망. 2003 년 9 월 이탈리아 폭풍으로 1 개송전선이파손된후연쇄장애. 전국적정전이 12 시간이상계속되어 5,600 만명이상에게영향을미침. 296 IEC White Paper
의영향을검토했을뿐아니라, 재해의영향이나재해후전력공급복구에관해 배운교훈 에관한피드백도제공했다는점이다. 이러한교훈은본백서의초점및전력공급 그림 2-3 호주의산불, 2009 년 의신뢰도와회복력개선을위한실천에관 한귀중한지침을제공한다. 다음과같은여 러주요관찰결과가다양한사례연구를배 경으로집중조명된다. 많은전력시스템의중앙집중적성격은몇몇핵심분야에서의비교적작은피해도광범위한정전으로이어질수있음을의미한다. 이런취약분야는재해이전에는파악되지않은경우가많았다. 오늘날많은전력계통은상당량의분산전원을포함하고있지만, 이런전원이대규모전기재해후에전력공급을유지할수있다고보기는어렵다. 태양광시스템운전에관한제약부터도로폐쇄로인한연료부족에이르기까지, 국부적분산전원을사용할수있다고가정하기어렵게만드는다양한요인이존재한다. 범람을막기위한방조제나무정전전원공급시스템같은방어메커니즘을갖추고있더라도정작재해가닥쳤을때는역부족인경우가많았다. 일반적으로이는계획과분석의문제인데, 시설과최종사용자는자연재해의위험이나그러한위험에대한대비를어떻게평가해야하는지에관해상당한불확실성에처해있다. 이런위험이나위험에대한대비정도를측정하는통일된방법이없이는, 각시설이현상황을평가하거나상세한재해회복또는복구계획을세우거나시설들을서로비교하기어렵다. 다양한분산전원이있고수급이꼼꼼하게관리되는지역 ( 근린지구혹은어쩌면단일대형시설 ) 은대규모전기재해후에공급을유지하거나적어도다른지역보다훨씬빨리공급을복구할수있는경우가많았다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 297
위의관찰결과를바탕으로본백서의나머지부분에서는재해계획및대비기법과국 부전력공급신뢰도보장을위한방법으로서의마이크로그리드활용을중점적으로다 룬다. 298 IEC White Paper
3 장 재해대비계획및재해후복구 3.1 계획의질 본백서의표 2-1에제시된재해의범위와부록 A의사례연구는대규모정전에수반되는피해와비용을최소화하는핵심요인중하나가계획의질, 다시말해조직이대규모재해후전력공급손실을막기위한대비를얼마나잘갖추고있는가, 그리고이와별도로대규모정전에대한복구계획을얼마나잘마련하고있는가에달려있음을명확히보여준다. 재해대비와재해후복구에는다양한관할과조직을아우르는상당한노력이필요하다. 이는다양한재해의잠재적피해를분류하는표준화된방법의개발부터외부정전에대한시설의준비정도측정및보고, 대규모재해복구를위한세부계획의마련에이르기까지대대적개선과많은노력이필요한분야이다. 이장은관련된특정난관에대한해결책을제공하는것을목적으로삼고있지않은데, 그러려면아직도수많은조직이앞으로많은노력을기울여야하기때문이다. 그대신안정적인전력공급을위한표준과계획마련이재해대비와재해후복구에어떤이익을제공하는지보여주는다양하고광범위한개념들을소개한다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 299
3.2 연속성계획 성공적기업의핵심요건은해당기업을번창하도록하면서사업성과에극적인영향을미칠수있는재난등의특정외부사건에어떻게대응할것인지함께예상하는포괄적인전략계획의완성에있다. 이런연속성계획은재해후성공적기업이최대한빨리운영을재개할수있도록한다. 3.2.1 BCP(Business Continuity Planning) 연속성계획이가장널리활용되는분야는아마도 BCP일것이다. 이는 내외부의위협에대한조직의취약점을파악하고, 경쟁력과가치체계의무결성을유지하면서효과적예방과복구를조직에제공하기위해경성자산과연성자산을동기화한다. 3. BCP는공급망중단부터필수인프라의손실또는물리적공격이나사이버공격에이르기까지운전에영향을미칠수있는다양한사건을감안해야한다. BCP에포함되는단계는다음과같다. 조직의기능과활동을중요분야와비중요분야로나누는사업영향분석. 중요기능은중단시상당한문제를초래하는기능을의미한다. 중요기능을파악한다음에는사업영향분석으로각중요기능의복구요건을결정하게된다. 잠재적위협과위협후복구에필요한단계파악에기초한위협및위험분석. BCP는아직도비교적새로운분야이지만, IT 업계에서의활용은특히성공적이었다. 통신인프라의장애때문이든사이버공격때문이든, IT 업계에서는대규모서비스중단에대한대처가데이터센터같은조직에매우중요한과제이다. 따라서이분야에서는대규모서비스중단에대비한계획수립을위한지침과실무방 300 IEC White Paper
침을제공하는표준화활동등상당한노력이이루어져왔다. IT 분야의관련국제표준은 다음과같다. ISO/IEC 27001:2013, Information technology Security techniques Information security management systems Requirements ISO/IEC 27002:2013, Information technology Security techniques Code of practice for information security controls ISO/IEC 27031:2011, Information technology Security techniques Guidelines for information and communication technology readiness for business continuity ISO/IEC 24762:2008, Information technology Security techniques Guidelines for information and communications technology disaster recovery services 3.2.2 대규모재해후 BCP의효과 BCP에대한여러기업들의관심이커지고있지만, 최근대규모재해를경험하면서앞으로해야할일이많음이드러났다. 2005년, 일본정부의방재기본계획 (Disaster Prevention Basic Plan) 은 4 모든기업이 BCP 를개발해야한다고밝히며, 일본의모든대규모기업에 2018년까지이러한계획을수립하고시행할것을권고했다. 동일본대지진이일어난 2011년까지대규모일본기업의 70%, 중규모기업의 35% 가 BCP를수립했거나수립하는중이었다. 그러나대부분의 BCP는계획대로작동하지않았고, 전력공급부족은재해후복구과정에서중요한요인이었다. 이대규모재해후에 271개회사를대상으로재해의영향에관한설문조사를벌였다 5. 이들회사중 106개회사는지진후에상당한 IT 시스템문제에봉착했다고주장했으며, 137개회사는 BCP를갖추고있지않은상태였다. BCP를갖추고있었던설문대상기 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 301
업중에서는단한회사만이 BCP가의도한효과를냈다고응답했다. 접수된의견일부의예는다음과같다. ( 우리는 ) 건물피해에대비했지만전기가끊길것은예상하지못했다 또는 부분정전시에는 BCP 효과가없다, 그리고 대규모재해에대비해준비태세를고쳐야할것이다. 이런의견은 BCP를마련할때에도, 광범위한전력공급중단이나그것이사업에미치는실제영향을충분히고려하지않았음을시사한다. 원래개발된비상계획과뒤이어발생한재해사이의간극을분석해보면, 장기간의전력계통정전과전력공급에영향을줄수있는공급망붕괴또는필수인프라의손실은거의예측하지못했음이분명하다. 사실상, 실제경험을토대로한 BCP 수정이기본적으로중요했으며, ECP가복구의그다음단계가되었다. 3.3 ECP(Electricity Continuity Planning) BCP는전력서비스유지관리와복구에피상적인관심만쏟는경우가많다. 전력시스템의복잡성과고객구내의분산전원및관련에너지기술의인기상승을감안할때, 많은조직에전력공급회복력과복구에특별히중점을둔새로운연속성계획이필요하다. 일명 ECP는외부공급이나내부공급에의존하여특정지점에대한전력공급을신속히복구하는방법을구체적으로고려한다. 그러나앞절의공급사례는예상치못한재해에맞서 BCP가충분한효과를내지못할수있음을보여준다. BCP뿐아니라 ECP도예상치못한대규모재해의실제사례마다 PDCA(Plan-Do- Check-Act) 주기를바탕으로수정해야한다. 적절한운영전략이없는재해대비는결코완벽할수없다. 백업시스템이나마이크로그리드의설치 ( 즉, ECS는하드웨어투자로간주됨 ) 는재해대비를강화한다. 하드웨어는적절 302 IEC White Paper
한소프트웨어와결합될때완전한성능을보여줄것이다. BCP의선례에따라 ECP도그림 3-1에서보이듯전력공급에대한잠재적위협, 위협에대한대응책, 이러한수단의실행, 계획의검증및지속적개선을포함해야한다. BCP와는달리 ECP에서고려해야할고유의전기문제는다음과같다. 대체전원 국부백업발전의활용 전력공급에영향을미칠수있는전기장비의외부의존성 예를들어백업발전기용연료의가용성 특정전력부하, 사업기능에서의우선순위, 에너지요건의파악 ECP 수립시, 전력공급에대한특정위협과해당시설에서이런위험을완화할조치를파악하기위한여러핵심단계가존재한다. 예를들어, ECP를수립할때다양한유형의자연재해가특정시설에가할수있는위험을파악하는것이매우중요하다. 현재특정자연재해유형과그것이시설에미치는잠재적영향을분류하는표준적방법은없다. 마찬가지로시설들을비교하여어느시설 ( 혹은설계 ) 이다른시설보다특정재해에대한회복력이더뛰어난지결정하는방법도없다. 3.3.1 ECS(Electricity Continuity Systems) ECP를활용하여재해후전력공급복구를상술하는것은대규모정전시기업의광범위한회복력을구축하는하나의단계에불과하다. 동일본대지진후일본정부는 571개기업을대상으로 지진후기업기능이계속되지못한이유는무엇인가? 를묻는설문조사를실시했다 6. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 303
재해대비정도 재해발생 긴급대응책 안전복구 차후대비를위한검토 재해대응책계획 재해모니터링및예측 ECS 기능즉시실행 에너지절감 ECS 및 ECP 평가 재해수준추정 분류에따른 ECP 재해경보 재해수준또는심각성공지 본부설립 정보망구축 전력설비의안전복구 배전우선순위 계획개선 장비를위한 ECS 기능 비상대피 공급복구 방재훈련 그림 3-1 ECP 의예 표 3-1 동일본대지진후사업중단에관한설문조사결과 1 정전 ( 완전정전 ) 54.8 % 2 운송중단 37.8 % 3 통신및인터넷중단 29.9 % 4 종업원출근불가 28.0 % 5 생산설비손상 26.6 % 6 기업고객대응불가 25.6 % 7 단수 25.4 % 8 사무용건물손상 23.6 % 9 고객시설손상 22.9 % 10 전력부족 ( 부분적정전 ) 20.8 % 11 가스공급중단 13.8 % 12 정보시스템손상 11.2 % 304 IEC White Paper
표 3-1에서보듯동일본대지진후사업중단의가장큰이유는정전이었다. 다만사업운영에역시중요한가스, 수도, 통신중단등의주요영향은전력공급과무관했다. ECP를통해전력공급에대한특정위협과위험을완화하는조치를파악할수있지만, 더많은계획이필요함을표 3-1의결과는시사한다. 예를들어, ECP 수립시특정자연재해가시설에가하는위험을파악하는데필요한단계들을생각해보자. 현재는특정자연재해유형과그것이시설에미치는잠재적영향을분류하는표준적방법이없다. 마찬가지로시설들을비교하여어느시설 ( 혹은설계 ) 이다른시설보다특정재해에대한회복력이더뛰어난지결정하는방법도없다. ECS는시설의전력공급과그회복력에영향을미치는다양한문제를고려하는거시적계획이다. ECS는국부적전력연속성뿐만아니라표 3-1에나온다른영향들도고려해야한다. 그림 3-2에서보듯 ECS는시설에영향을줄수있는재해유형부터시설의개별장비와그고유의견고성에이르기까지모든것을고려할수있다. 그림 3-2의하위 3개층은자연재해수준부터시장대비정도까지보여주며, 기업내방재프로그램과관련규정, BCP가포함된다. 상위 3개층은 ECS 및 MDR(Microgrids for Disaster preparedness and Recovery) 관련기술에기반을둔장비를보여준다. 중간층인 ECP 및 ECS 분류는재해내성을위한기술적사안과비기술적사안의통합, 전력설비와외부상황의통합에유용할것이다. ECP와 ECS의설계는상당한표준화노력을요하는중대한과제가될것이다. 첫단계로, 분류에관한몇가지이른제안을하고자한다. 3.3.2 재해의분류 예상치못한큰재해는늘있기마련이지만지리적영역에서정전을초래하는가장흔 한재해는종종예측할수있다. 환태평양지역에서는앞으로도지진이골칫거리가될것 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 305
이라고가정하는것이합리적이다. 마찬가지로대형폭풍이나홍수에취약한지역은계속위험에처할것이다. 계획을세우려면재해의유형별분류부터시작해야한다. 그에따라재해의가능한영향을구비된회복수단과비교하는데다수의지표를사용할수있다. 1) ECS 요소기술 2) MDR 장치 3) MDR 장비 4) ECP 및 ECS 분류 5) MDR 시장대비정도 6) 방재프로그램, BCP 및규정 7) 자연재해수준 IEC 확장시스템접근법신규시장 그림 3-2 ECS 아키텍처의예 이러한재해지표의몇가지예는다음과같다. 홍수높이 바람강도 지진강도 낙뢰빈도 쓰나미높이 침수기간 재해의영향은국가, 지형, 인프라에따라달라진다. 지리적기록이나기상기록에이러 한지표가이미존재할수도있지만, ECP 를수립할때는전력공급에미칠수있는영향 306 IEC White Paper
