다목적 최적화 기법을 이용한 신재생에너지 기반 자립 에너지공급 시스템 설계 및 평가 Economic and Environmental Assessment of a Renewable Stand-Alone Energy Supply System Using Multi-objective Optimization원문보기
본 연구에서는 다목적 최적화 기법을 이용하여 다양한 신재생에너지 자원 기반 통합 에너지 공급 시스템을 설계 및 평가 한다. 본 연구에서는 에너지 공급 시스템의 주요 구성요소로써 태양광 모듈, 풍력터빈 및 화석연료 기반 발전장치 등 에너지 생산 기술을 비롯하여 배터리와 인버터 등의 전력 에너지 저장 및 변환 장치 등도 포함한다. 특히, 6개의 한국 대표 지역을 선별하여 각 지역의 에너지 요구량 및 실제 신재생 에너지 자원 데이터를 기반으로 최적의 독립 통합 에너지 공급 시스템을 설계하였으며, 총 소요비용, 단위에너지비용 및 생애주기 이산화탄소 배출 분석 등, 다양한 지표를 이용하여 시스템의 경제성 및 환경성을 분석한다. 특히 다목적최적화 기법을 이용하여 최소 비용과 최소 이산화탄소 배출 등 두 목적함수를 동시에 만족하는 파레토 솔루션을 규명함으로써 신재생 자원 기반 독립 에너지 공급 시스템 설계의 가능성 및 효과를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 신재생에너지 자원이 좋은 지역일수록 시스템 구축 비용 증가에 따른 이산화탄소 절감 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한, 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급 시스템의 전력 단가는 현재 기존 단가보다 평균 0.35~0.46 $/kWh높게 나타났으며, 이산화탄소 배출량의 경우 기존 배출량보다 470~490 g$CO_2$/kWh정도의 저감효과를 보임을 분석하였다.
본 연구에서는 다목적 최적화 기법을 이용하여 다양한 신재생에너지 자원 기반 통합 에너지 공급 시스템을 설계 및 평가 한다. 본 연구에서는 에너지 공급 시스템의 주요 구성요소로써 태양광 모듈, 풍력터빈 및 화석연료 기반 발전장치 등 에너지 생산 기술을 비롯하여 배터리와 인버터 등의 전력 에너지 저장 및 변환 장치 등도 포함한다. 특히, 6개의 한국 대표 지역을 선별하여 각 지역의 에너지 요구량 및 실제 신재생 에너지 자원 데이터를 기반으로 최적의 독립 통합 에너지 공급 시스템을 설계하였으며, 총 소요비용, 단위에너지비용 및 생애주기 이산화탄소 배출 분석 등, 다양한 지표를 이용하여 시스템의 경제성 및 환경성을 분석한다. 특히 다목적최적화 기법을 이용하여 최소 비용과 최소 이산화탄소 배출 등 두 목적함수를 동시에 만족하는 파레토 솔루션을 규명함으로써 신재생 자원 기반 독립 에너지 공급 시스템 설계의 가능성 및 효과를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 신재생에너지 자원이 좋은 지역일수록 시스템 구축 비용 증가에 따른 이산화탄소 절감 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한, 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급 시스템의 전력 단가는 현재 기존 단가보다 평균 0.35~0.46 $/kWh높게 나타났으며, 이산화탄소 배출량의 경우 기존 배출량보다 470~490 g$CO_2$/kWh정도의 저감효과를 보임을 분석하였다.
This study aims to propose a new optimization-based approach for design and analysis of the stand-alone hybrid energy supply system using renewable energy sources (RES). In the energy supply system, we include multiple energy production technologies such as Photovoltaics (PV), Wind turbine, and foss...
