[논문]발전기보수유지계획을 고려한 CO2배출량의 추정

전동훈; 박정제; 오태곤; 조경희; 최재석; 백웅기

doi:10.5370/kiee.2010.59.9.1507

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The $CO_2$ emission can be decreased due to freedom of generator maintenance scheduling(GMS). This paper proposes assessment of $CO_2$ emission considering generator maintenance scheduling(GMS) and evaluates effect of the GMS on $CO_2$ emission. And also, this paper ...

The $CO_2$ emission can be decreased due to freedom of generator maintenance scheduling(GMS). This paper proposes assessment of $CO_2$ emission considering generator maintenance scheduling(GMS) and evaluates effect of the GMS on $CO_2$ emission. And also, this paper assesses the $CO_2$ emission and the probabilistic production cost simulation of nuclear and thermal power generators considering operation of hydro and pumped generator. The minimum reliability criterion level satisfied production cost minimization function model is used in this paper. The practicality and effectiveness of the proposed approach are demonstrated by simulation studies for a real size power system in Korea in 2010.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서 제안한 방법을 우리나라 계통규모에 적용한 사례연구를 통하여 제안하는 방법의 유효성을 검증하였다. 나아가 특정 발전회사가 직접 지정한 발전기보수유지계획의 제한을 받지 않은데 기인한 CO₂배출량의 변화도 살펴보았다.
본 논문은 주어진 신뢰도기준공급예비율을 유지하면서 발전비용을 최소로 하는 방법을 사용하여 수력과 양수 발전기를 감안한 발전기보수유지계획의 CO₂배출량 추정방법을 제안하였다. 나아가 발전회사가 직접 지정한 발전기보수유지 계획 대신 보수허용 보수가능시간대를 자유롭게 한 경우의 CO₂배출량도 추정하여 보았다.

제안 방법

배출량 추정방법을 제안하였다. 나아가 발전회사가 직접 지정한 발전기보수유지 계획 대신 보수허용 보수가능시간대를 자유롭게 한 경우의 CO₂배출량도 추정하여 보았다. 이로부터 발전기보수유지계획이 달라짐에 따라 CO₂배출 추정치가 어떻게 달라지는가를 정량적으로 분석할 수 있으며, 차후 CO₂배출 제약조건을 감안한 보다 융통성 있는 발전기보수유지계획을 수립할 수있을 것으로 사료된다.
본 논문은 신뢰도기준을 의미하는 기준공급예비율을 유지하면서 확률론적인 발전비용을 최소화 하는 방법을 사용하여 수력 발전기와 양수 발전기(P-G)를 고려한 발전기보수유지계획을 수립하였으며 더불어 CO₂배출 추정방법을 제시한다. 본 연구에서 제안한 방법을 우리나라 계통규모에 적용한 사례연구를 통하여 제안하는 방법의 유효성을 검증하였다.
배출 추정방법을 제시한다. 본 연구에서 제안한 방법을 우리나라 계통규모에 적용한 사례연구를 통하여 제안하는 방법의 유효성을 검증하였다. 나아가 특정 발전회사가 직접 지정한 발전기보수유지계획의 제한을 받지 않은데 기인한 CO₂배출량의 변화도 살펴보았다.
표 2에 나타나 있는 것처럼 세 가지 사례에 대해 모의실험을 하여보았다. 본 사례연구에서 SRR*은 사례 I과같이 발전기보수유지계획을 수립할 경우에 본 계통이 갖게 되는 공급예비율과 동일한 값인 5.
한편, 본 연구에서의 사례연구를 통하여 탄소배출량에 대한 비용지불의 상대적 가치로써 녹색성장에 대한 기여도를 의미한다고 할 수 있는 CO2배출량당 발전 비용의 비율(ζ)을 제안하고 이를 토대로 각 회사별로 간략히 분석하여 보았다.

대상 데이터

057864GWh로 추정된다. 본 논문에서는 참고문헌[10]의 사례연구에서 사용했던 입력자료와 동일한 자료를 사용하였다. 더불어 전술한 바와 같은 부록에 나타난 우리나라 발전계통의 발전기별 CO₂배출계수를 이용하기로 하였으며 참고로 이를 발전기유형에 따라 간략히 보이면 표 1과 같다.
본 사례연구에서는 2010년도 우리나라 발전계통 규모와 유사한 모델계통을 적용하였다. 그림 5는 2010년도시간별 최대부하변동곡선의 패턴이다.