과관련하여얻을수있는통찰을기준으로지표를신중하게선정하고평가할필요가있 다. 이분야에서는앞으로도해야할일이많은데, 궁극적목적은회복수단을구현할수 있도록잠재적자연재해를측정하고비교하는방법을표준화하는것이다. 3.3.3 시설의분류가능한재해와그심각성에대한이해가확립되고나면시설은각각의재해에어느정도대비되어있는지평가에착수할수있다. 여기서목표는시설의재해대비정도와에너지공급손실을보여줌으로써각시설의대비정도를효과적으로상호비교할수있는표준지표를설계하는것이다. 재해대비정도혹은회복력을측정할지표의작성은복잡한작업이될것이다. 엄청나게다양한잠재적자연재해를기준으로시설의회복력을어떻게측정할것이며, 어떻게하면이를다수의공통지표로정제할수있는지를해결해야한다. 마찬가지로전력산업에서사용되는 n-1 스타일지표는시설이대형인프라의단일장애에대처할수있음을보여줄수있지만, 정전기간이나외부연료공급에대한의존성등다른중요한요인은알려주지않는다. 목표는더광범위한 ECS 일부로서내부평가와상이한시설의상호 표 3-2 부하분류의예시기준 ECS 등급 기준 신뢰도중단변동기타 1 2 요구되는전력공급신뢰도 수용가능한중단기간 수용가능한전압및주파수변동 3 4 5 XXX 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 307
비교가가능하도록다양한재해에대한시설의대비정도를측정하는방법을표준화하 는것이다. 3.3.4 부하의분류 시설의정전회복력을분류할때는시설내부하를상세하게이해하는것이중요하다. 우리는최소한다음두가지추가분류기준이필요하다고제안한다. 1) 부하에너지요건의분류부하마다큰경제적영향없이감당할수있는전력품질수준과공급장애기간이다르다. 현재는부하의전력공급요건을규정할표준적방법이나지표가없다. 이러한분류는개별장비에근거할수있지만, 부하등급은다음과같은지표에기초하여도입된다. 수용가능한공급중단기간 수용가능한공급주파수범위 수용가능한공급전압범위 그런다음이지표들을조합하여다양한부하등급을구성할수있는데, 한가지예시 분류가표 3-2 에나와있다. 역시여기서도다양한부하와그요건을포괄하면서도간결 하고쉽게해석할수있는분류의표준화를위해서는많은노력이필요하다. 2) 부하우선순위의분류시설의 ECP를수립할때는다양한부하의우선순위와그에너지요건을이해하는것이중요하다. 예를들면, 전력공급이제한되는시기의한가지공통적대응은필수인프라에대한공급을유지하기위해우선순위가낮은부하에전력을평균분배하는것이다. 308 IEC White Paper
우선순위가낮은부하는보다광범위한수요반응체계에참여함으로써 ( 정상공급기간에 ) 시설의수익을올리는데도사용될수있는데, 시스템소유주가최대수요시기에전력평균분배의대가를받는것이다. 그림 3-3에서보듯공급중단에대처할수없는부하는수요반응또는전력평균분배가필요할때유용할가능성이낮다. 중요부하 요구되는신뢰도 수요반응우선순위 고 저 중요하지않은부하 저 고 그림 3-3 부하우선순위결정 현재시설내의다양한부하의우선순위를표시할수있는표준적방법은없다. 이러한 표준화된평가의활용에는다음이포함될수있다. ECP 수립시우선순위부하전달 자동화된에너지관리시스템같은기술적시스템의프로그래밍및상호운용성. 표준화된 분류체계가갖춰지면이러한자동화된제어시스템의구현이쉬워질것이다. 표준화된분류체계가갖춰지면이러한자동화된제어시스템의구현이쉬워질것이다. 중요한것은특정부하의우선순위와공급요건의정의가응용, 시기혹은운영환경에 따라달라질수있다는것이다. 운전시설과장비의유형을기준으로한분류는그림 3-4 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 309
에서보듯가능하다. 의료시설에는 ( 인공호흡기같은 ) 필수부하와 ( 환자용엔터테인먼트시스템같은 ) 비필수부하가있다. 사무용건물에는필수부하는없지만, 컴퓨터시스템은사업연속성에매우중요하다. 주택의경우, 거주자가 ( 신장투석기같은 ) 가정용의료시스템을사용하지않는한우선순위가높은부하가없는것이보통이다. 그림 3-5에서보듯이단계들이하나의 ECP 안에서합쳐지는데, 상세한회복력및복 데이터센터 요구되는신뢰도 사무실 의료시설 주택 다양한장비 그림 3-4 요구되는전력공급신뢰도 재해및규모 영향평가 요구되는신뢰도에따른분류 (ECP 레벨 ) 설계기준 (ECP 등급 ) 재해유형및규모 ( 예 : 지진, 소 / 대 ) 전력공급및사업운영에미치는영향 신뢰도 (%) 중단 ( 초, 시간, 기타 ) 주파수또는전압변동 백업발전기크기및유형연료탱크용량배터리크기 정부에의한것나라마다다름 소비자에의한것표준화된분류적용 그림 3-5 ECP 의평가및분류단계 310 IEC White Paper
구계획은시설이당면한재해에대한이해, 이런문제에대한시설의준비정도를평가 할지표, 그리고회복력개선을위한추가인프라선택에관한지침을포함해야한다. 3.4 ECS 시장 ECS 에는수많은잠재적시장과사용자가있다. 거시적 수준에서각국정부는공동 체차원의재해상황에서회복력을제공하는데 ECS 를사용할수있다. 정부에중점을둔 ECS 에는다음이포함될수있다. 1) 이전경험을바탕으로가능한재해의강도, 규모, 추정피해검토 2) 대피소및대피계획완성 3) 경찰, 소방서, 병원등긴급서비스완성 4) 개별대피소및긴급서비스용 ECS 완성 5) 재해대응훈련 한편, 기업도회사자체나시설별로 ECS 관리가가능하다. 기업별 ECS 에는다음이포 함될수있다. 1) ECS 평가를통해회사설비의위치를결정 2) 재해발생후핵심시설의연속성계획수립 3) 일체의투자결정에재해및 ECS 분석포함 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 311
민간기업 ECS는궁극적으로사업연속성에역점을두지만, 이러한시스템은그밖의편익도제공한다. 예를들어, 전력공급중복성을늘리기위한분산전원추가를고려하는경우, 이러한전원은값비싼계통전력에대한의존을줄임으로써운영비를낮출수있다. 결국상세한 ECS 마련에필요한계획을면밀하게마련하면, 에너지지출과자본수익률등에서추가적편익을확보할가능성이높다. 3.5 ECS 및재난구조기능의소비자시장 ECS의일환으로고려해야할또다른시장은소비자시장이다. 모범운영사례에서보듯 HEMS에사용되는신재생에너지 ( 즉, 태양광전지 ) 는재해도중에너지유지에효과적이다. 이러한 HEMS(Home Energy Management System) 는동일본대지진후인 2011년 3월에순환정전이도입될때중요한역할을했다. 이구체적사례에서, 소비자들은사고직후에야 CO 2 무배출주택구현을위해설치된태양광발전과 CHP 시스템등분산전원이재해시성공적으로신속한전력공급복구를이끈다는것을깨달았다. 모범운영사례에서처럼원래 CO 2 감소가목적이었던 HEMS는지진재해시 ECS로서효과적으로기능했다. 그후로이런주택들의도입이매우빠르게이루어지고있다. 예를들어, 일본주택건설업체인 Sekisui House가건설한주택에 5,356 세트의연료전지 CHP가설치되었다. 이회사가지은신축주택의 80% 에는태양광발전시스템이설치되어있다. 정전중에는전기시스템이자동으로켜져야하는데, 일반주택에서는거주자가수동으로전기시스템을켜기어렵기때문이다. 동일본대지진이후신규주택구입자의 50% 는 CO 2 감축에기여하고 ECS 역할을하 312 IEC White Paper
는첨단시스템을갖춘주택구입을선호하고있다. 이러한주택용 ECS의장래주요사양은아래에서언급하기로한다. 그림 3-6은 ECS형홈네트워크를보여주는데, 이런주택은 DER이포함된마이크로그리드의중요하고구체적인예이다. 앞서언급한 MDR 기능은소비자 ( 사용자 ) 스스로 HEMS 조작에익숙해져서정전에대비할수있도록, 사용자의일상적조작에통합되어야한다. 예를들어, 스마트홈에서의 ECS 관련이벤트의순서는아래에서재난구조기능으로검토할수있다. 1) 계통전력손실감지 계통과마이크로그리드의연결해제기능 배터리로부터마이크로그리드까지의전력공급및모니터링기능 마이크로그리드내안전점검기능 정전복구전연결된기기의안전점검을위한통신도구 전력손실최소화및 DC 전력에의한변환손실절감 2) 신재생에너지를사용하는경우 도입률 ( 효율적활용 ), 배터리용량, ECS 등급이적절히균형을이뤄야함 태양광발전기와풍력발전기설치장소의경우, ECS 등급평가가필요함 3) 수요반응과의관계 우선순위에따른전기기기선택 제한된전력을소비하고기기를선택하는방법 배터리전력우선순위결정 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 313
4) EES(Electrical Energy Storage) 사용은 ECS 분류에기여함 EES 에의한재난구조를위한 ECS 기능을일상적시스템에추가하여구현을보다 용이하게함 5) 전기자동차 (EV) 는정전중에가정에충전전력을반환할수있음마이크로그리드기술은이제전력산업뿐아니라다른전기업계와소비자들에게까지확대되었다. ECS에는국제표준이필요하며, 전력산업각부문에서이들기술이자리잡도록하고각업계의협력을장려하기위해서는국제표준을홍보할필요가있다. 위의경우, 안전과상호연결을위해서도표준이필요하다. 그림 3-6은 ECS 가정에너지네트워크의예를보여준다. 변압기 발전소 AC 100v~200v 냉장고 에어컨 세탁기 AC 50Hz/60Hz 충전지 분전반 비상콘센트 전자레인지인덕션레인지 TV DVD/BD 오디오세트 태양광발전 일반콘센트 AC 100v~200v PC 프린터 게임기 하이브리드전원제어 역전력계전기 라우터 / 전화 / 팩스 LED 조명 센서 환풍기 PHE/EV 충전기 LVDC 24v~48v 온수 무선충전기 목욕 주방 전동칫솔 전기면도기 세면대 수소 EV-PHEV 플러그인하이브리드차량 ( PHEV)/ 전기자동차 (EV) 연료전지 열펌프 그림 3-6 전기에너지효율및전기에너지저장용 ECS 형가정에너지네트워크 314 IEC White Paper
4 장 일본전력설비의사후평가검토및재해대비의모범운영사례 4.1 일반 동일본대지진은잠재적재해에대한산업시설의대비정도를평가할수있는기회도되었다. 가장중요한사회적서비스조직일부의전력설비를중심으로볼때, 향후발전을위해서는이들사업이계속운영되고지속적으로전력을사용할수있는것이중요하다. 아래에서는통신시스템, 의료시설, 반도체공장의사고후관찰내용을다룬다. 이장에서개관하는사례들은특정시설들이대규모재해와그후의정전에어떻게대처했는지보여주는데매우유용하다. 그런다음세가지모범운영사례를통해힘든상황에서마이크로그리드개념을토대로전력신뢰도를어떻게유지했는지보여준다. 4.2 통신시스템 통신시스템은사회의중요한일부이며, 지속적전력공급에의존한다. 이동통신기지 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 315
국이나전화교환국같은시설은그중요성을기준으로분류된다. 수요가큰시설에최우선순위가부여되고, 수요가적은시설은그보다낮은우선순위가부여된다. 현대식통신시스템에서는백업발전기와 UPS 외에이동형발전기와이동통신장비도흔히사용된다. 광범위한재해후에는이들장치의운영과관리가중요한난관으로꼽힌다. 이동형발전기를전달하거나발전기연료를다시채울필요가있으며, 장비와인적자원의적절한관리도중요하다. 동일본대지진의예에서통신시설은광범위한피해를입었다. 건물과장비등의시설은물론수많은통신선로가파괴되었고, 전력공급이중단되었다. 일본당국은사전에마련된재해계획에따라대응했다. 이동형발전기와이동식기지국등대체통신시설, 그리고작동하는장비를유지보수하고손상된기기를수리할인력을급파했다. 재해복구과정내내당국은다른전력공급자와긴밀히협조해야했다. 4.3 의료시설 의료시설이당면한큰난관은재해후에전력부하가일반적으로증가한다는점이다. 한지역이재해로피해를입으면치료를받아야하는부상자가발생한다. 의료시설은파손되었더라도이환자들을돌봐야한다. 이런상황에서의료시설이계속제기능을하려면안정적전력공급이중요하다. 정전이발생하면인명을잃을수있기때문이다. 일반적으로백업발전기와 UPS는대형의료시설들만갖추고있는데, 중소시설이이런비상전원을갖추는것은경제적타당성이떨어지기때문이다. 백업발전기가존재하더라도연료공급이제한되거나도로파손등으로현장에연료를조달하기가어려워대규모재해발생후연료보충이문제가되는경우도많다. 316 IEC White Paper
의료장비에우선순위를부여해중요부하에만전력을공급하는것은비상공급연료 소비를최소화하기위한조치로, 의료시설의재해계획에서중요한부분이다. 에너지원 ( 예 : 전기, 천연가스, 등유 ) 범위의다각화는공급의견고성을높일수있다. 4.4 반도체생산시설 일본의반도체장비및원료공급업체는전세계반도체산업을주도하는기업들이다. 일본에본사를둔장비업체들을합치면전세계반도체업계의연간지출중약 35% 를차지하는것으로추산된다. 반도체생산시설은고도로안정적인고품질전력을필요로한다. 전력공급중단또는잠깐의전압강하조차도엄청난피해를초래할수있다. 많은반도체시설에서정전후가동중단및시동공정은최대 11일까지걸릴수있다. 이런제약을감안하여대부분의반도체생산시설은표 4-1에서보듯 UPS와발전기등다양한백업시스템을갖추고있다. 표 4-1 반도체생산시설의일반적전력공급시스템 정전유형 영향 지속시간 보호장치 전력품질변화 ( 낙뢰등 ) 전압편차 수초 UPS 외부전력공급장애 전력공급중단 수시간 백업발전기 대규모재해 장기정전 수일 현장내부공급 ( 상시 ) 동일본대지진은수많은반도체생산시설에막대한피해를입혔다. 송전및배전인프 라같은외부전력인프라역시파괴되었다. 많은시설의경우, 생산구역에는창문이없 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 317
기때문에전력공급없이는조명도없다. 동일본대지진후각시설에서의복구작업이 어려웠던것은이때문이었다. 많은경우, 시설에전력공급이재개되기까지길게는한 달까지걸렸다. 4.5 데이터센터 데이터센터는비교적잘발달된재해대비및복구계획을갖춘업계의가장좋은예중하나로꼽힌다. 일례로동일본대지진후, 중대한피해가보고된데이터센터는없었다. 일본의경우, 일본데이터센터협회에의해데이터센터와전력공급장애시회복력을분류하기위한 DCFS(Data Centre Facility Standard) 가개발되었다. 데이터센터업계에서는데이터센터및에너지공급장애등에대한데이터센터신뢰도를분류하기위해, 계층분류체계 (Tier Classification System) 와 7 TIA-942 표준이널리사용된다. DCFS 표준은계층분류 (TIA-942) 에기초한다. 계층분류에서는데이터센터에요구되는전력공급신뢰도를표 4-2 와표 4-3 에나온 것처럼규정한다. 전력가용성보장을위해전압기건물, 보안, 공조설비, 통신시스템등 전기장비의요건도규정되어있다. 표 4-2 데이터센터계층분류체계 센터신뢰도 계층 1 계층 2 계층 3 계층 4 99.67 % 99.75 % 99.98 % 99.99 % 318 IEC White Paper
