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풍력발전 전력망 연계를 위한 ESS 운용 전략 원문보기

전기의 세계 = The proceedings of KIEE, v.65 no.12, 2016년, pp.19 - 23  

송화창 (서울과학기술대학교) ,  이장호 (군산대학교)

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문제 정의

  • 최근의 신재생에너지원을 위한 ESS 기능 중에 하나에 해당하는 capacity firming (CF)이 FH 운영기능과 밀접한 관련이 있는 것으로 판단된다. CF의 목적은 신재생에너지원과 ESS의 출력의 합이 일정하도록 유지하는 것이다. 신재생에너지원의 “firmed capacity”는 과발전에 따른 송전선로 투입의 의사결정에 활용될 수 있다.
  • 변동성 억제 (FS, fluctuation suppression) 기능은 풍력발전단지 출력의 빠른 변화를 ESS의 충방전으로 억제시켜 안정화시키는 것을 목적으로 한다. 본 기능은 계통 운영자 (system operator)에 의하여 제시되는 기준을 만족시켜야 하며 높은 cycle life을 갖는 ESS를 적용하는 것이 적절하다.
  • 또한 1MW이하 소규모 신재생에너지원의 무제한 계통접속이 가능해 짐에 따라 신재생에너지원의 계통 수용률의 증대시킬 수 있는 방안에 대한 기술적 연구개발이 필수적으로 요구된다. 본고에서는 여러 가지 이용가능한 신재생에너지원 중 바람 에너지를 이용한 풍력 발전의 전력망 연계 시 적용될 수 있는 에너지 저장 시스템 (ESS, energy storage systems)의 운영전략에서 대해서 주로 설명한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
파리기후협약에서 우리나라는 언제까지 얼마나 온실가스배출전망치를 감축해야 하는가? 최근 심각한 기후 변화의 문제는 인류의 화석연료 사용의 증대에 따른 온실가스 배출의 증가로 인한 것으로 온실가스 배출을 통제하지 않으면 안된다는 세계적인 공감대가 형성되어, 2015년 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 신기후변화체제가 최종타결되었다. 이 파리기후협약에 참여한 우리나라는 2030년까지 온실가스 배출전망치1) (BAU) 37% 감축2)을 목표로 삼고 있다. 이러한 온실가스 목표를 지키기 위한 수요관리, 전원믹스개선, 연료전환 등 다각적인 대책방안 수립이 필요하나, 기본적으로 화석연료 사용을 줄이고 신재생에너지원의 투입을 획기적으로 증대시킬 필요가 있다.
풍력발전설비 투입에 대한 의사결정 시 필요한 정보가 투입 개소에서의 바람에너지 자원인 이유는? 기존에 신재생에너지원의 수용률 및 발전력을 제한하는 가장 중요한 이유는 전력계통 신뢰도 (power system reliability) 유지 때문이다. 풍력발전설비 투입에 대한 의사결정 시 필요한 정보는 투입 개소에서의 바람에너지 자원에 해당하며, 그 이유는 바람에너지 자원이 투자비용 회수 기간을 결정하는 중요한 요소이기 때문이다. 따라서 바람에너지 자원이 풍부한 지역의 풍력설비 투입의 요구가 많을 수 밖에 없으며, 풍력발전 용량 증대 및 이에 따른 출력 변동성이 지역적인 관점에서 계통 신뢰도 위반을 야기할 수 있다.
UK 전력망에서 풍력설비 투입이 증대되어도 신뢰도를 유지하기 위해서 무엇을 운용해야 하는가? 따라서 향후 풍력발전을 포함한 신재생에너지원의 전력망투입이 증대되는 상황에서 ESS는 계통 신뢰도 유지 측면에서 큰 역할을 감당할 것으로 예상되고 있다. EPRI 보고서 [3]에서 전력망 연계 풍력발전을 위한 ESS 적용 방안에 대하여 설명하고 있으며, i) 송전 curtailment 완화, ii) 에너지 시간 이동, iii) 풍력 예측 hedging, iv) 전력망 주파수 보조, v) 변동성 억제 등을 포함하고 있다.
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참고문헌 (6)

  1. F. Van Hulle, Large scale integration of wind energy in the European power supply: analysis, issues and recommendations, EWEA Report, 2005. 

  2. L. Freris, D. Infield, Renewable Energy in Power Systems, Wiley, 2008, pp. 80. 

  3. Energy Storage for Grid Connected Wind Generation Applications, EPRI Report, 2004. 

  4. F. Diaz-Gonzalez, A. Sumper, O. Gornis-Bellmunt, R. Villafafila-Robles, "A review of energy storage technologies for wind power applications," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, 2012. 

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  5. Energy Storage for the Electricity Grid: Benefits and Market Potential Assessment Guide, Sandia Report, Sandia Report, 2010. 

  6. Amir Ahadi, Sang-Kyun Kang, Jang-Ho Lee, "A novel approach for optimal combinations of wind, PV, and energy storage system in diesel-free isolated communities", Applied Energy, vol. 170, 101-115, 2016. 

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