양수 발전은 대규모 에너지 저장 분야에서 가장 널리 사용되고 성숙한 기술이며, 발전소의 설치 용량은 기가와트에 달할 수 있습니다. 현재 세계에서 가장 성숙하고 규모가 큰 에너지 저장 장치는 양수 발전입니다.
양수 발전 기술은 성숙하고 안정적이며, 높은 종합적 이점을 가지고 있으며, 피크 조절 및 백업에 자주 사용됩니다. 양수 발전은 대규모 에너지 저장 분야에서 가장 널리 사용되고 성숙된 기술이며, 발전소의 설치 용량은 기가와트에 달할 수 있습니다.
중국에너지연구협회 에너지저장전문가위원회의 불완전한 통계에 따르면, 양수 발전은 현재 세계에서 가장 성숙하고 규모가 큰 에너지 저장 장치입니다. 2019년 기준, 전 세계 운영 에너지 저장 용량은 1억 8천만 킬로와트에 달했고, 양수 발전 설비 용량은 1억 7천만 킬로와트를 넘어 전 세계 에너지 저장량의 94%를 차지했습니다.
양수 발전소는 전력 계통의 저부하 기간에 생산된 전기를 이용하여 물을 높은 곳으로 펌프질하여 저장하고, 첨두부하 기간에 물을 방출하여 전기를 생산합니다. 부하가 낮을 때는 양수 발전소가 전력을 소비하고, 부하가 첨두부하일 때는 발전소가 전력을 생산합니다.
양수 저장 장치는 물을 펌핑하고 전기를 생산하는 두 가지 기본 기능을 가지고 있습니다. 이 장치는 전력 계통의 부하가 최대에 도달할 때 수차로 작동합니다. 수차의 가이드 베인 개도는 조속기 시스템을 통해 조절되며, 물의 위치 에너지는 장치 회전의 기계적 에너지로 변환되고, 이 기계적 에너지는 발전기를 통해 전기 에너지로 변환됩니다.
전력 시스템 부하가 낮을 때는 워터 펌프를 사용하여 하부 저수지의 물을 상부 저수지로 펌핑합니다. 조속기 시스템의 자동 조절을 통해 가이드 베인 개도는 펌프 양정에 따라 자동으로 조절되고, 전기 에너지는 물 위치 에너지로 변환되어 저장됩니다.
양수 발전소는 전력 시스템의 피크 조정, 주파수 조정, 비상 백업 및 블랙 스타트 기능을 주로 담당합니다. 이를 통해 전력 시스템 부하를 개선하고 균형을 유지하며, 전력 공급 품질과 전력 시스템의 경제적 이익을 향상시키고, 전력망의 안전, 경제성, 그리고 안정적인 운영을 보장하는 핵심 역할을 합니다. 양수 발전소는 전력망의 안전 운영에서 "안정화 장치", "조정 장치", "균형 장치"로 불립니다.
세계 양수발전소의 발전 추세는 고양정, 대용량, 고속화입니다. 고양정은 단위 발전량이 더 높은 양정으로 발전하는 것을 의미하고, 대용량은 단위 발전량의 지속적인 증가를 의미하며, 고속화는 단위 발전량이 더 높은 비속도를 채택하는 것을 의미합니다.
발전소 구조 및 특성
양수 발전소의 주요 건물은 일반적으로 상부 저수지, 하부 저수지, 송수 시스템, 작업장 및 기타 특수 건물로 구성됩니다. 기존 수력 발전소와 비교하여 양수 발전소의 수력 구조물은 다음과 같은 주요 특징을 가지고 있습니다.
상부 저수지와 하부 저수지가 있습니다. 양수 발전소의 저수지 용량은 동일한 설비 용량을 가진 기존 수력 발전소와 비교할 때 일반적으로 비교적 작습니다.
저수지 수위는 변동폭이 크고 변동폭이 빈번합니다. 전력망의 첨두부하 저감 및 저류부하 저감 작업을 수행하기 위해 양수 발전소의 저수지 수위는 일일 변동폭이 비교적 커서 일반적으로 10~20m를 넘으며, 일부 발전소는 30~40m에 달합니다. 저수지 수위 변화율도 비교적 빨라 일반적으로 5~8m/h, 심지어 8~10m/h에 이릅니다.
저수지 누수 방지 요건이 높습니다. 순수 양수 발전소에서 상부 저수지의 누수로 인해 많은 양의 물 손실이 발생할 경우, 발전소의 발전량이 감소하게 됩니다. 동시에, 누수로 인해 프로젝트 지역의 수문지질학적 상태가 악화되어 누수 피해 및 집중 누수가 발생하는 것을 방지하기 위해 저수지 누수 방지 요건도 더욱 강화됩니다.