표 4-3 데이터센터신뢰도표준시스템요건 요건 계층 1 계층 2 계층 3 계층 4 ( 서버에대한 ) 독립적전원공급 단일 단일 복수 복수 백업발전기 해당사항없음 N N N+1 UPS N N N+1 N+2 권장사항 백업발전기연료공급 해당사항없음 12시간 12시간 12/24 시간 UPS 지속시간 해당사항없음 5분 5분 10분 DCFS는신뢰도표준구현을위해백업발전기와 UPS의중복성같은시스템요건의정의에기초한다. 계층 4의경우, 단일대규모장애 (N+1) 와 2건의대규모장애 (N+2) 대처능력이각각필요하다. 백업장비의권장최소운전기간도규정되어있다. 동일본대지진시 DCFS를준수하는데이터센터에서는서비스중단이발생하지않았다. 4.6 센다이마이크로그리드 센다이마이크로그리드는다양한전력품질수준을지닌서비스를동시에제공할수있는이상적전력공급시스템으로설계되었다. 이마이크로그리드는 NTT Facilities가개발해센다이시도호쿠후쿠시 (Tohoku Fukushi) 대학캠퍼스에설치했다 ( 그림 4-1 참조 ). 센다이마이크로그리드는전력전자장비, 저장용배터리, 분산전원 ( 가스엔진발전기, 태 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 319
고품질전원공급이가능한센다이마이크로그리드시스템 전력변환장치및배터리 대학내 1 MW 마이크로그리드시스템 NEDO 지원 FY 2005-08 PV 패널 가스발전기 연료전지 AC 계통전력 천연가스 ( 도시가스 ) 가스발전기 연료전지 전력변환장치 배터리 서버 조명 환기팬 신재생에너지 ( 태양광 ) PV 패널 필수부하에고품질전력공급 그림 4-1 센다이마이크로그리드개요 시스템구성 250kW 350kW 350kW 50kW 계통연계지점 연료전지 가스발전기 가스발전기 PV 분산전원 6.6kVac 버스 200kVA DVR* #2 600kVA DVR* #1 IPS 통합전력공급 전력품질개선 일반품질 부하 B3 품질 부하 B2 품질 부하 B1 품질 부하 A 품질 부하 DC 품질 부하 상이한전력품질부하 700kW 130kW 420kW 18kW 180kW 20kW 측정지점 ( 총 22 개지점 ) * : 동적전압보상기 그림 4-2 센다이마이크로그리드구성 320 IEC White Paper
양전지, 연료전지 ) 으로이루어진통합형 1 MW 전력시스템이다. 이마이크로그리드는기존의전력계통과쉽게연결및분리가가능하다. 센다이마이크로그리드는정상운전시전력계통에연결되어캠퍼스내병원, 복지시설, 건물에공급되는전력품질수준을높인다. 정전후에는전력계통과분리되어전력공급의중단없이필수부하나시설에계속전력을공급할수있다 ( 그림 4-2 참조 ). 동일본대지진직후에도태양전지와저장용배터리의에너지를사용하여고품질전력서비스가계속공급되었다. 센다이시의가스공급망은멀쩡했기때문에, 가스엔진발전기는전력계통장애후곧재가동되어마이크로그리드의주전원공급장치역할을할수있었다 ( 그림 4-3 참조 ). 4년간의시범운영을거쳐확대된센다이마이크로그리드는전기에너지뿐아니라열에너지도활용할수있었다. 가스엔진발전기와연료전지는 CHP 장치역할을함으로써전력은물론인근건물의온수와난방을위한열도생산했다. 센다이마이크로그리드덕분에병원과의료복지시설의많은환자들이치료를받고건강을유지할수있었다. 센다이마이크로그리드는예상치못한고통을겪고있던수많은피해자들에게에너지뿐아니라희망과마음의평화까지제공했다. 이러한사례는마이크로그리드가재해중에에너지를공급하는데얼마나효과적인지보여준다. 4.7 롯폰기힐스 ( 도쿄 ) 도쿄중심부에위치하고 2003 년에문을연롯폰기힐스는주거공간, 사무실, 휴양시 설을하나의복합건물내에서제공하는도시안의도시이다. 롯폰기힐스의부지면적은 84,800m 2, 연면적은 724,500m 2 로짓는데 17 년이걸렸다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 321
2011 년날짜 전력계통 가스발전기 3월 11일 3월 12일 3월 13일 3월 14일 14:47:10 전압붕괴계통정전 8:16:43 계통복구계통연결정전계통연결분리약 12:00 GE 시작 ( 단독운전 ) 계통연결중지단독운전계통연결 DC AC A 계통연결계통연결 배터리로부터공급 가스발전기로부터공급 02:06 수동정지 배터리 정전 가스발전기로부터공급 계통연결계통연결 AC B1 계통연결 배터리 02:06 수동정지정전가스발전기로부터공급 계통연결 AC B3 계통연결 정전 약 14:00 급전시작 ( 고객필요를위해 ) 가스발전기로부터공급 계통연결 PV 그림 4-3 대규모지진후센다이마이크로그리드의전력공급원변화 증기관헤더 전력 가스터빈배기열 증기보일러 ( 폐열에서증기생산 ) 증기 냉각탑 ( 호텔옥상 ) 천연가스 배전시설 발전기 급수 가스터빈천연가스를사용한전력생산 발전기 증기터빈 ( 발전에도증기사용 ) 천연가스급수증기흐름 흡수식냉동기 ( 냉각수를만드는데증기사용 ) 수전 ( 受電 ) 시설 백업전력 / (TEPCO) / 전력계통 그림 4-4 롯폰기힐스마이크로그리드의개략적토폴로지 그림 4-4 에서보듯롯폰기힐스건설도중첨단에너지시스템이설치되었다. 이시스 템은 6 개의천연가스터빈 ( 각 6,360kW) 을중심으로롯폰기힐스의전체전력수요를충 322 IEC White Paper
분히감당할만한용량을갖추고있다. 이터빈들은흡수식냉동기를통해난방과냉방을위한증기도공급하는데, 냉각수와증기가부지를중심으로그물모양으로흐른다. 롯폰기힐스시스템은천연가스공급에의존하기때문에, 안정적공급을위한가스본관의꼼꼼한설계를특징으로한다. 여기에는다음이포함된다. 가스공급시스템의토폴로지 가스공급은대부분의부하에이중공급방향을제공하는루프 (loop) 형태로구성되어중복성이기본적으로내장되어있다. 중압가스공급및파이프라인을사용한다. 중압가스파이프라인은송전인프라보다재해내성이더뛰어나다. 지금까지일본에서는재해시중압가스공급이중단된적이없다. 천연가스공급이중단되더라도롯폰기힐스는비상용등유발전시스템을갖추고있다. 롯폰기힐스에너지공급시스템의튼튼함은동일본대지진이후입증되었다. 지진당시롯폰기힐스에서는정전이발생하지않았지만이보다넓은 TEPCO 지역은후쿠시마원전의파손으로인해 2011년 3월 14일부터 27일까지주변교외지역에서순환정전이실시되었다. 롯폰기힐스에너지시스템이계통정전중에전력을공급한덕에현지입주자들은일상생활과업무를계속할수있었다. 게다가롯폰기힐스시스템은전력계통에전력을수출해줄것을요청받아, 실제로정전도중주변지역에최대 4,000kW를공급하기도했다. 롯폰기힐스에너지시스템은매우안정적인에너지원이면서비슷한기존시설보다에너지사용량은 15%, CO 2 배출량은 18% 가적어운전효율이대단히높다는장점도가지고있다. 이는열펌프와지역천연가스사용으로가능한일이다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 323
전력계통 정전시 전력결합, 전환, 배전 일반콘센트비상콘센트 필요한기능 정전탐지 자동공급전환 부하우선순위결정 연료전지 태양광배터리 그림 4-5 정전중의계통연결전환 120 정전 충전 / 방전 80 40 0 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 시간 정전중의배터리공급전력 ( 오후 3시 40분 ~ 오후 6시 40분 ) 그림 4-6 정전시배터리작동 4.8 주택용스마트에너지시스템 앞의예에서는대규모시설을주로다뤘지만, 마이크로그리드는동일본대지진후주 택에도이익을제공했다. 2011 년 2 월, 일본사이타마의한주택에 스마트에너지시스 324 IEC White Paper
템 마이크로그리드가설치되었다. 이시스템의중심은태양광발전시스템 (4kW) 과리튬이온배터리 (1.5kWh) 이며, 가정에너지관리시스템이딸려있다. 태양광시스템의전기를사용하여배터리를충전할수있어야간에도전력공급이가능하다. 이시스템은계통연결모드에서단독운전모드로또는그반대로자동전환할수있으며, 전환시 20ms에서 30ms의짧은공급중단이발생한다. 이시스템은현재시중에서구입할수있으며, 가격은 10,000~20,000달러이다. 주거용마이크로그리드는동일본대지진후 2011년 3월에순환정전이실시되었을때중요한역할을했다. 이경우, 그림 4-5에서처럼외부전력공급이끊기면회로차단기가자동으로개방되어주택전력시스템이마이크로그리드로전환되었다. 이때는그림 4-6에서보듯배터리와태양광발전기시스템이전력을공급했다. 그래서외부전력계통이중단되더라도주민들은완벽히정상적인생활을영위할수있었던것이다. 스마트에너지시스템이정전시전력공급의연속성을제공할수있는능력을보여주었지만, 이런주택차원시스템의활용을더욱넓히는데는에너지저장비용이여전히문제가된다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 325
5 장 마이크로그리드 5.1 일반 지난 10년사이전력시스템은상당한변화를겪었다. 일례로분산전원이라는새롭고비교적규모가작은발전기술의활용이급증했고, 많은나라에서전력부하가계속급증했다. 이러한변화는흔히전력시스템운영에대한도전으로여겨진다. 그러나가장최근의개념인마이크로그리드는실제로시스템운영의자산이될수있는데, 재해대비나복구를고려하면특히그렇다. 점점복잡해지는전력시스템을관리하는한가지방법은발전기나부하같은별개의분산전원들을하나로묶어, 전력계통관점에서단일발전기또는부하로표시되게하는것이다. 이런부하와발전기가지리적으로서로인접한위치내에있는시스템을흔히마이크로그리드라고한다. 구체적으로이책에서는마이크로그리드를복수의 AC 전원이있고, 그중적어도하나는풍력또는태양에너지같은신재생에너지에기반을두는, 제어가능하고물리적으로인접한분산발전기및부하자원의집합으로정의한다. 마이크로그리드는전력계통에연결될수도연결되지않을수도있다. 우리는독립형마이크로그리드를어떤방식이나형태및형식으로도전력계통에연결되어있지않고, 326 IEC White Paper
PCC가존재하지않는별개의섬인마이크로그리드로정의한다. 계통연계형마이크로그리드는전력계통에연결될수있는마이크로그리드로정의한다. 이런마이크로그리드는단독운전할수있지만전력계통과의상호작용 ( 가장일반적으로는전력의수입 / 수출촉진을위한 ) 을가능하게하는 PCC를갖추고있다. 현재마이크로그리드가상당한주목을받는데는여러이유가있다. 마이크로그리드는증가하고있는국부자가 (on-site) 발전능력을갖춘부지들을조정하는방법이다. 예를들어, 지붕에설치된태양전지와가스로작동되는백업발전기가있는산업단지는발전기에지능형제어시스템을추가한다음, 이들을부하제어기에연결하여동적이고자족적인에너지시스템을구성함으로써마이크로그리드로바꿀수있다. 마이크로그리드는또격오지나시골에전력을공급하는전혀새로운방식을대표한다. 이런지역사회는하나의중앙집중식발전소 ( 종종디젤 ) 대신적절한부하제어기에연결된수많은저배출발전기에서전력을공급받을수있다. 이두가지예만으로는마이크로그리드로여길수있는것의범위가상당히넓어지므로, 마이크로그리드가무엇인지에관한의문을해결하기위해, 이책에서마이크로그리드로간주하지않는것이무엇인가에관한몇가지예를표 5-1에담았다. 한가지예는산업지역에배치되는마이크로그리드와관련된다. 전통적부지처럼전력을전력계통에서얻어부하 ( 사무실 ) 에공급하지만, 풍력발전기와태양광패널, 마이크로터빈등분산전원에서도전력을얻을수있는경우다. 이모두가인버터를통해부지에전력을공급한다. 초과전력이있을때전력을흡수하거나, 전력이부족할때전력을공급할수있는특수한양방향전력인버터가배터리에장착되어있다. 필요한부하보다분산전원발전량이큰경우, 남은전력을양방향 PCC를통해전력계통에수출할수있다. 이부지는 PCC에서전력계통과분리될수있는데, 이경우에는분산전원만으로부하에전력이공급된다. 이런상황에서 EMS는공급과수요의균형을맞추기위해서, 어떤부하가전력을끌어오게할지꼼꼼히제어해야한다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 327
표 5-1 마이크로그리드가아닌것 흔히사용되는명칭전형적예마이크로그리드가아닌이유 국부신재생에너지시스템 국부신재생에너지시스템 ( 예 : 태양광발전기 ) 을갖춘단일건물 이런시스템의부하와발전기에서는지능형동적제어를거의볼수없다. 이런시스템에복수의 AC 전원이있는경우는드물다. 국부비상전원공급장치 국부비상전원공급장치 ( 배터리또는화석연료발전기등 ) 가있는단일건물 일반적으로이시스템은단일발전원이나배터리전원을사용하여운전되므로복수의 AC 전원을지닌마이크로그리드의정의에맞지않는다. 계통연계형첨두발전소 최대수요충족을위해하나의배전망에배치된비교적대형 (>1 MW) 발전기들 더욱큰하나의배전시스템에연결되어, 전력계통과의연결지점이여러개이므로단일연계지점을갖는마이크로그리드의정의에위배된다. 기상조건변화로인한신재생발전의변동은 EMS 제어하의면밀한배터리충방전으 로상쇄된다. 이마이크로그리드뿐아니라전반적마이크로그리드를보다전통적인배전 시스템과차별화하는몇가지주요특징은다음과같다. 신재생에너지와 CHP 발전기등분산전원의활용 동적부하제어시스템도입 복수의인버터사용 시스템단독운전능력 공통연계지점 ( 계통연계형마이크로그리드의경우 ) 이런특징들은전통적전력시스템에서도고립적으로구현할수있지만, 마이크로그 리드배치시결합되어독특한일련의기회와장애물을형성한다. 이내용은후속절에서 살펴본다. 328 IEC White Paper
