‘대학생 전력기술 아이디어 공모전’이 전기·전력 분야 아이디어 발굴의 대명사로 자리매김했다.
한국전력 전력연구원(원장 박순규)은 전력·에너지 기술 분야의 창의·혁신적인 아이디어를 발굴하고 이를 통해 미래 먹거리를 창출하기 위해 매년 ‘전력·에너지 기술 아이디어 공모전’ 을 개최해 왔다. 2014년도 공모전은 심사를 거친 후 17일 용평리조트에서 최종 발표회가 열렸다.

 특히 올해 공모전은 대한전기학회와 공동으로 추진, 시너지 효과를 높였다.
이를 반영하듯 최종발표회장은 시종일관 전기학회 회원들로 문정성시를 이뤄 뜨거운 관심을 받았다.
박순규 한전 전력연구원장(심사위원장)은 인사말과 총평을 통해 “전력연구원은 앞으로도  공모전과 같은 적극적인 개방형 R&D 정책 추진으로 전력산업 기술 주도권을 확보하고, 미래 지속가능한 성장을 위한 새로운 먹거리를 창출하고자 한다”며 “수상 아이디어에 대한 적극적인 지원 및 과제화 프로세스(Process) 활성화를 통해 공모전이 한국전력 ‘집사광익(集思廣益)’의 효시가 될 수 있기를 기대한다”고 말했다.
 

최종발표회에서는 1차 심사에서 선정된 우수 아이디어 10건의 제안자가 아이디어의 핵심 내용을 발표하고, 이에 대한 현장심사를 거쳐 최우수상에서 장려상까지 시상식을 진행했다.
최종발표회 심사결과, 오준석 충북대학교 참가자가 최우수상을 수상하는 영예를 차지했다.
오 씨는 태양광발전설비의 발전효율을 높이고 수명을 늘리기 위해 태양광 모듈의 새로운 인버터 구조를 제안했다.

우수상인 은상은 일반참가자 스마트그린팀(고훈 외), 충북대학교 PESL팀(마성덕 외), 한국미래기술연구소 정재웅 참가자가 각각 수상했다.
이밖에도 김효원씨, CMOS, 무른모, M-pec, 김성종씨, Green Light팀 등 6팀과 개인이 장려상 동상을 받았다.
 

앞서 전력연구원은 지난 5월 19일부터 6월 29일까지 ‘전력·에너지 분야 미래 유망 아이디어’를 주제로, 내세워 대한전기학회 회원을 대상으로 아이디어 공모를 진행했다.
 

최동혁 전력연구원 연구전략실 선임보연구원은 “이번 공모전은 아이디어의 전반적인 수준을 높이고 실제 활용 가능한 수상작 발굴에 중점을 뒀다”며 “이를 위해 ESS, Micro Grid, 해상풍력 등 KEPCO 12대 전략기술을 공모 분야로 제시하는 한편, 대한전기학회와 공동 개최를 통해 학회 회원 중심의 산학연 전문가 참여를 확대시켰다”고 말했다.
 

최 선임보연구원은 “수상 아이디어는 원 내 게시판, Ki-Talks, 누리마루 등 다양한 채널을 통해 기초전력연구원 과제 및 자율 과제 수행 타당성을 검증할 예정이며, 과제화 될 경우, 아이디어 제안 대학과 공동 연구하는 방안도 검토 중이다”라고 밝혔다.
 

최우수상과 우수상으로 뽑힌 아이디어를 정리했다.

◇최우수상=태양광발전설비 발전효율향상기술(충북대 오준석)
▲ 제안 내용
태양광발전설비의 발전효율을 증가시키고, 수명 문제를 해결하기 위해 태양광 모듈에 부착된 정션박스

그림1

를 DC/DC 벅-부스트 컨버터로 구성된 Power Optimizer로 대체하고자 했다. 또한, 이를 직렬로 연결한 스트링을 각 스트링 별로 직렬 결선한 방식의 인버터 구조를 제안했다.<그림 1>
<그림 1> Power Optimizer와 스트링 DC-Bus를 이용하는 인버터 구조 방식
각각의 모듈에는 Power Optimizer를 적용하고 이를 직렬로 연결해 하나의 스트링 DC-Bus를 구성한다. 또한, N개의 스트링을 직렬로 연결하여 전체의 DC-Bus를 구성하고 인버터에서 이를 일정전압으로 제어한다. 인버터가 동작하기 위한 DC-Bus 전압을 각 스트링 DC-Bus가 개별적으로 부담하게 되며, 스트링 DC-Bus의 전압은 모듈단위로 부담이 되므로, Power Optimizer의 스위칭 손실 저감이 가능하다. 더불어, 인버터에 직접 연결될 대용량의 전해액 커패시터가 불필요하고, 각각의 Bus를 구성하는 커패시터의 용량 및 허용전압을 줄일 수 있다.
 

▲ 기대 효과
태양광발전설비 규모와 관계없이, 고효율·고성능 구현이 가능하다.
태양광인버터 제조업체의 경우, DC/DC 벅-부스트 컨버터 판매 수익 확보가 가능하며, DC-Bus 구성 커패시터 용량 축소로 태양광인버터의 제조비용을 줄일 수 있다.
발전사업자의 경우, 고효율·고성능의 태양광인버터 사용으로 대량의 전력 판매 가능. 또한, 태양광인버터의 수명 증가로 발전설비 교체주기 확대, 낮은 정격 소자 사용으로 유지보수가 용이하다.

