중국남방전력망공사는 ‘탄소 피크 부하 감축 및 탄소 중립화’라는 목표 달성과 새로운 전력 시스템 구축을 위해 2030년까지 남부 지역에 새로운 전력 시스템의 기본 구조를 구축하고 2060년까지 완전히 완공하겠다는 계획을 명확히 제시했습니다. 이 과정에서 양수발전 사업을 적극적으로 추진할 것입니다. 제14차, 제15차, 제16차 5개년 계획 기간 동안 각각 600만 킬로와트, 1,500만 킬로와트, 1,500만 킬로와트의 설치 용량을 증설할 계획입니다. 2035년까지 남부 지역의 양수발전 용량을 약 4,400만 킬로와트까지 확대하여 전력 시스템의 교란 균형 장치, 부하 균형 장치, 전력망 안정 장치로서 새로운 역할을 수행할 수 있도록 노력할 것입니다.
출처: 위챗 공식 계정 "중국 에너지 미디어 지능형 제조"
저자: 펑위민, 중국 남방전력망 피크쉐이빙 및 주파수변조발전유한공사 에너지저장연구소
새로운 전력 시스템의 주요 특징
새로운 전력 시스템은 청정에너지가 주도하며, 에너지 소비에서 신에너지가 차지하는 비중은 지속적으로 증가하여 신에너지, 수력, 원자력을 주요 발전 형태로 하는 에너지 이용 형태를 점진적으로 형성할 것입니다. 화석 에너지 소비 비중은 탄소 중립 목표 달성을 위해 점진적으로 감소하고, 잔여 화석 에너지 설비는 새로운 전력 시스템의 예비 전력으로 활용될 것입니다. 새로운 전력 시스템에서 신에너지는 중앙집중식과 분산식 방식으로 전력망에 연결됩니다. 중앙집중식 연결 측면에서 남부 지역은 2025년까지 육상 풍력 발전 2,400만 킬로와트 이상, 해상 풍력 발전 2,000만 킬로와트 이상, 태양광 발전 5,600만 킬로와트 이상을 달성하는 것을 목표로 합니다. 분산식 연결 측면에서는 지역 여건에 맞춰 소규모 용량, 저전압 연결, 인근 지역 소비가 가능한 분산형 발전 시설이 각 지역에 건설될 것입니다.
신에너지를 주축으로 하는 새로운 전력 시스템에서 신에너지 발전 설비의 실제 출력은 기상 환경의 영향을 크게 받아 불규칙성, 변동성, 간헐성 등의 특징을 보인다. 전기 에너지 대체, 가정용 에너지 저장 설비, 스마트 홈의 광범위한 보급으로 사용자 측 부하는 다양화되고 상호 작용하는 방향으로 발전하고 있으며, 사용자 단말기는 소비자이면서 동시에 생산자이기도 한 새로운 모드로 진입하고 있다. 신에너지를 주축으로 하는 새로운 전력 시스템은 신에너지 비중과 전력 전자 설비 비중이 모두 높은 "이중 고(二重)" 특성을 나타낸다. 신에너지의 대규모 변동과 다양한 극한 상황에 대응하기 위해서는 신에너지의 설치 용량 및 출력 규모에 맞춰 양수발전소의 설치 용량을 적절히 조정해야 한다. 신에너지 출력이 비정상적으로 변동할 경우, 양수발전소는 신전력 시스템이 계통에 최대한 통합된 상태를 유지하고, 신전력 시스템이 기존 전력 시스템으로 전환되는 것을 방지해야 한다. 따라서 양수 발전소의 개발 및 건설은 더욱 빠르고 대규모로 진행될 것입니다.
양수발전의 급속 대규모 개발에 따른 문제점과 대책
급속하고 대규모적인 개발 및 건설은 안전, 품질 및 인력 부족 문제를 야기했습니다. 새로운 전력 시스템 건설 수요를 충족하기 위해 매년 상당수의 양수 발전소 건설이 승인되었으며, 필요한 건설 기간 또한 8~10년에서 4~6년으로 크게 단축되었습니다. 이러한 프로젝트의 급속한 개발 및 건설은 필연적으로 안전, 품질 및 인력 부족 문제를 초래할 것입니다.
