출처: generatorsource.com
마이크로그리드의 개념은 수년 동안 존재해 왔습니다. 최근에야 그들은 많은 새로운 프로젝트가 현실화되고 생산에 투입됨에 따라 상당한 견인력과 압력을 얻었습니다. Bloom Energy는 최근 500개의 새로운 마이크로그리드가 올해(2019년) 현재 진행 중이거나 배치될 예정이며 전 세계 총계는 여러 GW 범위에 있다고 보고했습니다.
핵심적으로 마이크로그리드는 분산된 에너지 자원을 관리하도록 설정된 소형 전력 그리드 시스템이며 재생 가능 에너지(태양열, 풍력 및/또는 수력)를 다른 재생 불가능 소스(예: 디젤 발전기, 가스 터빈, 등.). 이러한 마이크로그리드는 일반적으로 여러 세대 시스템의 에너지 부하를 관리하고 일부 유형의 에너지 저장 시스템도 사용합니다. 그들은 다양한 유형의 소프트웨어 및 제어 시스템을 사용하여 이 모든 것을 사용하고 관리합니다. 유틸리티 그리드와 병렬로 작동하도록 설정하고 비상 시 또는 특정 요구 사항에 따라 독립 실행형 모드로 실행하도록 설정할 수도 있습니다.
마이크로그리드 기초 - 마이크로그리드란?
미국 에너지부(DOE)는 마이크로그리드를 "그리드와 관련하여 제어 가능한 단일 엔터티로 작동하는 명확하게 정의된 전기 경계 내에서 상호 연결된 부하 및 분산 에너지 자원의 그룹"으로 정의합니다. 그리드 모드와 아일랜드 모드 모두에서 작동할 수 있도록 합니다."
또한 DOE는 "마이크로그리드가 전력 신뢰성 및 품질 개선을 위한 스마트 그리드의 핵심 구성 요소로 확인되었으며,
시스템 에너지 효율성 및 개별 최종 사용자 사이트에 그리드 독립 가능성 제공" 마이크로그리드 기술 사용의 이점은 다음과 같습니다.
- 그리드 및 여러 스마트 그리드 기술과 통합
- 분산 및 재생 에너지 통합, 피크 부하 감소
- 중요한 전력 수요가 있는 단지에 에너지 공급 보장
다른 조직에서는 다중 부하 및 섬 생성 개념을 포함하여 마이크로그리드를 유사하게 정의합니다. 섬 발전은 풍력, 태양열, 수력 발전 또는 디젤/NG 발전으로 공급되는 전력입니다.
첫 번째 그래픽의 그림은 유틸리티 전원을 기본 소스로 사용하는 마이크로그리드입니다. 풍력 및 태양광 발전소는 전력 공급이 중단되었을 때 비상용으로 배터리 뱅크에 전력을 공급합니다. 둘 다 일반적으로 시설 운영 비용을 낮추기 위해 그리드에 연결됩니다. 유틸리티 전력이 손실되면 복합 단지는 풍력 및 태양열 설비의 배터리 전력으로 전환됩니다. 발전기가 시작되고 배터리의 부하를 가정합니다. 회로의 부하측 건물은 배전망 설계로 인해 전력 변동이 없습니다. 유틸리티 전원이 복구되면 부하가 유틸리티 공급 장치로 반환되고 백업 발전기가 종료됩니다. 풍력 및 태양광 발전소가 정상 운영으로 돌아갑니다.
마이크로그리드의 설계 및 구성에는 많은 요소가 포함됩니다. 발전 및 분배 기술의 발전으로 전력 소비를 줄이고 친환경 발전 방법을 사용하며 중요한 전원 공급 장치 요구 사항을 충족하는 시스템이 가능해졌습니다. 각 전원 및 제어 시스템에 대한 기본 정보는 아래에 요약되어 있습니다. 이 마이크로그리드의 구성은 허구이지만 DOE 프로젝트의 개념에서 모델링되었습니다.
유틸리티 전력 및 부하
가장 일반적인 마이크로그리드는 지역 전력 회사에서 공급되는 유틸리티 전력을 기본 공급 장치로 사용합니다. 원거리에 위치한 마이크로그리드는 수력 발전을 주 전력으로 사용하거나 화석 연료 발전소를 주 전력으로 사용할 수 있습니다.
