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Aug 31, 2023

하나의 장치가 전력망을 변화시키는 데 어떻게 도움이 될 수 있습니까?

더 많은 재생 에너지가 가동되고 화석 연료 발전소가 폐쇄됨에 따라 전 세계의 전력망을 안정적으로 운영하려면 업데이트가 필요합니다. JUAN MIGUEL CERVERA MERLO/ALAMY 재고 사진 제공

더 많은 재생 에너지가 가동되고 화석 연료 발전소가 폐쇄됨에 따라 전 세계의 전력망을 안정적으로 운영하려면 업데이트가 필요합니다.

JUAN MIGUEL CERVERA MERLO/ALAMY 재고 사진

알렉산드라 농담으로

2023년 8월 24일 오전 9:11

콜로라도에서 워싱턴까지, 오하이오에서 펜실베니아까지 석탄화력발전소가 문을 닫고 있습니다. 미국은 2026년까지 석탄에서 전력을 생산하는 용량의 절반을 폐기할 예정입니다. 이는 2011년 석탄의 정점에 비해 현저히 빠른 감소이며, 청정 에너지로의 전환과 기후 변화에 맞서 싸우는 중요한 단계입니다.

그러나 크고 오래된 발전소를 폐기하는 것에는 놀라운 단점이 있습니다. 이러한 발전소는 전력망의 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 더 많은 사람들이 오프라인 상태가 되면서 해당 작업을 수행하려면 다른 조치가 필요합니다.

전력망은 원자력 발전소나 풍력 터빈처럼 전력을 생산하는 시스템과 배터리, 송전선처럼 전력을 저장하고 전송하는 시스템을 포함하는 복잡한 네트워크입니다. 전력선에 나무가 쓰러지거나 시스템 용량을 압도하는 폭염 등 여러 가지 이유로 인해 그리드가 작동을 멈출 수 있습니다. 미국에서는 전기가 60헤르츠의 표준 주파수에서 심장 박동처럼 그리드를 통해 펄스됩니다. 수요가 공급 이상으로 증가하거나 대형 발전기와 같은 시스템이 오프라인 상태가 되는 경우 해당 주파수가 바뀔 수 있습니다. 60Hz 하트비트가 조금만 중단되더라도 그리드가 복구하는 데 어려움을 겪는 파급 효과가 발생할 수 있습니다.

대규모 발전소는 전력망이 이러한 파급 효과에 탄력적으로 대처할 수 있도록 설계되었습니다. 회전 발전기의 관성은 예상치 못한 정전이 발생할 경우 시간을 벌어주고, 그리드의 주파수에 따라 전력 출력을 지속적으로 조정하여 모든 것을 안정적으로 유지합니다. 그러나 풍력 터빈이나 태양광 패널과 같은 대량의 재생 가능 에너지를 통합하는 전력망은 매우 다르게 작동합니다. 이는 풍력 및 태양광 시설에서 생산된 직류(DC) 전기를 그리드용 교류(AC) 전기로 변환하기 위해 인버터라고 알려진 장치에 의존합니다. 그리고 인버터를 포함하는 재생 에너지 시스템은 기존 발전소처럼 작동하지 않습니다. "우리는 완전히 다른 물리적 시스템을 다루고 있습니다."라고 캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스의 전기 엔지니어인 Patricia Hidalgo-Gonzalez는 말합니다.

이제 더 많은 미국 전기가 재생 가능 에너지원에서 나옵니다. 전력망 형성 인버터는 에너지를 전력망에 안전하게 공급하는 데 큰 역할을 할 가능성이 높습니다.

따라서 연구자들은 대규모 발전소가 폐쇄되고 재생 가능 에너지가 미국 전력 생산량의 더 큰 비율을 차지함에 따라 전력망을 안정적으로 유지할 수 있는 방법을 찾고 있었습니다. 그 대답은 그리드 형성 인버터로 알려진 특별한 유형의 인버터에 있을 수 있습니다. 전자레인지보다 작은 크기부터 배송 컨테이너만큼 큰 크기까지 다양한 전기 장비는 풍력 터빈, 태양광 패널, 배터리 등 전력을 생산하거나 저장하는 장치와 장치 사이의 인터페이스에서 작동하도록 특별히 프로그래밍되었습니다. 그리드. 결정적으로, 대규모 발전소의 제어를 모방하는 방식으로 그리드로의 재생 에너지 흐름을 신속하고 즉각적으로 제어할 수 있습니다.

일부 그리드 형성 인버터를 기존 전력망에 추가함으로써 엔지니어는 대규모 발전소가 폐기될 때 손실되는 기능을 교체하는 데 도움을 줄 수 있습니다. 계통 형성 인버터에는 오프라인 상태가 된 계통을 자동으로 다시 시작하는 등 다른 장점도 있습니다. 이를 통해 폭염이나 허리케인과 같은 기후 변화로 인한 극심한 날씨로 인해 발생하는 정전에 대해 사회가 더 탄력적으로 대처할 수 있습니다(SN: 2/15/20, p. 22).

미국에서 태양광과 풍력으로 생산되는 전기의 양은 지난 10년 동안 극적으로 증가했습니다.

위스콘신대학교 매디슨 캠퍼스의 전기공학자인 도미닉 그로스(Dominic Gross)는 그리드 형성 인버터를 새끼 오리 떼가 따라다니는 어미 오리라고 생각한다고 말합니다. 그리드 형성 인버터는 그리드에 전압을 주입한 다음 시스템을 통해 흐르는 전력량에 따라 주파수를 조정할 수 있습니다. 그리드로 흐르는 다른 전기 공급원인 아기 오리는 발전소에서 펄스되는 전기 흐름과 마찬가지로 그리드 형성 인버터와 동기화할 수 있습니다.