서론.
미국의 전력망은 현대 사회의 기초적 요소로서 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 전력망은 산업의 발전과 생활의 편의성을 제공함으로써 국가 경제의 원활한 운영을 지원하고, 무엇보다도 인간의 삶을 지속 가능하게 만들어주는 중요한 인프라입니다.
그러나 최근 몇십 년간의 발전과 변화에도 불구하고, 미국 전력망은 여전히 다양한 도전과 과제에 직면하고 있습니다. 이러한 도전은 단순히 기존 인프라의 고령화와 같은 기술적 측면뿐만 아니라, 전력 수요의 증가와 에너지 저장 문제와 같은 구조적인 변화로부터 비롯되고 있습니다.
우선적으로, 미국의 전력망은 고령화된 인프라와 관련된 문제를 안고 있습니다.
수십 년 동안 운영되어 온 많은 발전소, 변전소, 전선 및 장비들은 이제 그 수명을 다한 경우가 많습니다. 이는 고장 발생률의 상승과 효율성의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 자연재해 등의 외부 요인에 대한 취약성을 높일 수 있습니다. 특히, 미국의 동부와 서부 지역에서는 이러한 고령화된 시설들이 전력 네트워크의 안정성과 신뢰성 개선에 도전하고 있습니다.
게다가, 전력망은 전력 수요의 꾸준한 증가에 직면하고 있습니다. 특히, 전기차의 보급과 산업의 디지털화로 인해 전력 수요가 급격히 증가하고 있습니다. 이는 전력망이 과부하 상태에 놓이게 하며, 지역적인 전력 부족 현상을 야기할 수 있습니다.
1. 미국의 전력망 및 문제점
1. 미국의 전력망
1번 : 미국 전체 전력망의 모습이다. 송전선로는 크게 100kV, 345kV, 500kV T/L로 구분된다.
2번 : 미국의 전력망은 크게 3 부분으로 나뉜다. 서부/동부/텍사스, 완전히 독립적이지는 않으며 일부 지점에서는 연결된다. 그러나 서로 전력을 공유하지는 않는다.
3번 : 각각의 전력망안에서도 구분된 사업자에 의해 운영된다.
2. 미국 전력망의 문제점 (텍사스 정전사태 2021/2)
| 원인 1 (기온 및 설비) | 원인 2 (정치적) |
| - 역대급 한파사태로 기온이 영하 20도까지 하락. (30년만의 최저) - 난방용품으로 전력사용이 폭증 - 남부지방이었던 텍사스는 한파를 감안하지 않은 방향으로 설계 - 석유와 천연가스가 확보되지 않은 상황 |
- 텍사스주는 1999년 조지 W. 부시 전 대통령이 주지사로 재임할 때 전력공급을 민간에 맡기는 시장화 정책을 도입 - 각종 규제를 회피하기 위해 자신들의 전력망을 텍사스 전력망으로 독립 - 일부러 다른 주들과 전력망을 연결시키지 않았다 |
이번 사태로 발전용량의 약 절반에 해당하는 356개 발전설비가 순환정전(Rolling Blackout)이 진행되는 동안 강제로 탈락됐다. 주파수 또한 심각한 영향을 받아 4분 이상 제한치인 59.4Hz 이하를 기록했다. 결국 2월 15일에 시작된 부하차단 규모는 최대 2만 MW에 달했고, 전체 시스템 부하를 복구하기 위해 70시간 이상 소요됐다.
전원별로 보면 가스발전이 5만 1,700MW로 약 47.5%를 차지하고 있으며 다음으로 풍력발전이 3만 1,400MW로 28.8%, 석탄발전이 1만 3,600MW로 12.5%, 태양광이 6,200MW로 5.7%, 그리고 원전이 5,150MW로 4.7%를 차지하고 있다. 또한 4만 6,500마일 이상의 송전망과 5,000개소의 변전설비를 통해 텍사스주 2,600만 수용가에서 전력을 공급하고 있다.
미국 내 대부분의 LPT(100 MVA 이상의 전력용 변압기)가 1960~1980년 사이에 설치되었다.
백악관(The White House)에 따르면 현재 미국이 보유한 송전 인프라는 대부분 1950~1960년에 건설된 것으로, 그중 약 70%가 25년 이상 노후화된 것으로 추정된다. 노후화된 송전 인프라는 고장률 증가, 광범위한 정전, 복구 시간 연장의 원인이 될 수 있어 현대화가 시급하다.
노후화된 송전망 설비들은 심각한 안전 및 신뢰성 위험을 야기할 수 있다. 예를 들어, 시간이 지남에 따라 변압기의 절연 특성은 감소해 전기적 결함, 단락 및 화재의 발생 가능성이 높아진다.
1990년부터 2022년까지의 미국 전체 발전량 지표를 보면 2005년까지는 크게 증가하다가 현재까지는 발전량이 증가하지 않는 추세다.
교체필요 송전설비와 비용이 천문학적으로 증가 중, 미국은 경제 대호황이후 송전설비에 투자가 미흡했다.
이번 포스팅에서는 미국의 전력망 및 문제점에 대해 확인했습니다.
다음 포스팅에서는 신규 전력소요를 분석해보겠습니다.
감사합니다.
[참고자료]
해외 송전망 문제 현황
http://www.keaj.kr/news/articleView.html?idxno=5268
Net electricity generation in the United States from 1990 to 2022, by energy source
https://www.statista.com/statistics/220174/total-us-electricity-net-generation-by-fuel/
글로벌 산업 분석, 규모, 점유율, 성장, 동향, 지역 전망 및 예측 2023-2032
https://www.precedenceresearch.com/data-center-as-a-service-market
향후 20년 동안 데이터 센터 에너지 사용 모델링
https://blog.se.com/datacenter/2021/05/25/modeling-out-data-center-energy-use-over-the-next-two-decades/
미국전력망 분석 : 대규모 변압기 쇼티지 이해하기
https://contents.premium.naver.com/allbareun/allbareunkr/contents/240314160056818tk
large-power-transformers-and-us-electric-grid-report-update-april-2014
ElectricityGridsandSecureEnergyTransitions
ACEG_Planning-for-the-Future1
NREA : Major Drivers of Long-Term Distribution Transformer Demand
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