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마이크로그리드는 한정된 수의 지역 사용자 간에 퍼져 있는 소규모 에너지 생산 및 저장 시설 네트워크입니다. 일반적으로 마이크로그리드는 더 큰 그리드에 연계되어 있습니다. 필요시 지역 그리드 전력과 완전히 단절된 “고립” 상태에서 작동할 수 있어야 합니다.
영구적인 백업 발전기 또는 태양광/배터리 저장소는 독립적으로 기능할 수 있다면 일종의 개인 마이크로그리드로 간주할 수 있습니다. 하지만 여기에서는 네트워크형 용량의 마이크로그리드를 다룹니다. 모든 보조 전력원(태양광 등)이 그리드 외부에서 기능할 수 있는 것은 아니며, 따라서 이러한 전력원은 적절하게 설정하지 않는 한 어느 쪽 정의도 충족하지 않습니다.
허리케인 이안으로 인한 정전: 마이크로그리드 에너지 대안?
2022년 9월 말에 허리케인 이안이 플로리다 전역을 폐허로 만들면서 일시적으로(일부 경우에는 장기간) 정전이 발생했습니다. 폭풍이 잠깐 사이에 대서양을 건너 오면서 사우스캐롤라이나 일부 지역까지 피해를 입어, 자연의 힘 앞에 인간도 전력 그리드도 나약하다는 점이 다시 한 번 드러났습니다.
허리케인이 발생할 때마다 그러하듯이 조명, 냉장고 및 선풍기를 작동하기 위한 소형 발전기의 수요가 급등했습니다. 이러한 발전기는 부분적인 솔루션이 될 수는 있지만 플로리다에서 가장 중요한 제품인 중앙 A/C 장치를 가동하기에는 턱없이 부족합니다. 하지만 그리드가 기능을 멈추더라도 그런 전력 불안감을 느끼지 않는 소수의 사람들이 있습니다. 바로 가정에 백업 발전기를 영구적으로 설치한 이들입니다. 태양광 및 배터리 시스템, 심지어 전기 차량까지 통합하는 최신 기술로 그리드와 독립된 작동을 가능하게 한 사람들도 있습니다. 다만 어느 쪽 옵션이든 가끔씩 사용하게 될 장치로서는 엄두가 나지 않을 정도로 비용이 많이 들 수 있습니다.
현재의 옵션은 편재하는 전력 그리드에 의존해 필요한 모든 전력을 공급받는 것 또는 완전히 자급자족하는 것입니다. 마이크로그리드 개념은 소규모 지역 사회 전력의 형태로 제3의 가능성을 제시합니다. 마이크로그리드를 활용하면 정전에 대처할 수 있을 뿐만 아니라 재생 에너지 및 지역 에너지 생산을 통합하여 상시 전력 비용을 절감할 수 있습니다.
마이크로그리드의 작동 원리
마이크로그리드는 본질적으로 다양한 전력 입력원과 작동 가능하여 가장 효율적이고 경제적인 발전 방식들 간에 부하의 균형을 지능적으로 맞출 수 있도록 설계되었습니다. 전체 그리드 정전이 발생하면 지역 마이크로그리드에서 그 기능을 대신 담당하여 최소한 한정된 양의 전기를 고객에게 공급합니다. 마이크로그리드는 국지적 이벤트로 인해 손상될 수 있기는 하지만, 먼 곳에서 전력 중단을 유발할 수 있는 광범위한 장애에 민감하지 않습니다.
또한 선진국에서는 그리드의 대부분이 거의 항상 정상적으로 작동합니다. 순수 백업 시스템과 달리 마이크로그리드 에너지 솔루션은 대규모 그리드가 정상적으로 기능하고 있을 때도 전력 사용량을 최적화하도록 구성할 수 있습니다. 마이크로그리드는 현장 재생 에너지 생산 및 백업용 지역 저장 방법을 활용할 수 있으며, 전력 획득 시점과 전력 사용 시간을 전환하는 데 도움이 됩니다.