5.2 마이크로그리드의편익 5.2.1 말단소비자의편익마이크로그리드의주요편익중하나는일반적으로발전에수반되는배출을줄이고발전효율을높인다는것이다. 이런편익은흔히효율이높은가스터빈부터신재생에너지시스템에이르기까지, 마이크로그리드에사용되는배출이적거나아예없는발전원에기반을둔분산발전기덕분이다. 발전기자체의효율뿐아니라부하와근접해있기때문에폐열을이용하여분산발전기의효율을더욱높일수있다. 인근건물냉난방에폐열을활용하는것이그예다. 송전손실또한줄어들기때문에전반적효율역시개선된다. 마이크로그리드는또말단소비자가에너지공급에서자율성을가질수있도록한다. 국부발전기와조정된부하로이루어진자체네트워크운전을통해마이크로그리드소유자 / 운전자는전력계통에대한의존을줄일수있다. 마이크로그리드는전력계통에서독립된단독운전능력을유지함으로써, 전력계통의장애와무관하게마이크로그리드내부하에견고하고안정적으로전력을공급할수있다. 마이크로그리드는또한전력계통에비해향상된전력품질을제공할수있는데, 이는반도체제조같은중요분야에서유용하다. 이추가적인회복력은재난구조의어려움과관련된마이크로그리드의주요장점중하나로, 본백서의이후절에서더자세히살펴본다. 5.2.2 전력회사 / 배전회사의편익최근현대전력망의변화중하나는분산전원활용의증대다. 신재생에너지공급을위한태양에너지든 CHP 솔루션을제공하는왕복기관이든, 분산발전기는이제현대식전력시스템에서상당히보편적인것이되었다. 분산전원은전력시스템운전에여러가지난관을안겨준다. 분산전원은네트워크의 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 329
일정부분에서전력조류방향을역전시킬수있다. 이는전력이한방향으로만흐른다는가정하에설계된네트워크에문제를일으킬수있다. 게다가네트워크내전력품질을유지하기위해서는작동되는발전기각각의개별적관리가필요할수도있다. 어느시점에나수많은발전기가작동중일수있으므로, 개별분산발전기를중앙에서관리하는일은번거로울수있다. 마이크로그리드는분산전원제어를내부과정으로만들어마이크로그리드내에서작동되도록함으로써, 다수의분산전원제어의어려움을완화한다. 예를들어산업단지의수많은분산발전기를마이크로그리드로관리하면, 다수의분산자원조정및제어라는어려움을전력계통에서덜어낼수있다. 각각의발전기는마이크로그리드내부에서관리되며, 전력계통은전체마이크로그리드를단하나의발전기로인식한다. 이때전력계통과의단일연계지점을가지고있는마이크로그리드는마이크로그리드내의모든자원을암묵적으로통합하여크고단일한제어가능한자원으로보이게된다. 결론적으로오늘날의전력망은마이크로그리드기술을이용해, 대량의분산전원을운전하면서도기존의명령및제어기법또한사용할수있다. 마이크로그리드는최대전력수요, 즉배전인프라를충분히활용하지못하게하고종종전력가격상승을초래하는소비급등에도도움이될수있다. 최대수요를보다잘관리하기위해총전력소비가제한선을지키도록, 다양한전력부하를조정하는부하관리기술이개발되고있다. 이기술은네트워크처리용량뿐아니라시간에따라변하는분산전원용량을일치시키는부하관리가가능한마이크로그리드에서특히유용하다. 한가지예는건물공조시스템의부하관리를사용하여부하의전력소비를신재생에너지로공급가능한양에일치시킴으로써, 화석연료발전기의필요성을줄이는한편건물입주자의안락함은높이는것이다. 궁극적으로이러한능동적부하관리는마이크로그리드운영시예비발전량을줄임으로써, 전력계통활용을개선하고자본비용을줄일수있음을뜻한다. 330 IEC White Paper
마이크로그리드는전력시스템운영에서신재생발전비중을높이는데도도움이될수있다. 격오지전력공급에대한전통적관점은일부신재생에너지원이포함될수있지만 순동예비력 (spinning reserve) 을공급하고발전시스템의관성 (inertia) 역할을할대규모의중앙집중식화석연료발전기가필요하다는것이었다. 마이크로그리드는이런이론에이의를제기한다. 마이크로그리드는단일한대규모관성자원없이, 다수의소형발전기를중심으로설계된다. 요즘에는전력부하의 50% 이상을신재생발전으로충당하는마이크로그리드를쉽게찾아볼수있다. 5.3 재난구조를위한마이크로그리드마이크로그리드는태생적으로재해도중또는재해이후전력공급유지에적합하다. 먼저전력시스템인프라에정전이일반적으로어떤의미를갖는지검토한다음마이크로그리드가어떻게도움이될수있는지살펴보도록하겠다. 배전시스템장애는하드웨어고장부터폭풍이나동물침입으로인한물리적중단까지다양한이유로발생할수있다. 이런장애로부터시스템자산을보호하는것은회로차단기와재폐로차단기, 퓨즈같은장치로, 고장난네트워크구성요소를격리하고, 나머지자산의기능을유지하기위해전력경로를변경한다. 전력시스템운전과고장대응의몇몇측면은자동화되어있지만, 모든시스템은아직도수동감시와개입이필요하다. 예를들어, 오늘날에도고객이전력회사에전화를걸어정전을신고해야만전력회사가배전시스템에정전이발생했음을알게되는경우가많다. 현대전력시스템의안정적운전의핵심적난관중하나는방사형이고중앙집중적인성격이다. 근본적으로시스템의중요지점중어느하나에라도장애가있을때시스템전체적인장애가발생할수있으며, 가능한동적재구성에는상당한제약이존재한다. 네트워크의변두리에서일부재구성이이루어질수는있지만핵심구조는그대로유지되며, 그자리에서변경이어렵고장애발생의위험또한있다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 331
본백서앞부분에서설명했듯이, 시스템신뢰도를극대화하기위한엔지니어들의최선의노력에도불구하고현대의중앙집중화된전력시스템은연쇄장애가원인이든광범위한지리적재해가원인이든예기치못한장애에여전히취약하다. 마이크로그리드는이러한전력시스템의신뢰도를극적으로향상시킬수있다. 이런신뢰도개선은먼저마이크로그리드의국부지점에서이루어진다. 재해발생시단독운전되는마이크로그리드는운전을계속하여국부전력공급을자율적으로유지할수있다. 마이크로그리드는인접지역보다더넓은지역에대한공급신뢰도도개선할수있다. 전력계통이작동은하지만힘에부치는경우, 마이크로그리드는전력계통의부하를줄이거나심지어전력계통에전력을수출함으로써도움을줄수있다. 마이크로그리드는이런상황에서전력관리뿐아니라전압및주파수제어에도도움을줄수있다. 전력계통이제기능을하지못하는경우, 면밀히관리되는국부마이크로그리드는기본적으로마이크로그리드지역을일시적으로확장해마이크로그리드를중심으로단독운전되는보다큰지역을생성함으로써, 인근지역에대한전력공급을복구할수있다. 이런시나리오는전력안전을보장하고마이크로그리드자체의안정적운전을유지하기위해, 특별히면밀한관리를필요로한다. 5.4 마이크로그리드관련기술 마이크로그리드와관련된기술은특정발전유형부터에너지저장장치, 부하제어기, 기본적제어및조정시스템에이르기까지다양하다. 일반적기술은다음과같다. 마이크로터빈은가스터빈기술에기반한고정식발전기이다. 이들은일반적으로 25kW에서 100kW 범위로운전되며, 터빈과발전기, 그리고전력계통에터빈을접속시키는인버터로구성된다. 마이크로터빈은보통천연가스로작동되어배기가스가비교적 332 IEC White Paper
깨끗하며 CHP 시스템의일부가될수있다 ( 아래참조 ). 배터리는정전중예비전력을공급하고신재생에너지원출력을평탄화하는방법으로보급이늘어나고있다. 전통적인납산기술부터새로운플로우배터리 (flow-battery) 설계에이르기까지전력계통에배치할수있는배터리기술의범위도늘고있다. 배터리는인버터 / 충전기를통해전력계통에접속된다. 플라이휠 / 슈퍼커패시터는저렴한비용으로대단히높은출력이가능해배터리저장의대안을제공한다. 이런시스템은총에너지저장량보다가용전력에중점을둔다. 배터리는더오랫동안전력을공급할수있지만, 플라이휠과슈퍼커패시터는짧은시간동안매우큰전력을더욱저렴하게제공할수있으며, 수명도배터리보다길다. 연료전지는투입연료와산화제로부터전기를생산하지만일반적인연료발전기의연 소과정이없다. 연료전지는효율이매우높고배출가스도적지만아직은매우비싸다. 태양광발전기나풍력발전기같은신재생발전기도신뢰도가개선되고발전전기비용 이비신재생에너지원비용에근접하면서보급이늘고있다. CHP 시스템은폐열을포획하여다운스트림공정에활용함으로써분산전원의효율을 개선한다. CHP 시스템은일반적으로건물난방에활용되는데, 발전기의폐열이직접건 물을난방하거나열구동냉각공정에폐열을사용하여건물을냉각할수있다. 위에소개된주요발전및부하기술외에도앞의마이크로그리드비전에서설명한특 징을완벽히구현하려면, 다음과같은다수의 인프라 기술이필요하다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 333
계통 관성 의중심점이없어도마이크로그리드안정도를유지하고지능적이고동적인운전을제공하기위한첨단고속제어방법 마이크로그리드상태에관한상세한최신정보를마이크로그리드제어시스템에제공하기위한첨단감지, 진단, 예측, 적응기술. 사용되는센서의숫자와총자본지출을최소화하는데주의를기울여야한다. 마이크로그리드내의다양한자원을연결하여일반적인통신중단중에도안정적운전을보장할통합통신시스템 5.5 전세계의마이크로그리드 마이크로그리드개념은최근들어서야제대로형식을갖추게되었지만, 제기능을발휘하는마이크로그리드의일부요건을약간이라도충족하는현실의네트워크는무수히많다. 이런실제설비는해결해야할운전문제와새로운전력패러다임내에서제공되는장점에관한귀중한통찰을제공한다. 표 5-2에나와있듯전세계의많은설비는지금까지 5장앞부분에서상술한완전한마이크로그리드의비전을구현하지못하고있다. 지금까지설치된많은시스템은단순한이중발전 (bi-generation) 구성 ( 대부분풍력-디젤 ) 에기반하며, 비신재생에너지원을사용하여단속적인신재생기술에대한기초적지원을제공하는데그친다. 이런발전원은부하와같은장소에있는경우가드물다. 더욱흥미로운출력의혼합, 그리고더욱작은범위와낮은용량을가지고있음에도불구하고, 이들은일반적인중앙집중식발전및배전방식을모방한다. 대부분의이런시스템은 ( 몇곳만꼽자면 ) 호주브레머베이 (Bremer Bay), 카포베르데군도 (Cape Verde Islands), 플로레스섬 (Flores Island) 등멀리떨어진작은지역사회에전력서비스를제공하는데사용되기때문에수요관리나그밖의방식을통해 334 IEC White Paper
발전유형 규모 기타신재생 4% 태양광 15% 풍력 30% 기타비신재생 4% 연료전지 8% 엔진 33% 마이크로터빈 6% 초대형 (>5MW) 19% 대형 ( 5MW) 34% 초소형 ( 50kW) 17% 소형 ( 500kW) 15% 중형 ( 1MW) 15% 그림 5-1 전세계마이크로그리드설비구성 그림 5-2 전세계마이크로그리드규모 서이런시스템이부하에대한어떤수준의제어라도제공할가능성은낮아보인다. 그결과, 이런단순한네트워크는발전유형과배터리사용, 그리고어느정도는분산전원에대한지역사회의수용간의상호작용을이해하는데도움이될수있지만, 마이크로그리드가당면한문제혹은재난구조시마이크로그리드의장점에대한충분한이해를제공하기에는너무단순하다. 일반적동향을살펴보면, 그림 5-1은풍력발전기가전세계마이크로그리드에서가장인기있는신재생발전기술임을보여준다. 연료전지는기술로서아직미완성상태이고상대적으로비쌈에도불구하고비교적흔해서, 전체마이크로그리드중 19% 에서사용되고있다. 사실연료전지는훨씬더성숙한마이크로터빈기술보다더흔히사용된다. 총최대용량의경우 ( 그림 5-2 참조 ), 검토대상시스템전체에마이크로그리드유형이적절히고르게분포되어있다. 그범위는발전용량 20kW 미만의마이크로그리드부터 60MW 이상을생산하는마이크로그리드까지다양하며, 실제설비들이다양한부하시나리오에서도견고하다는충분한증거가있다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 335
설비소재지 아시아 8% 아프리카 8% 호주 12% 태평양제도 2% 북아메리카 44% 유럽 16% 중앙아메리카및남아메리카 10% 그림 5-3 마이크로그리드설비소재지 마이크로그리드연구를수행하는지역과관련하여 ( 그림 5-3 참조 ) 북아메리카가분명압도적인데, 부분적으로는심한타격을입힌일련의대정전후전력계통의발전에관한정부의새로운관심에부응한것으로보인다. 아시아에있는실제시스템은전체의 8% 에불과하지만일본은인상적인정부지원과이미완공된비교적복잡한일군의마이크로그리드를갖춰강력한존재로떠오르고있다. 호주는검토대상마이크로그리드중 12% 를차지하지만, 대부분이외딴지역에전력을서비스하기위해설계된아주단순한풍력-디젤시스템이다. CSIRO와킹섬의설비만이더욱복잡한발전혼합을갖추었다. 336 IEC White Paper
표 5-2 전세계마이크로그리드의일부예 8 발전유형 명칭위치연구 / 특징용량저장 연료전지 왕복기관 마이크로터빈 기타비신재생 풍력태양광 키트노스 (Kythnos) 마이크로그리드 그리스키트노스섬 격오지지역사회서비스전력계통연계없음 (2003년부터가동 ) 12 kw 태양광 85 kwh 배터리 5 kw 왕복기관 배터리 X X X 1.2 MW 풍력 웃시라 (Utsira) 섬마이크로그리드 노르웨이웃시라섬 연구개발프로젝트완전자율형해저케이블로본토와연결 10가구에서비스 50 kwh 배터리 5 kwh 플라이휠 48 kwh 전해조 10 kw 연료전지 배터리, 플라이휠및수소 X X X 55 kw 왕복기관 보른홀름 (Bornholm) 섬마이크로그리드 덴마크보른홀름섬 엄청나게많은 27,320 명의고객에게서비스 ( 국내, 농업, 상업 ) 부하및발전예측사용케이블을통해스웨덴과연결 총 65 MW 미확인 X 교탄고 (Kyotango) 시가상마이크로그리드형 - 자기 일본교탄고 전력계통에설치된분산전원과에너지제어센터를연결하는가상마이크로그리드인터넷을통한공급및수요제어 50 kw 태양광 50 kw 풍력 250 kw 연료전지 400 kw 왕복기관 100 kw 배터리 배터리 X X X X NTT Facilities 의도호쿠후쿠시대학마이크로그리드 도호쿠후쿠시대학일본센다이 5개대학건물, 노인요양시설, 고등학교, 정수처리장에서비스 AC 및고전압 DC 사용, 전력계통에연결 50 kw 태양광 250 kw 연료전지 700 kw 왕복기관 800 kva 배터리 배터리 X X X 하치노헤 (Hachinohe) 지역전력계통 일본하치노헤 CHP 사용수동제어를통해단독운전모드가능전력수출하지않음수요 / 공급및배터리충방전제어포함기상예측기능 70 kw 태양광 20 kw 풍력 510 kw 왕복기관 100 kw 배터리 배터리 X X X CSIRO 에너지기술센터마이크로그리드 호주뉴사우스웨일스주뉴캐슬 실험적설비로도운전하도록설계된실제시스템 단독운전, 전력수출입가능 110 kw 태양광 60 kw 풍력 150 kw 터빈 3 종의배터리, 네번째종류계획중 X X X Verve Energy 의브레머베이풍력 - 디젤시스템 호주웨스턴오스트레일리아주브레머베이 풍력도입률 40% 현재는독립형마이크로그리드로서향후전력계통연계를계획 ( 수출가능성은낮음 ) 1.3 MW 왕복기관 660 kw 풍력 미확인 X X 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 337
