강의노트 직류 전력 공급 모델

개요

• 직류 배전시스템의 직류 전력 공급모델은 주로 상용 계통 22.9kV 정도까지의 상용 전력을 직류 전력으로 변환하여 빌딩 내부나 제한된 급전 지역에 직류 전력을 공급하는 모델을 생각한다.
• 직류 전력 공급으로 인해 전력 공급의 신뢰도가 증가됨으로써 혜택을 받을 수 있는 주요한 수용가는 인터넷 데이터센터와 은행, 병원 등이 있다.
• 이러한 수용가는 대다수의 부하가 디지털 마이크로프로세서 등이 포함되어 있어, 지속적이거나, 수십 ms 정도의 순간적인 정전에도 치명적인 타격을 입을 수 있으므로, 전력공급의 신뢰도가 매우 중요한 시설들이라고 할 수 있다.

대상 수용가의 규모 및 적정전압

• 소규모의 병원에서부터 대규모 인터넷 데이터센터를 고려하면 용량은 수백 kW $\sim$ 수십 MW 정도로 예상된다.
• 직류 전압은 통신용 장치에 많이 이용되고 있고 직류 48V를 기준으로 효율을 생각하면 48V $\sim$ 수백 V가 예상된다.

직류 급전 모델의 기본구성

• 상용계통 22.9kV 정도의 상용전력을 빌딩 내 정류 장치에서 직류 전력으로 변환한다.
• 직류 전력은 연료전지와 태양광발전 등의 직류출력과 맞춰 에너지 저장장치 등의 축전지에 충전하면서 직류 부하로 급전한다.
• 상용 계통이 정전된 경우에는 축전지에서 급전하고 장시간 정전인 경우에는 발전기와 연료전지에서 급전한다. 이러한 형태로 정전이 없는 고신뢰의 급전시스템을 만들 수 있다.

교류 전력 공급과 직류 전력 공급의 혼용

• 통상의 수용가는 교류 전력을 정류하여 시설 내에 필요한 전력을 공급한다.
• 수용가의 부하는 전력 품질이 중요한 민감부하와 전력품질에 크게 좌우되지 않는 일반적인 교류 부하가 혼합되어 있다.
• 일반 교류 부하와 직류 부하의 비율은 고 신뢰도를 기대하는 부하의 용량에 따라 바뀐다.
• 고품질의 전력을 기대하는 부하에는 직류 급전을 하고 품질에 관계없는 조명, 사무기기 등의 일반적인 부하에는 교류 전력 공급 방식으로 급전을 하는 형태가 될 것이다.

분산 전원

• 수용가에 설치된 연료전지와 태양광 발전 등의 직류를 출력하는 분산 전원은 교류로의 변환 없이 곧바로 직류로 급전할 수 있으며 변환 손실이 적고 환경 및 비용 면에서 장점이 있다.
• 이러한 이유로 직류 전력 공급 방식에는 신재생 에너지원이 도입될 가능성이 높다.

에너지저장 장치

• 태양광 발전 등의 신재생 에너지원이 포함될 경우, 이들은 출력이 주변 환경 요인에 의하여 변화되므로 시스템의 안정성과 신뢰성을 유지하기 위해서는 이들의 백업으로서 에너지저장 시스템을 설치하는 것이 중요하다.

제어 방식

• 종래의 통신용 직류 배전 시스템으로 이용되고 있는 기술의 연장선 위에 있으므로 특별히 새로운 기술이 필요하지 않을 것으로 생각된다.
• 직류 급전 시스템에서는 신뢰도의 확보를 위해서 직류 배전 시스템의 효율적 설계가 중요하다.

직류 급전 모델의 장점

• 직류 급전 모델의 장점은 고 신뢰성과 고효율이 있다.
• 인터넷의 보급에 의한 현 사회에서 네트워크는 일상생활에 꼭 필요하다.
• 네트워크의 정지는 비즈니스에 대단한 영향을 미치게 된다.
• 이것으로 고 신뢰성은 직류 급전의 큰 장점이 된다.
• 직류 급전 모델은 변환 단수가 적기 때문에 시스템 효율이 높다.
• 이러한 이유로 운전 비용 절감이 장점이 되고, 친환경적이다.

직류 급전 모델의 단점

• 직류 부하 장치는 교류 부하장치에 비해 압도적으로 그 수가 적고 가격이 비싸다.
• 그러나 각 부하 장치의 부품 수에서는 교류 부하 장치에 비해 교환 단수가 적어 비용이 싸다.
• 운전 비용도 저렴하므로 도입수가 증가함에 따라 가격도 내려갈 것으로 예상된다.

기대 효과

• 인터넷 데이터센터와 은행 등 상시 서비스가 필요한 장소에서는 정전시 발생하는 피해 비용이 크므로 신뢰도가 높은 급전이 요구되며 앞으로 도입이 추진될 것이다.
• 그밖에 병원과 공장 등 상시는 아니지만 긴급 시에 백업 전원이 필요한 장소에서도 분산형 전원의 보급에 의한 비용 절감 효과와 긴급 시 백업에 의한 고 신뢰성 면에서 직류 급전시스템의 도입이 기대된다.