예를 들어 간단한 마이크로그리드에 태양광 전지 판, 백업 배터리, 발전기가 있다면 주간에는 태양광 패널을 사용해 고객의 전력 수요 대부분을 충족할 수 있으며 부족분은 지역 전력 그리드에서 보충합니다. 야간에는 지역 그리드에서 전력을 더 많이 공급할 수 있으며 야간 에너지 요금이 더 저렴하다면 배터리를 충전할 수도 있습니다. 이후 에너지 요금이 더 높은 주간에 이러한 배터리를 부분적으로 방전시킬 수 있으며, 발전기는 테스트 및 유지 보수 목적 등 필요에 따라 가동할 수 있습니다.
따라서 마이크로그리드 시스템은 정상적인 전력 공급 시기에는 에너지 절약의 형태로 비용 상쇄에 기여하면서 지역 사회가 대규모 전력 장애에 대비하도록 할 수 있습니다. 태양광 마이크로그리드 시스템은 태양광 또는 기타 재생 에너지가 “풍작”인 경우 또는 특정 시점에 배터리를 방전시켜야 하는 경우 공공 설비에 전력을 판매할 수도 있습니다. 사용자의 필요에 따라 견고한 복원력(예: 병원 또는 군 기지) 또는 효율(예: 대학 캠퍼스) 중 원하는 쪽을 강조하는 형태로 마이크로그리드를 설정할 수 있습니다.
단거리 장점
발전 지점에서 저장 또는 사용 지점으로 이동하는 거리가 짧으면 복원력 측면에서 장점이 명백합니다. 마찬가지로 먼 거리로 전력을 송신하면 전선에서 열을 빼앗겨 손실이 발생합니다. 이 거리를 줄이면 그러한 손실 및 불일치를 최소화할 수 있습니다.
또한 그리드 전력은 대부분 교류(AC) 형태로 전달되는데, 많은 경우 이를 직류(DC)로 변환해야 하므로 역시 손실이 발생합니다. 태양광 패널은 처음부터 DC 전력을 생산하며 배터리는 DC 전력을 저장합니다. 이론적으로는 일반적인 AC/DC 변환 없이 이러한 에너지 유형을 공급하도록 마이크로그리드를 설정하여 효율을 높일 수 있습니다.
마지막으로, 이러한 장비를 보관하고 관리하는 것이 힘들 수 있지만, 그와 같은 설정으로 부수적인 장점을 누릴 수도 있음을 고려하십시오. 태양광 패널 아래를 지붕이 있는 주차 공간으로 활용하는 것은 몇몇 장소에서 이미 적용 중인 유용한 사용 사례이며, 지역 사회에서 재생 에너지 장비를 다른 방식으로 유용하거나 나아가 아름답게 만들 기타 조치를 채택할 가능성도 있습니다. 태양광 패널로 산업 단지, 대학, 지역에서 방문객을 맞이하는 기능적인 예술 작품을 만들거나 다른 다양한 개념을 고려해 볼 수 있습니다.
마이크로그리드 미래
에너지 생산의 미래는 어떤 모습일까요? 송신 손실을 줄일 수 있는 동시에 처음에는 재생 에너지를 사용하고, 이후 임시 백업 배터리를 사용하고, 마지막으로 장기적 지원에 화석 연료 발전을 사용하는 견고한 전력 생산 시스템의 막대한 장점을 떠올릴 수 있습니다. 어쩌면 태양광 패널 및 배터리로 AC 변환 없는 DC 전력이 확산될 수도 있을 것입니다.
하지만 융합 또는 심부 지열과 같은 기술이 정말로 실현되어 더 중앙화된 원천에서 거의 무한대로 전력을 공급할 수 있다면 어떨까요? 중앙화된 시스템은 더 심각하고 오래가는 장애에 더 취약할 것입니다. 마이크로그리드 개념의 유연성은 마이크로그리드가 사실상 어떤 시나리오에나 적응 가능함을 의미합니다.
마이크로그리드가 어떻게 발전해 나가든 Arrow는 혁신 선구자들이 구성 요소 필요를 충족할 수 있도록 도울 준비가 되어 있습니다. 더 효율적이고 신뢰할 수 있는 방식으로 자원을 사용해 가정 및 건물에 전력을 공급한다면 미래는 밝습니다.
