에너지저장장치(ESS)는 전력수급 불균형 해소, 신재생에너지의 출력안정, 주파수 조정용 등 전력공급 안정성 향상 및 효율적 전기에너지사용 등에 기여하는 중요자원으로, 전세계적으로 '23년까지 '14년 설치용량의 약 30배가 증가한 55.9GWh의 보급이 전망되고 있다. 이와 같이 급증하는 세계시장에서 국내 ESS 업계의 경쟁력 확보를 위해서는 자국내 설치실적(Track Record) 확보가 필요한데, 우리나라는 주파수 조정용(FR용(用))과 그간 지속되어 왔던 전력수급 불균형 상황에 대비하기 위한 부하이동용 중심으로 ESS를 보급하여 왔다. 하지만, 주파수 조정용의 경우 통상적으로 화력발전소 정격용량의 약 5% 범위에서 설치효용이 발생하는 것으로 평가되고 있어, 화력발전이 비약적으로 증가하지 않는 한 국내 시장의 확장성이 부족하다고 할 수 있으며, 여유로운 예비력 확보정책에 따라 부하이동용에 대해서도 보급필요성이 저하되고 있는 바, 새로운 방식의 보급확대 대상이 필요하다고 할 수 있다. 유망한 신규보급대상은 간헐적 출력의 약점은 있으나, 신기후체제 대응과 산업육성을 위해 지속적으로 추진예정인 신재생에너지와의 연계설치를 통해 신재생에너지의 출력을 안정화 하고, 신재생에너지 발전량의 계통투입시기 조절을 통한 이산화탄소 저감효과를 기대할 수 있는 분야라고 할 수 있다. 본 연구에서는 향후 에너지정책의 최대 화두인 신기후체제 대응을 위한 온실가스 감축수단을 활용할 수 있도록, 태양광 연계형 ESS 충방전모드를 온실가스 저감효과를 고려토록 설계한 후, 투자유도를 위한 REC 가중치 산정방법에 대한 정책대안을 제시하였다.
에너지저장장치(ESS)는 전력수급 불균형 해소, 신재생에너지의 출력안정, 주파수 조정용 등 전력공급 안정성 향상 및 효율적 전기에너지사용 등에 기여하는 중요자원으로, 전세계적으로 '23년까지 '14년 설치용량의 약 30배가 증가한 55.9GWh의 보급이 전망되고 있다. 이와 같이 급증하는 세계시장에서 국내 ESS 업계의 경쟁력 확보를 위해서는 자국내 설치실적(Track Record) 확보가 필요한데, 우리나라는 주파수 조정용(FR용(用))과 그간 지속되어 왔던 전력수급 불균형 상황에 대비하기 위한 부하이동용 중심으로 ESS를 보급하여 왔다. 하지만, 주파수 조정용의 경우 통상적으로 화력발전소 정격용량의 약 5% 범위에서 설치효용이 발생하는 것으로 평가되고 있어, 화력발전이 비약적으로 증가하지 않는 한 국내 시장의 확장성이 부족하다고 할 수 있으며, 여유로운 예비력 확보정책에 따라 부하이동용에 대해서도 보급필요성이 저하되고 있는 바, 새로운 방식의 보급확대 대상이 필요하다고 할 수 있다. 유망한 신규보급대상은 간헐적 출력의 약점은 있으나, 신기후체제 대응과 산업육성을 위해 지속적으로 추진예정인 신재생에너지와의 연계설치를 통해 신재생에너지의 출력을 안정화 하고, 신재생에너지 발전량의 계통투입시기 조절을 통한 이산화탄소 저감효과를 기대할 수 있는 분야라고 할 수 있다. 본 연구에서는 향후 에너지정책의 최대 화두인 신기후체제 대응을 위한 온실가스 감축수단을 활용할 수 있도록, 태양광 연계형 ESS 충방전모드를 온실가스 저감효과를 고려토록 설계한 후, 투자유도를 위한 REC 가중치 산정방법에 대한 정책대안을 제시하였다.
ESS(Energy Storage System) is an important source that keeps power supply stable and utilizes electricity efficiently. For example, ESS contributes to resolve power supply imbalance, stabilize new renewable energy output and regulate frequency. ESS is predicted to be expanded to 55.9GWh of installed...
