분산 에너지 자원(DER)이란 무엇인가요?

DER에는 에너지 생성 기술과 에너지 저장 시스템이 모두 포함됩니다. 분산된 에너지 자원을 통해 에너지 생성이 일어나는 것을 분산 발전이라고 합니다.

DER 시스템은 다양한 에너지원을 사용하지만, 옥상 태양광 패널이나 소형 풍력 터빈과 같은 재생 에너지 기술과 연관되어 있는 경우가 많습니다.

DER을 사용하면 여러 가지 이점이 있습니다. 재생 에너지원을 통해 전력을 생산하는 분산 에너지 자원은 배기가스를 배출하지 않는 경우가 많으며, 천연가스로 구동되는 DER은 다른 화석 연료로 구동되는 시스템보다 배기가스를 적게 배출합니다. 이를 통해 탈탄소화 효과를 얻을 수 있습니다.

DER은 또한 전력 시스템 복원력을 향상시킵니다. DER은 전력 수요가 급증하는 시기에 중앙 발전소를 보완하는 데 도움이 될 수 있으며, 기상 이변으로 인해 유틸리티의 인프라가 손상되는 경우 백업 전력원 역할을 할 수 있습니다.

DER 기술에는 기존의 화석 연료 기반 시스템과 최신 청정 에너지 기술이 모두 포함됩니다. 전자에는 높은 수준의 온실 가스 배출을 생성하는 석유 및 디젤로 구동되는 내연 엔진이 포함됩니다. 배출량이 적거나 전혀 없는 청정 기술에는 다음이 포함됩니다.

태양광 발전 시스템(또는 태양광 패널과 태양 전지)은 DER로 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 전 세계적으로 2019년에서 2021년 사이에 167기가와트의 분산형 태양광 PV 시스템이 설치되었습니다.¹

DER 풍력 터빈은 분산 풍력으로도 알려져 있습니다. 분산 풍력 설비는 규모와 발전 용량이 다양합니다. 장비에 전력을 공급할 수 있는 1킬로와트 미만부터 산업 현장에 전력을 공급할 수 있는 100킬로와트까지 다양합니다.

연료 전지는 수소와 같은 연료를 포함하는 열화학 공정을 통해 전기를 생산합니다. 연료 전지에 사용되는 대부분의 수소는 천연가스를 연소하여 생산되지만, 재생 에너지를 사용하여 생산할 수도 있습니다. 이를 '녹색 수소'라고 합니다. 수소 연료 전지는 일부 전기 자동차에 사용되며 일부 발전소에서도 볼 수 있습니다.

열병합 발전은 단일 에너지원에서 전기와 열을 동시에 생산하는 것입니다. 열병합 발전 또는 CHP라고도 하는 열병합 발전 기술은 천연가스 같은 화석 연료 또는 바이오매스 같은 재생 에너지 기반 연료로 작동할 수 있습니다.

마이크로터빈은 바이오가스, 천연가스, 프로판 및 기타 연료로 작동하는 소형 연소 엔진입니다. 대부분 냉장고 크기이며 15~300킬로와트의 전기를 생산합니다. 상대적으로 낮은 출력에도 불구하고, 여러 대를 묶으면 폐수 처리장과 같은 전체 시설에 전력을 공급할 수 있습니다.²

에너지 저장은 나중에 사용하기 위해 에너지를 확보하고 보유하는 것입니다. 분산 에너지 자원으로 사용되는 에너지 저장 기술의 예는 다음과 같습니다.

DER은 특정 사이트에만 서비스를 제공할 수 있지만 상호 연결이라는 프로세스를 통해 지역 에너지 그리드에 연결할 수도 있습니다. 상호 연결은 관리 및 기술적 수단을 통해 이루어집니다. DER 소유자는 유틸리티에 상호 연결 신청서를 제출해야 하며 올바른 지원 기술을 갖추고 있어야 합니다. 이러한 기술에는 '인버터'라는 장치가 포함됩니다.

