1.8GW 가변속 양수발전 시장 ‘개화’
1.8GW 가변속 양수발전 시장 ‘개화’
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  • 이상복 기자
  • 승인 2022.03.21 07:00
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한수원 3개 신규양수발전소에 국내 첫 도입
히타치미쓰비시 시장 과점속 기술격차 확대
▲일본 간사이전력 오오카와우치 양수발전소내 가변속발전 전동기 회전자 설치장면
▲일본 간사이전력 오오카와우치 양수발전소에 가변속 전동기 회전자가 설치되고 있다.

[이투뉴스] 출력 변동성이 큰 재생에너지와 출력조절이 어려운 원전 등의 경직성 전원 증가로 전력계통의 안정적 수급과 품질유지에 적신호가 켜진 가운데 한국수력원자력이 2030~2034년 순차 준공하는 3개 신규양수발전소(설비용량 1.8GW)에 첨단 가변속시스템(Adjustable speed pumped storage hydropower plant)을 도입한다.

가변속양수는 상부저수지 물을 하부댐으로 흘려내려 발전할 때만 출력조절과 주파수 추종이 가능했던 기존 양수발전과 달리 하부댐 물을 상부저수지로 끌어올리는 펌핑 시에도 이런 기능을 수행할 수 있다. 1987년 22MVA급 첫 실증모델이 일본 나루데에 설치된 이래 지금까지 일본에서만 13기 3.5GW가 설치됐고 독일, 슬로베니아, 스위스, 포르투갈, 인도 등도 이미 첫 설비를 도입했거나 건설 중이다.  

20일 발전업계에 따르면 한수원은 8차 전력수급기본계획에 반영된 영동·홍천·포천 신규 양수발전 건설사업이 지난달 중순 기획재정부 예비타당성조사를 통과함에 따라 향후 주민설명회, 주기기선정, 환경영향평가, 전원개발사업 실시계획 승인 등의 절차를 거쳐 본격적인 토목공사를 시작할 예정이다. 전체 사업비는 4조1000억원에 달한다.

한수원 관계자는 “아직 정확하게 일정이 확정된 것은 아니지만, 주기기 입찰이나 발주도 준공일정에 따라 차질 없이 진행될 예정”이라며 "본사 차원에서도 수급계획 수립 때부터 일반양수보다는 성능이 우수한 가변속양수를 염두에 두고 있었던 것으로 안다. 재생에너지 증가로 양수 운영패턴에도 큰 변화가 있어 (가변속 도입은)불가피한 방향”이라고 말했다.

▲가변속양수발전기가 들어선 지하 발전동 내부 전경
▲가변속양수발전기가 들어선 지하 발전동 내부 전경

현재 가변속양수시장은 히타치미쓰비시(HM hydro)를 선두로 도시바 등 소수 일본 제조사가 과점하고 있다. 독일 호이트, 오스트리아 안드리츠, 미국 GE알스톰 등이 후발주자로 뛰어들었으나 1~2개 프로젝트를 수주한 뒤 후속 실적을 내지 못하고 있다. 업계 1위 HM hydro가 전체 18개 발전소 중 10곳에 자사 주기기를 공급했다. 

일본은 풍부한 수력자원을 활용하고 50여기가 넘는 원전을 운영하기 위해 양수설비를 30GW까지 증설했다. 2011년 후쿠시마 사고 이후 대다수 원전이 가동을 멈추면서 이용률이 감소했으나, 태양광 등 변동성 자원이 지속 유입되면서 최근에는 유용한 에너지저장장치(ESS)이자 계통 보조서비스(Ancillary service) 수단으로 활용되고 있다. 

업계 한 관계자는 "온실가스를 배출하지 않으면서 가스발전보다 빠른 응답성능으로 대용량 부하역할도 겸할 수 있는 자원은 양수발전 뿐"이라며 "특히 가변속의 경우 발전이든 펌핑이든 주파수나 전압 조정, 하향예비력 확보 등의 다양한 계통 요구사항을 수행할 수 있어 중국 등에서도 큰 관심을 보이고 있다"고 전했다. 통상 주기기 선정은 국제경쟁입찰로 부친다.

성능이 우수한만큼 가격은 일반양수 대비 비싸다. 전체 건설비에서 발전 및 제어설비가 차지하는 비중은 일반양수가 10%내외인 반면 가변속은 20~30%선으로 알려져 있다. 대신 수차 회전속도를 조절할 수 있어 최대출력 때는 0.5%, 중간부하 시에는 2.5% 효율이 높고 발전 시 운전범위도 정속기보다 20% 폭이 넓다. 펌핑 시 70~100% 구간에서 0.1초당 20MW까지 출력을 증감할 수도 있다. 

설비제작사 한 관계자는 “가변속양수는 특별한 기술력을 요구하는데, 안타까운 것은 국내기업이 아무리 서둘러도 100년이 넘는 수력발전 역사를 가진 일본 선두기업을 따라잡는 것이 불가능에 가깝다는 점”이라면서 “워낙 높은 신뢰도를 요구하는 설비인만큼 면밀한 기술검토와 공정한 평가를 거쳐 신중하게 도입하는 게 바람직하다. 주기기 도입 실패는 막대한 좌초비용이 유발한다”고 말했다. 

양수발전설비 운영관리(O&M)를 담당하고 있는 정비전문기업 관계자도 "양수설비는 한번 설치하면 최소 수십년간 사용해야 하는 설비로, 초기 비용에 연연하지 말고 완벽한 설비를 도입해야 운영과정까지 포함한 전체 비용을 절감할 수 있다"면서 "최근 정부의 석탄화력 감축과 재생에너지 확대로 양수이용률이 높아진만큼 급격한 부하변동과 다양한 계통상황에서도 제성능을 발휘할 수 있도록 건설해야 한다"고 조언했다.

'원조ESS'로 불리는 양수발전은 전력수요가 낮은 경부하 시간이나 재생에너지 발전량이 몰리는 시간대에 잉여전력을 이용해 하부댐 물을 상부댐으로 펌핑해 저장했다가 전력수요가 많은 첨두부하 시간에 하부 저수지로 물을 흘려보내면서 전력을 생산하는 발전설비다. GW단위의 대용량 전력저장이 가능하고 피크부하 상쇄나 주파수 안정화, 광역정전 시 기동전력 공급 등 다양한 역할을 수행하고 있다. 

이상복 기자 lsb@e2news.com 

▲가변속 펌프수차(터빈)
▲가변속 펌프수차(터빈)

 



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