ESS(Energy Storage System) is an important source that keeps power supply stable and utilizes electricity efficiently. For example, ESS contributes to resolve power supply imbalance, stabilize new renewable energy output and regulate frequency. ESS is predicted to be expanded to 55.9GWh of installed capacity by 2023, which is 30 times more than that of 2014. To raise competitiveness of domestic ESS industry in this increasing world market, we have disseminated load-shift ESS for continuous power supply imbalance with FR ESS, and also necessity to secure domestic track record is required. However in case of FR ESS, utility of installing thermal power plant is generally generated within 5% range of rated capacity, so that scalability of domestic market is low without dramatic increase of thermal power plant. Necessity of load-shift ESS dissemination is also decreasing effected by surplus backup power securement policy, raising demand for new dissemination model. New dissemination model is promising for $CO_2$ reduction effect in spite of intermittent output. By stabilizing new renewable energy output in connection with new renewable energy, and regulating system input timing of new renewable energy generation rate, it is prospected model for 'post-2020' regime and energy industry. This research presents a policy alternatives of REC multiplier calculation method to induce investment after outlining PV-connected ESS charge/discharge mode to reduce GHG emission, This alternative is projected to utilize GHG emission reduction methodology for 'Post-2020' regime, big issue of new energy policy.
ESS(Energy Storage System) is an important source that keeps power supply stable and utilizes electricity efficiently. For example, ESS contributes to resolve power supply imbalance, stabilize new renewable energy output and regulate frequency. ESS is predicted to be expanded to 55.9GWh of installed capacity by 2023, which is 30 times more than that of 2014. To raise competitiveness of domestic ESS industry in this increasing world market, we have disseminated load-shift ESS for continuous power supply imbalance with FR ESS, and also necessity to secure domestic track record is required. However in case of FR ESS, utility of installing thermal power plant is generally generated within 5% range of rated capacity, so that scalability of domestic market is low without dramatic increase of thermal power plant. Necessity of load-shift ESS dissemination is also decreasing effected by surplus backup power securement policy, raising demand for new dissemination model. New dissemination model is promising for $CO_2$ reduction effect in spite of intermittent output. By stabilizing new renewable energy output in connection with new renewable energy, and regulating system input timing of new renewable energy generation rate, it is prospected model for 'post-2020' regime and energy industry. This research presents a policy alternatives of REC multiplier calculation method to induce investment after outlining PV-connected ESS charge/discharge mode to reduce GHG emission, This alternative is projected to utilize GHG emission reduction methodology for 'Post-2020' regime, big issue of new energy policy.
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문제 정의
현재 정부는 3MW 이상 태양광 발전소에 대해 ESS 연계시 RPS 가중치를 부여하는 방안을 추진 중에 있다. 본 논문에서는 실제 우리나라에서 적용예정인 정책방향에 따라 사례연구를 시행함으로, 온실가스 감축효과뿐 아니라, 산업육성효과 및 RPS 의무이행률에 미치는 영향 등에 대한 분석을 실시하였다.
본 연구는 태양광발전소에 ESS 연계설치를 유도함으로 온실가스 저감수단으로 활용하기 위한 적정수준의 ESS 설치용량 산정에 대한 방법론을 제시하고, 이를 통해 국내 온실가스 저감 및 산업육성 효과를 사례연구를 통해 입증하는 과정으로 진행하였다.
본 연구에서는 그간 ESS의 보급필요성인 피크분산(Peak Shaving), 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생에너지 출력안정화 목적과 달리, 신기후체제 대응을 위한 온실가스 감축수단으로서의 가치에 대한 평가방법을 제시하고 이에 대한 산업 및 정책효과에 대해 분석하였다.
본 장에서는 기 설명한 바와 같이 온실가스 저감수단으로서의 ESS분야 투자를 유도할 수 있는 방안으로 ESS충전전력의 방전모드와 ESS의 적정설비용량에 대해 제안하고자 한다.
가설 설정
태양광에서 발생한 전력을 충전한 ESS는 방전시점에 따라 온실가스 감축량에 대한 차이가 난다. 태양광이 발전하는 시간에는 LNG가 한계발전기로, LNG 보다 발전원가가 저력한 석탄화력은 최대출력으로 가동하고 있는데 ESS에 저장함을 가정으로 하고, 방전모드를 LNG가 가동중인 발전시간에 방전할 경우는 단위전력량당 LNG의 단위배출량에 해당하는 온실가스가 감축되고, 유류 또는 석탄이 한계발전기로 가동중인 발전시간에 방전할 경우는 각각의 단위배출량에 해당하는 온실가스가 감축됨을 활용하는 방식이다. 따라서, 방전전력량이 계통에 추가로 병입되어도 한계발전원을 변경하지 않는다는 전제하에 방전시간을 유류 또는 석탄이 한계발전기로 가동중일 때로 설정하면 온실가스 저감측면에서 비교우위에 있다고 할 수 있다.