명칭위치연구 / 특징용량저장 연료전지 왕복기관 발전유형 마이크로터빈 기타비신재생 풍력 태양광 킹섬마이크로그리드 호주태즈메이니아킹섬 풍력도입률 18% 섬지역사회에서비스 110 kw 태양광 1 MWh 배터리 2.45 MW 풍력 플로우배터리 X X X 카포베르데풍력 - 디젤시스템 Powercorp 플로레스섬마이크로그리드 카포베르데군도 포르투갈아조레스제도플로레스섬 풍력-디젤시스템을갖춘낙도군풍력도입률 14% 에서 6% 사이 도입률이계통안정도에미치는영향을조사하는연구실시 50% 이상의풍력도입률달성 4 MW~12 MW 왕복기관 600 kw~900 kw 풍력 600 kw 왕복기관 1.48 MW 수력 600 kw 풍력 미확인 X X 미확인 X X CICLOPS 마이크로그리드 스페인소리아 (Soria) 실험용으로설계 3개의발전원이단일한공통 DC 버스에연결되어있어엄밀히말하면마이크로그리드가아님 20 kva 왕복기관 595 Ah 배터리 5 kw 태양광 7.5 kw 풍력 배터리 X X X 7 kw 왕복기관 24 kw 태양광 CESI RICERCA 마이크로그리드시험설비 이탈리아밀라노 CHP 탑재재구성가능한토폴로지단독운전모드가능부하저항기포함 8 kw 풍력 ( 모조 ) 10 kw 바이오매스 105 kw 마이크로터빈 3 kw 연료전지 배터리및플라이휠 X X X X ( 모조 ) X 108 kw 배터리 100 kw 플라이휠 청더 (Chengde) 마이크로그리드 중국청더 모든신재생에너지 : 농촌전력계통에연결 60 kw 태양광 90 kw 풍력 180 kwh 저장 리튬배터리 X X 장베이 (Zhangbei) 마이크로그리드 중국장베이 100% 의태양광 / 풍력도입률연구부서에서비스 (100 kw) 발전예측사용독립형및계통연계형가능 120 kw 태양광 20 kw 풍력 400 kwh 저장 리튬배터리 X X 338 IEC White Paper
6 장 마이크로그리드보급 6.1 난관과장벽 저배출전력망으로가는이행경로이자, 재해도중공급신뢰도나복구개선방법으로 서마이크로그리드기술의전망은매우밝다. 하지만일반화되기까지는해결해야할근 본적난관이많다. 이런난관에는기술적인것과비기술적인것이있다. 6.1.1 기술적난관 광범위한마이크로그리드활용을위해해결해야할근본적인기술적난관몇가지는 다음과같다. 6.1.1.1 다수의소형발전기의동기화다수의분산발전기사용은제대로기능하는전력계통에현재연결되어있지않은마이크로그리드에서중대한문제가될수있다. 간단히말해전력계통이제공하는 관성 이없으면복수의소형발전기들은일체의중심적안정력 (stabilizing force) 을잃게된다. 이는특히주파수및전압안정도와관련하여문제를일으킬수있다. 이런문제는다양 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 339
한장치를동기화하는지능형제어체계개발로해결된다. 하지만여기에는대가가따른다. 이런체계는일반적으로다양한마이크로그리드구성요소연결에사용할수있는비교적빠른유비쿼터스네트워크에의존한다. 결국솔루션은존재하지만, 하나의대형발전기가아닌수많은작은구성요소에기초하는전력시스템의운전은현재의공학적접근법에익숙한운전보다더욱복잡하다. 6.1.1.2 단속적발전원풍력이나태양광같은신재생에너지원에기반을두는분산전원은마이크로그리드개발에또다른어려움을안겨줄수있다. 신재생발전으로가능한전력공급의단속성 ( 가령돌풍이나하늘높이지나가는구름이원인이됨 ) 은전력조류가양방향일뿐아니라, 이러한발전원에서시스템으로공급되는전력이언제든무작위로변화할수있음을의미한다. 이경우, 솔루션은배터리나그밖의에너지저장장치를사용하여발전의단속성을평탄화함으로써수요와단속적공급이일치하도록공급과수요를보다긴밀히연계시키는것부터장래발전의프로필을예측하여시스템관리를지원할수있는예측기법에이르기까지다양하다. 6.1.1.3 인버터사용마이크로그리드에서인버터는발전기의 DC 출력을 AC로변환하고, 이공급의주파수를제어하며, 네트워크의전력조류를모니터하고, 기본적인고장및격리보호를제공한다. 인버터를마이크로그리드에성공적으로통합시키기위해해결해야할난관은동기화손실, 고조파전달혹은전반적안정도의상실없이이질적일수있는발전원을위해작동하는인버터들의병렬운전을가능하게할수있느냐다. 소수의인버터가제기하는딜레마는어렵긴해도연구가많이이루어졌다. 인버터가중앙집중식혹은마스터-슬레이브제어를사용하는경우, 전류분배 (current sharing) 가가능하지만오류신호의배분을촉 340 IEC White Paper
진하기위해서는높은대역폭의링크가필요하다 9. 반면분산된인버터의온보드제어는대역폭을줄이지만동기화가어려워진다는문제가있다 9. 이러한기술을잘이해하고있는것처럼보이지만, 인버터가극소수인시스템에초점을맞춘것이다. 수많은인버터가있는더욱큰마이크로그리드의경우, 현재존재하는문헌은포괄적이지못하며, 소규모시스템을대상으로제안된이런기술의확장가능성에관한의문이여전히남아있다. 특히인버터사이에서일어날수있는복잡한상호작용을감안하면 9 규모가커짐에따라문제가되는새로운현상이나타날가능성도커진다. 이러한거동을예측하고제어하기는힘들며, 이전연구에서충분히탐구된적도없다. 6.1.1.4 마이크로그리드계획및설계서로상당히다른수많은장치는마이크로그리드설계를꽤복잡하게만든다. 설치비용, 환경영향, 선로손실, 계통연결성, 신뢰도, 자원수명, 폐열재활용, 의도적단독운전용량, 물리적제약등의문제는모두의사결정과정에영향을미친다. 신뢰도극대화같은목표가운전비용최소화같은다른목표와상충하는경우도많다. 전반적으로이런복잡성때문에최적혹은최적에가까운구성이필요할경우, 휴리스틱 (heuristics) 이나경험법칙은마이크로그리드설계에는적합하지않다. 최적의마이크로그리드계획을위해서는인공지능방식을사용하는정교한설계도구가필요하며, 이런도구는이제야구현되는중이다. 6.1.1.5 단독운전특히재난구조에있어계통연계형마이크로그리드의중요한장점중하나는전력계통에서장애발생시국부적서비스손실을제한하면서순간적으로전력을공급하는 (ridethrough) 능력이다. 장애가발생한시스템으로부터의신속한분리 ( 의도적단독운전 ) 와국부발전및비우선적부하전력평균분배를통해마이크로그리드의우선적자원에대한높 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 341
은수준의신뢰도를보장할수있다. 하지만이목표의달성이간단한것은아니다. 먼저전력계통의고장조건을탐지해야한다. 그런다음마이크로그리드는제어되는단독운전모드로전환을실시해야한다. 이때다양한분산자원이협력하고, 부하들을일괄해가용발전용량에연결해야하는데, 여기에는일부낮은우선순위부하의전력평균분배가포함될수있다. 끝으로전력계통장애가해소되면마이크로그리드는다시정상서비스로전환할수있어야한다. 이각각의단계를관리하는것은기술적으로상당히어렵다. 이런목표를실현할수있는, 안정적이고유연하며가격이적정한마이크로그리드제어기를개발하기위해서는앞으로갈길이멀다. 6.1.1.6 마이크로그리드모델링연구목적으로마이크로그리드를설치하고구성하려면많은비용이든다. 연구자와개발자는종종소프트웨어도구에의존해마이크로그리드를모델링한후성능을예측하지만, 곧바로사용하기에적합한도구는없다. 게다가여러 DER이존재한지어느정도시간이흘렀음에도불구하고, 기존의모델링도구에서사용할수있고현재나와있는풍력터빈, 태양광 PV, 연료전지및관련제어기의정확한모델은거의없다 10. 마찬가지로마이크로그리드의경제적계획에사용할모델에관한합의도전무하다. 현재모델제작자가특히관심을갖는연구상의필요성에부합하는다양한모델개발을위한연구가이루어지고있는데, 30분수요데이터에기반한최적운전이그예다 11,12. 마이크로그리드가보다큰시장안에서자율적실체로운영될수있는방법을조사하기위한실시간시장모델도개발중이다 13. 결국공학에서부터경제에이르기까지마이크로그리드모델링분야전체는비교적미숙하며, 앞으로갈길이멀다. 342 IEC White Paper
6.1.1.7 마이크로그리드보호일반적으로전력시스템의고장을탐지해격리하는회로차단기같은장치는전원에부하보다훨씬큰가용고장전류가있다는가정하에설계된다. 마이크로그리드에서전기는특정시점에마이크로그리드가어떤상태에있는지에따라여러방향으로흐를수있다. 이때문에보호시스템의계획과운영이상당히어렵다. 이런어려움을가중시키는것은전통적인매크로그리드 (macrogrid) 와는달리마이크로그리드에는종종높은고장전류가없어고장을탐지하기가어려울수있기때문이다. 이런상황에서는정상적인마이크로그리드작동상태와단락전류가유사해서단락을감지하기어려울수도있다. 6.1.2 비기술적장벽 전력시스템운전방식의근본적변화를대표하는기술로서, 마이크로그리드운전에도 여러가지비기술적장벽이존재한다. 6.1.2.1 마이크로그리드의비용마이크로그리드활용의장벽은종종중앙집중식발전소의발전에비해 DER에드는재정적비용이높다는인식으로발생한다. 특히분산발전기의상대적으로높은 kw당비용이흔히결점으로꼽히며, 지속적인유지보수및운전비용에관한의구심도여전하다. 하지만최근연구에서는 PV 지원이가능하다면마이크로그리드의발전비용이현재의전력공급과비슷하다는것이밝혀졌다 10. 뿐만아니라인프라가없고고전압송전선로설치비용과 DER 설치비용을비교해야하는개도국에서는 DER이비용대비효과적일가능성이더높다 14. 재정적비용은마이크로그리드최적화연구에서자주등장하는데, 보통은 CO 2 감소같은다른바람직한특징으로상쇄된다. 이상쇄를계산하는데도움이될마이크로그리드 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 343
모델을개발하기위한많은노력이이루어지고있다. 호텔에 DER을가상으로설치하는한사례연구에서는비용이 10% 절감되고 CO 2 가 8% 감소함이밝혀졌다 15. 이런모델이면에는 CO 2 세금 ( 혹은비슷한메커니즘 ) 이부과되거나신기술로인해비용이변화할경우, 전통적발전소에서공급받는전력비용계산이틀릴수있다는가정이놓여있다. 6.1.2.2 비즈니스모델마이크로그리드가기업에게상업적이익이된다는근거를제시하는수익계산이라는더넓은문제는마이크로그리드비용문제를복잡하게만든다. 간단한분석으로, 마이크로그리드는광범위한정전후중단없는전력을공급하는시스템의역할로만운영될수있다. 이서비스로인한재정적이익을보험이라는더저렴하고덜복잡한옵션과비교해계산하면어떻게될지예상하기는힘들다. 마이크로그리드의더욱정교한활용은실제로소유주에게수익을안겨줄수있는데, 본백서앞부분에서논의한것처럼수요반응이나유사프로그램에참여하여마이크로그리드가제공하는대응의대가로수익을올리는것이다. 개념상으로는비교적간단하지만이러한개념으로부터실제수익을추산하는일은상당히어렵다. 현재수요시장참여로얻는수익은관할권, 소재지, 현재시행중인인센티브프로그램에따라크게다르다. 여기에변화하는연료가격과신기술에내재하는위험같은복잡한문제를더하게되면마이크로그리드의사업수익계산은이만저만어려운일이아니다. 6.1.2.3 위험평가마이크로그리드의주요편익중하나는대규모정전대비및복구를돕는것이다. 하지만이러한재해로특정발전소가당면하는실제위험에대한이해는부족한경우가많다. 본백서의여러사례연구에서보듯인간은위험과그결과, 대규모정전의가능성과기 344 IEC White Paper
간, 사업에미치는후속영향을추정하는데대체로서툴다. 마이크로그리드가제공할수 있는편익을이해관계자들이과소평가할수있다는것도어찌보면당연하다. 6.1.2.4 정책, 규제, 표준마이크로그리드개념은비교적새로운것이므로마이크로그리드를전력계통에통합하기위한규제체계가아직개발단계인것은놀라운일이아니다 16. 이체계를제대로세우는일은대단히중요한데, 마이크로그리드의경제적편익에중대한영향을주기때문이다 17. 현재의체계가마이크로그리드활용에일종의장벽이되고있음은분명하다 15. 가령 IEEE 표준 1547은계통연계형전력인버터가계통장애를탐지할수있어야하고, 그경우가동을중단해야한다고규정한다. 그결과상용인버터는이런일만수행하도록설계되며, 인버터가단독운전전환을제공하고마이크로그리드에서의무정전전원공급을지원하도록할인센티브가없다. 이표준때문에부주기 (sub-cycle) 에분리및재연결이가능한동기절체스위치부 (static switch) 에대한연구가이루어지고있다 18. 운전수준에서는경부하또는중부하, 계통연계또는분리, 혹은통신장애이후같은상이한운전조건에서마이크로그리드가어떻게거동해야하는지에관련한합의된정책이없다 ( 이를테면 19 참조 ). 마이크로그리드운전을위한표준연구가진행중이며 20, 특히국제표준 IEC 61970의요건충족과같은난관을해결할차세대에너지관리시스템의설계가진행중이다 21. 이작업은아직초기단계이다. 이해관계가상충되는주체들이마이크로그리드를소유할가능성역시문제가된다. 투자및유지보수비용을당사자들에게어떻게배분해야하고, 장애발생시어떤부하를분리할것이며, 정전발생시보상이있다면어떤보상이적당한지등을정책을통해해결해야한다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 345
6.1.2.5 훈련마이크로그리드기술의광범위한수용과활용을가로막는가장큰난관중하나는아마도그이면에놓인기본적개념에일반적으로익숙하지않다는점일것이다. 비교적새로운기술이기때문에개념을다루는데자신감이부족하고, 일부경우에는마이크로그리드의문제에관한잘못된편견도존재한다. 이런우려는입법기관, 전력시스템운영자, 심지어마이크로그리드설계와설치를책임지는기술인력사이에도존재한다. 이들중어쩌면기술인력이가장우려되는데, 현재많은나라와관할권에서는분산전원, 양방향전력조류, 단독운전및기타주요특징을갖춘전력시스템의설계와건설에관한전반적인인식이부족하다. 이런문제는전문적개발프로그램으로확실히해결할수있으며, 이러한기술의광범위한활용을위해서중요한고려사항으로삼아야한다. 6.2 장래추세 빠르게발전하는기술이기때문에, 마이크로그리드를중심으로광범위한업계가어떻게발전할지예측하는일은늘어렵다. 재난구조를위한마이크로그리드활용을고려할때는몇가지가능성을살펴보는것이좋다. 이어지는절에서검토되고있는가장최근의개념몇가지를소개하고자한다. 6.2.1 가상마이크로그리드본백서에서는마이크로그리드를지리적으로서로인접한곳에위치한다수의분산전원을가진것으로정의한다. 직관적으로보면편익을얻기위해서는발전기들을동일한전력망에연결해야하지만, 마이크로그리드의일부편익은발전기들이지리적으로멀리떨어져있을때가능하다. 이러한시나리오를가상마이크로그리드라고일컫는다. 346 IEC White Paper
