해안지역 주거시설을 위한 전력수요 변동 대응형 하이브리드 발전시스템 도입 효과 예측에 관한 사례연구 A feasibility study on the hybrid power generation system considering of electricity needs' fluctuation of coastal area's houses원문보기
본 연구는 섬 주거시설의 전력부하 변동특성에 적합한 태양광발전설비와 풍력발전설비로 구성된 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측하고 성능을 평가하는 것을 목적으로, 경상남도 통영시에 소재하는 곤리도를 대상으로 수행한 사례연구 결과이다. 연구 결과, 시각별 전력부하 변동률, 시각별 풍력 발생 변동률, 시각별 일사량 변동률 등이 서로 다르기 때문에, 단순히 전력부하측과 풍력 혹은 태양광발전설비를 1:1로 조합한다면 상호간에 불균형이 발생하여 비효율적임을 알 수 있었다. 또한 부하용량선정방법인 최대부하법과 일일부하법으로 하이브리드 발전시스템의 각 용량을 설정할 경우의 성능을 비교한 결과 두 방법 모두 축전지를 포함한 풍력발전설비만 설치했을 때가 가장 효과적인 것으로 나타났는데 이는 풍력은 태양광과 달리 24시간 지속적으로 발생하기 때문이다.
본 연구는 섬 주거시설의 전력부하 변동특성에 적합한 태양광발전설비와 풍력발전설비로 구성된 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측하고 성능을 평가하는 것을 목적으로, 경상남도 통영시에 소재하는 곤리도를 대상으로 수행한 사례연구 결과이다. 연구 결과, 시각별 전력부하 변동률, 시각별 풍력 발생 변동률, 시각별 일사량 변동률 등이 서로 다르기 때문에, 단순히 전력부하측과 풍력 혹은 태양광발전설비를 1:1로 조합한다면 상호간에 불균형이 발생하여 비효율적임을 알 수 있었다. 또한 부하용량선정방법인 최대부하법과 일일부하법으로 하이브리드 발전시스템의 각 용량을 설정할 경우의 성능을 비교한 결과 두 방법 모두 축전지를 포함한 풍력발전설비만 설치했을 때가 가장 효과적인 것으로 나타났는데 이는 풍력은 태양광과 달리 24시간 지속적으로 발생하기 때문이다.
Based on the consideration of the hourly patterns of the electricity power consumption, this study predicted the effectiveness of hybrid power generation system, which is composed with wind power generator and photovoltaic generator. And this case study is performed at Konrido, which is a affiliated...
Based on the consideration of the hourly patterns of the electricity power consumption, this study predicted the effectiveness of hybrid power generation system, which is composed with wind power generator and photovoltaic generator. And this case study is performed at Konrido, which is a affiliated island of Kyeongsangnam-do. As the results, it is obvious that it is not efficient to cover the whole electricity power consumption only with any single power generating system, because the hourly patterns of electricity power consumption, wind power generation and photovoltaic generation are quite different. And because the wind is being through almost 24 hours, it is also found out that wind power generating system with storage battery is the most efficient combination for this case study.
Based on the consideration of the hourly patterns of the electricity power consumption, this study predicted the effectiveness of hybrid power generation system, which is composed with wind power generator and photovoltaic generator. And this case study is performed at Konrido, which is a affiliated island of Kyeongsangnam-do. As the results, it is obvious that it is not efficient to cover the whole electricity power consumption only with any single power generating system, because the hourly patterns of electricity power consumption, wind power generation and photovoltaic generation are quite different. And because the wind is being through almost 24 hours, it is also found out that wind power generating system with storage battery is the most efficient combination for this case study.
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문제 정의
본 연구는 정량적 관점에서 하이브리드 발전시스템의 도입효과를 예측한 것으로, 경제성과 풍력발전설비와 태양광발전설비 각각의 기기고유특성에 대한 부분이 배제되어 있기 때문에 다음단계 연구에서 이를 보완할 계획이다.
본 연구에서는 현지 수요자 중심의 생산 원리에 기초하여, 섬 주거시설의 전력부하 변동특성을 고려한 태양광발전설비와 풍력발전설비로 구성된 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측 비교하는 것을 목적으로, 경상남도 통영시에 소재하는 곤리도를 대상으로 수행한 사례연구 결과이다. 연구성과를 정리하면 다음과 같다.
이에 본 연구에서는, 현지 수요자 중심의 생산 원리(On site demand & generation)에 기초하여, 섬 주거시설의 전력부하특성을 분석하고 태양광발전설비와 풍력발전설비로 구성된 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측하며, 부하변동패턴과 각 발전설비 간의 용량비율 구성에 따른 발전량변동패턴을 비교함으로써 정량적 관점에서 섬에 알맞은 하이브리드 발전시스템을 제안하고자 한다.
제안 방법
2011년 9월과 10월 곤리도에는 주로 북서풍이 불며, 남동풍도 적지 않게 발생한다는 것을 Figure 3의 바람장미(풍배도)가 보여주며, Figure 4의 Weibull 속도분포에서는 해당기간 동안의 풍량은 풍부하지 않은 것으로 측정되었다. 그러나 풍량의 다소(多少)는 장기적인 관측을 통해 평가되어야 한다고 판단되기 때문에, 본 연구에서는 시각별 풍속변동에 관심을 갖고 해석을 수행했다.