수두가 높습니다. 양수 발전소의 수두는 일반적으로 높으며, 대부분 200~800m입니다. 총 설비 용량이 180만 kW인 지시 양수 발전소는 우리나라 최초의 650m 수두 구간 프로젝트이고, 총 설비 용량이 140만 kW인 둔화 양수 발전소는 우리나라 최초의 700m 수두 구간 프로젝트입니다. 양수 기술의 지속적인 발전에 따라 우리나라의 고양정, 대용량 발전소가 증가할 것입니다.
이 장치는 낮은 고도에 설치됩니다. 발전소에 대한 부력과 누수의 영향을 극복하기 위해 최근 국내외에서 건설되는 대규모 양수 발전소는 대부분 지하 발전소 형태를 채택하고 있습니다.
세계 최초의 양수 발전소는 1882년에 건설된 스위스 취리히의 네트라 양수 발전소입니다. 중국의 양수 발전소 건설은 비교적 늦게 시작되었습니다. 최초의 사류 가역 유닛은 1968년 강난 저수지에 설치되었습니다. 이후 국내 에너지 산업의 급속한 발전과 함께 원자력과 화력 발전 설비 용량이 급격히 증가함에 따라 전력 계통에 해당 양수 발전소를 설치할 필요가 있었습니다.
1980년대 이후 중국은 대규모 양수 발전소 건설을 본격화하기 시작했습니다. 최근 몇 년간 중국 경제와 전력 산업의 급속한 발전에 힘입어, 중국은 대규모 양수 발전소의 설비 자율화 분야에서 괄목할 만한 과학기술 성과를 달성했습니다.
2020년 말 기준, 우리나라의 양수 발전 설비 용량은 3,149만 kW로 전년 대비 4.0% 증가했습니다. 2020년 전국 양수 발전 용량은 335억 kWh로 전년 대비 5.0% 증가했으며, 신규 양수 발전 용량은 120만 kWh입니다. 우리나라는 생산 및 건설 중인 양수 발전소를 모두 세계 1위로 평가하고 있습니다.
중국 국가전력망공사(State Grid Corporation of China)는 양수 발전에 항상 큰 중요성을 부여해 왔습니다. 현재 국가전력망공사는 22개의 양수 발전소를 운영 중이며, 30개의 양수 발전소를 건설 중입니다.
2016년에는 Zhen'an, Shaanxi, Jurong, Jiangsu, Qingyuan, Liaoning, Xiamen, Fujian 및 Fukang, Xinjiang에 5개의 양수 발전소 건설이 시작되었습니다.
2017년에는 허베이성 이현, 내몽고 지루이, 저장성 닝하이, 저장성 진윈, 허난성 뤄닝, 후난성 핑장에서 6개 양수발전소 건설이 시작되었습니다.
2019년에는 허베이성 푸닝, 지린성 자오허, 저장성 취장, 산둥성 웨이팡, 신장성 하미에 5개 양수 발전소 건설이 시작되었습니다.
2020년에는 Shanxi Yuanqu, Shanxi Hunyuan, Zhejiang Pan'an 및 Shandong Tai'an 2단계에 4개의 양수 발전소가 건설을 시작할 예정입니다.
우리나라 최초의 완전 자율형 양수발전소가 2011년 10월 성공적으로 준공되어, 우리나라가 양수발전소 설비 개발의 핵심 기술을 성공적으로 확보했음을 입증했습니다.
2013년 4월, 푸젠성 셴유 양수발전소가 정식 가동되어 발전에 들어갔습니다. 2016년 4월에는 단위 용량 37만 5천 kW의 저장성 셴유 양수발전소가 성공적으로 계통에 연결되었습니다. 우리나라의 대규모 양수발전소 자율화 설비는 지속적으로 보급되고 적용되고 있습니다.
국내 최초의 700m 양수 발전소입니다. 총 설비 용량은 140만 킬로와트입니다. 2021년 6월 4일, 1호기가 가동을 시작하여 발전하고 있습니다.
세계 최대 설비 용량을 갖춘 양수 발전소가 현재 건설 중입니다. 총 설비 용량은 360만 킬로와트입니다.
양수 발전은 기본형, 종합형, 공공형의 특성을 가지고 있습니다. 새로운 전력 시스템 공급원, 전력망, 부하 및 저장 링크의 조정 서비스에 참여할 수 있으며, 그 종합적인 이점은 더욱 큽니다. 전력 시스템 안전 공급 안정화 장치, 깨끗한 저탄소 밸런싱 장치, 그리고 고효율 운전 조정기 기능을 갖추고 있습니다.