가상마이크로그리드의한가지상업적예로규제가철폐된에너지시장의경우를들수있다. 이시장에서는전력소매업체가분산전원으로이득을취할수있다. 소매업체가변동이심한전력시장에노출되면재정적위험관리를돕기위해수요관리나분산전원을사용할수있다. 이상황에서소매업체는총부하프로파일을줄이기위해발전용량을보낼능력만있다면이득을취하게된다. 발전기들이이특정소매업체의고객으로있는한, 발전기들이어디에있는지혹은전기적으로어떻게연결되어있는지는문제가되지않는다. 재해대비나구조상황에서는가상마이크로그리드가적절할수있는데, 마이크로그리드를제어하는주체가정전도중여건이사뭇다른지리적위치에산재한다수의장치를관리해야하는상황이있을수있기때문이다. 6.2.2 자원망본백서는발전기네트워크로서의마이크로그리드에초점을맞춰왔다. 하지만여러응용에서, 전기는마이크로그리드로활용할수있는주요자원중하나에불과하다. 물, 가스및기타자원은고유의분배망을가질수있고, 마이크로그리드의배전망과상호작용할수있다. 원칙적으로보다폭넓은자원관리문제를고려할때는이들다양한자원간의상호작용을감안하는것이중요하다. 최근연구는마이크로그리드를전력장치의네트워크보다는주요자원과기능의네트워크로연구해야함을시사한다. 여기에는안정적인전기및물공급, 천연가스사용, 그리고냉난방제공까지포함된다. 다수의자원이있는마이크로그리드중심의연구나개발은상대적으로미숙한단계이지만현재로서는재해구조및대비를위한마이크로그리드에관해한가지중요한결론을내릴수있다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 347
롯폰기힐스사례연구에서보았듯이가스연료의공급같은다른자원에의존할수있 는전력마이크로그리드의경우, 이러한의존성을염두에두는것이안정적인마이크로 그리드운전에매우중요하다. 6.2.3 다중연계마이크로그리드본백서에서는일반적으로마이크로그리드를독립된실체로간주해왔고, 단일마이크로그리드가그안에서전력공급을복구하거나유지할수있는방법혹은 ( 예를들면 ) 단일마이크로그리드내다수의자원을관리하는데따르는어려움을주로다뤄왔다. 마이크로그리드가확산되면수많은마이크로그리드를조직화할수있다. 이런조직화에는계층구조의사용이수반될것이다. 계층이없으면하나의주체에의해제어되는수많은마이크로그리드는기본적으로오늘날의매크로그리드운전에서와동일한난관에직면하게된다. 반면지나치게많은계층을추가하면시스템총경비가늘어나고자원이낭비되며대응이느려질것이다. 재난구조나대비와관련하여다중연계마이크로그리드는앞서논의한가상마이크로그리드와비슷한효과를낼것이다. 다중연계마이크로그리드의경우, 관리의복잡성은커지지만그와동시에전력시스템의유연성도늘어날것이다. 348 IEC White Paper
7 장 결론및권장사항 7.1 결론 동일본대지진과쓰나미같은자연재해부터유럽이나인도의연쇄장애같은인재까지대규모재해는지역사회, 기업, 사회전반에막대한비용을초래한다. 이러한비용을초래하는것은대체로광범위한재해에흔히수반되는정전이다. 불행히도광범위한정전의발생건수는계속늘고있다. 현대사회가전기에너지에의존하고있기때문에현상태를분명하게개선해야한다. 재해에맞서전력공급을강화하고, 최악의경우에는공급을신속히복구할방법을강구해야한다. 동일본대지진같은대규모재해후사업중단의가장큰원인은전력공급의중단이다. 이러한공급중단을예측하지않았거나적절히대비하지못한경우가많았다. 전세계대규모전기재해의사례연구를살펴보면, 전력공급중단에대비한계획을세우고전력공급복구및사업지속을위한계획을마련하기위해, 앞으로해야할일이많다는점은분명해보인다. 전력공급중단대비및회복계획을개선하려면재해의잠재적영향이나시설자체의재해회복력을분류할표준방식의마련부터도로차단후의연료공급같은의존성파악또는제한공급도중의에너지수요우선순위결정에이르기까지광범위한 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 349
활동이필요하다. 첫시작점은급성장중인 BCP 분야와비슷한접근법을취해개별기업들이전력공급연속성과그에수반되는일체의사안을신중히계획하는일일것이다. ECS와 ECP는행정기관, 기업, 말단소비자에게유용할것이다. 정부의경우, 재해대응계획의개선과대응사례제공을위한리더십이필요하다. 기업들이 ECP를사업시스템으로포함시키고재해대비및신속복구를겨냥한기능을개발해제품에추가함으로써, 계획을개선하기를기대한다. 이런평가방법은 IEC의지원과감독을요한다. 말단소비자의경우, 교육과훈련이대단히중요하다. ECS와 ECP는확장가능성과상호운용성에바탕을두고각시장에맞게설계되어야한다. 표준화된지침은전력연속성, 재해에대한평가, 재해대비보험의인증및 ECP와 ECS의평가를제시할수있다 ( 그림 7-1 참조 ). 회복력과신뢰도가더높은전력공급시스템설계에서중요한역할을할수있는기술이바로분산발전기술의장점에기초하는마이크로그리드다. 국부가스또는디젤엔진형태부터지붕형태양광시스템, 심지어에너지저장장치에이르기까지분산발전은오늘날의전력시스템에서비교적흔한일부이다. 분산발전기는이제유치지역에서무정전전원공급장치역할을함으로써전력공급신뢰도를높이는수단으로인정받게되었다. 그러나현재는분산발전기의완전한잠재력실현에실패하고있다. 마이크로그리드개념의구현은다수의분산발전기를조직화하고부하제어를이기능에통합시킴으로써가능하다. 마이크로그리드는신뢰도개선 ( 단일고장점없음 ), 신재생에너지공급을통한배출감소, 나아가전력계통으로의전력수출같은추가적편익을제공한다. 본백서는전세계의마이크로그리드사례몇가지를제시하면서대규모재해후에도전력공급을유지할수있었던여러마이크로그리드를상세히검토했다. 단독주택부터데이터센터, 심지어이보다훨씬넓은상업지구에이르기까지, 이들사례에서는발전기의다양성을축으로부하와인접해운전되며지능형에너지관리시스템에연결된, 세심히계획된마이크로그리드를통해전력공급회복력이극적으로개선되었다. 350 IEC White Paper
새로운기술인마이크로그리드에도해결해야할난관이있다. 본백서는마이크로그리드기술의편익을상술하는데그치지않고마이크로그리드내장치간공통제어인터페이스를규정하는표준의결여같은기술적난관부터마이크로그리드개발의비즈니스케이스를뒷받침할적절한사업모델문제같은비기술적난관에이르기까지, 마이크로그리드운영에따르는몇가지난관도검토했다. 최근의대규모전기재해와그대응, 그리고마이크로그리드등의신기술사용가능성을검토한후전력장애에대한우리사회의회복력개선을목표로하는정책입안자, 업계, 표준화기구에아래와같은몇가지제안을제시한다. 7.2 정책입안자와규제기관을위한권장사항 7.2.1 ECP 및 ECS 개발을장려하라 ECP 와 ECS 를통해잠재적재해를고려할수있으며, 전력공급중단직후에전력공급 과비상조명, 통신, 상하수도시설을복구할국지적계획을개발할수있다. 공공행정 기업 사용자 주요시장안전, 보안, 방재계획및집행 ECP를통한재해대응및 BCP 강화재해내성을갖춘시스템, 제품및장치방재교육및훈련 ECS/ECP 1) 평가재해를기준으로한 ECS 분류 2) 사용자용 ECP 정전발생시실천계획 3) 인증재해대비투자및보험 4) 수정재해피해조사를통한 ECS/ECP 평가 그림 7-1 ECS/ECP 의주요시장 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 351
7.2.2 에너지공급과지원공익사업간상호작용을고려하라규제당국은재해복구계획을개발할때, 정전시말단소비자의에너지공급시스템과통신또는가스공급같은지원공익사업간의상호작용을고려할필요가있다. 이들시스템은서로의운전에대단히중요하다는것이입증되었지만, 종종별개인것처럼간주된다. 7.2.3 수요측수단의장벽을제거하고인센티브를고려하라정책입안자는분산발전, 부하관리, 마이크로그리드로달성할수있는편익을감안해이들의운영을가로막는장벽을효과적으로제거해야한다. 여러관할권에는전력회사로하여금이러한기술을장려하도록할인센티브가거의없으며, 계통연계허가를얻는과정이복잡하고번거로울수있다. 7.3 전력회사, 업계및연구자들을위한권장사항 7.3.1 ECP를개발하라재해대응계획을갖춘업계는많지만, 대규모재해후인명안전을보존하고환경문제를최소화하기위한시설의질서정연한가동중단에중점을둔계획인경우가일반적이다. 업계는특히광범위정전이후의운전복구계획도개발해야한다. 이러한계획에서는국부발전의활용, 부하우선순위및기타서비스의존성을고려할수있다. 이러한계획은잠재적재해의성격과이런재해발생시특정시설의회복력규정이포함되는, 아직개발되지않은표준에의존하게될공산이크다. 352 IEC White Paper
7.3.2 마이크로그리드를전력계통의자산으로간주하라오늘날분산발전이나마이크로그리드에관한대부분의사고방식은이것들이국지적인어느한곳에만이득이된다고보는것이다. 하지만마이크로그리드는재해후는물론정상운전시에도전력계통에여러편익을제공할수있다. 규제당국, 운영자, 소유주가마이크로그리드를전력계통의광범위한자산으로보기시작한다면장벽이낮아지고비용이절감되며보다큰효과를볼가능성이높다. 7.3.3 마이크로그리드에상당량의신재생발전이포함되도록설계하라마이크로그리드가중단없는에너지공급을제공할잠재력이크지만, 본백서의여러사례연구는디젤이나가스공급에의존하는마이크로그리드는대규모재해후가용연료의제한으로인해유용성이제한될가능성이높음을보여준다. 신재생에너지에주로기반하는마이크로그리드는첨단제어메커니즘, 추가에너지저장, 부하와공급의통합을필요로하지만재해대비와회복력에있어여러가지장점을제공한다. 7.3.4 " 플러그앤플레이 " 원칙을중심으로마이크로그리드와관련기술을설계하라현재마이크로그리드는애초부터한가지특정배치를위한다수의발전기와부하의조직화를목표로설계되는 맞춤형 (bespoke) 기술이다. 오늘날의마이크로그리드는운전자가쉽사리새로운부하나발전기를마이크로그리드에들여와다른모든구성요소에맞추거나마이크로그리드를새로운부지에쉽게도입하는것이불가능하다. 마이크로그리드비용을줄이고활용을늘리려면, 대대적인추가공사없이장치를마이크로그리드에간단히추가하거나마이크로그리드를재구성할수있는 플러그앤플레이 (plug and play) 메커니즘을개발할필요가있다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 353
7.4 IEC 및산하위원회를위한권장사항 7.4.1 시설의재해대비정도분류지침을개발하라현재는특정시설이외부전력공급장애에대해어느정도의회복력을가지고있는지를기술하는, 일률적으로인정되는표준이없다. 본백서에서분류체계를위한몇가지조기제안을하고있지만, 다양한시설과잠재적재해를포괄하는분류체계개발을위한더많은노력이필요하다. 이러한표준은국지적부지에상세한 ECP를마련하고서로다른부지의계획을비교하는데매우중요하다. 표준은여러분야를아우르는지침으로명시되는것이바람직하다. 7.4.2 마이크로그리드운전방식분류지침을개발하라시설에구비된마이크로그리드는여러가지방법으로운전이가능하다. 전력계통에자율적으로다시연결될수도있고, 10분동안만국부에너지공급을할수도있으며, 단독운전이불가능할수도있다. 현재까지마이크로그리드가어떻게거동하는지혹은전력계통과어떻게상호작용하는지를이해하는데도움이되는일률적으로인정되는표준이없다. 본백서에서분류체계를위한몇가지조기제안을하고있지만, 다양한시설과잠재적운전을포괄하는체계개발을위한더많은노력이필요하다. 7.4.3 대규모재해발생시위의지침을검토하라특정재해의영향과가능한최선의대응을예상하기란늘어렵지만동일본대지진같은대규모재해후분석과후속대응을통해많은것을배울수있다. 모든조직은대규모재해후에특정사업의 ECP부터분류체계, IEC 국제표준에이르기까지대비문건을수정해야한다. 354 IEC White Paper
부록 A 사례연구 일반 자연재해나인재가전세계인구에대한전력공급에어느정도지장을줄수있는지이해하기위한출발점으로여기 9가지사례연구를제시한다. 이들연구는수많은전력소비자에게영향을미친사건들의단면도에해당한다. 표 A-1부터표 A-9까지의각사례연구에나온역사적사실외에 배운교훈 의요약도제공된다. 이교훈을통해전력회사, 계획자, 표준제공자는장래의정전에대비하는지침을개발할수있을것이다. 표 A-1 사례연구 1: 허리케인샌디, 미국, 2012 년 재해명칭및날짜 허리케인샌디 ( 슈퍼스톰 ) 2012 년 10 월 29 일 정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간 그림 A1-2 참고 약 10 일 폭풍의눈상륙을기준으로몇분에서 2-3 시간이내 영향을받은사람수 8 백만이상의고객 ( 즉, 2 천만명이상 ) 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 355
재해명칭및날짜발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 허리케인샌디 ( 슈퍼스톰 ) 2012 년 10 월 29 일 맨해튼화력발전소 - 300 MW 필라델피아외곽의 9 MW 짜리지붕형태양광린든 (Linden) PV 솔라팜 - 3.2 MW 예방차원에서가동중단한원전 3 기 - 3,250 MW 미확인. 송전부분피해는거의없었으나배전부분은상당한피해 미정부추정으로 700 억달러이상 통신업체본사 무엇이전력공급장애를초래했는가슈퍼스톰샌디는 2012년 10월말에미국동북부에영향을미친비열대성저기압 (post tropical cyclone: 낮은온도의순환중심을가진허리케인 ) 이었다. 샌디의풍속은허리케인으로서는약한편이었지만크기가엄청나해안지역에영향을미친대규모폭풍해일을초래했다. 다른여러허리케인에비해바람이특별히강하지않았지만, 이지역에나무가많고폭풍이컸기때문에주로전력계통의배전수준에서 ( 주로가공선 ) 많은정전이발생했다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 계통연계모드인 UTC 200 kw 연료전지 7개와계통단독운전모드인 1.6 MW짜리디젤엔진발전기 3대가전력을공급하는 Verizon의가든시티 (Garden City) 본사건물은정전이전혀발생하지않았다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 전통적수단에의해복구되었다. 이부지가위치한일반지역 ( 롱아일랜드 ) 의전력복구 가유난히더딘것으로지적되면서 22, 이지역에서비스하는전력회사 (Long Island Power 356 IEC White Paper