This study aims to propose a new optimization-based approach for design and analysis of the stand-alone hybrid energy supply system using renewable energy sources (RES). In the energy supply system, we include multiple energy production technologies such as Photovoltaics (PV), Wind turbine, and fossil-fuel-based AC generator along with different types of energy storage and conversion technologies such as battery and inverter. We then select six different regions of Korea to represent various characteristics of different RES potentials and demand profiles. We finally designed and analyzed the optimal RES stand-alone energy supply system in the selected regions using multiobjective optimization (MOOP) technique, which includes two objective functions: the minimum cost and the minimum $CO_2$ emission. In addition, we discussed the feasibility and expecting benefits of the systems by comparing to conventional systems of Korea. As a result, the region of the highest RES potential showed the possibility to remarkably reduce $CO_2$ emissions compared to the conventional system. Besides, the levelized cost of electricity (LCOE) of the RES-based energy system is identified to be slightly higher than conventional energy system: 0.35 and 0.46 $/kWh, respectively. However, the total life-cycle emission of $CO_2$ ($LCE_{CO2}$) can be reduced up to 470 g$CO_2$/kWh from 490 g$CO_2$/kWh of the conventional systems.
This study aims to propose a new optimization-based approach for design and analysis of the stand-alone hybrid energy supply system using renewable energy sources (RES). In the energy supply system, we include multiple energy production technologies such as Photovoltaics (PV), Wind turbine, and fossil-fuel-based AC generator along with different types of energy storage and conversion technologies such as battery and inverter. We then select six different regions of Korea to represent various characteristics of different RES potentials and demand profiles. We finally designed and analyzed the optimal RES stand-alone energy supply system in the selected regions using multiobjective optimization (MOOP) technique, which includes two objective functions: the minimum cost and the minimum $CO_2$ emission. In addition, we discussed the feasibility and expecting benefits of the systems by comparing to conventional systems of Korea. As a result, the region of the highest RES potential showed the possibility to remarkably reduce $CO_2$ emissions compared to the conventional system. Besides, the levelized cost of electricity (LCOE) of the RES-based energy system is identified to be slightly higher than conventional energy system: 0.35 and 0.46 $/kWh, respectively. However, the total life-cycle emission of $CO_2$ ($LCE_{CO2}$) can be reduced up to 470 g$CO_2$/kWh from 490 g$CO_2$/kWh of the conventional systems.
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문제 정의
또한 비단 소요 비용 분석 및 예상 경제적 효과 등 신재생 자원 기반 시스템의 경제적 특성뿐만 아니라 이산화탄소 배출 저감 효과 등 환경적 특성 또한 평가하여야 한다. 따라서 본 연구에서는 다양한 신재생 자원을 동시에 고려한 통합 에너지 공급 시스템을 설계하고 경제성 및 환경성을 함께 평가하기 위한 다목적 최적화 기법(MOOP; multi-objective optimization)을 이용한 평가 전략을 제시하고자 한다. 또한 이러한 설계 및 평가 방법론을 한국의 주요 지역에 적용함으로써 본 연구에서 제시된 방법론의 효용성 입증은 물론 지역 에너지 시스템 설계에 관한 실용적인 해결안을 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 다양한 신재생 자원을 동시에 고려한 통합 에너지 공급 시스템을 설계하고 경제성 및 환경성을 함께 평가하기 위한 다목적 최적화 기법(MOOP; multi-objective optimization)을 이용한 평가 전략을 제시하고자 한다. 또한 이러한 설계 및 평가 방법론을 한국의 주요 지역에 적용함으로써 본 연구에서 제시된 방법론의 효용성 입증은 물론 지역 에너지 시스템 설계에 관한 실용적인 해결안을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 신재생 자원 기반 통합 독립에너지 공급 시스템을 설계하고 다목적 최적화 기법을 이용하여 경제성 및 환경성 평가를 목표로 한다. 설계된 시스템의 경제성은 단위에너지비용(LCOE; levelized cost of energy, $/kWh)을 이용하여 평가하며, 국내의 실제 에너지 판매단가와 비교하여 신 에너지 시스템의 경쟁력을 분석한다.