발전소는 고전압 전기를 생산합니다. 일부는 승압 변압기를 사용하여 변전소로의 전송을 위해 전압을 높입니다. 변전소는 고압선을 통해 발전소로부터 전압을 받습니다. 전압은 요구 사항에 맞게 조정되어 고객에게 배포됩니다.
병원, 주립 교정 시설 및 데이터 센터는 무정전 전원(UPS)이 필요한 산업 중 일부입니다. 많은 건물에는 일정한 전력이 필요한 여러 건물이 있습니다. 일부 건물에는 전압, 전류 및/또는 주파수 요구 사항으로 인해 절연 전원이 필요한 영역이 있을 수 있습니다.
이러한 설치는 정상적인 일상 작업을 수행하는 데 막대한 양의 전력을 소비합니다. 단지 전용 변전소의 고압선에서 전력을 공급받습니다. 전압은 승압 또는 강압 변압기를 사용하여 원하는 수준으로 조정됩니다. 모든 전력은 건물 전체에 분배할 수 있도록 스위칭 및 제어 패널을 통해 전달됩니다.
각 건물은 전기 부하를 나타냅니다. 건물에 하나 이상의 전용 하중이 있을 수 있습니다. 건물의 2차 부하 지점의 예는 주파수 변환기입니다. 하나의 양의 전압 피크와 하나의 음의 전압 피크는 1사이클(Hz)과 같습니다. 공통 공급은 50Hz 또는 60Hz입니다. 일부 장비는 작동하려면 400Hz 전원 공급 장치가 필요합니다. 주파수 변환기는 50Hz 또는 60Hz를 400Hz로 변경합니다. 건물에는 이차 부하 지점의 다른 많은 예가 있습니다. 마이크로그리드 설계에서는 모든 것이 단일 지점에서 제어됩니다.
백업 및 피크 수요 발전기 전력
백업 발전기는 유틸리티 전원이 꺼지면 그리드에 전원을 공급합니다. 발전기는 엔진과 교류 발전기(발전기 끝)로 구성됩니다. 천연 가스(NG) 및 디젤 엔진은 업계 표준입니다. NG 연료 엔진은 유틸리티 가스 공급이 중단되지 않는 한 무한정 작동할 수 있습니다. 공급이 확보되면 백업 전원을 사용할 수 없습니다.
디젤 연료 엔진이 장착된 발전기는 천연 가스 공급을 포함하여 모든 인프라가 고장나도 작동할 수 있습니다. 주 연료 공급 탱크를 모니터링하고 부족할 때 보충해야 합니다. 자동 시스템은 연료 부족으로 인한 정지를 방지하기 위해 탱크 레벨이 미리 결정된 지점에 있을 때 작업자에게 알릴 수 있습니다.
실내 발전기 애플리케이션
엔진, 냉각 시스템 및 발전기 끝은 모두 강철 빔으로 제작된 스키드에 장착됩니다. 스키드는 건물 바닥에 장착됩니다. 작동 중 진동을 줄이기 위해 주요 위치에 고무 마운트가 사용됩니다.
이 스타일 발전기에는 연료 탱크가 없으며 외부 연료 공급이 필요합니다. 대형 기본 연료 탱크는 주간 탱크에 공급할 수 있습니다. 건물 배기 및 냉각 공기 공급 장치 또는 HEX(Heat Exchanger)와 같은 애프터마켓 냉각 시스템이 설치되어 있어야 합니다.
실외 발전기 애플리케이션
실외에서 사용되는 발전기는 내후성 또는 내후성 인클로저에 장착됩니다. 많은 인클로저는 작동 소음을 줄이기 위해 소음 감쇠 처리가 되어 있습니다. 발전기는 이중벽 연료 탱크에 스키드 장착되어 있습니다. 이러한 발전기에는 외부 연료, 배기 또는 냉각 시스템 요구 사항이 없습니다. 출력 전원 케이블을 발전기에 연결하면 부하를 맡을 준비가 됩니다.