Authority, LIPA) 에대한뉴욕주의조사가진행됐고, LIPA 회장이사임하기에이르렀다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 전력계통의작은피해가광범위한정전을초래했다. 인프라를매립하면허리케인에더잘견디는경향이있지만, 피해보수에걸리는시간이훨씬더길다. 천연가스를사용해전력을공급하는마이크로그리드는허리케인이잦은지역에좋은솔루션이될수있다. 현장의예비디젤발전기에의존하던몇몇부지는디젤및휘발유공급중단으로인한엔진연료고갈때문에전기가끊겼다. 다음과같은점도고려해야한다. 나무가송전선위로쓰러지는것을방지하기위해서는적절한초목관리가중요하다. 전력손실시문제없이켤수있도록백업발전기의신뢰도를테스트해야한다. 이들발전기가하루이상작동할수있도록충분한연료를저장할것을권장한다. 대부분의계통연계형태양광 PV 시스템은전력회사근로자와재시동시계통무결성을보호하기위해설치된안전시스템 ( 단독운전방지기능 ) 때문에작동하지않았다. 에너지저장장치및안전한계통분리메커니즘과결합된태양광또는마이크로윈드 (microwind) 같은신재생에너지를제한된양이나마사용할수있다면, 건물이장기간필수서비스를제공할수있을것이다. 분산전원으로뒷받침되는마이크로그리드는지역사회차원의분산배전이가능하므로강력한솔루션이될수있다. 지역냉난방과에너지공장및신재생에너지발전을지역사회차원에서활용하면개별건물에서활용하는경우보다확장성이더높고비용대비효과와회복력도더뛰어나다. 정수처리및기타필수서비스역시지역사회차원의마이크로그리드내에서보다비용대비효과적으로제공될수있다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 357
인프라피해 (%) < 1 % 1 TO 10 % 10 TO 50 % > 50 % 그림 A1-1 Verizon 가든시티본사의 200 kw 짜리연료전지 7 개, 2012 년 11 월 3 일 23 그림 A1-3 슈퍼스톰샌디로피해를입은전력 계통구성요소의비율에관한예비정보 23 지도범례 : < 1 일 1-3 일 3-7 일 1-2 주 2 주이상 정전발생률은한자치주의전체전력고객대비전력계통정전을겪은해당자치주전력고객의최 대비율을가리킨다. 그림 A1-2 슈퍼스톰샌디 : 전력계통정전지속기간 ( 왼쪽 ) 과발생률 ( 오른쪽 ) 에관한예비정보 23 358 IEC White Paper
표 A-2 사례연구 2: 동일본대지진및쓰나미, 2011 년 재해명칭및날짜 정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 도호쿠태평양연안지진쓰나미 ( 동일본대지진및쓰나미 ) 2011 년 3 월 11 일 최장 99 일지속 해당사항없음 재해부터전력공급장애까지걸린기간즉시 ( 지진발생몇분이내에쓰나미로인한추가파괴발생 ) 영향을받은사람수 845 만가구 발전용량총손실 (MW) 28,000 MW ( 전체지진포함 ) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 위의항목에포함 재해추정비용 25 조엔 ( 전체지진포함 ) 영향을받은시설유형 해당사항없음 무엇이전력공급장애를초래했는가동일본대지진은 2011년 3월 11일오후 2시 40분에발생했다. 진원지는일본도호쿠지역에서동쪽으로 130km 떨어진곳이었다. 규모 9.0으로일본역사상최대의지진이었고, 진원영역도방대해서 500km x 200km(= 100,000km 2 ) 에달했다. 지진으로촉발된쓰나미가일본동해안을덮쳤으며, 물높이는 10m 이상, 최대높이는 40m를넘었다. 이역시일본역사상가장큰쓰나미였다. 일본동부의태평양연안은엄청난피해를입었다. 쓰나미는방파제를무너뜨렸고, 강을거슬러밀려들어온물은수킬로미터내륙까지도달해총 561km 2 의면적이물에잠겼다. 휩쓸고지나가는물결에잔해, 배, 차량도함께떠내려갔다. 이잔해는바다까지끌려나갔다가다시내륙으로밀려오기를반복했다. 물과무거운잔해로파괴된건물도많았고, 붕괴된천장이전기케이블과장비를파손시켜다른건물들도심한손상을입었다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 359
발전소, 송전선, 변전소를포함한전력시스템도쓰나미로파괴되었다. 지진발생 40~50분후인오후 3시 27분과 3시 35분에는 15m 높이의물이후쿠시마원전을덮쳤다. 백업발전시스템을포함해모든전원이나가면서원자로냉각이중단되었다. 이연쇄반응으로원자로 3기에서수소폭발과멜트다운이발생했다. 해안선에있던화력발전소역시쓰나미로피해를입었다. 어느원자로도가동을재개하지못했다. 도호쿠전력 (Tohoku Electric Power Company) 의 440만고객과 TEPCO의 405만고객은지진후전기가끊겼다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 데이터센터들은백업발전기덕에운영을계속할수있었다. 센다이의마이크로그리 드시설도전력을계속공급했다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) TEPCO가전력을공급하던지역은 3월 19일에전력공급이복구되었고, 도호쿠전력이전력을공급하던지역에서전기가끊긴가구수는 160,000가구로줄어들었다. TEPCO 지역에서는발전소파괴로인한전력공급부족때문에 3월 28일에순환정전이실시되었다. 4월 7일에는여진으로 4억가구의전기가다시끊겼다. 완전복구까지는 99일이걸렸다 (6월 18일 ). 2011년여름에는도호쿠전력과 TEPCO 지역에서의무적인 15% 전력절약제가실시되었다. 지자체정부는유지보수후원전가동재개에합의하기를거부했다. 이결정은쓰나미나지진의피해를입지않은일본여러지역의전력부족을초래했다. 360 IEC White Paper
이재해로부터전력공급회복력, 복구혹은마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 이쓰나미는전례없는것이었고, 방파제와방조제는해안선보호에역부족임이명백히드러났다. 이로인해이지역재해의잠재적규모와성격을다시검토하게되었다. 이러한사고에대비하기위한재해계획을현재수정중이다. 원전과화력발전소등이지역의대규모발전소는냉각수와연료보충을위해해안선을따라위치해있다. 쓰나미는이와같은중요시설이해수면보다높이설치되어야함을보여주었다. 원전을포함한전력시설의피해는장기간정전을초래해심각한사고를불러왔다. 쓰나미역시전력융통 (power interchange) 용량증대의중요성과국부태양광발전배터리설치의필요성을부각시켰다. 순환정전은민간부문에심각한영향을미쳤으며, 지속적전력공급이필요한사업에대한최소한의전력공급의중요성도보여주었다. 표 A-3 사례연구 3: 중국겨울폭풍, 2008 년 재해명칭및날짜정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 중국겨울폭풍 2008 년 폭풍시작부터고객전체에전력공급을복구하기까지약 2 개월 마이크로그리드사례가아님 해당사항없음 129 명이사망하고 166 만명이이주했으며, 수많은사람이전력, 통신, 교통시스템중단과주택붕괴및농작물피해를겪음 해당사항없음 약 36,000 개의송전선 (10 kv 이상 ) 이고장나고, 8,000 개의송전탑 (110 kv 이상 ) 이붕괴됐으며, 2,000 개의변전소가고장남 직접적인경제적손실 : 전국적으로 1,500 억위안이상. 전력업계피해는약 250 억위안 송전선 / 송전탑, 배전선 / 전신주, 변전소 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 361
무엇이전력공급장애를초래했는가많은눈과얼음, 이례적인추위를동반한일련의겨울폭풍이오래지속되면서전력계통시설이견딜수있도록설계된얼음두께를넘는착빙이발생했다. 운송 중단으로화력발전소용석탄공급이영 향을받았다. 그림 A3 얼음피해를입은송전탑, 중국 1 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 수십만명의전력회사인력, 수천대의비상이동발전기, 엄청난양의전력망장비와 자재가제빙, 긴급수리및전력시설재건에동원되었다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 전력계통의구조와강도, 발전혼합및배전, 발전소석탄공급, 전력시스템통신링크에대한전력공급, 착빙방지및제빙수단, 재해예방 / 감시, 전력회사인력과고객의비상대응훈련등전력시스템에서숱한결함이드러났다. 이론적으로마이크로그리드는중요고객에대한전력공급유지혹은나아가계통분할 (grid splitting) 및복구를도울수있을것이다. 하지만마이크로그리드연료수송이중단될수있고, 나쁜날씨로 PV 발전에필요한햇빛이약하기때문에이처럼오랫동안지속되는겨울폭풍과맞서는데마이크로그리드가어떻게기여할수있는지에관한우려도제기되었다. 362 IEC White Paper
표 A-4 사례연구 4: 허리케인아이크, 미국, 2008 년 재해명칭및날짜 허리케인아이크 2008 년 9 월 13 일상륙 정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 그림 A4-5 참고 해당사항없음 재해부터전력공급장애까지걸린기간 볼리바르 (Bolivar) 반도남단등일부지역에서는허리케인의눈이상륙하기약 12 시간전에정전이되었다. 오하이오강유역에서는허리케인아이크가텍사스에상륙한지하루이상이지나정전이시작되었다 영향을받은사람수약 400 만의고객 (1,200 만명이상 ) 발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 사빈 (Sabine) 발전소에서 2,050 MW 미확인, 송전부분의피해는거의없었지만배전부분은상당한피해를입었음 2008 년기준 300 억달러 마이크로그리드사례가아님 무엇이전력공급장애를초래했는가허리케인아이크는 2008년 9월 13일에사피어-심슨 (Saffir-Simpson) 기준 2등급 ( 최고는 5등급 ) 허리케인으로텍사스주동북부해안에상륙했다. 바람의강도는중간정도였지만워낙커서일반적으로훨씬강한허리케인에서나볼수있는폭풍해일이발생해몇몇해안도시를휩쓸었다 ( 그림 A4-1 참조 ). 텍사스에상당한피해를입힌허리케인아이크의남은세력은북쪽과동쪽으로이동해오하이오강유역에서한랭전선과결합했다. 이결합으로발생한강한폭풍은아이크상륙지점에서 1,000마일이상떨어진오하이오강유역에서대규모정전을일으켰다. 이결합효과때문에허리케인아이크는지금까지미국걸프만해안지역에영향을미친정전을기준으로볼때허리케인카트리나를뛰어넘는최악의허리케인이다 ( 그림 A4-2 참조 ). 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 363
전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 그림 A4-3에나온부지는갤베스턴 (Galveston) 섬북단의아파트단지이다. 이부지에대한전력공급은지역전력회사가배치한이동식디젤발전기를전력계통배전부분에연결하면서복구되었다. 따라서이는임시 (ad-hoc) 마이크로그리드라고볼수있다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 전통적수단에의해복구되었다. 이런전통적수단에는파손된변전소에서서비스를복구하기위한변압기차량 ( 그림 A4-4 참조 ) 배치와수천개의전신주및수백마일의가공송전선교체가포함되었다. 이부지가위치한일반지역의전력복구에는 2주이상이걸렸다. 전력복구와피해강도에관한정보는그림 A4-5에나와있다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 배전계통의작은피해도광범위한정전으로이어질수있다. 마이크로그리드가있었더라면이허리케인의영향을받은대부분의지역에서서비스중단을막을수있었을지모른다. 임시분산전원의배치는특정지역에서정전지속기간을단축했다. 천연가스공급서비스는피해가극심했던비교적소수의지역을제외하면이허리케인으로큰피해를입지않았다. 그림 A4-1 허리케인아이크이후의텍사스주길크리스트 (Gilchrist) 24 364 IEC White Paper
구스타프 아이크 출처 : OE/ISER Situation Reports 카트리나리타윌마 정전된고객 ( 백만 ) 4.0 3.0 2.0 1.0 2005년 2008년 0.0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 최초상륙이후경과 ( 주 ) 그림 A4-2 2005 년과 2008 년에미국에영향을미친허리케인으로인한정전정보 25 그림 A4-3 텍사스주갤베스턴섬의아파트단지, 전력계통배전부분에연결된이동식발전기로전력공급 24 허리케인아이크경로 샌안토니오 휴스턴 그림 A4-4 파손된변전소에서서비스복구에사용된 이동식변압기 24 인프라피해 (%) < 1 % 1 TO 10 % 10 TO 50 % > 50 % 그림 A4-6 현장피해평가를통해얻은기록에 근거한전력계통피해 24 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 365
0-5% 5-10% 10-25% 25-50% 50-95% >95% 지도범례 : < 1일 1-3일 3-7일 1-2주 2주이상 그림 A4-5 허리케인아이크로인한정전지속기간 ( 왼쪽 ) 과강도 ( 오른쪽 ) 22,24 표 A-5 사례연구 5: 태국홍수, 2011 년 재해명칭및날짜 태국홍수 2011 년 8 월 -12 월 정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수발전용량총손실 (MW) 없음장소에따라 0-2개월 1개월 1,300만명, 450명사망없음 송전 / 배전용량총손실 (MW) 135 MW ( 손실또는중단 ) 재해추정비용 영향을받은시설유형 450 억달러, 주로경제적기회손실 산업단지, 주택, 지역사회 무엇이전력공급장애를초래했는가태국중부지역에서는매년강이범람하곤하지만 2011년홍수는 50년만의최악의홍수였다. 7월부터 8월까지폭풍이태국북부를강타했다. 엄청난양의물이남쪽으로이동해북부와중부지역의강이범람했다. 일부장소에서는홍수수위가 2미터이상에달했다. 평야지역이었기때문에범람한물과그피해는 2~3개월동안계속되었다. 수십만 366 IEC White Paper
