(선전, 중국 2022년 12월 27일 PRNewswire=연합뉴스) 화웨이(Huawei)가 '주요 에너지원으로서의 태양광 가속화(Accelerating Solar as a Major Energy Source)'라는 주제로 스마트 PV(광발전) 분야의 10대 경향을 살펴보는 회의를 열었다. 이 회의에서 화웨이 스마트 PV+ESS 비즈니스(Smart PV+ESS Business) 사장 Chen Guoguang은 다중 시나리오 협력, 디지털 전환 및 향상된 안전성 관점에서 스마트 PV 분야의 10대 경향에 대한 통찰을 공유했다.
재생에너지의 비중이 계속 증가하면서 PV 산업의 성장세는 호황을 누리고 있지만, 여전히 다양한 과제도 많다. 이러한 문제에는 균등화 발전 비용(LCOE)의 지속적인 절감, O&M 효율성의 개선, 재생에너지 공급량의 증가에 따른 전력 그리드의 안정성 유지, 포괄적인 시스템 안전성의 보장 등이 있다.
Chen Guoguang 사장은 "PV 산업의 급속한 성장 속에서, 이와 같은 과제 속에는 기회도 있다"고 밝혔다. 진취적 기업인 화웨이는 파트너뿐만 아니라 지속가능한 녹색 발전에 관심이 있는 단체 및 개인과도 회사의 통찰 및 사고를 공유하는 데 열의를 보이고 있다.
경향 1: PV+ESS 발전기
더 많은 재생에너지가 전력 그리드에 공급됨에 따라, 시스템 안정성, 전력 균형 및 전력 품질 측면에서 다양하고 복잡한 기술적 문제가 발생하고 있다.
따라서 유효전력/무효전력에 대한 관리 및 대응 역량을 높이고, 주파수와 변압을 능동적으로 완화시킬 새로운 제어 모드가 필요하다. 그리드 구축 기술은 물론, PV와 ESS를 통합함으로써 전류원 제어 대신 전압원 제어를 이용하는 '스마트 PV + ESS 발전기'를 구축할 수 있다. 이는 강력한 관성 지원, 과도 전압 안정화 및 오류 해결 역량을 제공한다. 그 결과, PV가 그리드를 따라가는 것에서 그리드를 구축하는 것으로 변혁을 단행해 PV 공급의 증가에 일조할 수 있다.
이와 같은 기술을 이행함에 있어 중요한 이정표는 사우디아라비아에서 진행된 홍해(Red Sea) 프로젝트다. 이 프로젝트의 주요 파트너 중 하나였던 화웨이는 스마트 PV 컨트롤러, 리튬 배터리 에너지 스토리지 시스템(Battery Energy Storage System, BESS)을 포함하는 완전한 솔루션 세트를 제공했다. 이 프로젝트는 전통적인 디젤 발전기를 대체하고, 인구 100만 명에게 깨끗하고 안정적인 전력을 제공하는 전력 그리드를 지원하고자 400MW PV와 1.3GWh ESS를 사용하며, 세계 최초로 100% 재생에너지 도시를 건설한다.
경향 2: 높은 밀도와 신뢰도
PV 발전소 시설의 고전력 및 신뢰도가 또 다른 경향으로 부상할 전망이다. PV 인버터를 예로 들면, 오늘날 인버터의 DC 전압은 1,100V에서 1,500V로 높아졌다. 탄화규소(Silicon Carbide, SiC)와 질화갈륨(Gallium Nitride, GaN) 같은 신소재의 적용뿐만 아니라, 디지털, 전력전자 및 열 관리 기술을 완전히 통합함으로써, 향후 5년 이내에 인버터 전력 밀도는 약 50% 증가하고, 높은 신뢰도를 유지할 것으로 예상된다.
중국 칭하이에 건설된 2.2 GW PV 발전소는 해발 3,100m 높이에 위치한다. 이 가혹한 환경에서 9천216개에 달하는 화웨이 스마트 PV 컨트롤러(인버터)가 안정적으로 작동하고 있다. 화웨이 인버터의 총 가용 시간은 2천만 시간이 넘으며, 가용성은 99.999%에 달한다.
