프랑스 파리에서 2015년 12월 개최된 제21차 기후변화협약 당사국총회(COP21)는 신기후체제 합의문인 "파리 협정"을 채택하였다. 이는 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하는 것으로 모든 국가가 전지구적인 기후변화대응에 참여하는 것으로 국제사회는 공동의 장기 목표로 산업화 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 $2^{\circ}C$ 보다 상당히 낮은 수준으로 유지하고 온도 상승을 $1.5^{\circ}C$ 이하로 제한하기 위한 노력을 추구하여야 하며, 모든 국가는 장기 저탄소 개발 전략을 마련하여 2020년까지 제출하는 것을 요청하고 있다. 철도교통분야에서는 저탄소화에 대한 연구를 활발히 지속적으로 진행하고 있다. 본 논문에서는 국내 고속철도 역사 중 최대 건축규모이며 2014년 기준 여객수송인원 약 7백만명을 담당하는 광명역 역사 지붕을 활용한 1.5MW급 태양광 발전시스템을 설계를 위한 연구를 다룬다. 이를 위해 최적의 태양광발전시스템 설비를 구성한 후 PVsyst소프트웨어를 활용하여 연간 예상 발전량을 산출하고 배전계통 연계시에 예상 수익을 산출하여 철도역사의 태양광발전시스템 도입에 따른 저탄소 에너지화에 대한 기여도를 분석하고자 한다.
프랑스 파리에서 2015년 12월 개최된 제21차 기후변화협약 당사국총회(COP21)는 신기후체제 합의문인 "파리 협정"을 채택하였다. 이는 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하는 것으로 모든 국가가 전지구적인 기후변화대응에 참여하는 것으로 국제사회는 공동의 장기 목표로 산업화 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 $2^{\circ}C$ 보다 상당히 낮은 수준으로 유지하고 온도 상승을 $1.5^{\circ}C$ 이하로 제한하기 위한 노력을 추구하여야 하며, 모든 국가는 장기 저탄소 개발 전략을 마련하여 2020년까지 제출하는 것을 요청하고 있다. 철도교통분야에서는 저탄소화에 대한 연구를 활발히 지속적으로 진행하고 있다. 본 논문에서는 국내 고속철도 역사 중 최대 건축규모이며 2014년 기준 여객수송인원 약 7백만명을 담당하는 광명역 역사 지붕을 활용한 1.5MW급 태양광 발전시스템을 설계를 위한 연구를 다룬다. 이를 위해 최적의 태양광발전시스템 설비를 구성한 후 PVsyst소프트웨어를 활용하여 연간 예상 발전량을 산출하고 배전계통 연계시에 예상 수익을 산출하여 철도역사의 태양광발전시스템 도입에 따른 저탄소 에너지화에 대한 기여도를 분석하고자 한다.
In the 21st yearly session of the Conference of the Parties (COP 21) of the 2015 United Nations Climate Change Conference, held in Paris, France, in December 2015, the "Paris Agreement" was negotiated; this is a new global agreement on the reduction of climate change, which encourages every country ...
In the 21st yearly session of the Conference of the Parties (COP 21) of the 2015 United Nations Climate Change Conference, held in Paris, France, in December 2015, the "Paris Agreement" was negotiated; this is a new global agreement on the reduction of climate change, which encourages every country to participate in countermeasures for global climate change. Along with such movements, the electric railway sector has also been actively engaged in low carbon technology. This paper studied the building of a 1.5MW photovoltaic power generation system using the rooftop of the Gwangmyeong Station Building, which is the largest roof among the high-speed railway station buildings in Korea; this station has passenger traffic that reached about 7 million in 2014. For this study, we configured an optimized photovoltaic (PV) power generation system and then estimated the expected annual energy production by using PV system software; we also calculated the expected revenue that could be obtained by linking this source to the power distribution system. The obtained data were used to analyze the contribution of low-carbon energy that could be obtained by introducing a PV power generation system on the roof of an electric railway station building.
In the 21st yearly session of the Conference of the Parties (COP 21) of the 2015 United Nations Climate Change Conference, held in Paris, France, in December 2015, the "Paris Agreement" was negotiated; this is a new global agreement on the reduction of climate change, which encourages every country to participate in countermeasures for global climate change. Along with such movements, the electric railway sector has also been actively engaged in low carbon technology. This paper studied the building of a 1.5MW photovoltaic power generation system using the rooftop of the Gwangmyeong Station Building, which is the largest roof among the high-speed railway station buildings in Korea; this station has passenger traffic that reached about 7 million in 2014. For this study, we configured an optimized photovoltaic (PV) power generation system and then estimated the expected annual energy production by using PV system software; we also calculated the expected revenue that could be obtained by linking this source to the power distribution system. The obtained data were used to analyze the contribution of low-carbon energy that could be obtained by introducing a PV power generation system on the roof of an electric railway station building.
