전기자동차의 전력 그리드 안정화

전자자동차가 그리드에 연결될 때, 전력을 소비하는 의미로 충전 모드로 항상 있을 것이다. 그러나 이는 큰 배터리로 역할을 하고 필요 시 그리드로 전력을 주입하는 방전 모드로 전기자동차가 작동하도록 역할을 할 수 있다. 몇 가지 최근 연구는 자동차에서 그리드(V2G) 소자들로 작동하는 플러그인 전자 자동차 (PEV)가 이 재생 에너지 원의 백업 전력, 전력 정규화, 로드 균형 등 그리드를 위한 혜택들을 제공할 수 있다는 것을 보였다.

최근 새로운 연구에서 연구원들은 그리드를 위한 전력원으로 PEV를 이용하는 또 하나의 잠재적인 장점을 발견했다. 그들은 그리드가 대형 장애에 도달할 때 안정화를 증가시킬 수 있다. 대형 장애들은 갑작스러운 로드 변화와 라인 트리핑(tripping) 등 광범위한 문제들에 의해 초래된다. 그들의 부정적인 효과들 중 민감한 가전제품들을 손상시킬 수 있다. 만약 특정 시간 내 해결되지 않는다면 그 시스템은 안정한 작동을 재개할 수 없을 것이다.

마케도니아 스코페 마케도니아 과학과 예술 아카데미와 다른 대학들의 연구원들은 New Journal of Physics 최근호에 그들의 발견들을 게재했다.

연구원들의 설명에 따르면, 지난 세기 두 가지 매우 큰 에너지 전환 시스템의 발전을 보았으면 그들은 전기 유틸리티 시스템과 경자동차 (소형 자동차, 밴, 경량 트럭 등)이다. 두 시스템들이 분리되어 발전되었지만, 전기 자동차 이용의 증가는 그들이 이 세기 내 얼마의 수준에서 합쳐질 것이라는 것을 의미한다. 또한 모든 자동차들은 휴대 저장 시스템으로 고려될 수 있으며 미국 내 전체 전기 발전 시스템의 전력 용량보다 약 24 배 더 큰 전체 전력 용량을 가질 수 있다. 2020년까지 PEV는 기본적으로 어떠한 자체 저장 없는 그리드로 특별한 혜택들을 잠재적으로 제공할 수 있도록 미국 내 모든 자동차들의 1~2%로 추산될 것으로 기대된다.

전력 그리드와 전기 자동차들은 매우 상호 보완적이고 특히, 전기 자동차들은 재생가능 에너지 원들이 미래 전기 전력 그리들들을 주도할 때 큰 문제가 나타날 수 있는 전력 그리드 과도 안정성을 향상시킬 수 있을 것이라고 스코페 SS 시릴과 메토디오스 대학과 UC 샌디에고의 교수인 논문 공저자 Ljupco Kocarev 박사가 전했다.

새로운 연구에서, 연구원들은 PEC들이 대형 장애들에 빠르게 대응하여 전력을 그리드로 정규화하는 조절 전략을 개발했다. 뉴잉클랜드 전력 시스템의 시뮬레이션에서, 2020년 뉴잉글랜드 내 총 경 자동체 중 1%로 추산된 개별 50,000 PEV들은 10 kW의 최대 비율에서 그리드와 전기를 교환할 수 있는 능력을 가진다.

전용 고속 고대역 에더넷 케이블을 이용하여 PEV들은 10-20 밀리초 내 발전기들에서 정보를 받을 수 있다. 발전기들의 터빈 속도 감소는 전력 감소를 알려주고 이에 따라 PEV들은 작은 백업 발전기들로 기본적으로 역할하도록 그리드로 부가 전력을 주도록 지시된다. 터빈 속도 증가는 초가 전력을 PEV가 소비하도록 그리드 내 과잉 전력을 나타낸다. 효과적이기 위해, PEV들은 과도한 작용없이 가능한 빠르게 반응해야 한다.

시뮬레이션들의 결과들은 PEV들이 두 가지 방법에서 안정성을 증가시킬 수 있다는 것을 보였다. 먼저, 그들은 80%까지 대형 장애들에서 초래된 속도와 전압 동요를 줄일 수 있다. 둘째, 그들은 20~40%까지 시스템이 안정한 작동을 재개할 수 없을 것으로 판단된 후 임계 제거 시간을 늘릴 수 있다. 일반적으로 PEV들은 대형 장애 수 초 내 그리드를 안정화시키기 시작할 수 있다.

PEV들이 그리드에 혜택을 제공하면서, 그들 자체가 부정적으로 영향받지 않는다. 이는 대형 장애들이 년간 수 백 번 정도 발생하는 상대적으로 드물기 때문이다. 또한, 대형 장애들에 따른 규제 작용들이 PEC들의 에너지 상 전력 규제의 효과들이 최소화하기 위해 수 초 정도만 일반적으로 지속된다.

놀랍게도, 연구원들은 시뮬레이션 내 PEV들의 잠유율 증가가 4% PEV 점유율까지 안정화 혜택을 향상시킨다는 것을 발견했다. 이 지점 후, 이 혜택은 수평을 유지하다가 7% PEV 점유율로 도달된 후 빠르게 감소된다. 이 부정적인 효과는 이런 장애에 과도하게 작용하고 그리드에서 너무 많은 전력을 주입하거나 빼내는 PEV들에 의한 것으로 보인다. 이 결과들은 얼마나 많은 개선이 이런 종류의 조절로 성취될 수 있는지에 대한 한계를 보여준다. 연구원들은 향후 또 많은 개선들을 조사할 계획이다.

Kocarev 교수는 그의 미래 계획들이 다른 조절 전략들을 개발하고 시험하며 전력 그리드와 전기 자동차들의 결합된 시스템의 정상과 과도 안정성 모두를 연구하기 위한 견고한 뼈대를 개발하고 전기 시장을 포함시키기 위해 연구 방법들을 확장하는 것이라고 밝혔다. 그는 V2G 개념이 수송과 전기 분야들에 시너지 효과로 파라다임을 이동시킬 수 있을 것이라고 기대했다. 또한 그는 몇 가지 V2G 실증들이 로스앤젤레스 공군 기반에서 2015년까지 끝마쳐질 것으로 기대된다고 전망했다.

그림 설명: 부가 PEV들의 안정화 혜택은 4%까지 증가하지만 7% 침투에 도달한 후 빠르게 감소된다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 전기자동차의 전력 그리드 안정화