급속한 개발 및 건설 프로젝트로 인해 발생하는 일련의 문제들을 해결하기 위해, 건설 및 프로젝트 관리 부서는 우선 양수 발전소 토목 공사의 기계화 및 지능화에 대한 기술 연구 및 실천을 수행해야 합니다. 다수의 지하 공동 굴착을 위해 TBM(터널 굴착기) 기술을 도입하고, 양수 발전소의 특성에 맞춘 TBM 장비를 개발하여 건설 기술 계획을 수립했습니다. 토목 공사 중 굴착, 운반, 지지, 역아치 등 다양한 작업 시나리오를 고려하여 기계화 및 지능화 건설 전 과정을 지원하는 응용 방안을 개발하고, 개별 공정 장비의 지능화, 전 공정 건설 시스템 자동화, 장비 건설 정보의 디지털화, 원격 제어 기계 장비의 무인 건설, 건설 품질의 지능형 인식 분석 등과 같은 주제에 대한 연구를 수행하여 다양한 기계화 및 지능화 건설 장비 및 시스템을 개발했습니다.
기계 및 전기 공학의 기계화 및 지능화 측면에서, 우리는 작업자 감소, 작업 효율 향상, 작업 위험 감소 등의 관점에서 기계화 및 지능화의 적용 수요와 가능성을 분석하고, 기계 및 전기 장비 설치의 다양한 작업 시나리오에 맞춰 다양한 기계 및 전기 공학 기계화 및 지능화 건설 장비 및 시스템을 개발할 수 있습니다.
또한, 3D 엔지니어링 설계 및 시뮬레이션 기술을 활용하면 일부 시설 및 장비를 사전에 제작하고 시뮬레이션할 수 있어, 작업의 일부를 미리 완료하고 현장 건설 기간을 단축할 뿐만 아니라, 기능 검사 및 품질 관리를 사전에 수행하여 품질 및 안전 관리 수준을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다.
대규모 발전소 운영은 안정적인 운영, 지능화 및 집약적 관리라는 문제를 야기합니다. 특히 대규모 양수 발전소 운영은 높은 운영 및 유지 보수 비용, 인력 부족 등의 문제를 초래할 수 있습니다. 운영 및 유지 보수 비용을 절감하기 위해서는 양수 발전 장치의 운영 신뢰성을 향상시키는 것이 중요하며, 인력 부족 문제를 해결하기 위해서는 발전소의 지능화되고 집약적인 운영 관리를 실현해야 합니다.
양수발전소의 운영 신뢰성을 향상시키기 위해, 설비 유형 선정 및 설계 측면에서 기술자들은 양수발전소 설계 및 운영에 대한 실무 경험을 심층적으로 정리하고, 양수발전소 관련 설비 하위 시스템에 대한 최적화 설계, 유형 선정 및 표준화 연구를 수행하며, 설비 시운전, 고장 처리 및 유지보수 경험에 따라 이를 반복적으로 업데이트해야 합니다. 설비 제조 측면에서, 기존 양수발전소는 여전히 일부 핵심 설비 제조 기술을 해외 제조업체에 의존하고 있습니다. 이러한 "병목" 설비에 대한 국산화 연구를 수행하고, 오랜 운영 및 유지보수 경험과 전략을 접목하여 핵심 설비의 제품 품질과 운영 신뢰성을 효과적으로 향상시켜야 합니다. 설비 운영 모니터링 측면에서, 기술자들은 설비 상태의 관찰 가능성과 측정 가능성을 고려하여 설비 상태 모니터링 요소 구성 표준을 체계적으로 수립하고, 본질 안전 요구사항에 기반한 설비 제어 전략, 상태 모니터링 전략 및 건전성 평가 방법에 대한 심층적인 연구를 수행해야 합니다. 또한, 설비 상태 모니터링을 위한 지능형 분석 및 조기 경보 플랫폼을 구축하여 설비의 잠재적 위험을 사전에 발견하고 적시에 조기 경보를 발령해야 합니다.