경향 3: 모듈 단위 전력전자(MLPE)
최근 수년 동안 산업 정책과 기술 발전에 힘입어 분산형 PV 분야가 왕성하게 발전했다. 그러나 옥상 자원의 활용도를 개선하고, 높은 에너지 수율을 보장하며, PV+ESS 시스템 안전성을 보장하는 방법에 관한 문제에도 직면했다. 따라서 더욱 정교한 관리가 필수가 됐다.
PV 시스템에서 모듈 단위 전력전자(Module-Level Power Electronics, MLPE)는 마이크로 인버터, 전력 옵티마이저 및 단로기를 포함해 하나 이상의 PV 모듈을 정교하게 제어할 수 있는 전력전자 장비를 의미한다. MLPE는 모듈 단위의 발전, 모니터링 및 안전한 폐쇄 같은 고유의 가치를 제공한다. PV 시스템의 안전성과 지능성이 점점 높아짐에 따라, 분산형 PV 시장에서 MLPE의 보급률은 2027년까지 20~30%에 달할 전망이다.
경향 4: 스트링 에너지 스토리지
전통적인 중앙집중식 ESS 솔루션과 비교했을 때, 스마트 스트링 ESS 솔루션은 분산형 아키텍처와 모듈식 설계를 채택한다. 스마트 스트링 ESS 솔루션은 배터리 팩 차원에서 에너지를 최적화하고, 랙 차원에서 에너지를 관리하기 위해 혁신 기술과 지능형 디지털 관리를 이용한다. 그 결과, ESS의 라이프 사이클 전반에 걸쳐 방전 에너지, 최적의 투자, 간단한 O&M은 물론 안전성과 신뢰도까지 향상된다.
2022년 주파수 규제와 운전 예비전력을 위한 동남아시아 최대 규모의 BESS 프로젝트인 싱가포르 200MW/200MWh ESS 프로젝트에서, 스마트 스트링 ESS가 정전력 출력 시간을 늘리고, 주파수 규제 혜택을 보장하기 위해 정교한 충전 및 방전 관리를 시행하고 있다. 또한, 배터리 팩 차원에서 작동하는 자동 SOC 조절 기능은 인건비를 줄이고, O&M 효율성을 크게 향상시킨다.
경향 5: 전지 수준의 정교한 관리
PV 시스템이 MLPE로 전환하는 것과 유사하게, 리튬 BESS도 더 작은 관리 수준으로 발전할 전망이다. 오직 배터리 전지 수준의 정교한 관리만이 효율성과 안전성 문제에 더 적절하게 대응할 수 있다. 현재 기존의 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)은 제한적인 데이터만 요약 및 분석할 수 있고, 초기 단계의 오류 감지 및 경고 발송은 거의 불가능하다. 따라서 BMS의 민감도, 지능성, 심지어 예측성까지 높여야 한다. 이는 다량의 데이터 수집, 연산 및 처리와 더불어, 최적의 운영 모드를 찾고 예측하는 AI 기술에 달려 있다.
경향 6: PV+ESS+그리드 통합
발전 측면에서 보면, UHV 송전선을 통해 부하 중심으로 전기를 공급하는 청정에너지 PV+ESS 기지를 건설하는 관행이 증가하고 있다. 전력 소비 측면에서 보면, 여러 나라에서 가상 발전소(Virtual Power Plant, VPP)가 점점 인기를 얻고 있다. VPP는 거대한 분산형 PV 시스템, ESS 및 조절 가능한 부하를 결합하며, 피크 타임의 전력 공급을 위해 발전 유닛과 저장 유닛에 유연한 일정 관리를 시행한다.
따라서 PV 전력 및 그리드 공급을 지원하는 PV+ESS+그리드 통합의 안정적인 에너지 시스템이 에너지 안보를 보장하는 핵심 조치가 될 전망이다. 다중 에너지 보완을 위해 디지털, 전력전자 및 에너지 스토리지 기술을 통합할 수 있다. VPP는 앞으로 더 많은 나라에서 시행될 5G, AI 및 클라우드 기술 같은 여러 기술을 통해 거대한 분산형 PV+ESS 시스템의 전력을 지능적으로 관리, 가동 및 거래할 수 있다.