두 가지 스타일의 발전기 모두 고급 전자 제어 장치와 함께 사용할 수 있으며 병렬로 작동할 수 있습니다. 많은 양의 서로 다른 전압을 공급하기 위해 분할 백업 생성기 버스를 배열할 수 있습니다. 신규 및 중고 발전기 재고를 보려면 Generator Source로 이동하십시오. 유지 보수, 문제 해결 및 수리, 설치와 같은 발전기 서비스를 제공합니다.
녹색 발전
EPA(Environmental Protection Agency)는 그린 파워를 태양열, 풍력, 지열, 바이오가스, 바이오매스 및 수력 발전 시스템에서 생산되는 전기로 정의합니다. 우리 모델에는 풍력과 태양광 발전이 포함되었습니다. 가능한 용도는 아래에서 살펴봅니다.
태양광 발전
태양 전지판은 광전지로 구성됩니다. 이 전지는 햇빛을 직류(DC) 전기로 변환합니다. 생성된 전기는 배터리 뱅크에 저장됩니다. 배터리 뱅크가 완전히 충전되면 인버터를 사용하여 전기를 되돌려 판매할 수 있습니다.
인버터는 UPS 시스템의 핵심입니다. 전력이 손실되면 배터리는 중요한 전력 요구 사항이 있는 회로에 전력을 공급합니다. 백업 발전기가 부하를 수용할 준비를 하는 동안 인버터는 DC를 교류(AC)로 변경하여 회로에 공급합니다.
풍력 발전
바람은 터빈을 돌리는 데 사용됩니다. 터빈은 디젤 동력 및 증기 동력 발전기가 작동하는 방식으로 AC 전기를 많이 생산합니다. 풍력 터빈은 UPS 배터리 백업 그리드의 유틸리티 전력망에 연결할 수도 있습니다.
전기 그리드에 연결된 터빈은 위상과 주파수가 일치해야 합니다. 그리드의 위상과 주파수를 일치시키기 위해 터빈 전력은 AC-AC 변환기를 통해 전달됩니다. AC는 DC로 변환된 다음 인버터를 사용하여 다시 AC로 정류되고 그리드로 라우팅됩니다. 풍력 터빈의 AC 전류는 배터리 뱅크 충전을 돕기 위해 컨버터를 통해 라우팅될 수도 있습니다.
태양열과 풍력은 건물 전력 소비 비용을 상쇄할 수 있는 훌륭한 방법이지만 백업 전력 의무를 감당할 만큼 충분히 개발되지 않았습니다. 둘 다 현지 기상 조건과 사용 가능한 배터리 뱅크에 따라 다릅니다. 풍력 배터리가 없는 흐린 날에는 충전 노력 없이 배터리 뱅크가 빠르게 고갈될 수 있습니다.
백업 배터리 뱅크
친환경 전력 솔루션은 종종 백업 배터리 뱅크를 사용합니다. 이러한 뱅크는 UPS 순간 전력만 제공합니다. 발전기가 부하를 가정하기 시작하는 동안 유틸리티 전원이 시설에서 고장 났을 때 전원을 공급하도록 설계되었습니다.
백업 배터리 시스템은 아래 나열된 세 가지 스타일의 배터리 뱅크로 구성할 수 있습니다.
납산 전지 - 납산 전지가 포함된 배터리는 가장 저렴한 솔루션입니다. 이는 소규모 애플리케이션에 적합한 오프그리드 솔루션이 될 수 있습니다.
리튬 이온 - 납 축전지보다 가볍고 콤팩트하며 오래갑니다. 그러나 가격이 더 비쌉니다.
바닷물 - 이 신참자는 바닷물의 전해질에 의존합니다. 배터리는 대부분 테스트되지 않았지만 쉽게 재활용됩니다.
풍력 배터리 뱅크는 AC를 DC로 변경하는 변환기에 의해 충전됩니다. 태양열 배터리는 태양광 패널이 DC를 생성하기 때문에 변환기가 필요하지 않습니다.
유틸리티 전력이 손실되면 긍정적인 발전기 응답을 위한 시간 손실이 거의 1밀리초에 가깝습니다.