본 절에서는 앞 절에서 분석한 단위 소요 비용(LCOE)과 단위 이산화탄소 배출량(LCE) 등을 한국 실제 값과 비교함으로써 본 연구에서 설계한 지역별 독립 복합 에너지 공급 시스템의 경제적 및 환경적 타당성을 분석한다. 한국의 실제 가정용 최종 전력 공급 비용은 0.
본 절에서는 통합 에너지 공급 시스템 구축에 필요한 풍력 및 태양광 등 신재생 에너지 자원량 과 신재생 자원 기반 에너지 생산 기술의 기술적, 경제적 데이터를 설명한다.
가설 설정
이는 한 주거 당 연평균 전력수요량과 주거부문 전력소비계수[12]를 이용하여 계산되며, 각 단위 주거의 연평균 전력수요량 계산을 위하여 주거부문 총 전력수요량 및 각 지역 별 총 주거 수 등의 데이타를 이용하였다[13,14]. 본 연구에서는 6개 지역에서의 에너지 수요량 크기는 실제 데이타를 기반으로 다르게 모형화한 반면, 일 24 시간별 에너지 사용 프로파일은 지역에 무관하게 일정하다고 가정하였다.
제안 방법
CO2 배출량에 대해서는 총 배출량과 단위 전력 당 배출량(LCE)으로 나누어 표현하였다(Fig. 6(c)).
LCE는 단위 전력 당 배출량으로 CO2 총 배출량을 각 지역의 전력수요로 나누어 계산하였다. 대부분의 지역의 LCE는 CO2 총 배출량의 경향을 따라가는 반면, R2와 R4의 경우 반대의 경향을 보인다.
Table 2에서 보인 바와 같이 본 연구에서는 3가지 타입의 PV 기술, 2가지 타입의 Wind turbine 기술, 3가지 타입의 전기 저장 기술(battery)를 고려한다. AC generator의 경우 그 용량에 따라 각 두가지의 Diesel 주입 및 Gasoline 주입 발전기를 고려한다.
상기의 제약 조건을 만족하는 다양한 기술적 구조 중 두 가지 목적함수, 즉 최소 비용(LCOE) 및 최소 이산화탄소 배출(LCE)을 동시에 만족하는 다양한 기술적 구조들을 규명하는 다목적 최적화를 수행한다. 다목적 최적화 수행의 결과는 다음의 3.2절의 파레토 곡선(Pareto Curve)을 이용하여 분석한다. 특히 파레토 곡선 중 가장 중요한 실제적 의미를 갖는 양 끝 점(최소 LCOE를 갖는 구조 및 최소 LCE를 갖는 구조)에 관하여 각각 3.
또한 우리 나라의 주요 6개 지역을 선별하여 상기의 신재생 자원 기반 전력 공급 시스템의 경제적 및 환경적 타당성과 기대 효과를 정량적으로 분석하였다. 더불어 평가지표로 단위에너지 비용(LCOE; levelized cost of energy, $/kWh) 및 생애주기 배출량(LCE; life-cycle emission, gCO2/kWh) 등을 설정하여 기존 한국의 화석연료 기반 에너지 공급 시스템과 비교분석연구 또한 수행하였다. 본 연구의 주요 수행 결과는 다음과 같다.
본 연구에서는 신재생 자원을 이용한 독립 에너지 공급 시스템을 설계하고 다목적 최적화 기법을 이용하여 구축된 시스템의 경제성 및 환경성 평가를 수행하였다. 또한 우리 나라의 주요 6개 지역을 선별하여 상기의 신재생 자원 기반 전력 공급 시스템의 경제적 및 환경적 타당성과 기대 효과를 정량적으로 분석하였다. 더불어 평가지표로 단위에너지 비용(LCOE; levelized cost of energy, $/kWh) 및 생애주기 배출량(LCE; life-cycle emission, gCO2/kWh) 등을 설정하여 기존 한국의 화석연료 기반 에너지 공급 시스템과 비교분석연구 또한 수행하였다.