경향 7: 향상된 안전성
안전성은 PV & ESS 산업 발전의 초석이다. 이를 위해서는 모든 시나리오와 연결고리를 체계적으로 고려하고, 전력전자, 전기화학, 열 관리 및 시스템 안전성을 높이는 디지털 기술을 완전히 통합해야 한다. PV 발전소에서는 DC 측이 야기하는 고장이 전체 고장의 70% 이상을 차지한다. 따라서 인버터는 스마트 스트링 분리와 자동 연결기 검출을 지원해야 한다. 분산형 PV 시나리오에서 AFCI(Arc Fault Circuit Breaker) 기능이 표준 설정이 되고, 모듈 단위의 신속 폐쇄 기능이 유지관리 직원과 소방관의 안전을 보장할 수 있다. ESS 시나리오에서는 배터리 전지에서 전체 시스템으로 정교한 ESS 관리를 시행하는 데 전력전자, 클라우드 및 AI 같은 여러 기술을 사용해야 한다. 수동 대응 및 물리적 격리를 기반으로 하는 기존의 보호 모드는 능동적인 자동 보호 모드로 바뀌어 하드웨어서부터 소프트웨어까지, 구조에서부터 알고리듬까지 다차원적인 안전 설계를 구현해야 한다.
경향 8: 안전성과 신뢰도
PV 시스템은 다양한 혜택을 제공하지만, 장비 안전성과 정보 보안 같은 다양한 위험도 안고 있다. 장비 안전성은 주로 고장으로 인한 폐쇄를 의미하며, 정보 보안 위험은 외부 네트워크로부터의 공격을 의미한다. 기업과 조직은 이와 같은 문제와 위협에 대응하기 위해 시스템과 장치의 신뢰도, 가용성, 보안 및 회복 탄력성을 포함하는 완전한 '보안 & 신뢰' 관리 메커니즘 세트를 구축해야 한다. 또한, 개인정보를 비롯해 직원과 환경의 안전성까지 보호해야 한다.
경향 9: 디지털화
전통적인 PV 발전소는 다수의 장비를 보유하면서도 정보 수집과 보고 채널이 부족하다. 대부분의 장비가 서로 '소통'이 되지 않아, 정교한 관리를 이행하는 데 큰 어려움이 있다.
5G, 사물 인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 감지 기술 및 빅 데이터 같은 첨단 디지털 기술을 도입한 PV 발전소는 '와트'(에너지 흐름)를 관리하는 데 '비트'(정보 흐름)를 이용해 정보를 송수신 할 수 있다. 이는 '발전-송전-저장-분배-소비'라는 전체 연결고리를 잘 확인할 수 있으며, 관리와 제어가 가능하다.
경향 10: AI 적용
에너지 산업이 데이터 시대로 접어들면서, 데이터의 가치를 더 적절하게 수집, 활용 및 최대화하는 방법이 전체 산업의 우선 과제 중 하나가 됐다.
AI 기술은 재생에너지 분야에 널리 적용 가능하며, 제조, 건설, O&M, 최적화 및 가동을 포함해 PV+ESS 전체 라이프 사이클에서 필수적인 역할을 한다. 클라우드 컴퓨팅과 빅 데이터 같은 기술과 AI 간의 융합이 심화되고 있으며, 데이터 처리, 모델 훈련, 배치와 가동, 안전 모니터링에 집중하는 도구 체인이 더욱 풍부해질 전망이다. 재생에너지 분야에서 AI가 전력전자나 디지털 기술과 마찬가지로 심층적인 산업 변혁을 주도할 것으로 예상된다.
회의를 마무리하면서, Chen Guoguang 사장은 "5G, 클라우드 및 AI의 적용이 융합됨에 따라, 모든 것을 감지할 수 있고, 모든 것이 연결되며, 모든 것이 지능적인 세계가 형성되고 있다"고 강조했다. 이러한 세계는 생각보다 빠르게 다가오고 있다. 화웨이는 PV 산업의 10대 경향을 파악하고, 가까운 미래에 펼쳐질 지능적인 녹색 세계에 대해 설명했다. 화웨이는 각계각층의 사람들이 힘을 모아 탄소 중립이라는 목표를 달성하고, 더욱 푸르고 더 나은 미래를 만들어 가기를 희망하고 있다.
