가정용 태양광과 배터리 에너지저장장치(ESS)에 그리드포밍(GFM) 인버터를 적용하면 기존 방식보다 전력망의 주파수와 전압 안정성이 크게 개선된다는 연구 결과가 나왔다. 계통 안정화 서비스 수익 등을 반영하면 추가 투자비도 약 2.85년 만에 회수할 수 있는 것으로 분석됐다.

루마니아 부쿠레슈티경제대학 등이 참여한 국제 공동 연구진이 지난 10월28일(현지시간) 국제학술지 '저널 오브 에너지 스토리지(Journal of Energy Storage)'에 온라인 상으로 공개한 논문에 따르면, GFM 인버터는 기존 그리드팔로잉(GFL) 방식보다 전력망의 주파수와 전압 변동에 빠르게 대응하는 것으로 나타났다.

GFL 인버터는 기존 전력망의 전압과 주파수를 따라 전력을 공급하는 반면, GFM 인버터는 자체적으로 전압과 주파수 기준을 생성해 계통 안정화에 기여할 수 있다.

연구진은 5킬로와트피크(kWp) 태양광 발전설비와 10킬로와트시(kWh) 배터리를 결합한 가정용 시스템을 모델링했다. 실제 주택의 운전자료를 활용해 시뮬레이션 모델을 보정하고, 전력 부하가 1.2kW 증가하거나 계통 전압이 20% 떨어지는 상황을 분석했다.

그 결과, 급격한 부하 증가에 따른 최대 주파수 변화율(RoCoF)은 GFL 방식의 18.99Hz/s에서 GFM 방식의 6.34Hz/s로 약 66% 감소했다. 주파수가 안정되는 시간도 7.5초에서 3초로 줄었으며, 전압 저하 이후 회복시간은 5초에서 2초로 단축됐다.

연구진은 GFM 인버터가 외부 전력망에만 의존하지 않고 자체적인 전압·주파수 기준을 유지할 수 있어 계통이 불안정한 환경에서 유리하다고 설명했다. 정전 시 독립운전을 지원할 수 있다는 점도 기존 방식과의 차이로 제시했다.

경제성 분석에서도 GFM 방식이 추가 투자비를 상쇄할 가능성이 나타났다.

연구진은 운영기간 15년, 할인율 6%를 적용하고 초기 투자비를 GFL 방식 7000유로(약 1054만원), GFM 방식 8500유로(약 1279만원)로 가정했다. GFM의 추가 투자비는 1500유로(약 226만원)다.

이 조건에서 연간 순현금흐름은 GFL 방식이 615유로(약 93만원), GFM 방식이 1142유로(약 172만원)로 계산됐다. GFM의 연간 현금흐름이 527유로(약 79만원) 더 많아 추가 투자비를 약 2.85년에 회수할 수 있다는 결과다. 내부수익률(IRR)도 각각 3.7%와 10.4%로 나타났다.

경제성 차이는 GFM이 전력 자가소비 외에도 계통 보조서비스와 정전 대비, 태양광 출력 제한 감소에 따른 추가적인 가치를 제공할 수 있기 때문이다.

다만 경제성 분석에는 GFM 시스템이 연간 250유로(약 38만원)의 계통 보조서비스 수익을 얻는다는 가정이 포함됐다. 연구진은 이러한 수익을 확보하려면 가상발전소 등을 통한 전력시장 참여와 관련 요건 충족이 필요하며, 보조서비스 수익이 없을 경우 GFM의 경제성은 정전 대비와 전력 공급 안정성의 가치에 더 의존하게 된다고 설명했다.

신우준 기자 society@aitimes.com
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