1에 나타나있다. 본 시스템은 전력망(Grids)과의 연결이 차단된 독립 통합 에너지 공급 시스템(stand-alone hybrid energy supply system)이며, 크게 에너지 생산 시스템, 에너지 저장 시스템, 에너지 변환 시스템 등 세 가지 에너지 기술 시스템으로 구성된다. 에너지 생산 시스템으로써 태양광 발전(PV; Photovoltaic), 풍력발전(Wind turbine), 화석연료 기반 발전장치(AC generator)을 포함하며, 태양광 및 풍력을 이용하여 PV와 Wind turbine을 통해 생산된 전기는 인버터를 거쳐 배터리에 저장된 후 최종 에너지 수요에 공급된다.
설계된 시스템의 환경성은 단위 생산 전력당 발생하는 이산화탄소(CO2; carbon dioxide) 배출량을 나타내는 생애주기 배출(LCE; life-cycle emission, gCO2/kWh)을 평가 지표로 한다. 본 연구에서는 LCA (life cycle assessment) 기법을 이용하여 AC generator의 연료소비뿐만 아니라 제조, 운송, 구성요소의 교체 등 시스템 생애주기 동안 발생하는 모든 CO2 배출을 포함하였다.
본 연구에서는 국내 행정구역별로 6개 대표 지역(서울, 강릉, 대전, 울산, 광주, 제주)을 선정하였으며, 각 지역의 주거부문 전력수요량을 분석하였다. Fig.
본 연구에서는 신재생 자원을 이용한 독립 에너지 공급 시스템을 설계하고 다목적 최적화 기법을 이용하여 구축된 시스템의 경제성 및 환경성 평가를 수행하였다. 또한 우리 나라의 주요 6개 지역을 선별하여 상기의 신재생 자원 기반 전력 공급 시스템의 경제적 및 환경적 타당성과 기대 효과를 정량적으로 분석하였다.
상기의 제약 조건을 만족하는 다양한 기술적 구조 중 두 가지 목적함수, 즉 최소 비용(LCOE) 및 최소 이산화탄소 배출(LCE)을 동시에 만족하는 다양한 기술적 구조들을 규명하는 다목적 최적화를 수행한다. 다목적 최적화 수행의 결과는 다음의 3.
본 연구에서는 신재생 자원 기반 통합 독립에너지 공급 시스템을 설계하고 다목적 최적화 기법을 이용하여 경제성 및 환경성 평가를 목표로 한다. 설계된 시스템의 경제성은 단위에너지비용(LCOE; levelized cost of energy, $/kWh)을 이용하여 평가하며, 국내의 실제 에너지 판매단가와 비교하여 신 에너지 시스템의 경쟁력을 분석한다. LCOE는 단위 생산 전력당 발생하는 비용으로 시스템의 수명 동안 발생하는 모든 비용을 포함하며, 일반적인 경제 평가 지표로 사용된다.
특히 2절에 제시된 데이터를 기반으로 신재생에너지 공급 시스템의 년간(8,760시간) 최적 운전 전략 수립을 위한 기술적 구조를 규명한다. 즉, 시간기반의 수요를 만족하기 위하여 공급기술을 선별하는 과정에서 지역별 에너지 자원에 따른 공급기술의 에너지 생산량이 시간당 에너지 수요를 만족하는 환경에서 두 가지 설계 전략(비용 및 이산화탄소 배출)를 분석한다. 특히 본 연구에서 사용한 최적화 수행 플랫폼인 iHOGA는 최적 기술 구조 분석을 위하여 Fig.
