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재생에너지 발전량 예측 기술
미래 시점 전기 생산량 산출해
전력 계통 안정 유지에 이바지
양질 데이터 수집·확보가 핵심
머신러닝으로 정확도 높이기도
ESS 활용해 예측치 오차 보정
무더위가 시작되면 전력 당국은 비상 체제에 돌입한다.여름철 냉방 수요가 급증하며 발생하는 대규모 정전(블랙아웃)을 막느라 관계 부처 공무원과 공공기관 직원들은 온종일 계산기를 두들긴다.블랙아웃 위험을 키우는 핵심 요인은 수급 불일치다.최대 전력 수요를 잘못 맞추거나 전력 수요를 뒷받침할 공급량을 충분히 확보하지 못할 때 블랙아웃이 발생한다.폭염과의 사투에서 승기를 잡으려면 수요와 공급 두 측면에서 전력 계통을 안정적으로 유지해야 한다.
원전·석탄·액화천연가스(LNG) 등 기존 발전원은 발전량을 사전에 계획하기가 상대적으로 수월했다.날씨와 관계없이 일정한 출력을 낼 수 있어 공급 측면의 전력 계통 안정성을 유지하기도 비교적 쉬웠다.그러나 재생에너지 발전량 비중이 늘면서 상황이 달라졌다.태양광은 일사량과 구름의 움직임에,풍력은 풍속과 풍향에 따라 전력 생산량이 크게 달라진다.외부 환경에 따라 전력 생산이 널뛰는 간헐성이다.
간헐성은 전력 수급 전망의 정확도를 떨어뜨린다.재생에너지 전력이 과잉 생산되면 발전 설비의 출력을 강제로 낮춰 생산한 전기를 팔지 못하게 하는 출력제어까지 벌어진다.친환경 자원으로 새로운 전력을 확보하고자 재생에너지를 도입했는데 오히려 전력 계통을 어지럽히고 발전소 사업자들에겐 손해를 떠안기는 부작용을 낳은 셈이다.
다만 정부는 한 가지 조건을 내걸었다.개별 발전소나 집합전력자원에 포함된 주요 자원의 설비용량 합계가 20메가와트(㎿)를 넘어야 재생에너지 발전량 예측 제도에 참여할 수 있다는 것이다.에너지 업계에서는 1㎾ 용량의 태양광 발전 설비에 필요한 패널의 최소 넓이를 6.6~9.9㎡(약 2~3평)로 보고 있다.20㎿를 태양광만으로 구성하려면 최소 13만㎡ 면적의 태양광 패널이 필요하다.이는 축구 경기장 18개에 달하는 크기다.개인주택이나 소형 기업이 사업장에 설치하기 어려운 규모다.대신 정부는 여러 발전소를 모아 20㎿ 용량을 넘기면 제도에 참여할 수 있는 집합전력자원을 인정하고 있다.
세 업체가 공통으로 꼽은 재생에너지 발전량 예측 기술력의 원천은 △양질의 기상예보 데이터 확보 △유효 데이터 선별 △다양한 예측 모델 혼합이다.재생에너지 발전량 예측은 크게 데이터 수집,벅샷 룰렛 다운 하는 법전처리,벅샷 룰렛 다운 하는 법성능 검증 과정을 거친다.기상 관련 데이터를 많이 모으는 것만큼 중요한 게 예측에 꼭 필요한 데이터를 분류하는 것이다.이는 설비 정지나 통신 이상 등으로 습득하는 비정상 데이터를 제거하고 정제된 데이터를 모으는 과정을 뜻한다.
제주에 본사를 둔 브이피피랩은 이 같은 과정을 거쳐 풍력과 태양광 발전량의 예측 오차를 줄이고 있다.일부 풍력 발전소 단지에서 브이피피랩의 발전량 예측 오차율은 5.2%를 기록했다.이는 전국 최저 수준의 풍력 발전량 예측 오차율이다.차병학 브이피피랩 대표는 “발전량 예측 기술은 좋은 기상예보 데이터를 확보하는 데 그치지 않고 개별 발전단지에 맞게 모델을 구축하고 여러 모델을 계속 비교하며 개선하는 주기 과정에서 결정된다”고 설명했다.
임성빈 에이치에너지 최고기술책임자(CTO)는 “공공 기상 예보만으론 국지적인 구름의 이동이나 그림자 효과를 완전히 파악하는 데 한계가 있다”며 “직접 전국의 환경 센서로 데이터를 수집하고 이를 머신러닝 모델에 반영해 우수한 발전량 예측 성능을 확보했다”고 말했다.
예측 자체의 오차를 줄이는 것만큼 중요한 것이 예측량과 실제 계량 사이의 격차를 줄이는 기술이다.두 수치의 편차를 줄이는 것만으로도 전력 계통 안정화에 이바지할 수 있다.하루 전 계산했던 예측치가 크게 어긋나도 예비 자원을 마련하면 편차를 줄일 방법이 생긴다.초과 발전 시에는 전력저장장치(ESS)에 발전량 일부를 저장하고,반대로 발전량 미달 시에는 ESS에 저장된 전력을 방전하는 식이다.국내 주요 VPP 사업자들은 이처럼 ESS를 활용한 재생에너지 충·방전을 적극 채택하고 있다.
김종규 식스티헤르츠 대표는 “재생에너지 발전 시설을 더 설치해야 한다는 사회적 공감대가 있지만 문제는 이미 전력망이 포화 상태라는 점”이라며 “새로 전력망을 건설하려면 오랜 시간이 걸리니 배전망에 ESS를 설치해 예비전력화하는 대안이 떠오르고 있다”고 설명했다.이어 “식스티헤르츠 역시 호남에서 파트너 기업과 재생에너지 배전망에 ESS를 설치하는 작업을 진행 중”이라고 덧붙였다.
차 대표는 “재생에너지 발전량 예측 산업은 발전소 운영 최적화와 전력 계통 안정화 기여로 무게 중심이 옮겨갈 것”이라며 “VPP 사업자들은 한국전력의 배전관리시스템과 연계해 배전망 안정화에 직접 기여하는 역할로 진화할 것”이라고 전망했다.임 CTO는 “VPP 사업자들에게 단순히 하루 전 발전량을 예측하는 능력을 넘어 당일 날씨 변화에 맞춰 예측치를 신속하게 갱신하고 실제 공급량을 관리하는 대응 능력이 중요해질 것”이라고 내다봤다.
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