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문제 정의
- 미국 오하이오주 콜럼부스에 위치한 CERTS 마이크로그리드의 실증단지, 일본과 캐나다와 유럽에서의 마이크로그리드의 실증단지와 관련한 자료들이 보고되었다[3]. 기존의 발전원과 신재생발전은 예측이 어렵고 변화가 크므로 이러한 신재생전원을 포함하는 분산발전 시스템에 대한 새로운 세대의 EMS의 개발을 위하여 고려할 사항들에 대하여 분석하여 발표하였다[4]. 저전압 보호를 위한 적절한 저전압보호장치의 세팅으로 분산전원시스템의 송전망에서 외란 발생 시 안정도를 유지하면서 열병합발전이 송전망으로부터 탈락하는 것을 예방하기 위한 연구가 수행되었다[5].
- 기존의 발표된 논문은 신재생 발전의 랜덤하게 변화하는 특성과 탄소배출권 거래비용을 포함한 최적화가 이루어져 있지 않았다. 따라서 본 논문에서는 이러한 점을 착안하여 신재생발전량의 확률적인 변화를 고려하고 탄소배출권을 고려하여 좀 더 실제와 부합하는 최적화를 실시하였다.
- 마이크로그리드는 태양광발전, 풍력발전, 연료전지발전 등의 신재생에너지와 소형열병합발전의 고효율발전기를 포함 하는 소규모의 전력공급설비가 주류를 이루게 구성될 수 있으므로 친 환경적이어서 수용가 가까이에 설치될 수 있고, 전력손실도 줄이고 전력에너지를 효과적으로 얻을 수 있다. 마이크로그리드에서 중요한 역할을 수행하는 배터리 분야의 연구로서 분산전원에 에너지저장 배터리를 적용한 케이스에 대하여 배터리를 제어하여 주파수와 전압의 특성이 변화하는 특성을 연구하였다. 분산전원에 에너지저장 배터리를 적용하여 전력의 품질이 크게 향상될 수 있다는 것을 보여 주었다[1].
- 배터리 충전 모드마다 충전량 및 충전 속도가 변하며 일반적으로 배터리는 짧은 시간에 약 70∼80% 정도 충전된다. 본 논문에서는 배터리의 충방전 특성을 시뮬레이션에 반영하기 위하여, 선택된 배터리의 충방전 특성을 가로축과 세로축에 따라 양자화하여 표로 만들어 컴퓨터에 프로그램으로 입력시키고 배터리의 상태에 해당되는 표의 값을 사용하여 근사적으로 반영하였다. 이러한 배터리의 충방전 특성을 이용하여 저렴한 심야전력에 전력을 충전하였다가 첨두부하 시간대에 방전하도록 설정하였다.
- 본 논문에서는 비용 최소화를 통해 마이크로그리드의 경제적 최적운영을 위한 방안을 제시하고자 한다.
- 본 논문에서는 신재생에너지 발전력과 부하에 대하여 확률적인 기법을 도입하여 분석하고 향후 적용될 탄소거래비용과 발전기 기동정지비용 및 배터리 충·방전 특성을 고려함으로써 보다 더 실제와 부합하는 마이크로그리드 최적운용 기법을 제시하였다.
- 본 논문에서는 태양광발전과 풍력발전의 예상하기 어려운 발전력에 대하여 확률적인 기법을 도입하여 분석을 한다. 또한, 정부에서 2012년에 제정한 ‘배출권거래제법’에 따라 2015년에는 온실가스 배출권 거래제도가 도입될 예정이므로 탄소배출권을 고려하여 그 효과를 반영한다.
가설 설정
- 탄소배출량은 신재생에너지원의 발전에서는 발생되지 않고 열병합발전, 첨두부하 보일러, 디젤발전, 전력구입량에 의해 발생된다. 각 설비의 연료사용량을 가정하고 국제협의체인 IPCC의 탄소배출계수를 이용하여 탄소배출량을 산출한다. 즉, 열병합발전 및 첨두부하보일러는 LNG를 연료원으로 사용하고 디젤발전은 경유를 연료원으로 가정하여 수식을 구성한다.
- 마이크로그리드의 최적운용을 위한 수리적 모델을 정식화하고, 혼합정수계획법으로 최적 해를 구한다. 마이크로그리드는 현재 상용화가 진행되고 있는 단계이므로 마이크로그리드 내의 열과 전력 부하는 기존의 특정 집단의 수요와 비슷한 패턴으로 발생할 것이라 가정하고 시뮬레이션을 수행하며, 사례연구를 통하여 타당성을 검증한다.
- 신재생발전량의 패턴으로는 태양광 발전량의 경우 평균적인 태양광 발전 이용률과 기상청의 풍속데이터의 패턴과 비슷하다고 가정하고, ±20%의 표본오차를 가지는 발전량을 랜덤하게 산출한 후 Monte-Carlo Method를 적용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
- 경우B에서는 신재생에너지를 포함하여 최적운용계획을 수립한다. 우선 경우A에 비하여 태양광발전, 풍력발전, 연료전지의 신재생에너지전원이 시설되어있다고 가정한다. 이에 따라 신재생전원 자체의 발전단가는 0원이기 때문에 신재생에너지전원이 우선적으로 발전된다고 가정한다.
- 우선 경우A에 비하여 태양광발전, 풍력발전, 연료전지의 신재생에너지전원이 시설되어있다고 가정한다. 이에 따라 신재생전원 자체의 발전단가는 0원이기 때문에 신재생에너지전원이 우선적으로 발전된다고 가정한다.
- 각 설비의 연료사용량을 가정하고 국제협의체인 IPCC의 탄소배출계수를 이용하여 탄소배출량을 산출한다. 즉, 열병합발전 및 첨두부하보일러는 LNG를 연료원으로 사용하고 디젤발전은 경유를 연료원으로 가정하여 수식을 구성한다.
- 최적운용계획을 수립하기 위해 가상의 마이크로그리드를 고려하며, 이 마이크로 그리드는 1시간당 약1200[kWh]의 전력수요량과 약 0.9[Gcal]의 열 수요량을 가지는 소형 시스템이라고 가정한다. 총 24개의 구간을 구성하여 1시간 간격마다 최적 운용계획을 수립한다.
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