발전소의 지능적이고 집약적인 운영 관리를 실현하기 위해서는 기술자들이 장비 제어 및 운영 측면에서 장비 자동 제어 또는 원터치 조작 기술에 대한 연구를 수행하여 인력 개입 없이 완전 자동 시동 및 정지, 부하 조절을 구현하고, 가능한 한 운전 순서화 및 다차원 지능형 확인을 실현해야 합니다. 장비 검사 측면에서는 머신 비전 인식, 머신 청각 인식, 로봇 검사 등에 대한 기술 연구를 수행하고 검사 장비 교체에 대한 기술 실습을 실시할 수 있습니다. 발전소의 집약적인 운영 측면에서는 1인 다중 발전소 중앙 모니터링 기술에 대한 연구 및 실습을 통해 양수 발전소 개발로 인한 인력 부족 문제를 효과적으로 해결해야 합니다.
분산형 신에너지원의 대규모 소비로 인해 양수발전소의 소형화와 다중 에너지 보완의 통합 운영이 요구되고 있습니다. 새로운 전력 시스템의 특징은 저전압 계통에서 운영되는 소규모 신에너지원이 전력망 곳곳에 분산되어 있다는 점입니다. 이러한 분산형 신에너지원을 최대한 흡수 및 활용하고 대규모 전력망의 전력 혼잡을 효과적으로 완화하기 위해서는 분산형 신에너지원 인근에 분산형 양수발전소를 건설하여 저전압 계통을 통해 신에너지를 지역적으로 저장, 소비 및 활용하는 것이 필요합니다. 따라서 양수발전소의 소형화와 다중 에너지 보완의 통합 운영 문제를 해결해야 합니다.
엔지니어와 기술자들은 소형 가역 양수발전소, 동축형 펌프 및 터빈 독립 운전, 소형 수력발전소와 양수발전소의 공동 운전 등 다양한 유형의 분산형 양수발전소의 부지 선정, 설계 및 제조, 제어 전략 및 통합 적용에 대한 연구를 적극적으로 수행해야 합니다. 동시에 양수발전과 풍력, 조명, 수력 발전의 통합 운전 기술에 대한 연구 및 프로젝트 실증을 통해 새로운 전력 시스템에서 에너지 효율성과 경제적 상호 작용을 모색하기 위한 기술적 해결책을 제시해야 합니다.
고탄력성 전력망에 적합한 가변속 양수발전기의 기술적 "병목 현상" 문제. 가변속 양수발전기는 1차 주파수 조정에 대한 빠른 응답, 펌프 작동 조건에 따른 입력력 조절, 최적 곡선에서의 운전, 민감한 응답 및 높은 관성 모멘트 등의 특징을 가지고 있습니다. 전력망의 불확실성과 변동성을 효과적으로 억제하고, 발전측과 사용측에서 발생하는 신에너지 과잉 전력을 보다 정확하게 조정 및 흡수하며, 고탄력적이고 상호작용적인 전력망의 부하 균형을 원활하게 유지하기 위해서는 전력망 내 가변속 양수발전기의 비중을 높이는 것이 필수적입니다. 그러나 현재 가변속 양수발전기의 핵심 기술은 대부분 해외 업체에 집중되어 있어 기술적 "병목 현상" 문제를 해결해야 합니다.
핵심 기술의 독립적인 제어를 실현하기 위해서는 국내 과학 연구 및 기술력을 집중하여 가변속 발전기 및 펌프 터빈의 설계 및 개발, 교류 여자 변환기의 제어 전략 및 장치 개발, 가변속 장치의 통합 제어 전략 및 장치 개발, 가변속 장치용 조속기 제어 전략 연구, 가변속 장치의 작동 조건 전환 과정 및 통합 제어 전략 연구를 심층적으로 수행하여 대형 가변속 장치의 완전한 국산화 설계 및 제조와 엔지니어링 실증 적용을 실현해야 합니다.
게시 시간: 2022년 12월 9일
