발전소 관련 용어에 대하여 알아보자

기저부하
전력망에 걸리는 최소 부하 수요를 의미한다. 전력시장에서 비용, 가용성, 신뢰성을 조합하여 달라진다. 보통 발전소, 소규모 가변 분산형 에너지원(태양광, 풍력 등)의 조합으로 공급한다. 계속 변동하는 나머지 수요는 첨두부하라 부른다. 첨두부하발전소, 에너지저장 장치같이 신속하게 공급을 증감할 수 있는 급전 가능 발전소로 발전한다.

기저부하 수요의 대부분을 기저부하발전소를 통해 충족 했다. 하지만 재생에너지 중심 신규발전소가 발전하면서 이를 기저부하 수요를 맞추는 데 사용한다. 기저부하발전소에는 석탄 발전소, 원자력 발전소 같이 전력 출력을 빠르게 변경할 수 없는 발전소를 일컫는다.

급전 가능 발전소 중 기저부하 충족에도 적절한 발전소는 가스 발전소, 풍력 발전, 수력 발전소가 있다. 전력망 운영자는 공급이 지나치게 많을 경우 전력망에서 발전소를 차단하여 조절한다. 운영자는 이를 통해 수요자에게 전력을 안정적으로 공급하고 수요와 공급 균형을 맞추기 위해 조절한다. 이는 전력 품질 문제이다.

대규모 전력망에서 기저부하를 충적하기 위해 공급이 변하지 않는 발전소를 사용했다. 하지만 수요 만족을 위하여 기저부하발전소만 써야 하는 기술적 이유는 없다. 요즘은 소규모 분산형 발전소, 급전 가능 발전소를 통해서도 충족한다.

공급이 변하지 않는 기저부하발전소는 석탄 발전소, 원자력 발전소, 복합화력발전소, 수력 발전소, 지열 발전소, 바이오가스, 바이오매스, 태양열 발전, 해양 온도차 발전 등이 있다.

경제성
미국의 전력망 운영자 내셔널 그리드의 CEO 등은 기저부하라는 용어에 대해 구식이라며 의미가 없어진다고 말했다.

 

연료로 가스를 사용하는 복합화력 발전소의 경우 기저부하의 전력을 공급할 수 있고 빠른 부하 변동에 맞게 효율적으로 전력 공급량을 조절할 수도 있다. 

 

발전, 송배전 구분된 전력망이면 망 운영자는 가장 저렴한 발전원을 찾기 위해 입찰을 거친다. 이때 경제적으로 말고도 전력망 유지, 안정 측면에서의 고려도 필요하다.

 

원자력과 석탄 발전소는 고정비용이 높고 설비이용률도 높지만 한계비용이 매우 낮다. (계약 단가가 싸다)
천연가스 발전소(첨두부하발전소)는 고정비용이 낮고 설비이용률이 낮지만 한계비용이 낮다. (계약 단가가 비싸다)

석탄이나 원자력 발전소는 항시 일정한 전력공급을 유지하는 것이 더 경제적이고 공급량 변동이 어렵다. 전력 소비 수요에 맞게 공급량을 변경하지 않고, 변경이 불가능하게 설계된 발전소도 있다. 프랑스의 극히 일부 원자력 발전소는 물리적으로 부하추종 발전소로 사용하는 경우도 있어 조금씩 공급량 변경한다.

전력 최대 수요

최대 수요는 일별, 월별, 계절별, 연간 기간별 주기로 변화한다. 전력회사가 말하는 최대수요가 존재하는 시간은 수요가 가장 높은 시점 전후 30분 or 1시간 단위 시간을 의미한다. 피크 수요란 전력 계통에서 특정 기간 발생한 전력 수요 중 가장 높은 최대치이다. 에너지 수요 관리 측면에서 평균 수요-공급 수준 비교하여 최대 시점에서의 수요를 최대한 평균 부하로 이전하여 관리하는 부하관리 측면에서 최대 수요를 사용한다.

일부 전력 회사는 개별 최대 수요에 따라 고객에게 요금을 차등적으로 부과(피크 연동제) 한다. 이는 최대 수요나 전년도 사용 기간 중 15~30분 동안 최대 수요 사용량을 계산하여 전기요금을 부과한다.
재생 에너지에도 최대 수요를 고려하여 전력망을 설계해야 한다.

이상적인 부하 -직선, 현실에서는 시간에 따라 수요가 계속 변한다. 꼭짓점이 전력 최대 수요 지점.

최대 수요 시점

호주와 같이 서비스업 경제 기반 국가는 늦은 오후에서 이른 저녁(16~20시)에 최대 수요를 기록한다. 독일이나 중국의 산업화한 지역은 최대 수요가 보통 한낮이다. 이는 태양광 발전을 통해 일정 수요 충족된다. 이렇듯 경제, 날씨, 기후, 계절 등 여러 기타 요인에 따라 항상 달라진다.

수요 관리

최대 수요를 줄이거나 분산, 최대 수요와 평균 수요와의 차이를 줄이는 평편화 등을 시행해 전력망 부담을 줄이고 유지하는 것을 수요관리라 한다. 만일 최대 수요가 발전단의 공급 최대 전력을 초과하면 정전이나 전력 품질 저하가 일어난다.

발전소 역할

양수 발전소를 이용하여 최대 수요, 비첨두 수요의 차이를 이용해 ESS처럼 사용한다. 이를 공급예비력이라 부른다. 최대 수요에 즉각 대처할 수 있도록 예비적으로 준비하여 남겨두는 것이다. 공급 예비를 위해 따로 두는 양수 발전소 등을 첨두 부하 발전소라고 부른다. 석탄 화력 발전소 같이 발전소 시동, 정지 시간이 긴 것보다 천연가스 발전소(LNG발전)를 이용하면 훨씬 짧다.

덕 커브

이 용어는 망 단위 발전 단계에서 사용된다. 2012년 캘리포니아주 독립망 운영체(CAISO)의 카렌 이드슨이 처음 명명했다.
일일 전력 생산 그래프에서 최대 수요와 재생 가능 에너지의 전력 생산 시간이 서로 차이가 나는 현상이다.

미국 하와이의 경우 태양광 발전이 전력 공급의 상당수를 차지해 일일 전력 수요 그래프가 매우 급격하고 뾰족한 모양이다.
일몰 이후 태양광 발전을 못하면 최대 수요 피크를 찍는 경우가 있다. 태양광 발전이 많은 망에서 일몰 무렵에 전력 수요가 급증해 저녁 즈음 피크를 이루는 마치 오리와 비슷한 모양의 그래프가 그려진다.

짧게 사용할 수 있는 배터리도 규모를 매우 키워 사용하면 덕 커브를 평평하게 만들고 급격한 수요 변동에도 대응 가능하다. 하지만 에너지 저장장치는 설치 비용이 많이 들어 경제성이 떨어지게 된다. 이에 강력한 태양광 발전으로 수요를 커버하지만 일몰 이후에는 다른 형태로 발전을 전환해야 한다. 플라이휠 에너지저장 장치(FES)의 경우 주파수 조절 기능이 매우 뛰어나다.