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[국내논문] 기상정보를 활용한 도시규모-EMS용 태양광 발전량 예측모델
PV Power Prediction Models for City Energy Management System based on Weather Forecast Information 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.3, 2015년, pp.393 - 398  

엄지영 (Dept. of Energy Grid, Sangmyung University) ,  최형진 (GS E&C Research Institute & Dept. of Electrical Eng., Kwangwoon University) ,  조수환 (Dept. of Energy Grid, Sangmyung University)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

City or Community-scale Energy Management System(CEMS) is used to reduce the total energy consumed in the city by arranging the energy resources efficiently at the planning stage and controlling them economically at the operating stage. Of the operational functions of the CEMS, generation forecastin...

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문제 정의

  • 본 논문에서는 CEMS에 활용하기 위한 신재생에너지원(태양광)의 발전량 예측모델을 소개하려 한다. 위에서 언급한 바와 같이 도시 내의 에너지플랜트들 간의 최적 운전스케쥴을 수립하기 위해서는 도시 내에서 자체적으로 공급가능한 신재생에너지의 시간대별 발전량을 예측할 필요가 있기 때문이다.
  • 또한 수력, 해양에너지는 입지조건이 강과 바다로 국한되어 있으며, 바이오와 폐기물 에너지 역시 그 입지조건이 매우 제한적일 수밖에 없다. 결과적으로, 본 연구에서 고려하는 도시에너지관리시스템의 발전량 예측을 위한 신재생에너지원으로 상대적으로 도시 내 입지가 용이한 태양광발전과 풍력발전이 선정되었으며, 그 중에서도 상대적으로 큰 발전량과 설비용량을 지닌 태양광발전에 대해서 살펴보기로 한다.
  • 이를 바탕으로 기존에 소개된 일반적인 태양광 발전량 예측방법에 대해 알아본다.[7-9] 태양광에 의한 월별발전량(kWh/월)을 구하는 데에 가장 많이 쓰이는 방법은 월별평균일사량(MJ/m2/월)과 연간총발전량(kWh/년), 연간총일사량(MJ/m2/년) 데이터를 활용한 방법으로 아래와 같이 수식화할 수 있다.
  • 일반적으로는 일사량을 변수로 한 태양광발전량 예측이 이루어졌으나 시간대별 발전량 예측이 필요한 CEMS용에 적용하기에는 시간대별 일사량 예측정보의 부재로 인하여 불가능하다고 판단되어 시간 단위의 데이터가 제공되며 일사량과 관련된 데이터로 대기 중 운량정보와 유사한 의미를 지닌 날씨정보(맑음, 구름조금, 구름많음, 흐림, 비)를 활용하고자 하였다. 이러한 기상정보를 변수로 일반 및 CEMS용 태양광발전량 예측을 위한 접근은 본 연구에서 처음으로 시도되었다.
  • 본 연구에서는 도시 규모의 에너지관리시스템에 활용하기 위한 시간대별 태양광발전량의 예측모델을 개발하였다. 일반적인 태양광발전량 예측방법과는 달리 도시 규모의 EMS에 활용하기 위해서는 먼저 총량 기반의 시간대별 발전량 데이터의 수집이 가능해야 하며 시간대별로 도시 내의 대표적인 날씨 정보를 선정할 수 있어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수력, 폐기물, 바이오, 연료전지 등의 발전량 예측이 용이한 이유는 무엇인가? 표 1과 같은 에너지원별 분류체계에서 수력, 폐기물, 바이오, 해양, 연료전지의 경우에는 기상에 의한 영향을 적게 받고 발전원료의 공급량 조절을 통해 발전량 조절이 가능하므로 발전량 예측이 상대적으로 용이하다. 또한 수력, 해양에너지는 입지조건이 강과 바다로 국한되어 있으며, 바이오와 폐기물 에너지 역시 그 입지조건이 매우 제한적일 수밖에 없다.
시간대별 태양광발전량의 예측모델을 사용하기 위해 반드시 우선되어야 하는 것은 무엇인가? 본 연구에서는 도시 규모의 에너지관리시스템에 활용하기 위한 시간대별 태양광발전량의 예측모델을 개발하였다. 일반적인 태양광발전량 예측방법과는 달리 도시 규모의 EMS에 활용하기 위해서는 먼저 총량 기반의 시간대별 발전량 데이터의 수집이 가능해야 하며 시간대별로 도시 내의 대표적인 날씨 정보를 선정할 수 있어야 한다. 또한 일반적으로 사용되는 날씨정보를 활용할 수밖에 없기 때문에 실시간으로 기상청 사이트로부터 수집된 날씨 정보를 인덱스화하여 발전량 데이터와 함께 저장해야 한다. 이렇게 예측된 시간대별 태양광 발전량 데이터는 향후 이틀간의 도시 발전원 운전 스케쥴링에 활용될 수 있으며 이를 통해 도시 내에서 소비되는 에너지의 총량을 저감할 수 있으리라 예상된다.
도시에너지관리시스템(CEMS, City Energy Management System)이란 무엇인가? 이러한 현안의 대안으로 부각되고 있는 것이 바로 도시 규모의 종합적인 에너지관리시스템, 즉, 도시에너지관리시스템(CEMS, City Energy Management System)이다. 계획단계에서의 효과적인 에너지 플랜트 배치는 물론 운용단계에서 에너지원별 수요예측과 신재생에너지원의 발전량예측, 각 도시 에너지원 간의 최적 운전스케쥴링 등 효과적인 복합에너지의 공유와 에너지 공급의 효율화를 통한 도시 내에서 소비되는 에너지 총량 및 탄소배출량을 줄이고자 하는 시스템을 일컬어 도시에너지관리시스템(CEMS)라 칭한다[3, 4].
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참고문헌 (11)

  1. KEPCO, “Statistics of Electric Power in Korea,” No. 83, May 2014. 

  2. MOTIE, “The Second Korea Energy Master Plan,” Jan. 2014. 

  3. N. R. Heo, G. Y. Doe and J. M. Won, “A Study on Developed an Algorithm Energy Management and Operation of City,” The Regional Association of Architectural Institute of Korea Conf., pp. 141-144, Oct. 2011. 

  4. S. S. Park, H. J. Choi, “City Energy Management System Considering Hybrid Energy Resources and Loads,” Trans. of KIAEBS, Vol. 7, No. 2, pp. 9-17, Apr. 2013. 

  5. New & Renewable Energy Center of KEMCO, http://www.energy.or.kr 

  6. KEMCO, “New & Renewable Energy Statistics 2012,” Dec. 2013. 

  7. J. Y. Kim, B. M. Kim, H. J. Bang and M. S. Jang, “A Proposal of the Prediction Method of Decentralized Power on Climatic Change,” Spring 2010, KIMICS Integrated Conf., pp. 942-945, May 2010. 

  8. I. R. Lee, I. S. Bae, J. O. Kim and H. Shim, “Photovoltaic System Output Forecasting by Solar Cell Conversion Efficiency Revision Factors,” Trans. of KIEE, Vol. 54, No. 4, pp. 188-194, Apr. 2005. 

  9. W. S. Ju, M. S. Jang, Y. S. Lee, S. C. Bae and W. G. Kim, “Suggestion of a Hybrid Method for Estimating Photovoltaic Power Generation,” Fall 2011, KIMICS Integrated Conf., pp. 782-785, Oct. 2011. 

  10. K. D. Kim, “The Development of the Short-Term Predict Model for Solar Power Generation,” Journal of KSES, Vol. 33, No. 6, pp. 62-69, Dec. 2013. 

  11. KASI, http://astro.kasi.re.kr/ 

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