영국 내 140kW 풍력-태양광 하이브리드 시스템 솔루션 사례 연구

고객 배경 및 요구 사항:

고객은 영국 출신으로 가구 제조업체를 운영하고 있습니다. 고객의 공장은 전력 소비량이 매우 많아 하루 300kWh를 소비합니다. 현재 고객은 이미 40kW 규모의 계통 연계형 태양광 패널 시스템을 설치해 놓았으나, 이는 고객의 전력 수요를 충족시키기에 부족함이 분명합니다. 고객은 풍력 터빈과 태양광 패널, 에너지 저장 배터리를 함께 설치하여 풍력-태양광 하이브리드 시스템을 구축하려는 계획을 가지고 있으며, 이를 통해 대부분의 시간 동안 자가 발전 및 자가 소비를 달성하고자 합니다. 장기간 비가 오는 계절에도 야간에는 저렴한 요금의 계통 전력을 사용하고, 낮 동안에는 배터리에서 전력을 방출하는 방식으로 운영하고자 합니다.

분석

우선, 고객사의 15미터 높이에서 풍속을 측정했습니다. 고객사의 평균 풍속은 6.5m/s로, 풍력 터빈 설치에 매우 적합합니다. 이는 우리가 자주 정격 출력으로 운전할 수 있음을 의미합니다. 따라서 우리는 풍력-태양광 하이브리드 시스템을 권장합니다. 20kW DK 풍력 터빈 하루 평균 150kWh 이상의 전력을 생산할 것으로 예상됩니다. 보수적으로 추정했을 때, 현재 고객사의 40kW 발전 시스템은 연간 약 35,000kWh의 전기를 생산합니다. 따라서 하루 평균 전력 생산량은 약 95kWh입니다. 왜 이렇게 낮을까요? 영국에서는 연간 약 150일 동안 비가 오기 때문에 일일 전력 생산량이 부족해지기 때문입니다. 따라서 이 문제는 상황별로 구분하여 논의해야 합니다. 기존 20kW 풍력터빈이 설치되어 있고 충분한 일사량이 확보되는 경우, 주간 8시간 근무 시간 동안 풍력터빈과 40kW 태양광 패널이 총 170kWh의 에너지를 공급할 것으로 기대됩니다. 나머지 130kWh의 에너지 격차는 배터리 또는 전력망에서 보충할 수 있습니다. 비가 오는 경우에는 40kW 태양광 패널이 거의 전력을 공급하지 못합니다. 이때 풍력터빈은 8시간 동안 약 40kWh의 에너지를 공급할 수 있으므로, 여전히 260kWh의 에너지가 배터리 또는 전력망에서 조달되어야 합니다. 만일 비가 오는 동시에 바람도 불지 않는 특수한 상황이 발생하면, 전체 300kWh의 에너지가 모두 배터리 또는 전력망에서 공급되어야 합니다.

고압 배터리의 방전 깊이가 95%임을 고려할 때, 배터리 용량은 최소 315 kWh 이상이어야 한다. 고객은 이미 240 kWh 리튬 배터리 2세트를 구매할 계획을 세웠으므로, 이 배터리 용량은 충분하다. 다음으로, 일사 조건 하에서 480 kWh 배터리를 완전히 충전하는 방법을 계산해야 하며, 전력망에서 전기를 구매할 확률을 최대한 낮추는 것이 목표이다. 풍력 터빈이 24시간 동안 생산하는 전력은 약 150 kWh이다. 따라서 여유 용량은 330 kWh 남는다. 여기에 8시간 동안 소비되는 300 kWh를 더하면, 최소 120 kW 규모의 태양광 패널이 필요하므로, 추가로 80 kW 규모의 태양광 패널도 설치해야 한다.

고객의 평균 일일 전력 소비는 8시간 동안 300 kWh이다. 유도성 부하 등의 요인을 고려할 때, 인버터의 출력은 60 kW보다 커야 한다.

해결책

위 분석을 바탕으로, 당사의 초기 계획은 140 kW 규모의 시스템을 사용하는 것이다. 풍력 태양광 하이브리드 시스템 20kW DK 풍력 터빈과 120kW 태양광 패널, 두 대의 240kWh 배터리, 그리고 솔리스(Solis) 인버터 S6-EH3P(75-125)K10-NV-YD-H로 구성됩니다. 이 인버터는 10개의 MPPT 입력 포트를 갖추고 있으며, 하나의 입력 포트는 최대 20kW의 DC 입력을 처리할 수 있습니다. 따라서 당사의 풍력 터빈 컨트롤러도 이 인버터에 직접 연결할 수 있습니다.

고객은 140kW 풍력·태양광 하이브리드 시스템에 대한 이 솔루션을 매우 긍정적으로 평가했습니다. 그러나 현지 규정 및 설치 장소의 제약으로 인해 고객은 순수 태양광 발전 시스템 솔루션도 별도로 필요하다고 당사에 통보했습니다.

다음 단계에서는 순수 태양광 패널 시스템에 대한 계산을 수행할 수 있습니다.