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문제 정의
파리협정의 체결로 현재 철도교통분야에서도 신기후체제의 대응과 저탄소에너지화에 대한 보다 많은 연구가 필요한 시점이다. 본 논문에서는 국내 고속철도 역사 중 최대 건축규모인 광명역사의 지붕을 활용한 태양광발전시스템의 설계에 대한 연구로 철도역사의 태양광발전시스템 도입으로 인한 신기후체제의 대응과 저탄소 에너지화에 기여하고 연간 발전량 예측을 통한 도입 시의 수익적인 장점도 함께 알아보고자 한다. 이를 위해 광명역사의 위치 정보를 토대로 태양광 모듈이 설치 가능한 면적을 계산하여 태양광 모듈, 인버터를 선정하고 태양광 어레이의 최적 설계 후 예상 연간 발전량을 산출하고 한전 계통연계시에 예상 수익율을 추정한다.
최대 태양광 어레이 전류가 최대 인버터 입력전류를 초과하지 않는지 확인한다. 스트링의 최대 수는 인버터 최대 허용 DC입력 전류와 최대 스트링 전류의 비로 계산되며 식(6)과 같다.
제안 방법
고속철도 광명역사 지붕을 활용하여 300W의 태양광 모듈 5,244장을 배치하여 AC 정격 출력 550kVA의 태양광 인버터 3대를 설치한다면 1.5MW급의 태양광발전시스템 구축이 가능한 것으로 설계되었다. 예상 연간 발전량은 1,852MWh로 1일당 3.
2와 같은 순서로 설계된다[3]. 광명역사의 위치 정보를 이용하여 태양광 발전량이 최대인 태양광 어레이의 최적 경사각을 선정하고, 태양광 어레이간의 이격거리를 설계하며 태양광 모듈과 인버터 선정 후 연결된 모듈의 수가 선정된 인버터의 동작범위내인지 확인한 후 광명역사 지붕을 활용한 배치 가능한 최종 모듈 수량을 결정하게 된다.
본 논문에서는 국내 고속철도 역사 중 최대 건축규모인 광명역사의 지붕을 활용한 태양광발전시스템의 설계에 대한 연구로 철도역사의 태양광발전시스템 도입으로 인한 신기후체제의 대응과 저탄소 에너지화에 기여하고 연간 발전량 예측을 통한 도입 시의 수익적인 장점도 함께 알아보고자 한다. 이를 위해 광명역사의 위치 정보를 토대로 태양광 모듈이 설치 가능한 면적을 계산하여 태양광 모듈, 인버터를 선정하고 태양광 어레이의 최적 설계 후 예상 연간 발전량을 산출하고 한전 계통연계시에 예상 수익율을 추정한다. 철도역사를 활용한 해외의 대표적 태양광발전 설비 구축 사례로는 미국 Coney Island의 Stillwell Avenue역에 총 2,800개의 박막형 태양전지 모듈을 설치하여 연간 25만kWp의 전력을 생산하고 있다.
대상 데이터
태양광 인버터는 500kW급으로 하여 제조사별 성능을 비교하면 Table 3과 같다. S사는 DC 정격입력 전력에서 K사의 600kW 보다 낮은 560kW의 입력 전력으로 AC 550kVA의 높은 정격 출력을 내고 최대출력점(Maximun Power Point)의 전압 범위가 넓어 안정적인 발전이 가능하며 최대효율 98.6%의 높은 변환 효율로 많은 발전량을 얻을 것으로 기대되는 S사 제품을 선정하였다. S사의 태양광 인버터 AC 정격 출력 550kVA 3대를 적용하여 전체 태양광발전시스템을 구성하면 Fig.
태양광 모듈 용량 300W로 하여 제조사별 성능을 비교하면 Table 2와 같으며, 셀 형식이 N 타입으로 LID(Light Induced Degradation)가 적고, 셀 개수가 60Cell로 모듈 1장당의 설치 면적이 적게 소요되며 모듈 효율이 18.3%으로 H사 보다 우수한 L사 제품을 선정한다.
후속연구
4%의 전기 에너지 소비절감이 가능하다. 본 연구에서와 같이 철도역사 지붕을 활용하거나 승강장 상부, 폐선로 부지 등 철도시설의 유휴 공간을 활용한 태양광발전시스템을 확대 적용한다면 파리협정 체결로 인한 신기후체제 속에서 철도교통분야에서도 저탄소 에너지화에 대한 보다 많은 역할을 할 것으로 충분히 기대된다. 철도교통분야에서는 기후변화 대응책의 여러 활동 중 철도 인프라시설의 친환경에너지 적용 기술 개발을 진행하고 있다.
