再生可能エネルギーが増えるほど、電力網はむしろ不安定になる。逆説のように聞こえるが、事実だ。政府はこの問題を解く技術として「グリッドフォーミング」を打ち出した。気候エネルギー環境部は24日、インバータ基盤の設備にグリッドフォーミングを本格導入すると発表した。
グリッドフォーミングは、太陽光や蓄電池などの設備が電圧と周波数を自らつくり出す技術だ。政府は2027年12月に稼働する大規模蓄電池貯蔵装置から、この性能を義務化する方針だ。耳慣れない名前だが、再エネ時代の電力網を支える核心技術とされる。
◆ 日射と風が増えるほど、電力網は危うくなる
火力発電所と原子力発電所は、巨大な回転体で電気をつくる。この回転が「慣性」を生む。慣性は電力網が衝撃をしのぐ力だ。発電機の1基が突然止まっても、周波数はゆっくり変化する。その間に、ほかの設備が対応する余裕が生まれる。
太陽光と風力は違う。インバータで電気を送り出す。インバータは、太陽光や蓄電池の直流電力を、私たちが使う交流に変換する装置だ。回転体がないため、慣性もない。
再生可能エネルギーが増えるほど、電力網の慣性は減る。周波数は小さな衝撃でも大きく揺れる。電圧も不安定になる。電力網は周波数を60ヘルツ付近で一定に保たなければならない。この均衡が崩れれば、大規模停電、すなわちブラックアウトにつながりかねない。
この危険はすでに現実となっている。再エネ比率が全国で最も高い済州がその例だ。電気をつくれても、電力網が耐えられず発電を強制停止させる事態が増えている。これを「出力制限」という。つくった電気をそのまま捨てるのと同じだ。
規模は急速に拡大している。済州の再エネ出力制限は2015年の3回から、最近では100回を大きく超えた。済州エネルギー公社は2034年には出力制限が年326回に達すると見込む。生産可能な電気の40％が無駄になり、損失は5100億ウォンに達するという試算だ。
代償はそれだけではない。電力網を支えるために、火力発電の一部を動かし続けなければならない。日差しと風が十分な日でもそうだ。きれいな電気を捨てながら、炭素を排出する発電機を止められない構造になっている。これはカーボンニュートラルの足かせだ。
◆ インバータが自ら電気を「立ち上げる」
従来のインバータは、電力網に追従するだけだった。網が定めた電圧と周波数に合わせて電気を流していた。これを「グリッドフォローイング」という。網が揺れれば、一緒に揺れた。
グリッドフォーミングは逆だ。インバータが発電機のように電圧と周波数を自ら形成する。ソフトウェアで慣性を模した「仮想慣性」をつくる。回転体がなくても火力発電機に近い支え役を果たせる。停電後に外部電源なしで自ら再起動する機能まで備えられる。
政府が設けた性能要件は厳しい。電力網に異常が生じた場合、5ミリ秒以内に反応しなければならない。電力が弱く流れる「弱系統」でも、自ら電圧を維持する必要がある。同期発電機が果たしてきた役割を代替する水準だ。
導入は段階的に進む。2027年12月に商業運転を始める送電用大規模蓄電池から、この性能を備えなければならない。第11次電力需給基本計画により、2027年と2028年にそれぞれ540メガワット、2029年に600メガワット規模の長周期蓄電池が導入される。送電網にグリッドフォーミング設備を設置する事業者は、定められた運用基準を守らなければならない。
技術の流れは韓国だけのものではない。オーストラリアや欧州、米国はグリッドフォーミングの実証を先行して進めてきた。韓国内でも韓国電力の電力研究院や電力取引所、大学、ベンチャー企業が済州を舞台に実証を続けてきた。政府の今回の義務化は、その成果を制度に取り込む措置だ。
◆ 蓄電池が「倉庫」から「安定装置」へ
今回の決定の意味は、蓄電池の役割の変化にある。これまで蓄電池貯蔵装置は、電気を貯めて取り出す箱のように見なされてきた。グリッドフォーミング機能が加われば、その位置づけが変わる。電気を蓄えるだけでなく、電力網の周波数と電圧まで支える。つまり、倉庫が安定装置を兼ねるわけだ。
新たな市場も開ける。電力網の「慣性」が売買可能な商品になりうるからだ。慣性を供給する資源、瞬時に応答する予備力に値段をつける市場である。韓国グリッドフォーミングのカン・ジソン代表は以前、「韓国でも慣性資源や超高速応答予備力の市場が生まれるほかない」と述べていた。
産業界にとっては追い風だ。政府が定めた性能要件は、事実上の技術基準になる。国内のインバータメーカーがこの基準を満たしながら技術を蓄えれば、海外市場へ進む足がかりになる。グリッドフォーミングは世界共通の課題だからだ。政府も国内企業の海外競争力を後押しすると予告している。
残る課題は明確だ。性能要件をさらに磨き、検証体制を整え、実証を広げる必要がある。慣性と予備力に正当な価値を与える市場設計も続かなければならない。イ・ジェシク気候エネルギー環境部電力網政策官は、グリッドフォーミングの性能要件を今後さらに強化していくと明らかにした。再生可能エネルギーが主力となる電力網は遠くない。その電力網が揺らぎなく回るかどうかは、今敷いている技術にかかっている。
◆ 主な用語を見てみよう
グリッドフォーミング（Grid-Forming）：自ら電圧と周波数を形成し、独立した電圧源として動作する制御を指す。正常状態だけでなく、系統外乱発生時にも同期を維持し、系統安定化に寄与する性能。
グリッドフォローイング（Grid-Following）：系統の電圧と周波数に追従して電流源として動作する制御。
インバータ：直流電力を交流電力へ変換する、電力変換装置の一種。
慣性：電力系統の周波数を安定的に維持できる能力。
剛性：電力系統の電圧を安定的に維持できる能力。
長周期蓄電池エネルギー貯蔵装置（BESS）：定格出力基準で連続放電が可能な大容量蓄電池エネルギー貯蔵装置（中央契約市場の長周期BESSの場合、6時間以上）。
送電用電気設備：送電線路、変圧器、開閉装置、母線、無効電力補償設備およびそれに付属する電気設備の集合体。