변압기 부족이 그리드를 위협하는 방법

버지니아주 로아노크 — 철도 화차만큼 큰 고전압 그리드 변압기가 이곳 공장의 하역장에 놓여 있으며, 국가 전력 그리드의 필수 부분인 송전선을 통해 전력을 공급할 준비가 되어 있습니다.

버지니아 변압기 공사(Virginia Transformer Corp.)는 올해 이러한 변압기 중 550개를 출하할 예정이며, 내년에는 이곳 공장과 기타 북미 3개 시설에서 665개를 생산할 것으로 예상됩니다. 그러나 이는 미국 최대 규모의 변압기를 제조할 수 있는 미국 내 8개 회사 중 하나이며, 코로나19 대유행으로 인해 납품이 예정보다 훨씬 늦어졌습니다.

실제로 미국에서는 장비에 따라 다양한 이유로 도시 거리의 소형 극상 장치부터 버지니아 변압기의 대규모 장치에 이르기까지 다양한 변압기 부족을 겪고 있습니다. 이는 전력회사가 국가의 순제로 목표를 달성하고 폭풍으로 인해 고갈된 변압기 재고가 손상될 때 조명을 유지하기 위해 충분한 새로운 풍력 및 태양광 발전을 추가하는 데 어려움을 겪을 수 있음을 의미합니다.

수요일, 공공 전력 및 협동 전력회사는 제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 에너지 장관에게 서한을 보내 위기를 강조하고 에너지부에 미국의 소형 변압기 생산을 늘리기 위해 새로운 기후법의 자금을 사용할 것을 요청했습니다. 배전용 변압기를 주문하면 이제 도착하는 데 평균 1년 이상이 걸린다고 그들은 말했습니다.

미국 공공전력협회(American Public Power Association)와 국립농촌전기협동조합협회(National Rural Electric Cooperative Association) 지도자들은 "오늘 조치를 취하지 않으면 내일 폭풍으로부터 회복하지 못할 위험이 있습니다"라고 썼습니다. "장기적으로는 바이든 행정부가 구상한 전력화 목표를 달성하지 못한다는 뜻일 수 있다. 그 사이 배전변압기 잔고는 계속 늘어나고 있다."

DOE는 수요일 의견 요청에 응답하지 않았습니다.

트럼프 행정부와 바이든 행정부 모두 연방 기관이 경보를 울리면서 문제는 수년 동안 커지고 있습니다. 2020년 상무부 보고서는 미국의 수입 의존도를 우려한 반면, 올해 DOE 보고서는 변압기가 탄소 제로 그리드를 구축해야 할 필요성을 강조했습니다.

DOE 보고서는 국가의 전력망이 새로운 풍력 및 태양광 발전과 EV 충전으로 채워지려면 새로운 변압기의 공급이 극적으로 증가해야 한다고 결론지었습니다. DOE와 Commerce는 또한 청정 에너지 전환에 대한 추가 압력이 없더라도 변압기 공급이 국가 안보 문제라고 경고했습니다.

현재 미국에서 작동 중인 대부분의 변압기는 설계 수명에 가깝거나 그 이상입니다. 극심한 폭풍이 전력망 인프라를 더욱 강타하고 변압기 예비력을 고갈시키고 있습니다. 그리고 코로나19 대유행으로 인해 부품 공급 라인이 중단되어 경우에 따라 배송 시간이 두 배로 늘어났습니다(Energywire, 8월 22일).

다중 상태 네트워크를 통해 함께 작동하도록 동기화된 대형 변압기는 화석 연료 발전소, 태양열 및 풍력 발전 단지에서 최대 765킬로볼트(750,000V)의 출력을 처리합니다. 라인 끝에서 변압기는 가정에 안전하게 전달하기 위해 240V 표준에 도달할 때까지 전력 출력을 낮춥니다.

DOE 보고서에 인용된 Global Market Insights의 분석에 따르면 북미 전력회사는 2020년에 1,300개의 변압기를 구입했습니다. 2027년 예상 수요는 그 양의 두 배 이상이 될 것이다.

DOE에 따르면 400만 달러 규모의 대형 전력 변압기에 대한 수요는 2019년 700개에서 2027년 900개로 증가할 것으로 예상됩니다.

거의 200년 전, 영국의 과학자 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 철 막대 주위에 절연 전선 루프를 감은 다음 첫 번째 절연 전선 위에 두 번째 절연 전선을 감아 변압기의 고유한 기능을 시연했습니다.

이러한 기본 기술은 오늘날에도 변압기의 작동 원리로 남아 있습니다.

첫 번째 와이어를 통해 전송된 교류(AC)는 전자기력 덕분에 두 번째 와이어에 전류를 발생시킵니다. 첫 번째 와이어를 감은 것보다 철 막대 주위를 더 많이 감으면 두 번째 와이어의 전압이 증가합니다. 포장을 두 배로 하면 전압도 두 배로 늘어납니다.