인버터는 직류(DC) 전기를 교류(AC) 전기로 변환합니다. 태양열 및 풍력 발전 설비와 같은 많은 DER 장치는 DC 전기를 생성하는 반면 대부분의 에너지 전송 및 분배는 AC 전기를 통해 이루어집니다. 인버터는 DER에서 생성된 DC 전기를 전력망을 통해 전송할 수 있는 AC 전기로 변환합니다.

일부 DER은 지역에 전력을 공급하는 소규모 그리드인 마이크로그리드에 먼저 연결한 후 더 큰 그리드에 전력을 공급합니다. 일반적으로 하나 이상의 DER 기술이 마이크로그리드를 구성합니다. 마이크로그리드는 기존의 대규모 전력망과 함께 작동하는 것 외에도 자율적으로 작동하는 '아일랜드 모드'에서도 작동할 수 있습니다.

DER은 가상 발전소(VPP)로 알려진 에너지 네트워크로 통합될 수도 있습니다. 에너지 제공업체와 시스템 운영자는 자체 공급이 부족할 때 VPP를 활용하여 전기 수요를 충족할 수 있습니다.

DER 시스템은 사람과 지구에 많은 이점을 제공합니다.

DER은 인근 소비 지점에 전력을 공급함으로써 전기가 송전선을 통해 흐를 때 일반적으로 발생하는 에너지 손실을 줄이는 데 도움이 됩니다. 또한 DER은 수요 대응 프로그램을 통해 보다 효율적인 에너지 관리를 가능하게 합니다. 유틸리티는 에너지 고객에게 에너지 사용량을 전환할 수 있는 인센티브를 제공하고 유틸리티가 고객의 DER 시스템에 액세스하여 전력 수요를 충족할 수 있도록 허용합니다.

DER 시스템을 사용하는 소비자는 자체 사용을 위해 더 저렴한 에너지를 생산하거나 지역 전력망에 에너지를 공급하여 에너지 요금 크레딧을 받을 수 있는데, 이를 순 계량이라고 합니다. DER은 전기 유틸리티에도 비용 효율적입니다. DER을 시스템에 통합하면 새로운 에너지 인프라 개발과 관련된 비용을 피할 수 있습니다.

많은 분산 에너지 자원은 재생 에너지 또는 수소로 구동되므로 석유 및 석탄 기반 에너지 발전보다 배출량이 적습니다.

기후 변화로 인해 극단적인 기상 현상과 자연 재해의 빈도가 증가했으며, 이로 인해 전력 인프라가 손상되어 정전 및 중단이 발생할 수 있습니다. 분산 에너지 자원은 중앙 집중식 발전소가 영향을 받을 때 에너지 생성을 위한 백업 옵션을 제공하여 전력 시스템 복원력을 향상시킵니다.

분산 에너지 자원의 이점에도 불구하고 소비자와 전력망 운영자 모두 DER 채택에 어려움을 겪고 있습니다.

DER 시스템은 장기적으로 에너지 비용을 줄일 수 있지만 연료 전지 및 태양광 어레이와 같은 분산 에너지 자원의 설치 비용은 총 수천 달러에 달할 수 있으며, 이는 일부 소비자에게는 엄청나게 높은 비용입니다. 세금 공제 및 보조금과 같은 정부 인센티브는 초기 비용을 충당하는 데 도움이 될 수 있습니다.

20세기에 구축된 전력망 및 배전 시스템은 양방향 흐름, 즉 중앙에 위치한 발전소에서 소비자로 가는 전기 흐름과 소비자 소유의 DER에서 전력망으로 전기가 흐르는 흐름을 수용하도록 설계되지 않았습니다. 따라서 전력망은 DER에서 나오는 전력에 압도되어 전력망 정체가 발생하고 정전 위험에 처할 수 있습니다. 규제 당국, 전력망 사업자, 소비자 등 에너지 시스템 이해관계자 간의 협력을 강화하고 스마트 그리드 기술을 적용하면 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.