온실가스를 가장 많이 배출하는 전력 부문 주요 에너지원의 재생에너지로의 전환은 기후변화대응의 최우선과제이다. 최근 태양광발전과 풍력발전 가격하락은 에너지전환의 가능성을 높이고 있으나, 재생에너지의 변동성은 높은 비율의 재생에너지 전력 공급가능성에 의문을 제기하고 있다. 재생에너지를 높은 비율로 공급하기 위해서는 재생에너지 및 전통적 발전의 유연화, 전력계통의 확장, 수요관리 강화, 전력저장장치 등을 통해 전력시스템 전체의 유연성 강화가 필요하다. 에너지 공급 안정성, 재생에너지의 수용성, ...
온실가스를 가장 많이 배출하는 전력 부문 주요 에너지원의 재생에너지로의 전환은 기후변화대응의 최우선과제이다. 최근 태양광발전과 풍력발전 가격하락은 에너지전환의 가능성을 높이고 있으나, 재생에너지의 변동성은 높은 비율의 재생에너지 전력 공급가능성에 의문을 제기하고 있다. 재생에너지를 높은 비율로 공급하기 위해서는 재생에너지 및 전통적 발전의 유연화, 전력계통의 확장, 수요관리 강화, 전력저장장치 등을 통해 전력시스템 전체의 유연성 강화가 필요하다. 에너지 공급 안정성, 재생에너지의 수용성, 에너지 효율을 높이기 위해 소규모 단위에서 전력의 생산과 소비가 독립된 이루어지는 마이크로그리드가 확산되고 있다. 전력망의 지능화를 의미하는 스마트그리드도 마이크로그리드 확산과 함께 발전하고 있다. 본 연구에서는 에너지자립섬 마이크로그리드의 전원구성 최적화를 모색하기 위해 가사도를 연구대상으로 선정하였다. 가사도는 도서가 많은 전남에 위치해 있으며, 우리나라 도서의 전형적인 전력수요 유형인 어업중심 섬의 특성을 나타내고 있기 때문이다. 가사도의 기존 ‘디젤발전시스템’을「기준시나리오」로 설정하고, 대안시나리오로서 ‘디젤+태양광’, ‘디젤+태양광+ESS(Energy Storage System), ’디젤+태양광+풍력‘, ’디젤+태양광+풍력+ESS‘의 「하이브리드시나리오」와 ’태양광+ESS‘, ’풍력+ESS‘, ’태양광+풍력+ESS‘의 「재생에너지100%시나리오」를 구성하고, 실시간 전력수급모형인 HOMER를 이용하여, 경제성과 환경성을 비교, 분석하였다. 대안시나리오 중 ‘디젤+태양광+풍력+ESS’의 「하이브리드시나리오」가 가장 좋은 경제성 및 재생에너지 공급 비율을 나타냈다. ‘기존디젤발전시스
템’에 태양광발전과 풍력발전을 단순 추가할 경우에도 전체전력시스템의 경제성을 높일 수 있었으며, ESS가 추가 적용될 경우에는 전체시스템의 경제성 개선과 재생에너지 비율 확대에 크게 기여하였다. 태양광발전과 풍력발전은 함께 적용되는 것이 경제성을 높이고 재생에너지 공급을 높이는데 기여하였다. 「재생에너지100%시나리오」는 모두 「기준시나리오」에 비해 경제성이 현저히 떨어지는 것으로 나타났으며, 재생에너지 100% 공급보다는 높은 비율의 재생에너지 공급이 바람직한 것으로 파악이 되었다. 에너지자립섬에서 태양광발전과 풍력발전은 전력계통 운영상 필요할 경우 출력 제한이 가능하도록 장비를 구축하고, 디젤발전은 부하추종 운전을 함으로써 전력시스템의 수급균형을 이룰 수 있었다. Li-ion ESS는 전력계통의 전압 및 주파수 안정에 기여하고, 전력저장을 통해 전력시스템 전체의 에너지효율성과 경제성을 높이는데 기여하였다. 재생에너지의 공급 비율이 높을 경우 ESS가 설치되어도 재생에너지의 초과전력이 20% 이상 발생하므로 이의 활용이 경제성 개선의 중요한 과제임을 확인하였다. 에너지자립섬 마이크로그리드에서 높은 비율의 재생에너지 공급이 가능하다는 사실은 전력계통이 이웃나라와 연결되지 않은 우리나라 전력계통에서 유연성을 강화한다면 높은 비율의 재생에너지 공급이 가능할 것이라는 시사점을 얻을 수 있다.