대상 데이터
Table 2은 상기 기술들의 타입 별 용량에 따른 기술적, 경제적 데이터를 나타낸다. 기술 데이터로써 iHOGA에서 제공하는 기술 별 CO2 배출량과 생애주기를 포함하였으며, 경제적 데이터로써 기술별 투자 및 운전비용을 포함하였다. Table 2에서의 CO2 배출량은 기술운전시 발생하는 CO2 배출량을 제외한 기술 설치 및 제조 과정 등 기술의 전 과정에서 발생되는 배출량을 나타낸다.
본 연구에서는 1) 다양한 신재생에너지 자원을 이용한 에너지 공급 시스템의 상부구조 설계, 2) 에너지 자원 정보 및 관련 기술의 기술적/경제적 데이터 분석 등의 세부연구를 포함한다. 본 연구에서 제안한 시스템은 실제 한국 6개 지역의 에너지 요구량 및 실제 자원 데이터를 기반으로 분석된다. 본 연구는 에너지시스템 모델링 및 분석 플랫폼을 제공하는 iHOGA (improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithms)를 이용하였다[11].
본 절에서는 2절의 에너지 자원 데이터 및 관련 기술들의 기술적, 경제적 데이터들을 iHOGA 플랫폼을 이용하여 실제 한국의 6개 지역에 적용한다. 특히 2절에 제시된 데이터를 기반으로 신재생에너지 공급 시스템의 년간(8,760시간) 최적 운전 전략 수립을 위한 기술적 구조를 규명한다.
이론/모형
본 연구에서 제안한 시스템은 실제 한국 6개 지역의 에너지 요구량 및 실제 자원 데이터를 기반으로 분석된다. 본 연구는 에너지시스템 모델링 및 분석 플랫폼을 제공하는 iHOGA (improved Hybrid Optimization by Genetic Algorithms)를 이용하였다[11].
즉, 시간기반의 수요를 만족하기 위하여 공급기술을 선별하는 과정에서 지역별 에너지 자원에 따른 공급기술의 에너지 생산량이 시간당 에너지 수요를 만족하는 환경에서 두 가지 설계 전략(비용 및 이산화탄소 배출)를 분석한다. 특히 본 연구에서 사용한 최적화 수행 플랫폼인 iHOGA는 최적 기술 구조 분석을 위하여 Fig. 4에서 보인 바와 같이 일반적인 다목적 평가 알고리즘(MOEAs; Multi-objective Evolutionary Algorithms)을 이용하여 최적화를 수행한다[19].
성능/효과
(1) 각 지역별 에너지 공급 시스템의 기술적 구성은 지역별 신재생에너지 자원의 잠재량과 에너지 수요의 크기에 큰 영향을 받는다. 특히 풍력 자원의 잠재량이 가장 중요한 시스템 설계 변수로 작용한다.
(2) 지역 별 이산화탄소 배출량은 신재생 에너지 기술의 설치 유무, 타입, 갯수 등 설계 인자 보다는, 신재생에너지 및 화석연료 에너지 간의 공급비율, 즉 운전 인자에 더욱 민감하게 변화한다. 예를 들어, R1 및 R2 지역의 에너지공급 시스템의 형태는 유사한 반면, 두 지역의 신재생에너지 기술의 가동률(Operability)에 따라 8배 이상의 이산화탄소 배출량 차이를 야기한다.
(3) 에너지 공급 시스템 구축을 위한 소요 비용(LCOE)과 그에 따른 환경적 기대효과(LCE)의 반목 현상은 활용가능한 신재생 자원 전체 잠재량의 크기보다는 핵심 신재생에너지 자원의 잠재량의 크기에 따라 큰 편차를 보인다. 예를 들어 평균풍속이 5 m/s 이상인 지역(e.
(4) 기존의 화석연료 기반 에너지 시스템과의 경제적 및 환경적 비교 분석 결과, 신재생 자원 기반 독립 에너지 공급시스템은 약 3~5배 높은 공급 비용을 나타내는 반면, 설치 후 예상되는 환경적 측면은 기존의 이산화탄소 배출량을 10% 미만으로 감축할 수 있는 효과가 있음을 규명하였다.