병원, 데이터 센터, 지자체와 같은 시설 및 단지는 정전에 대해 절대 용납하지 않습니다. 유틸리티 전력 손실이 발생하는 동안 전력을 공급하기 위해 배터리 뱅크에 의존합니다. 이것은 훌륭한 단기 솔루션이지만 배터리 뱅크에는 한계가 있습니다.
전기 부하를 수용할 수 있는 기능이 있는 배터리는 초기 구매 비용이 비쌉니다. 납산 배터리에는 전해질이 배터리 셀의 액체입니다. 전해질 수준과 비중을 자주 확인해야 합니다. 세심한 관리에도 불구하고 이러한 배터리의 수명은 5~15년에 불과합니다.
재생 가능 에너지 및 에너지 저장 시스템 비용
풍력 발전소, 태양열 발전소, 수력 발전소와 같은 재생 가능 에너지 자원은 초기 구매 가격표가 큽니다. 구매한 장비를 설치하려면 숙련된 기술자와 건설 인력이 필요합니다. 설치, 테스트 및 시운전 후에는 장비를 유지 관리해야 합니다. 장비를 사양에 따라 계속 작동시키려면 풀타임 유지보수 인력이 필요한 경우가 많습니다.
에너지 저장은 빠르게 발전하고 있으며 미래의 마이크로그리드에서 핵심 역할을 할 것입니다. 매우 복잡한 주제일 수 있으며 엔지니어와 계획이 필요하며 비용은 필요에 따라 달라집니다. Microgrid Knowledge는 2019년 컨퍼런스에서 에너지 저장 장치의 최신 개발에 대한 훌륭한 최신 기사를 보유하고 있습니다. 그들은 에너지 저장 목표의 GW까지의 경로와 회사의 최신 뉴스 및 현재 추진 중인 FERC 정책을 자세히 설명합니다.
컨트롤 스테이션
제어 스테이션은 운영자에게 제어 및 모니터링 기능을 모두 제공합니다. 각 시스템은 내부에 개별 장비가 있는 하위 시스템으로 나눌 수 있습니다.
분배 및 제어 패널 - 모든 소스에서 입력 전압을 수신하고 필요한 회로에 전력을 분배합니다.
백업 생성기 - 제어 스테이션 소프트웨어는 중요한 회로에 전원을 공급하기 위해 구성을 실행하는 발전기를 모니터링하고 변경할 수 있는 기능이 있습니다.
Green Power - UPS 배터리 뱅크가 모니터링됩니다. 배터리 뱅크 및 그리드에 대한 태양광 입력이 모니터링됩니다. 풍력 터빈 통계 모니터링. 중복 풍력 터빈 또는 배터리 뱅크로 전환하는 기능.
기본적으로 컨트롤 스테이션은 마이크로그리드 구성과 관련된 모든 하드웨어를 유지 관리, 모니터링 및 제어하기 위한 소프트웨어 솔루션을 제공합니다. 그리드 작업을 지원하는 여러 소프트웨어가 있을 수 있습니다.
이중화는 이러한 시스템 설계의 핵심 원칙입니다. 이중화는 기본 장비에 장애가 발생할 경우 장비를 대기 상태로 유지하는 것입니다. 발전기, 풍력 터빈 및 배터리 뱅크는 모두 중복 주 장비와 지원 장비를 가질 수 있는 시스템의 예입니다.
일부 중복 장비는 할당된 주 장비의 임무를 자동으로 맡아 운영자에게 문제를 알립니다. 그런 다음 제어 스테이션 운영자는 문제를 수정할 수 있도록 유지 보수에 문제를 알립니다. 중복 장비는 기본 장비와 동일한 요구 사항을 충족합니다. 종종 주 장비와 중복 장비는 예정된 테스트를 위해 운영자가 교체합니다.
마이크로그리드는 하나의 개념입니다. 설치에 필요한 만큼 크거나 작은 디자인일 수 있습니다. 이것은 여기에 머물러 있는 오래된 개념입니다. 발전 기술이 증가함에 따라 마이크로그리드의 사용도 증가할 것입니다.
