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배터리 충방전특성을 고려한 제주계통의 적정 ESS용량과 탄소배출량 산정에 관한 연구
A Study on the Evaluation of the ESS Capacity of Considering for Charge-Discharge Characteristic and CO2 Emission in Jeju 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.63 no.4, 2014년, pp.455 - 460  

구본희 (Dept. of Electrical Engineering, Daejin University) ,  차준민 (Dept. of Electrical Engineering, Daejin University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

South Korea's power consumption is increasing every year. For stable electric power supply, more generation facilities are needed. But it is not easy to build nuclear power generation facilities, so provision of renewable energy is thought of as the solution. For the system's stable management, prac...

주제어

#ESS   #BESS   # $CO_2$ emission   #The basic plan for long-term electricity supply and demand  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 제주계통에 에너지저장장치를 적용하기 위하여 6차 전력수급기본계획의 전원설비구성전망을 바탕으로 에너지저장장치의 최소용량을 산정하였다. 에너지저장장치 중 첨두부하삭감과 부하평준화 역할을 동시에 수행가능한 전력용 배터리에너지저장장치(BESS)의 특성을 이용하여 BESS의 최소용량을 산정하고 운영효과를 알아보았으며, BESS의 계통적용시의 탄소배출 감축량을 산정하였다.
  • 본 연구에서는 제주계통의 에너지저장장치 적용을 위하여 제 6차 전력수급기본계획을 바탕으로 신재생에너지, HVDC, 출력변동량 등을 고려하여 에너지저장장치의 최소용량을 산정하고, 배터리를 전력저장장치로 사용하기 위한 특성을 반영하여 용량을 산정하고 부하평준화 효과에 대하여 연구하였다. 또한, 이를 통하여 화력발전설비를 이용한 발전량 감소를 통한 탄소배출 감축량을 산정하였다.

가설 설정

  • 2003년∼2012년 운영 실적[8]에 따르면 제주계통의 발전량이 전력소비량보다 약 10% 크게 나타나므로, 제주계통에 필요한 총 발전량은 전력소비량의 110%를 가정하였다.
  • BESS의 운영은 충전을 시작하여 정격용량으로 충전을 완료하면 충전상태를 유지하다가 수요가 증가하면 방전하여 방전심도까지 방전하여 동작하는 것을 가정하였다. 표 5는 NaS배터리의 사양에 대하여 나타낸다[5].
  • ESS의 용량를 산정하기 위하여 HVDC의 이용은 예비선로로 사용되는 HVDC 1회선의 용량을 총 용량의 50%로 가정하여 1회선만 사용하며, 송전용량을 100% 이용하는 경우와 송전에 사용되는 HVDC의 송전용량에 여유를 두고 50%의 송전용량을 갖는 경우를 가정한다.
  • 설비이용률은 2008년∼2012년 5년간의 발전원별 설비이용률의 평균으로 가정하였으며 표 8과 같다.
  • 화력발전설비 중 기력·내연·복합 발전기를 사용하지 않더라도 조상기로 사용하기 위한 가스터빈은 운영하는 것으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제주계통에 에너지저장장치를 적용 가능성은? 배터리에너지저장장치의 충방전특성과 방전심도를 고려하여 BESS를 운영하기 위한 용량을 산정하였고, 전력수요패턴을 이용하여 부하상태에 따라 BESS를 분배하여 최대수요 감소효과와 부하평준화 효과가 있음을 확인하였다. 제주계통은 신재생에너지를 통한 발전량이 전력소비량 보다 커질 것으로 전망되므로 화력발전을 대체하여 BESS와 신재생에너지원으로 계통운영이 가능하다. 화력발전 설비의 대체 효과로 탄소배출량을 산정을 통하여 탄소와 이산화탄소 배출 저감효과가 있음을 확인하였다.
에너지저장장치의 단기적인 역할은? 전력계통에서의 에너지저장장치의 역할은 충방전 주기에 따라 장기와 단기로 구분 가능하다. 단기적인 역할로는 주파수 및 전압조절, 전력 품질개선, 신재생에너지원 출력변동성 개선 등의 역할이 가능하며 장기적인 역할로는 첨두부하 삭감(peak shaving)과 부하평준화(load leveling)를 통한 부하의 이동을 목적으로 한다. ESS는 신재생에너지의 불안정한 출력을 보상해 주는 역할도 함께 하고 있다.
제주계통의 전망은 어떠한가? 제주는 육지계통에 비하여 규모가 작고 사용하는 에너지의 대부분을 육지계통과의 연계선을 통한 공급에 의존하고 있어 불안정함을 보이고 있다. 현재 3기의 석유화력발전소와 제주-육지간 해저연계선(HVDC)으로 전력을 공급받고 있는 제주계통은 제 6차 전력수급계획에 따르면 화력발전(석유)설비를 더 이상 증설하지 않을 계획이며, 대규모 신재생에너지원이 투입될 예정이며 2027년에는 설비용량이 938MW까지 증가할 전망이다[1,6,7]. 제주계통의 화력발전 총 설비용량은 740MW이다.
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참고문헌 (10)

  1. Ministry of Trade, Industry and Energy, "The 6th Basic Plan for Long-term Electricity Supply and Demand" 

  2. Jae-Gul Lee, Jeong-Hoon Sjin, Young-Do Choy, Su-Chul Nam, Tae-Kyun Kim, "A Study on the Method to Evaluate Minimum Capacity of Energy Storage System(ESS) for Micro-Grid Design", Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers Vol.23, No.10, pp,58 ∼58 2009 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. Bon-Hui Ku, Jun-Min Cha, "A Study on Necessity for the Application of ESS in Jeju power system", the Korean Institute of Electrical Engineers Summer Conference 2013. 7 

  4. Sung-Min Cho, Hee-Sang Shin, Jae-Chul Kim, "Modeling of Battery Energy Storage System at Substation for Load Leveling and Its Economic Evaluation", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol. 61, No. 7, pp. 950-956, 2012 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. Carl Johan Rydh, Bjorn A.Sanden, "Energy analysis of batteries in phothvoltage system. part 2: Energy return factors and overall battery effieiencies", 2005 

  6. KPX, "2012 Power System Operating Actual Results in Jeju", 2013.2 

  7. KPX, "2012 Generating Equipment Current State", 2013.7 

  8. KEPCO, " KEPCO Statistics", 2013.5 

  9. Jong-Hyun Lee, So Yeong Seol, Won-suk Ko, Si-Hwa Bae, Jung-In Choi, Jun-Hee Hong, "Calculating the Optimal Capacity of Energy Storage System to Reduce $CO_2$ Emission for Power System in Je-Ju", The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers Vol.59 No.7, 2010.7 

  10. Korea Energy Economics Institute, "2012 Energy Statistical Yearbook", 2013.1 

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