성능/효과

이는 A회사와 E회사의 경우 발전비용을 최소로 하기 위하여 CO₂배출계수가 크면서 발전단가가 싼 석탄화력 발전기를 더욱 운전한 데서 비롯된다고 사료된다. 그리고 G회사의 경우 보유하고 있는 발전기들이 CO₂배출계수가 0인 원자력 발전기이므로 보수유지계획수립안과 CO₂배출과는 무관하지만 지정한 보수유지 계획으로부터 제한받지 않았을 경우에 타 발전회사와 비교 하여 상대적으로 극히 미소하나마 발전비용이 절감된다는 것을 알 수 있다. 이는 보유한 발전기들이 대부분 기저부하 담당용으로서 설비이용률이 보수유지계획안과 상관없이 거의 동일하다는 것을 의미한다.
배출 절감량과 확률론적인 발전비용을 상대적으로 나타낸 결과이다. 본 결과에 따르면 사례 II에서 C와 E회사의 경우에는 CO₂배출량과 발전비용이 모두 증가를 보이고 있으며, 사례 III에서는 A와 E회사의 발전비용은 절감되나 CO₂배출량은 증가를 보이고 있다. 이는 A회사와 E회사의 경우 발전비용을 최소로 하기 위하여 CO₂배출계수가 크면서 발전단가가 싼 석탄화력 발전기를 더욱 운전한 데서 비롯된다고 사료된다.
배출량과 확률론적인 발전비용을 표 3에 보인다. 본 결과에서 발전기의 보수가능시간대제약조건을 보다 자유롭게 한 사례 II와 사례 III 모두에 있어서 총 CO₂배출량과 총 발전비용은 감소된다는 것을 본 사례연구를 통해 확인할 수 있다. 나아가 각 발전회사의 발전기보수유지계획을 자유롭게 한 사례 III의 경우보다 모든 발전회사의 발전기보수유지계획을 자유롭게 허용한 사례 II 의 경우가 발전비용 및 CO₂배출이 더욱 감소됨을 알 수 있다.
그러나 이는 몇 가지 이유에서 비롯된다고 볼 수 있다. 첫째로 CO₂배출계수가 매우 작고 발전단가가 상대적으로 값싼 기저부하담당용 발전기로서 높은 설비이용률에서 기인하는 경우(즉, 원자력발전기를 보유한 발전회사의 경우로써 G회사의 경우), 둘째는 상대적으로 높은 부하담당용 발전기로서 낮은 설비이용률이지만 매우 비싼 발전단가를 가지면서 CO₂배출계수는 상대적으로 낮은 발전기를 보유한 경우(즉, LNG발전기등을 상대적으로 많이 보유한 회사의 경우로써 C회사의 경우) 등이라고 사료된다. 반대로 이 비의 값이 낮은 발전회사는 CO₂배출계수는 크지만 발전단가가가 낮아서 전체적으로 총 발전비용이 낮은 발전기들을 상대적으로 많이 보유한 회사(여기서는 E회사)라고 추정된다.

