중전압 컨버터, 그리드 변압기 대체하는 비용 효율적 대안 부상

파워 일렉트로닉스 INSIDER

중전압 컨버터는 발전소에서 가정과 기업으로 전기를 수송하는 더 저렴하고 효율적인 방법을 제공할 수 있다. NREL의 새로운 테스트베드가 이 유망한 기술 발전을 도울 수 있다. (이미지: Josh Bauer, NREL)

차량부터 난방 시스템, 쿡탑까지 모든 것을 전기화하려면 미국 전력망이 약 57% 확장되고 더 유연해져야 한다. 태양광과 풍력 에너지가 미래 청정 에너지 그리드를 지배할 재생에너지일 가능성이 가장 높다. 하지만 이들은 주로 전력이 필요한 허브에서 멀리 떨어진 외딴 지역에 있어 송전 시스템에 부담이 된다.

지난 4년간 NREL 팀은 백투백 중전압(1kV~35kV) 컨버터를 연구하기 위한 테스트베드를 구축했는데, 이는 중전압 변압기를 무게와 비용의 일부만으로 대체할 수 있다.

"이것은 유틸리티가 배전 시스템을 관리하는 완전히 새로운 방식을 여는 새로운 유형의 장비입니다."라고 NREL 연구원 Barry Mather는 말했다. "이 추가 장치가 시스템 내에 있다면 훨씬 더 높은 수준의 분산 에너지 자원을 회로에 투입할 수 있습니다."

"미국 전력망은 조금 독특합니다."라고 Mather는 말했다. "중전압 배전이 고객 바로 근처까지 갑니다." 중전압 피더가 전력을 지역 변압기로 가져가 표준 가정용 수준인 208/120볼트로 낮춘다.

나뭇가지가 전력선에 떨어져 동네 전기가 끊어지는 상황을 가정해보자. 오늘은 유틸리티 작업자가 변압기 스위치를 열고 닫아 인근 라인에서 전력을 끌어와 방해받은 라인으로 옮겨 적어도 일부 전력을 복구하면서 작업자들이 나무를 치운다. 하지만 변압기를 백투백 컨버터로 대체하면 전력을 자동으로 리다이렉트하여 정전 시간을 줄일 수 있다.

전력 공유는 비상시에만 유익한 게 아니다. 오늘날 많은 옥상 태양광 패널은 에너지를 먼저 저전압으로 변환한 다음 중전압으로 변환해야 한다. 중전압 컨버터를 사용하면 그 에너지가 불필요한 장애물을 건너뛸 수 있다.

"배전 시스템 전반에 걸친 일종의 전력 차익거래 같습니다."라고 Mather는 말했다. "분산 자원, 특히 태양광의 영향을 많이 완화할 수 있게 해줍니다."

간단히 말해 중전압 컨버터는 유틸리티가 전기가 지역 그리드를 통해 어떻게, 어디로 이동하는지 안전하게 제어하는 데 도움을 줄 수 있다. 그리고 그것은 미래 청정 에너지 그리드를 탄력적이고 신뢰할 수 있게 만드는 데 도움을 줄 수 있다.

중전압 컨버터는 여전히 비교적 새로운 기술이다. 즉, 미국 전력망에 도입하기에 충분히 효율적이고 저렴하며 안전한지 보장하기 위해 광범위한 테스트를 거쳐야 한다.

하지만 구축하고 연구하기 쉽지 않다. "시동, 운영, 종료 절차 체크리스트를 작성하고 다시 작성해야 했습니다."라고 NREL 연구 엔지니어 Ramanathan Thiagarajan은 말했다.

NREL 테스트베드를 위해 팀은 중전압 컨버터 혜택을 받을 수 있는 전력 시스템 복제품을 구축했다. 안전 — 승무원뿐만 아니라 프로토타입도 — 이 팀의 최우선 순위였다. 시티 버스 크기 정도 공간을 차지하는 전체 테스트베드는 검은 울타리로 둘러싸여 있다.

팀의 학술 파트너들이 하나의 프로토타입을 구축했다: 자체 쌍둥이와 백투백으로 작동하도록 설계된 10킬로볼트 실리콘 카바이드 기반 파워 컨버터. 연구진이 프로토타입을 그리드 복제품에 연결할 준비가 되었을 때, 전압을 조금씩 높여 중전압 범위까지 도달했다. 프로토타입이 너무 귀중하고(비싸서) 전압 서지로 손상시킬 위험이 없었기 때문이다.

"5킬로볼트 범위까지 도달했습니다."라고 Mather는 말했다. "거대한 숫자는 아니지만, 그건 다른 누구보다 더 높은 전압에서 작동한 것입니다."

다음으로 테스트베드를 더 많은 연구에 개방할 계획이다: 중전압 디바이스가 그리드 적응이나 수소를 또 다른 청정 에너지원으로 의존하는 데 어떻게 도울 수 있는지. NREL 팀은 완전히 새로운 시설에서 더 높은 전압에도 도달하길 희망한다. "중전압 전력 변환은 일반적으로 그 시기가 빠르게 다가오고 있는 것 같습니다."라고 Mather는 말했다. "더 많은 응용 분야와 더 많은 사람들이 이 분야에 관심을 가질 것입니다."

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