◇우수상=휴대전화 사용과 연계한 유동 전력 예측 빅데이터(스마트그린:고훈 외 1명)
▲ 제안 내용
기존의 정보 자산(휴대전화 기지국)을 활용, 별도의 추가 설비 없이 유동 인구의 전력 사용량을 예측하는 시스템을 구축했다. 특히, 스마트 그리드 연동이 힘든 지역의 기지국 정보를 통한 유동 인구 전력 사용량을 예측으로, 갑작스런 전력 수요 발생까지 예측하도록 했다.
휴대전화 기지국은 전국의 기지국 셀을 통해 통화의 송·수신, 데이터 요청 등을 담당하고 정보를 수집할 수 있는 시스템을 보유하고 있다. 이를 통해 갑작스런 통화량 및 데이터량 급증을 파악하며 전력 수요를 사전에 예측하는 것이 가능하다고 생각된다. 즉, 통화량 및 데이터 요청이 많아지면, 그 지속 시간을 분석해 유동 인구 및 체류 인원·시간 증가를 예측해보고, 이를 통해 전력 사용의 가능성을 유추해, 이를 전력

그림2

빅데이터와 연동시키는 원리이다.<그림 2>.
<그림 2> 휴대전화 사용량을 통한 수요 전력 예측

▲ 기대 효과
기존의 휴대전화 기지국을 활용하여 스마트 그리드 미구현 지역까지 전력 수요를 예측할 수 있으며, 이를 통해 원활한 전력수급이 가능하다.
통화량에 따른 전력량 상관관계를 빅데이터로 활용 가능함.

◇우수상=필터뱅크 시스템을 이용한 전력부하 추정(충북대 PESL:마성덕 외 1명)
▲제안 내용
현재 사용되는 기기 별 부하 종류 판별 기능이 AMI 혹은 계량기에 추가된다면, 수용가에서 더욱 경제적인 부하관리 가능하다. 특히, 시간대별 차등 요금제 시행 시, 적정 시간대에 전력을 사용하는 등, 수용가의 선택권이 높아질 것으로 예상된다.

그림3

이를 위해, 부하기기의 종류별, 업체별 출력 전류를 특성화하고 데이터베이스를 구성해 AMI에서 이를 분석하는 것을 제안한다. 분석 기법은 다단 필터뱅크 시스템을 사용한다<그림3>.
 

필터뱅크 시스템을 통해 분해된 신호는 각각의 주파수 대역별 성분으로 분리되며, 이를 데이터베이스에 구성된 부하별 데이터와 비교해 사용 중인 부하의 종류를 판별하고 사용 시간을 산정한다.
다단 필터뱅크 구조의 출력 스펙트럼은 <그림 4>와 같다. 주파수 대역별 분해된 신호를 순환기법(Recusive Method)를 이용해 각 주파수와 크기를 추정

그림4

한다.
 

 각 부하별 고조파 성분의 데이터를 통해 데이터베이스를 구성함. 이는 한전의 데이터 서버를 활용하며, 현재 데이터와 비교를 통해 사용 중인 부하의 종류를 판별하게 된다.
 

<그림 3> 다단 필터뱅크의 구조
<그림 4> 필터뱅크 시스템의 출력 스펙트럼
▲ 기대 효과
수용가에서 경제적·효율적 전력 사용을 위한 부하관리 시, 부하기기별 사용량 측정장치 및 통신선의 별도 설치가 불필요해 경제적이다.
시간대별 차등 요금제, AMI와의 접목을 통해 수용가의 선택권을 확장하는 등, 효율적인 지능형 전력망 구성에 일조할 수 있을 것으로 예상된다.

◇우수상=아파트형 소형 풍력 자가발전을 통한 친환경 에너지 생산 제안(한국미래기술연구소 정재웅)
▲ 제안 내용
샤시형 소형 풍력 발전기는 아파트 사이에 부는 바람을 활용한 소형 풍력 발전기다. 베란다 보유 아파트에 손쉽게 적용 및 해체가 가능하며, 무공해 전기를 생산할 수 있다. 이 제품은 가로로 접힐 수 있는 풍력 발전을 위한 날개, 날개 각도 제어용 차동기, 브레이크, 유성기어열의 변속기와 변속기 일체형으로 이뤄진 발전기, 제어 레버로 구성됨. 추가적으로 안전성 및 풍량 확보, 밀폐 효과를 위해 상·하단에 가로막이 있다.<그림 5>.
 

외벽 부착형 풍력 마찰식 발전기는 아파트 사이 골짜기 바람 및 박리류를 활용한 모듈형 풍력 발전기다. 마찰식으로, 소음 등 위해 요소를 최소화했다. 각 모듈 연결용 조립부, 벽면 고정용 건물 연결부, 하중 지탱 및 뼈대 구성용 프레임, 발전부와 풍력 유입부로 구성돼 있다.

그림5

그림6

<그림 5> 샤시형 소형 풍력 발전기 정면도
<그림 6> 외벽 부착형 풍력 발전기 평면도 및 우측면도
 

▲ 기대 효과
샤시형 소형 풍력 발전기는 아파트에 쉽게 설치 가능. 전면부 표시창으로 발전량 체크가 가능하며, 가정 내 아이 교육용으로도 활용할 수 있다. 유성기어열 변속기와 프로펠러형 날개를 가지고 있어, 저소음을 구현했다. 한 달에 약 4,500Wh 전력사용량 저감이 가능하다.
외벽 부착형 풍력 발전기는 아파트 벽면을 이용해 설치 비용이 낮다. 구조 상, 회전체가 없어 조류 등의 동물 피해가 적고 공간 효율성이 뛰어나다.