주요어: 변동하는 재생에너지, 전력시스템 유연성, 에너지자립섬, 마이크로그리드, HOMER
온실가스를 가장 많이 배출하는 전력 부문 주요 에너지원의 재생에너지로의 전환은 기후변화대응의 최우선과제이다. 최근 태양광발전과 풍력발전 가격하락은 에너지전환의 가능성을 높이고 있으나, 재생에너지의 변동성은 높은 비율의 재생에너지 전력 공급가능성에 의문을 제기하고 있다. 재생에너지를 높은 비율로 공급하기 위해서는 재생에너지 및 전통적 발전의 유연화, 전력계통의 확장, 수요관리 강화, 전력저장장치 등을 통해 전력시스템 전체의 유연성 강화가 필요하다. 에너지 공급 안정성, 재생에너지의 수용성, 에너지 효율을 높이기 위해 소규모 단위에서 전력의 생산과 소비가 독립된 이루어지는 마이크로그리드가 확산되고 있다. 전력망의 지능화를 의미하는 스마트그리드도 마이크로그리드 확산과 함께 발전하고 있다. 본 연구에서는 에너지자립섬 마이크로그리드의 전원구성 최적화를 모색하기 위해 가사도를 연구대상으로 선정하였다. 가사도는 도서가 많은 전남에 위치해 있으며, 우리나라 도서의 전형적인 전력수요 유형인 어업중심 섬의 특성을 나타내고 있기 때문이다. 가사도의 기존 ‘디젤발전시스템’을「기준시나리오」로 설정하고, 대안시나리오로서 ‘디젤+태양광’, ‘디젤+태양광+ESS(Energy Storage System), ’디젤+태양광+풍력‘, ’디젤+태양광+풍력+ESS‘의 「하이브리드시나리오」와 ’태양광+ESS‘, ’풍력+ESS‘, ’태양광+풍력+ESS‘의 「재생에너지100%시나리오」를 구성하고, 실시간 전력수급모형인 HOMER를 이용하여, 경제성과 환경성을 비교, 분석하였다. 대안시나리오 중 ‘디젤+태양광+풍력+ESS’의 「하이브리드시나리오」가 가장 좋은 경제성 및 재생에너지 공급 비율을 나타냈다. ‘기존디젤발전시스
템’에 태양광발전과 풍력발전을 단순 추가할 경우에도 전체전력시스템의 경제성을 높일 수 있었으며, ESS가 추가 적용될 경우에는 전체시스템의 경제성 개선과 재생에너지 비율 확대에 크게 기여하였다. 태양광발전과 풍력발전은 함께 적용되는 것이 경제성을 높이고 재생에너지 공급을 높이는데 기여하였다. 「재생에너지100%시나리오」는 모두 「기준시나리오」에 비해 경제성이 현저히 떨어지는 것으로 나타났으며, 재생에너지 100% 공급보다는 높은 비율의 재생에너지 공급이 바람직한 것으로 파악이 되었다. 에너지자립섬에서 태양광발전과 풍력발전은 전력계통 운영상 필요할 경우 출력 제한이 가능하도록 장비를 구축하고, 디젤발전은 부하추종 운전을 함으로써 전력시스템의 수급균형을 이룰 수 있었다. Li-ion ESS는 전력계통의 전압 및 주파수 안정에 기여하고, 전력저장을 통해 전력시스템 전체의 에너지효율성과 경제성을 높이는데 기여하였다. 재생에너지의 공급 비율이 높을 경우 ESS가 설치되어도 재생에너지의 초과전력이 20% 이상 발생하므로 이의 활용이 경제성 개선의 중요한 과제임을 확인하였다. 에너지자립섬 마이크로그리드에서 높은 비율의 재생에너지 공급이 가능하다는 사실은 전력계통이 이웃나라와 연결되지 않은 우리나라 전력계통에서 유연성을 강화한다면 높은 비율의 재생에너지 공급이 가능할 것이라는 시사점을 얻을 수 있다.
주요어: 변동하는 재생에너지, 전력시스템 유연성, 에너지자립섬, 마이크로그리드, HOMER
The conversion of the power sector, which emits the most greenhouse gases, into renewable energy is a top priority for responding to climate change. Recent declines in prices due to the development of PV and wind power generation technologies are improving the economic of renewable energy, but their...
