고압 변환기:그리드 변압기에 대한 비용 효율적인 대안

전력전자 내부자

중전압 변환기는 발전소에서 가정 및 기업으로 전기를 공급하는 보다 저렴하고 효율적인 방법을 제공할 수 있습니다. NREL의 새로운 테스트베드는 이러한 유망 기술을 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다. (이미지:조쉬 바우어, NREL).

차량부터 난방 시스템, 쿡탑에 이르기까지 모든 것을 전기화하려면 미국 전력망이 약 57% 확장되고 유연성도 높아져야 합니다. 태양광 및 풍력 에너지는 미래의 청정 에너지 그리드를 지배할 가능성이 가장 높은 재생 에너지입니다. 하지만 주로 전력이 필요한 허브에서 멀리 떨어진 외딴 지역에서 발견되는데, 이는 전송 시스템에 부담이 됩니다.

지난 4년 동안 NREL 팀은 무게와 비용을 최소화하면서 고압 변압기를 대체할 수 있는 연속 고압(1kV ~ 35kV) 변환기를 연구하기 위한 테스트베드를 구축했습니다.

NREL의 연구원인 Barry Mather는 "이것은 전력회사가 배전 시스템을 관리할 수 있는 완전히 새로운 방법을 열어주는 새로운 유형의 장비입니다."라고 말했습니다. “시스템 내에 이러한 추가 장치가 있다면 훨씬 더 높은 수준의 분산 에너지 자원을 회로에 투입할 수 있습니다.”

Mather는 "미국 그리드는 그다지 독특하지 않습니다."라고 말했습니다. "우리는 고객에게 매우 가까운 중전압 배전 장치를 보유하고 있습니다." 중전압 공급 장치는 지역 변압기에 전력을 공급하여 이를 표준 가정용 수준인 208/120V로 낮춥니다.

나뭇가지가 전선에 떨어져 이웃의 전기가 끊겼다고 가정해 보겠습니다. 오늘날 전력회사 작업자는 변압기의 스위치를 열고 닫아 인근 전선에서 중단된 전선으로 전력을 이동하고 작업자가 나무를 제거하는 동안 최소한 일부 전력을 복원할 수 있습니다. 하지만 변압기를 백투백 변환기로 교체할 수 있다면 전원이 자동으로 방향이 바뀌어 정전 시간이 줄어들 수 있습니다.

전력 공유는 긴급 상황에서만 도움이 되는 것이 아닙니다. 오늘날 옥상 태양광 패널 중 다수는 먼저 에너지를 저전압으로 변환한 다음 중간 전압으로 변환해야 합니다. 중전압 변환기를 사용하면 해당 에너지로 불필요한 장애물을 건너뛸 수 있습니다.

Mather는 “이것은 배전 시스템 전반에 걸친 권력 차익거래와 비슷합니다.”라고 말했습니다. “이를 통해 분산된 자원, 특히 태양열의 영향을 많이 완화할 수 있습니다.”

즉, 중전압 변환기는 전력회사가 전기가 지역 전력망을 통해 이동하는 방식과 위치를 안전하게 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그리고 이는 미래의 청정 에너지 그리드를 탄력적이고 안정적으로 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

중전압 변환기는 여전히 비교적 새로운 기술입니다. 이는 미국 전력망에 도입할 만큼 효율적이고 저렴하며 안전한지 확인하기 위해 광범위한 테스트를 거쳐야 함을 의미합니다.

그러나 그것들을 구축하거나 연구하는 것은 쉽지 않습니다. NREL의 연구 엔지니어인 Ramanathan Thiagarajan은 "가동, 작동 및 종료 절차에 대한 체크리스트를 작성하고 다시 작성해야 했습니다."라고 말했습니다.

NREL 테스트베드를 위해 팀은 중전압 변환기의 이점을 누릴 수 있는 일종의 전력 시스템 복제품을 구축했습니다. 승무원뿐만 아니라 프로토타입의 안전도 팀의 최우선 과제였습니다. 시내버스만한 공간을 차지하는 테스트베드 전체가 검은색 울타리로 둘러싸여 있다.

팀의 학술 파트너는 하나의 프로토타입, 즉 트윈과 연속적으로 작동하도록 설계된 10킬로볼트 실리콘 카바이드 기반 전력 변환기를 제작했습니다. 연구원들은 프로토타입을 그리드 복제본에 연결할 준비가 되었을 때 중간 전압 범위에 도달할 때까지 전압을 조금씩 올렸습니다. 프로토타입은 전압 서지로 인한 손상 위험을 감수하기에는 너무 귀중하고 비쌌습니다.

Mather는 “우리는 5킬로볼트 범위까지 도달했습니다.”라고 말했습니다. "엄청난 숫자는 아니지만 다른 어느 회사보다 높은 수치입니다."

다음으로, 그들은 중간 전압 장치가 그리드가 수소를 또 다른 청정 에너지원으로 채택하거나 의존하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지에 대한 추가 연구를 위해 테스트베드를 열 계획입니다. NREL 팀은 또한 완전히 새로운 시설에서 훨씬 더 높은 전압에 도달하기를 희망합니다. Mather는 “일반적으로 중전압 전력 변환의 시대가 빠르게 다가오고 있는 것처럼 보입니다.”라고 말했습니다. “우리는 점점 더 많은 지원서를 보게 될 것이며 이에 관심을 갖는 사람들도 점점 더 많아질 것입니다.

출처