후속연구

따라서 본 비율(ζ)이 크다는 것은 탄소배출량에 대한 비용지불의 상대적 가치로써 녹색성장에 대한 기여도를 의미한다고 할 수 있다. 그러므로 이를 녹색성장에 대한 각 발전회사의 기여도의 척도중 하나로 사용할 수 있을 것으로 기대되며 차후 전원개발계획시 이를 참조하여 녹색성장의 측면에서 가능한 이를 높게 하여 미래지향적인 전원구성비를 작성할 수 있으리라 사료된다.
차후 이는 녹색성장에 대한 각 발전회사의 기여도의 측도중 하나로 사용할 수 있을 것으로 기대되며 전원개발계획시 이를 참조하여 녹색성장의 측면에서 가능한 이를 높게 하여 미래지향적인 전원구성비를 작성할 경우에 도움을 줄 수 있으리라 기대된다. 본 연구에서는 발전기보수유지계획에서의 CO₂배출량 추정방법을 제안하였으나 차후 이를 제약조건으로 한 경우 및 이를 목적함수로 한 발전기보수 유지계획수립을 위한 방법 등을 개발할 예정이다.
나아가 발전회사가 직접 지정한 발전기보수유지 계획 대신 보수허용 보수가능시간대를 자유롭게 한 경우의 CO₂배출량도 추정하여 보았다. 이로부터 발전기보수유지계획이 달라짐에 따라 CO₂배출 추정치가 어떻게 달라지는가를 정량적으로 분석할 수 있으며, 차후 CO₂배출 제약조건을 감안한 보다 융통성 있는 발전기보수유지계획을 수립할 수있을 것으로 사료된다. 한편, 본 연구에서의 사례연구를 통하여 탄소배출량에 대한 비용지불의 상대적 가치로써 녹색성장에 대한 기여도를 의미한다고 할 수 있는 CO₂배출량당 발전 비용의 비율(ζ)을 제안하고 이를 토대로 각 회사별로 간략히 분석하여 보았다.
한편, 본 연구에서의 사례연구를 통하여 탄소배출량에 대한 비용지불의 상대적 가치로써 녹색성장에 대한 기여도를 의미한다고 할 수 있는 CO₂배출량당 발전 비용의 비율(ζ)을 제안하고 이를 토대로 각 회사별로 간략히 분석하여 보았다. 차후 이는 녹색성장에 대한 각 발전회사의 기여도의 측도중 하나로 사용할 수 있을 것으로 기대되며 전원개발계획시 이를 참조하여 녹색성장의 측면에서 가능한 이를 높게 하여 미래지향적인 전원구성비를 작성할 경우에 도움을 줄 수 있으리라 기대된다. 본 연구에서는 발전기보수유지계획에서의 CO₂배출량 추정방법을 제안하였으나 차후 이를 제약조건으로 한 경우 및 이를 목적함수로 한 발전기보수 유지계획수립을 위한 방법 등을 개발할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	근래에 들어 선호되는 발전기보수유지계획 방법은 무엇인가?	발전기보수유지계획은 지금까지 일반적으로 예비율이나 위험률(RISK)을 평준화 내지 극대화하는 것을 목적함수로 삼는 방법이 주로 사용되어져 왔다. 그러나 근래 전력산업의 자유경쟁체제 환경 하에서 발전회사는 신뢰도를 극대화 하는 모형보다 적정신뢰도기준을 만족하면서 발전비용을 최소화로 하는 모형 또는 이윤극대화 모형을 더욱 선호하게 되었다. 그런데 발전비용 최소화 모형을 사용할 경우에는 수많은 확률론적인 발전비용 산정이 필요하고 발전기의 사고확률 및 다양한 운영방식을 고려해야 하므로 신뢰도 극대화 방법보다 상대적으로 매우 어렵고 복잡한 모형을 요구하게 된다.
	발전비용 최소화 모형을 사용할 경우 문제점은 무엇인가?	그러나 근래 전력산업의 자유경쟁체제 환경 하에서 발전회사는 신뢰도를 극대화 하는 모형보다 적정신뢰도기준을 만족하면서 발전비용을 최소화로 하는 모형 또는 이윤극대화 모형을 더욱 선호하게 되었다. 그런데 발전비용 최소화 모형을 사용할 경우에는 수많은 확률론적인 발전비용 산정이 필요하고 발전기의 사고확률 및 다양한 운영방식을 고려해야 하므로 신뢰도 극대화 방법보다 상대적으로 매우 어렵고 복잡한 모형을 요구하게 된다.
	발전기보수유지계획에서 주로 쓰이던 기존의 방법은 무엇인가?	발전기보수유지계획은 발전계통의 운용과 계획에 있어서 경제성과 신뢰성 모두에 영향을 미치는 중요한 계획문제이다. 발전기보수유지계획은 지금까지 일반적으로 예비율이나 위험률(RISK)을 평준화 내지 극대화하는 것을 목적함수로 삼는 방법이 주로 사용되어져 왔다. 그러나 근래 전력산업의 자유경쟁체제 환경 하에서 발전회사는 신뢰도를 극대화 하는 모형보다 적정신뢰도기준을 만족하면서 발전비용을 최소화로 하는 모형 또는 이윤극대화 모형을 더욱 선호하게 되었다.

참고문헌 (10)

Hisham Khatib, "Economic Evaluation of Projects in the Electricity Supply Industry", IEEE Power & Energy Series 44., MPG Books Limited, Bodmin. Cornwall, 2003.
X. Wang, J.R. McDonald, 1994, "Modern Power System Planning", McGraw-Hill Book Company.
이봉용, 심건보, 1992, "한계보수비용법 및 위험지수 평 준화법에 의한 최적 전원보수계획의 비교", KIEE, Vol.41, No.1, pp.9-17.
E.L. Silva, M. Morozowski etc, "Transmission Constrained Maintenance Scheduling of Generating Units: A Stochastic Programming Approach", IEEE Trans. on PS, Vol.10, No.2, pp.695-701, 1995.
M.K.C. Marwali and S.M. Shahidehpour, "Integrated Generation and Transmission Maintenance Scheduling with Network Constraints", IEEE Trans. on PS, Vol.13, No.3, pp.1063-1068, 1998.
최재석, 송길영, 1985, "발전기 보수유지 계획에 관한 연구", 대한전기학회 1985년도 하계학술회의논문집, pp.148-151, 1985년 7월.
최재석, 도대호, "퍼지 정수계획법을 이용한 발전기보수 유지계획수립 수법의 개발", 한국퍼지 및 지능시스템학회 논문지, Vol. 7, No. 5, pp.77-85, 1997.

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박정제, 조경희, 최재석, 백웅기, "발전사간 균형을 갖 는 발전기보수유지계획 수립에 관한 연구", 대한전기학회 2009년도 전력기술부문회 추계학술대회논문집, pp.61-63, 고려대학교, 2009년도 11월6-7일.
한국전력공사, "제4차 전력수급기본계획".
Jeongje Park, Jaeseok Choi, Ungki Baek, Junmin Cha and Kwang Y. Lee, "Flexible Maintenance Scheduling of Generation System by Multi-Probabilistic Reliability Criterion in Korea Power System", KIEE, Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol. 5, No. 1, pp. 8-15, March. 2010.

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