명이대피해야했다. 산업단지의공장들은문을닫아야했고, 전력공급은중단되었다. 일부전주및배선주가쓰러졌고, 중전압변전소도침수되었다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 홍수지역에는에너지생산시설이없었기때문에매크로그리드의피해는최소에그쳤다. 물이빠진후가정과공장에대한전력서비스가신속히복구되었다. 홍수때문에일시적으로폐쇄됐던일부변전소는예비부품을활용해가동될수있었다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 강우로인한홍수는닥치기몇주전에예측이가능하다. 그규모와속도, 방향에관한정확한예측은재해를예방하거나피해를줄일수있다. 홍수로불어난물을피해고전압변압기같은전기장비를높은곳으로옮길수있다. 태국에는마이크로그리드가없다. 이홍수는마이크로그리드시설이홍수지역부근에있을경우, 그성능에위협을받게된다는점을보여준다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 367
표 A-6 사례연구 6: 19 호태풍 ( 일본사이클론 ), 1991 년 재해명칭및날짜정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 최대지속기간 : 157 시간 42 분 ( 주고쿠전력회사 ) 해당사항없음 19 호태풍 ( 일본사이클론 ) 1991 년 9 월 27~28 일 ( 예시 ) 주고쿠전력회사지역에서기록된데이터 : 9월 28일오전 1시 : 19호태풍통과직후 160만가구 ( 주고쿠지역전체가구중 40%) 의전기가끊김 9월 29일자정 : 송전선로와배전선로복구가거의끝났지만여전히 10만가구에전기가들어오지않음 9월 30일이른아침 : 비가오고바닷물의염분까지더해지면서 53 만가구의전기가다시끊김 사망 62명, 부상 1,499 명 470 만가구의전기가끊김 ( 일본전체가구의 10%) 참고 : 태풍피해가가장컸던주고쿠전력회사지역에서는 160만가구 ( 주고쿠지역전체가구의 40%) 의전기가끊겼다. 해당사항없음참고 : 손실된발전용량이아주크지는않았지만송전및배전선로는강한바람과바닷물의염분으로심각한피해를입었다. 발전소가입은주요피해는염분에의한모선절연체손상이었다. 주고쿠전력회사지역에서기록된데이터 ( 일본전체의데이터는구할수없음 ): 송전 : 24 개의송전선이고장났고, 강한바람에의해쓰러진철탑과바닷물염분으로인해 28 개지점에서사고발생 배전 : 1,900 개의배전주가고장 ( 배전선로 64% 의정전초래 ). 바닷물염분에의해전신주변압기고장 14,000 건및 3,500 개의전력회사전신주붕괴 재해추정비용 영향을받은시설유형 보험금지불액 : 5,680 억엔 마이크로그리드사례가아님 무엇이전력공급장애를초래했는가 1991년과 2004년은일본에서태풍이극성인해였다. 2004년에는 10개이상의태풍이일본을덮쳤다. 1991년에는거대한태풍하나 (19호태풍 ) 가엄청난피해를입혔다. 1991년 9월 27일오후 4시, 19호태풍이나가사키현에상륙해동해해안선을따라북상 368 IEC White Paper
했다. 19호태풍은매우큰태풍이었다. 중심기압이 940hPa, 중심최대풍속이 50m/s에이르는폭풍의중심권이 25km 2 를넘는이태풍의직경은 300km에달했고, 폭풍중심으로부터 15km 2 반경까지강한바람을동반했다. 특히주고쿠지역에서는기록적인강풍이불었다. 태풍의진로를따라강한바람으로인한송배전선로피해로수많은정전이발생했다. 이보다넓은지역에서는바닷물의염분으로전력장비도손상을입었으며, 염분에의한피해는 19호태풍통과후내린비로악화되어 2차정전을일으키거나일부지역에서정전지속기간을 157시간이상으로늘렸다. 19호태풍피해이후전력을완전히복구하기까지 6일이걸렸다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 전력회사가복구작업을실시했다. 19 호태풍통과직후이들은쓰러진전신주와철탑 및끊어진송배전선로등기타전력장비를교체하기시작했다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 전력회사는각재해후정전기간을줄이기위해지속적인노력을경주하고있다. 송전망과배전망에여분을두고, 전신주를더튼튼하게만들며, 염분피해에내성을갖는전력장비를만들고있다. 일례로 2004년에는크기면에서 1991년의 19호태풍과비슷한 18호태풍이주고쿠지역을강타했다. 하지만 18호태풍의피해는놀랄만큼줄어들었다. 쓰러진전신주는 350 개에불과해 19호태풍때의 10분의 1에그쳤다. 정전가구수도 95만가구로 19호태풍때 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 369
의약 60% 였다. 최선의대비책은태풍의진로를보다정확히예측하는것이다. 기상위성을이용해매시간태풍의위치를측정하고, 앞으로 24시간동안예상되는태풍의진로를 3시간마다업데이트한다. 경보체계가개선되면사람들은학교나직장에서귀가해태풍에대비할수있을것이다. 공장은기계에피해를입히는예상치못한정전에대비해기계가동을중단할수있고, 재시동준비를할수있다. 마이크로그리드의경우, 태풍의영향은주로전신주가쓰러지거나송배전선로가끊기거나바닷물염분으로손상을입는것등이다. 지하배전선로와변전소로이루어진마이크로그리드시스템이보다바람직할것이다. 민간발전을갖춘시설차원의마이크로그리드역시바람직하다. 태풍은보통하루안에통과하며, 연료를공급하는운송체계에는피해를입히지않는다. 민간발전의경우, 하루나이틀분량의연료재고면충분할수있다. 표 A-7 사례연구 7: 호주빅토리아주산불, 2009 년 재해명칭및날짜 호주빅토리아주산불 ( 검은토요일 ) 2009 년 정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 며칠 3,500 가구에전기를다시연결하기까지수개월이걸림즉시 173명사망해당사항없음해당사항없음해당사항없음농촌가구및지역사회 370 IEC White Paper
무엇이전력공급장애를초래했는가호주남동부의산불은지속적위협을가했으며, 2009년에일어난큰산불은강한서풍으로강도가극대화되었다. 도로가차단되었고화재를피해차를몰고가던사람들이목숨을잃었다. 강력한화재는마을전체를파괴했다. 화재피해가전력공급복구에큰지장을주지는않았지만수많은전신주를교체하고새전선을달아야했다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 타버린전신주의재건 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 빅토리아주농촌지역의전력공급시스템은목재전신주가떠받치고있으며, 용량은약 22kV이다. 검은토요일이라고불린산불의경우, 지상으로번지는산불의속도때문에전신주소실사고발생이줄었다. 전력을생산하는대형갈탄화력발전소는이화재의영향을받지않았고비상사태가끝날때까지발전을계속했다. 배전회사의일선직원들이신속히현장에도착해전력공급을복구했지만대부분의경우, 이들이전력을공급하던주택들이파괴된후였다. 그렇더라도화재가잦은지역에서목재전신주를사용하는것은어리석은행동이다. 지금은새로건설할때콘크리트전신주를사용하는것이관행이되었지만, 아직오래된목재전신주수백만개가남아있으며, 규제당국은배전회사들에게낡은목재전신주를 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 371
업그레이드하도록영향력을행사할힘이없다. 표 A-8 사례연구 8: 사이클론트레이시 (Tracy), 호주다윈 (Darwin), 1974 년 재해명칭및날짜정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 사이클론트레이시, 호주다윈 1974 년 12 월 25 일 수개월, 마지막고객과의전기연결은 6 개월후 병원및긴급서비스의경우, 4 일 즉시 50,000 명 최소 도시전체시스템 입수불가 다윈시 무엇이전력공급장애를초래했는가 4등급폭풍인사이클론트레이시가다윈시를직격했다. 사이클론트레이시는 1974 년성탄절이른시간에다윈시 ( 인구 50,000명 ) 를정확하게강타한대단히강력한열대성사이클론이었다. 풍속기록장비가모두날아가버리는바람에풍속은기록되지않았다. 다만설계건조된구조물장애의역설계를통해얻은추정풍속은 320~350km/h였다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 대부분의건물과상당수의전력공급시스템이파괴되었다. 전력공급시스템은중유 372 IEC White Paper
를원료로사용하는증기발전소와 66kV짜리송전시스템, 그리고대부분철제전신주위에있는 11kV 및 22kV 배전시스템으로구성되어있었다. 발전소는파손되었지만완전히파괴되지는않아나흘째에는전력을생산해왕립다윈병원 (Royal Darwin Hospital) 에공급할수있었다. 배전선로파손은전력공급을받을수있었던고객들을다시연결하는작업을지연시킨주원인이었고, 재연결이필요한마지막고객과의연결은사이클론발생후약 6개월이지난 1975년 6월에야이루어졌다. 전력시스템의가장큰문제는배전시스템파손이었다. 배전시스템은강한바람뿐아니라바람에뜯겨날아간수천채의주택잔해가배전시스템에충돌하면서파괴되었다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 사이클론지역의마이크로그리드의경우, 교훈은간단하다. 배전시스템을지하에건설하고발전소와변전소가바람, 물, 잔해피해를받지않도록강화하라는것이다. 그림 A8-1 사이클론트레이시, 호주다윈, 1974 년 26 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 373
표 A-9 사례연구 9: 연쇄장애, 이탈리아, 2003 년 재해명칭및날짜정전지속기간 ( 매크로그리드 ) 정전지속기간 ( 마이크로그리드내 ) 재해부터전력공급장애까지걸린기간영향을받은사람수 이탈리아대정전 2003 년 9 월 28 일 대정전은사르디니아 (Sardinia) 섬을제외한이탈리아전역의전력계통에영향을미쳤다. 지역에따라지속기간은 3 시간부터 20 시간까지다양했다. 해당사항없음 최초사고는 2003년 9월 28일일요일오전 3시에스위스로부터이탈리아로전력을공급하는고전압선로에서발생한수목섬락 (tree flashover) 이었다. 30분후대정전이발생했다 5,600 만명 발전용량총손실 (MW) 송전 / 배전용량총손실 (MW) 재해추정비용영향을받은시설유형 이탈리아내발전소는물론이탈리아와이웃나라들을연결하는모든선로에서차례로장애가발생했다. 정전발생시이탈리아그리드의부하는최대수요에서한참모자라는 27,500 MW였다. 이탈리아그리드는내부발전원으로부터 20,500 MW를공급받고, 7,000 MW를수입했다. 해당사항없음 정확한분석은나와있지않다. 일부독립적출처에서는피해액을약 3 억 9 천만유로로추정한다. 이것은추정치이며, 재해가평일에발생했더라면상황은더욱심각했을것이다. 해당사항없음 무엇이전력공급장애를초래했는가공급장애는일요일이른아침수목섬락으로인한연계선로 [ 루크마니에 (Lukmanier) 라고하는스위스에서이탈리아로가는 380kV 선로 ] 손실에서비롯되었다. 지나치게높은위상각때문에재폐로차단시도는성공하지못했다. 이사고후또다른연계선로 [ 샌버나디노 (San Bernardino) 라는 380 kv 선로 ] 에과부하가걸렸고, 운영자들은이탈리아의에너지수입을줄이기로결정했다. 하지만이조치로는역부족이었고 ( 아마도필요한감소량을과소평가했기때문이라고보임 ), 샌버나디노연계선로마저트립되었는데, 정격치를초과하는전류로과열된케이블이처지면서수목섬락 374 IEC White Paper
이발생한탓으로보인다. 이사고의원인은아직도밝혀지지않았다. 몇초안에이탈리아와프랑스, 오스트리아, 슬로베니아를잇는다른연계선로도차례로트립되어이탈리아는나머지유럽그리드로부터격리되었다. 이탈리아에서는자동전력평균분배가가동되었지만북부이탈리아그리드의전압과주파수가지나치게강하하기시작했고, 운전중이던발전소들도차례로트립되었다. 2분내에전체이탈리아그리드의발전용량이손실되었고, 대정전을피할수없게되었다. 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 마이크로그리드내 ) 마이크로그리드사례가아님 전력공급은어떻게복구되었는가 ( 매크로그리드 ) 장애직후송전및배전시스템운영자는전체그리드복구계획실행에나섰다. 하지만정전의범위가워낙큰탓에전력복구과정은더뎠고, 전체이탈리아그리드가완전히복구된것은 20시간이지나서였다. 일부지역에서는정전이두세시간에그쳤지만꼬박하루가지나서야전기가다시들어온지역도있었다. 이재해로부터전력공급회복력, 복구또는마이크로그리드운전에관해어떤교훈을배울수있는가? 정전을조사한여러위원회는트립된첫번째선로의재폐로차단실패와이사고후의전력계통운영자의안일함, 특히이어서트립된두번째선로의과부하에관한안일한판단이주된원인이었다고밝혔다. 다양한보고서는자연재해와상황을잘못평가한인적오류가정전의근본적원인이라고밝혔다. 마이크로그리드가있었다면솔루션이될수있었을까? 이렇게규모가큰경우에는그러지못할공산이큰데, 마이크로그리드는전국규모재해의솔루션이아니기때문이다. 03. 재해대비및복구를위한마이크로그리드 375
다만마이크로그리드는단일지역사회전력계통같은비교적작은규모나고품질에너지공급서비스를필요로하는단일업계, 혹은정기적서비스제공이목적인도시전기운송의경우에는솔루션이될수있을지모른다. 이들마이크로그리드의전력은분산발전기 ( 신재생발전기또는재래식발전기 ) 로공급할수있으며, 각각의마이크로그리드는단독운전모드운전이가능하도록자체전력관리시스템에의해제어되어야한다. 376 IEC White Paper
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