첫째, 신에너지 비중이 높은 상황에서 전력 시스템의 안정적인 예비력 부족 문제를 효과적으로 해결하는 것입니다. 이중 용량 피크 조절의 이점을 활용하여 전력 시스템의 대용량 피크 조절 용량을 향상시키고, 신에너지 불안정성 및 저점에 따른 피크 부하로 인한 피크 부하 공급 문제를 완화할 수 있습니다. 이 기간 동안 신에너지의 대규모 개발로 인한 소비 어려움을 해소하여 신에너지 소비를 더욱 활성화할 수 있습니다.
둘째, 신에너지의 출력 특성과 부하 수요의 불일치를 효과적으로 처리하고, 신속한 대응의 유연한 조정 능력을 바탕으로 신에너지의 무작위성과 변동성에 더욱 잘 적응하고, 신에너지가 가져오는 "날씨에 따른" 유연한 조정 수요를 충족시키는 것입니다.
셋째, 고비중 신에너지 전력 시스템의 관성 모멘트 부족 문제를 효과적으로 해결하는 것입니다. 동기 발전기의 높은 관성 모멘트를 활용하여 시스템의 항외란 성능을 효과적으로 향상시키고 시스템 주파수 안정성을 유지할 수 있습니다.
네 번째는 "더블 하이" 형태가 새로운 전력 시스템에 미칠 수 있는 잠재적 안전 영향을 효과적으로 처리하고, 비상 백업 기능을 수행하며, 신속한 기동-정지 및 신속한 전력 증압 기능을 통해 언제든지 갑작스러운 조정 요구에 대응할 수 있도록 하는 것입니다. 동시에, 무정전 부하로서 펌핑 유닛의 정격 부하를 밀리초 단위의 응답 속도로 안전하게 제거하여 시스템의 안전하고 안정적인 운영을 향상시킬 수 있습니다.
다섯째, 대규모 신재생에너지망 구축으로 인한 높은 조정 비용을 효과적으로 해결해야 합니다. 합리적인 운영 방식을 통해 화력 발전과 결합하여 탄소 감축 및 효율 향상을 도모하고, 풍력 및 태양광 발전의 폐기를 줄이며, 용량 배분을 촉진하고, 전체 시스템의 경제성과 청정 운영을 개선해야 합니다.
인프라 자원의 최적화와 통합을 강화하고, 건설 중인 30개 프로젝트의 안전, 품질, 진도 관리를 조율하며, 기계화 건설, 지능 제어, 표준화 건설을 강력히 추진하고, 공사 기간을 최적화하며, "14차 5개년 계획" 기간 동안 양수 저장 용량이 2,000만 킬로와트를 초과하고, 2030년까지 운영 설비 용량이 7,000만 킬로와트를 초과하도록 보장합니다.
둘째, 린 경영(Lean Management)을 강화합니다. "이중 탄소" 목표와 회사 전략 실행을 중심으로 계획 지침을 강화하고, 양수발전 "제14차 5개년" 개발 계획을 체계적으로 준비합니다. 프로젝트의 예비 작업 절차를 과학적으로 최적화하고, 사업 타당성 조사 및 승인을 체계적으로 진행합니다. 안전, 품질, 공사 기간, 비용에 중점을 두고, 엔지니어링 건설의 지능형 관리 및 제어, 기계화 건설, 친환경 건설을 적극적으로 추진하여 건설 중인 프로젝트가 최대한 빨리 성과를 달성할 수 있도록 합니다.
설비 수명 주기 관리를 심화하고, 유닛 전력망 서비스 연구를 심화하며, 유닛 운영 전략을 최적화하고, 전력망의 안전하고 안정적인 운영을 위해 최선을 다합니다. 다차원 린 경영을 심화하고, 현대 스마트 공급망 구축을 가속화하며, 자재 관리 시스템을 개선하고, 자본, 자원, 기술, 데이터 등 생산 요소를 과학적으로 배분하여 품질과 효율성을 대폭 향상시키고, 경영 효율성과 운영 효율성을 전면적으로 개선합니다.
셋째, 기술 혁신의 돌파구를 모색합니다. 과학기술 혁신을 위한 "신약전 행동 계획"을 심층적으로 이행하고, 과학 연구 투자를 확대하며, 자주적 혁신 역량을 향상시킵니다. 가변속 유닛 기술 적용을 확대하고, 400MW 대용량 유닛 기술 연구개발을 강화하며, 펌프-터빈 모델 실험실과 시뮬레이션 실험실 건설을 가속화하고, 자주적 과학기술 혁신 플랫폼 구축에 총력을 다합니다.
과학 연구 레이아웃과 자원 배분을 최적화하고, 양수 발전 핵심 기술 연구를 강화하며, "교착 상태"라는 기술적 문제를 해결하기 위해 노력합니다. "빅 클라우드 IoT 스마트 체인" 등 신기술 적용 연구를 심화하고, 디지털 지능형 발전소 건설을 전면적으로 전개하며, 기업의 디지털 전환을 가속화합니다.
게시 시간: 2022년 3월 7일