제안 방법
투자를 유도키 위해서는 수명기간동안 발생하는 비용을 적정 수익률(제7차 전력수급기본계획 수립시는 7%적용)로 회수할 수 있도록 하여야 하는데, 이는 가중치를 고려한 신재생에너지 공급인증서(REC : Renewable Energy Certificate) 수입과 전력판매수입을 고려하여야 한다. 본 장에서는 우선 전력시장의 한계발전(Marginal Plant)원 분석을 통해 방전시간대를 파악하고, 이를 위한 적정설비용량 산정방법론과 투자금 확보를 위한 가중치 부여 방안에 대한 방법론을 제시한다.
본 사례연구는 한국전력거래소에서 발표한 각 에너지원별 온실가스 배출계수와 2015년 한계발전원 결정통계를 활용하였으며, 산업통상자원부에서 발표한 제4차 신재생에너지 기본계획상 태양광 보급목표, 한국에너지공단에서 발표한 3MW이상 태양광 발전소 건설비율 등 우리나라에서 적용시 효과분석을 위해 신뢰성 있는 데이터를 바탕으로 설정된 모델이다. 아울러, 충방전율도 세계 시장점유율 1위 기업인 LG화학의 의견을 통해 적용하였다.
대상 데이터
본 사례연구는 한국전력거래소에서 발표한 각 에너지원별 온실가스 배출계수와 2015년 한계발전원 결정통계를 활용하였으며, 산업통상자원부에서 발표한 제4차 신재생에너지 기본계획상 태양광 보급목표, 한국에너지공단에서 발표한 3MW이상 태양광 발전소 건설비율 등 우리나라에서 적용시 효과분석을 위해 신뢰성 있는 데이터를 바탕으로 설정된 모델이다. 아울러, 충방전율도 세계 시장점유율 1위 기업인 LG화학의 의견을 통해 적용하였다.
이론/모형
따라서, RPS 가중치 산정시는 수명주기비용법인 LCCA(Life Cycle Cost Analysis)방법을 이용하여 총 비용을 산정하고, 이를 보상하기 위한 RPS 가중치를 역산하는 방식으로 적용하여야 한다. 여기서 비용을 회수하기 위한 수입 구조는 발전량에 SMP와 가중치가 반영된 REC의 합을 곱하여 결정된다(식 (1) 참조)
성능/효과
1년 기간중 LNG가 아닌 석탄, 유류가 SMP를 결정하는 시간은 862시간으로 하루평균 2.36시간으로 분석되었다. 즉, 2.
8) ESS는 신재생에너지법상 단독발전원으로 인정치 못하고 신재생과 연계되었을 경우에 한해 부대설비로 인정받기 때문에 SMP가 아닌 REC를 통한 회수구조를 적용할 수 밖에 없다.
LNG 가동중일 때 저장한 태양광 전력을 각각 석탄과유류가 발전할 시간에 이동하여 방전할 경우 방전전력량은 3,866MWh로 분석되었다. 이를 각각의 발전시간으로 배분하고 온실가스 감축계수 적용결과 연간 575천톤의 이산화탄소가 저감되며 이는 우리나라 온실가스 목표 감축량의 약 0.
따라서, ‘16년 RPS 공급의무량의 약 52.0%를 감당할 수 있으며, 금년 의무공급비율이 3.5%임을 감안할 때 ’30년에는 약 18.2%를 감당할 것으로 예측된다.
분석결과, 현재와 같은 여유로운 전력수급 상황, 출력제어가 곤란한 신재생에너지보급지연, FR시장포화 등의 상황에서는 ESS의 구조적 단점인 충방전시 손실에 대해 새로운 편익으로서의 가치가 인정되는 결과가 도출되었다.
위와 같이 설명한 식을 종합하여 ESS 설치비용은 ESS방전시 전력량과 방전전력량 수입에서 ESS에 저장치 않고 전력계통에 직접판매한 전력량에 따른 비용을 제외한 후, ESS 저장전력의 REC 가중치를 고려한 수입의 합으로 계산될 수 있다.(식 (3) 참조)
36시간으로 분석되었다. 즉, 2.36시간 동안 발전량을 이동할 수 있는 ESS 설비용량이 필요하며 충방전비율 고려시 2.62시간을 저장할 수 있는 ESS 용량이 필요하다고 분석되었다. 즉, 현재 정책방향 고려시 4,296MWh의 ESS의 보급이 필요하다고 해석할 수 있다.