철도교통분야에서는 기후변화 대응책의 여러 활동 중 철도 인프라시설의 친환경에너지 적용 기술 개발을 진행하고 있다. 앞으로 본 연구에서 다룬 것처럼 태양광 등 신재생에너지를 발전원으로 하여 철도시설 유휴 공간을 활용한 확대 기술 적용 연구로 저탄소 에너지화에 대한 기여함이 필요하며 향후 신재생에너지원으로 발전하고 남은 잉여 전력을 저장 활용하는 에너지 저장 기술에 대한 보다 활발한 연구가 지속적으로 수행되어야 한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
파리 협정의 내용은 무엇인가?
프랑스 파리에서 2015년 12월 개최된 제21차 기후변화협약 당사국총회(COP21)는 신기후체제 합의문인 "파리 협정"을 채택하였다. 이는 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하는 것으로 모든 국가가 전지구적인 기후변화대응에 참여하는 것으로 국제사회는 공동의 장기 목표로 산업화 이전 대비 지구 평균 기온 상승을 $2^{\circ}C$ 보다 상당히 낮은 수준으로 유지하고 온도 상승을 $1.5^{\circ}C$ 이하로 제한하기 위한 노력을 추구하여야 하며, 모든 국가는 장기 저탄소 개발 전략을 마련하여 2020년까지 제출하는 것을 요청하고 있다. 철도교통분야에서는 저탄소화에 대한 연구를 활발히 지속적으로 진행하고 있다.
태양광 인버터 중 동절기 저온에서 손상되지 않는 인버터 최대 DC입력 전압?
동절기 저온에서는 모듈의 전압이 증가하므로 인버터가 손상되지 않는 인버터 최대 DC입력 전압은 -10o C의 개방전압 이하 이어야 한다. 직렬 연결 가능한 모듈의 최대 수는 식(2)와 같다.
철도역사를 활용한 해외의 대표적 태양광발전 설비 구축 사례로 무엇이 있는가?
이를 위해 광명역사의 위치 정보를 토대로 태양광 모듈이 설치 가능한 면적을 계산하여 태양광 모듈, 인버터를 선정하고 태양광 어레이의 최적 설계 후 예상 연간 발전량을 산출하고 한전 계통연계시에 예상 수익율을 추정한다. 철도역사를 활용한 해외의 대표적 태양광발전 설비 구축 사례로는 미국 Coney Island의 Stillwell Avenue역에 총 2,800개의 박막형 태양전지 모듈을 설치하여 연간 25만kWp의 전력을 생산하고 있다. 독일은 19층 높이의 Freiburg Central역사의 남측 정면에 240개의 태양전지 모듈이 설치한 경우와 베를린 중앙역 Lehrter Bahnhof 지붕에 780개의 태양전지를 설치하여 총 발전량 180kW로 연간 274MWh의 전력을 생산하여 역사 사용 전기의 15%까지 충당하고 있다. 일본의 경우는 JR East 다카사키역 승강장 지붕에 총 200kWp 용량의 태양광 모듈을 설치하여 연간 약 25만kWp의 전력을 생산하고 있으며 중국은 고속철도 홍차오역 철도역사 지붕에 23,910개의 태양전지 모듈을 설치하여 연간 6,300MWh의 전력을 생산하여 인근 배전망에 계통연계하고 있다.[1] 국내 태양광발전 설비의 구축 실적으로는 2009년 8월 한국철도공사 본사 사옥에 90.
참고문헌 (6)
Korea Railroad Research Institute (2015) Korea Agency for Infrastructure Technology Advancement under the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, Final report on planning of countering climate changes in the rail transport sector.
Korean Railroad Corporation (2015) Electrical operations data, KORAIL Report 22.
S.M. Cheong, J.S. Lee (2014) Design of Photovoltaic Power Generation System, Eduall, 83, Moraenae-ro, Mapo-gu, Seoul, Korea, pp. 106-123.
H.H. Lee (2009) Photovoltaic Power Generation for Low Carbon Green Growth, Kidari Publishing Corp., Seoul, pp. 212-216.
www.knrec.or.kr/knrec/13/KNREC130110.asp?idx2382&page2&num1157&Search&SearchString (Accessed 01 June 2016)
www.kpx.or.kr/www/contents.do?key225 (Accessed 01 June 2016)
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