The conversion of the power sector, which emits the most greenhouse gases, into renewable energy is a top priority for responding to climate change. Recent declines in prices due to the development of PV and wind power generation technologies are improving the economic of renewable energy, but their volatility raises the question of the possibility of supplying renewable energy at a high rate. Several reports from the International Energy Agency (IEA) point out that to provide renewable energy at a high rate, it is necessary to strengthen the flexibility of the entire power system by flexibilizing renewable energy and conventional power generation, expanding the power system, strengthening demand management, and storing electricity. Microgrid, which is a small-scale power generation and consumption system, is attracting attention and spreading for the purpose of increasing the energy security, the acceptability of renewable energy and increasing energy efficiency. The smart grid represents the intelligence of the grid in response to the spread of renewable energy, and the micro grid is understood as the basic unit of smart grid implementation. In korea, smart grid and micro grid related businesses are also being carried out variously. This study is an optimization study of micro grid for energy self-sufficient islands. In this study, Kasa-island power system were selected for the case study research subjects. There are three reasons to be selected. First kasa-island located in Jeon-nam province in which there are lots of islands. Second Kasa-island has the typical electricity demand characteristic of fishery islands. Third Kasa-island has already equipped with the renewable energy microgrid so that it can be studied comparative research. Existing diesel power generation system is set as the reference scenario. For the alternative scenario, hybrid scenarios of diesel+solar, diesel+solar+ESS, diesel+solar+wind, diesel+solar+wind+ESS and 100% renewable energy scenario of solar+ESS, wind+ESS, solar+wind+ESS are set and studied and compared them using HOMER, a real time power supply and demand model. Solar power generation is only generated during the daytime and wind power generation is no distinction between day and night, the application of solar power and wind power together increases the power system economic efficiency. because the electricity demand of the Kasa-island shows a fairly uniform pattern that is not much different between night and day. The simple addition of renewable energy to existing diesel power generation systems can increase the economics of the entire power system and, if additional ESSs are applied, further improve the economics of the overall power system and increase the renewable energy ratio. Among the alternative scenarios, hybrid scenarios of diesel+solar+ wind+ESS have been shown to provide the best economics and a high percentage of renewable energy. If we pursue 100% renewable energy, the economical efficiency is significantly worse than the reference scenario. In the energy self-sufficient island micro grid, photovoltaic power generation and wind power generation have flexibility by ensuring output curtailment function, and diesel power generation has been able to achieve balance of power system by performing load following operation. ESS contributes to voltage and frequency stability, mitigates the volatility of solar power generation and wind power generation, and contributes to the stability of the power system through power storage. If a high percentage of renewable energy is supplied even if an ESS is installed, the excess power of renewable energy is more than 20%, confirming that utilization of the surplus renewable energy is an important task to improve the economical efficiency of the power system. If a high proportion of renewable energy is available from the energy self-sufficient island microgrid, it can be suggested that a higher proportion of renewable energy can be provided through the flexibility of the Korean peninsula power system being enhanced.
Keywords : Variable Renewables, Electricity System Flexibility, Energy Independent Islands, Microgrid, HOMER
The conversion of the power sector, which emits the most greenhouse gases, into renewable energy is a top priority for responding to climate change. Recent declines in prices due to the development of PV and wind power generation technologies are improving the economic of renewable energy, but their volatility raises the question of the possibility of supplying renewable energy at a high rate. Several reports from the International Energy Agency (IEA) point out that to provide renewable energy at a high rate, it is necessary to strengthen the flexibility of the entire power system by flexibilizing renewable energy and conventional power generation, expanding the power system, strengthening demand management, and storing electricity. Microgrid, which is a small-scale power generation and consumption system, is attracting attention and spreading for the purpose of increasing the energy security, the acceptability of renewable energy and increasing energy efficiency. The smart grid represents the intelligence of the grid in response to the spread of renewable energy, and the micro grid is understood as the basic unit of smart grid implementation. In korea, smart grid and micro grid related businesses are also being carried out variously. This study is an optimization study of micro grid for energy self-sufficient islands. In this study, Kasa-island power system were selected for the case study research subjects. There are three reasons to be selected. First kasa-island located in Jeon-nam province in which there are lots of islands. Second Kasa-island has the typical electricity demand characteristic of fishery islands. Third Kasa-island has already equipped with the renewable energy microgrid so that it can be studied comparative research. Existing diesel power generation system is set as the reference scenario. For the alternative scenario, hybrid scenarios of diesel+solar, diesel+solar+ESS, diesel+solar+wind, diesel+solar+wind+ESS and 100% renewable energy scenario of solar+ESS, wind+ESS, solar+wind+ESS are set and studied and compared them using HOMER, a real time power supply and demand model. Solar power generation is only generated during the daytime and wind power generation is no distinction between day and night, the application of solar power and wind power together increases the power system economic efficiency. because the electricity demand of the Kasa-island shows a fairly uniform pattern that is not much different between night and day. The simple addition of renewable energy to existing diesel power generation systems can increase the economics of the entire power system and, if additional ESSs are applied, further improve the economics of the overall power system and increase the renewable energy ratio. Among the alternative scenarios, hybrid scenarios of diesel+solar+ wind+ESS have been shown to provide the best economics and a high percentage of renewable energy. If we pursue 100% renewable energy, the economical efficiency is significantly worse than the reference scenario. In the energy self-sufficient island micro grid, photovoltaic power generation and wind power generation have flexibility by ensuring output curtailment function, and diesel power generation has been able to achieve balance of power system by performing load following operation. ESS contributes to voltage and frequency stability, mitigates the volatility of solar power generation and wind power generation, and contributes to the stability of the power system through power storage. If a high percentage of renewable energy is supplied even if an ESS is installed, the excess power of renewable energy is more than 20%, confirming that utilization of the surplus renewable energy is an important task to improve the economical efficiency of the power system. If a high proportion of renewable energy is available from the energy self-sufficient island microgrid, it can be suggested that a higher proportion of renewable energy can be provided through the flexibility of the Korean peninsula power system being enhanced.
Keywords : Variable Renewables, Electricity System Flexibility, Energy Independent Islands, Microgrid, HOMER
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