단, 시스템 선정 과정에서는 태양광발전기기와 풍력발전기기는 제조사별 작동특성과 가격이 서로 다르기 때문에 본 연구에서는 경제성평가를 수행하지 않으며, 부하량과 발전량(공급량) 비교라는 수량적 관점에서만 평가한다.
둘째, 본 연구에서는 하이브리드 발전시스템이 태양광발전기, 풍력발전기, 축전지, 수전장비(계통전력)로 구성되는 것으로 정의한다.
셋째, 태양광 발전용량과 풍력 발전용량의 구성 비율을 변화시키고 그에 따른 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측한다.
전술한 바와 같이 본 연구에서는 하이브리드 발전시스템의 도입효과를 평가함에 있어 양적인 비교평가만을 수행하였다. 일반적으로 양적평가에는 최대부하법과 일간부하법이 있다.
첫째, 섬 주거시설의 전력부하특성과 해당지역의 태양광과 풍력의 부존 특성을 실측 분석한다. 현장실측은 2011년 9월과 10월에 수행되었다.
한편, 본 연구에서는 상세한 전력부하특성을 위해 1분 단위로 전력부하량을 측정하였는데, 측정장비를 집안에 설치해야 하는 번거로움이 있기 때문에, 곤리도 어촌계와 협의하여 섬의 가족 구성을 대표하는 고령자 중심 가구(J가구), 70대 할머니만 거주하는 독신 가구(N가구), 다양한 연령대가 함께 거주하는 가구(Y가구)를 선정하였다. Table 1은 3가구의 개요를 정리한 것이다.
대상 데이터
실험대상 섬은 경상남도 통영시에 소재하는 곤리도이다. 이 섬의 전체면적은 958,669㎡, 가구구성은 111가구 237명이 거주하며, 주민의 연령은 60대 이상의 고령자가 전체 주민의 41.
첫째, 섬 주거시설의 전력부하특성과 해당지역의 태양광과 풍력의 부존 특성을 실측 분석한다. 현장실측은 2011년 9월과 10월에 수행되었다.
성능/효과
넷째, 축전지 활용률과 계통전력으로부터의 수전비율이 가장 낮은 시스템을 선정한다.
풍력발전설비만으로 전력부하량 전체를 공급하는 경우를 제외하고 모든 경우에 계통전력으로부터의 수전이 필요한 것으로 평가되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
본 연구에서 섬에 알맞은 하이브리드 발전시스템을 제안하기 위해 어떤 순서로 연구를 수행하였는가?
첫째, 섬 주거시설의 전력부하특성과 해당지역의 태양광과 풍력의 부존 특성을 실측 분석한다. 현장실측은 2011년 9월과 10월에 수행되었다.
둘째, 본 연구에서는 하이브리드 발전시스템이 태양광발전기, 풍력발전기, 축전지, 수전장비(계통전력)로 구성되는 것으로 정의한다.
셋째, 태양광 발전용량과 풍력 발전용량의 구성 비율을 변화시키고 그에 따른 하이브리드 발전시스템의 발전특성을 예측한다.
넷째, 축전지 활용률과 계통전력으로부터의 수전비율이 가장 낮은 시스템을 선정한다.
공공기관이 건물을 신축 혹은 일정규모 이상으로 증축하고자 할 때 신재생에너지시스템 도입을 의무로 규정하고 있는 법률은 무엇인가?
우리나라는 “신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법”에 근거하여 정부기관, 정부투자기관 외 공공기관이 건물을 신축 혹은 일정규모 이상으로 증축하고자 할 때에는 태양, 풍력, 해양, 지열, 바이오, 연료전지 등을 활용한 신재생에너지시스템 도입을 의무로 규정하고 있다[1]. 이 정책 시행 이후, 그리고 국제적인 유가상승이 지속되면서 국내 에너지 공급망 개선에 대한 사회적 의식수준이 높아져 신재생에너지 활용 시스템의 보급률은 빠른 속도로 상승하고 있으며, 특히 태양광발전, 풍력발전 등의 경우에는 주로 발전된 전력을 계통전력에 판매하는 방식으로 운영되고 있다.
섬 지역의 주거시설을 위한 자연에너지원의 발전시스템을 구축하기 위해서는 부하변동패턴과 발전패턴에 대한 검토가 필요한 이유는?
한편, 섬 지역 주거시설의 시각별 전력수요량(이하 전력부하량으로 표기)1) 변동 패턴은 도시의 주거시설과의 차이가 있으며[2], 태양에너지를 대표하는 시각별 일사량 변화와 시각별 풍력 발생 특성은 서로 다르기 때문에[3] 섬 지역의 주거시설을 위한 자연에너지원의 발전시스템을 구축하기 위해서는 부하변동패턴과 발전패턴에 대한 검토가 필요하다는 점이 지적되었다.
참고문헌 (6)
Ministry of Government Legislation, Act on The Promotion of The Development, Use and Diffusion of New and Renewable Energy, Act No. 10445, Korea, Mar. 9, 2011.
K. I. Hwnag, "Measurement of electric power consumption of residences in southeastern fishing village of Korea", Journal of Korean Navigation and Port Research, vol. 36, no. 6, pp. 501-506, 2012 (in Korean).
K. I. Hwang, "Measurement of wind and solar radiation for energy resources survey on islands around Namhae-Tongyoung, Korea", Journal of Korean Navigation and Port Research, vol. 37, no. 1, pp. 79-84, 2013 (in Korean).
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