후속연구
다만, 동 연구 진행시 자료공개범위의 제한으로 인해 총 전력구입비용에 대한 영향분석을 실시치 못하였는데 이에 대한 추가연구가 필요하다. 발전원가가 높은 LNG발전량이 증가하고 상대적으로 발전원가가 저렴한 유류, 석탄의 발전량이 감소함에 따라 SMP가 전반적으로 상승하고 이에 따른 구입전력비용의 상승을 유도하는 측면은 동 운영방식의 약점이라고 할 수 있다.
따라서, 향후 태양광 연계형 ESS 가중치 설정시 기존과 같이 피크기여도 측면과 함께 온실가스 감축효과 부분도 일정 부분 계량화할 필요성이 있다.
송전사업자(한전)의 주파수조정(FR, Frequency Regulation)사업 참여 근거를 마련하여 한전의 사업 투자를 유도하는 사업으로 `17년까지 총 6,250억원을 투자해 500MW(15분 충전시간 가정시 125MWh)를 보급할 예정이다.
신재생 발전소에 ESS를 연계할 경우, 신재생에너지의 추가 수익이 발생되도록 신재생에너지 관련제도 개정함으로 보급하고 있으며, ‘15년 최초 시행한 풍력분야에 대해 6개 발전단지에 총 98.6MWh 가 설치되었으며, ’16년중 태양광 연계형에 대해서도 RPS 가중치를 설정할 예정이다.
즉, 온실가스 저감비용과 전력구입비용 상승측면을 비교분석하여 ESS 충전전력량 조절과 같은 보다 정교한 제도가 설계될 수 있도록 추후 연구가 필요함을 제안한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
ESS의 보급성과가 저조한 이유는?
다만, 현재까지 우리나라 신재생에너지 발전비중을 고려할 때 현재까지 출력안정목적으로의 설치는 활성화 되지 못하였으며1), 안정적인 전력예비율2)에 따른 피크분산 효과와 주파수 조정용3)의 설치한계로 인해 ESS가 가진 효용에 비해 보급성과가 미미한 상황이다.
ESS의 용도는?
ESS는 설치목적에 따라 다양한 분야에서 활용되고 있다. ESS의 주요 용도로는 피크분산(Peak Shaving), 주파수 조정(Frequency Regulation)과 함께 출력이 불안정한 신재생에너지와 연계할 경우 안정적 출력을 유도할 수있어 전력계통에서의 신재생에너지 발전비중 확대를 유도할 수 있는 기능도 고려할 수 있다.
ESS의 보급확대 대상으로 기대하는 분야는?
하지만, 주파수 조정용의 경우 통상적으로 화력발전소 정격용량의 약 5% 범위에서 설치효용이 발생하는 것으로 평가되고 있어, 화력발전이 비약적으로 증가하지 않는 한 국내 시장의 확장성이 부족하다고 할 수 있으며, 여유로운 예비력 확보정책에 따라 부하이동용에 대해서도 보급필요성이 저하되고 있는 바, 새로운 방식의 보급확대 대상이 필요하다고 할 수 있다. 유망한 신규보급대상은 간헐적 출력의 약점은 있으나, 신기후체제 대응과 산업육성을 위해 지속적으로 추진예정인 신재생에너지와의 연계설치를 통해 신재생에너지의 출력을 안정화 하고, 신재생에너지 발전량의 계통투입시기 조절을 통한 이산화탄소 저감효과를 기대할 수 있는 분야라고 할 수 있다. 본 연구에서는 향후 에너지정책의 최대 화두인 신기후체제 대응을 위한 온실가스 감축수단을 활용할 수 있도록, 태양광 연계형 ESS 충방전모드를 온실가스 저감효과를 고려토록 설계한 후, 투자유도를 위한 REC 가중치 산정방법에 대한 정책대안을 제시하였다.
참고문헌 (7)
Moon Sueng-Il. The utilization and economic evaluation of large grid-connected energy storage system (ESS), Journal of electrical world, No.442, pp.44-48, 2013
Kim Kang-Won, A Study on the Estimation of REC Multiplier for ESS Introduction, Journal of energy engineering, Vol.23, No.4, pp.106-111, 2014
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