그러나 신재생 자원 기반 에너지 공급 시스템은 인프라 구축에 관련된 높은 비용이 요구됨에 따라 기존 에너지 시스템에 전환에 따른 막대한 전환 비용이 요구되며, 신재생 자원의 고유의 특징인 계절적 및 지역적 편차와 같은 에너지공급의 낮은 유연성 등 실용화 단계에서 많은 장벽이 존재한다. 따라서, 많은 인프라 구축 비용, 자원의 간헐적 특성 등 신재생 에너지 기반 시스템의 단점을 극복하기 위해 1) 각 지역적으로 에너지 자원과 수요 구조에 적합한 지역 기반 독립적 에너지 생산 전략(Stand-alone energy production) 수립 및 2) 다양한 신재생 자원을 동시에 고려함으로써 간헐적 효과를 줄일 수 있는 통합 에너지 생산 시스템(Hybrid energy production) 구축이 필수적이다.
각 지역의 파레토 솔루션을 종합적으로 비교한 결과, 신재생 자원의 잠재량이 높은 지역일수록 신재생 에너지 생산 기술에 관한 비용 증가에 따른 이산화탄소 절감 효과가 높은 것으로 분석되며, 반면 신재생 자원의 잠재량이 낮은 지역일수록 그 비용 대비 저감효과는 낮아짐을 알 수 있다.
반면, Wind turbine의 설치용량은 앞선 최소-비용 구조에 비해 변화가 없는데 이는 각 가구별 Wind turbine의 최대 설치 개수가 1개로 제한되어 있기 때문이다. 결과적으로 Wind turbine를 통한 전략 생산의 한계치로 인하여 PV 설치용량의 증가를 초래하게 되며, 증가한 PV 사용으로 더욱 높아진 전력수요와 공급 사이의 시간적 불일치를 해결하기 위해 전력 저장 장치인 배터리 사용 또한 증가하게 된다.
예를 들어, R1 및 R2 지역의 에너지공급 시스템의 형태는 유사한 반면, 두 지역의 신재생에너지 기술의 가동률(Operability)에 따라 8배 이상의 이산화탄소 배출량 차이를 야기한다. 결론적으로, 높은 이산화탄소 저감 효과는 비단 신재생에너지 기술의 설치 유무뿐만 아니라, 설치 기술의 실제 가동률을 극대화하기 운전 전략이 수반되어야 한다.
CO2 총 배출량의 경우 시스템 총 생애주기 동안의 배출량을 나타내며, AC generator 설치 및 가동 시간에 가장 높은 영향을 받는다. 따라서, AC generator 가동 시간이 81 hr로 가장 높은 R1이 311 kg/yr의 가장 높은 배출량을 보이며 이는 다른 지역에 비해 1.4~2.3배 정도 크다, 18 hr로 가장 적게 generator를 가동하는 R6가 가장 낮은 배출량(134 kg/yr)을 가진다(see Table 3). 이때 지역별 AC generator 가동에 의한 시간당 평균 이산화탄소 배출량은 1.
본 연구의 결과 신재생에너지 자원 기반 독립 통합 시스템은 기존의 전력 공급 시스템에 비해 큰 환경적 효과는 기대할 수 있는 반면 가격적 경쟁력은 아직 낮다. 이러한 낮은 가격적 경쟁력은 관련 설비의 대량 생산, 지역간의 통합 또는 국가 주도적 에너지 구조 구축 등의 규모의 경제(Economy of scale) 효과를 이용하여 다소 극복가능 할 것으로 사료된다.
124 $/kWh)에 비해 각각 287%, 376% 높은 것으로 분석된다. 이산화탄소 배출량의 경우 최소-비용 시스템과 최소-배출 시스템 모두 현재 한국 에너지 시스템의 기준 배출량(548 gCO2/kWh)에 비해 약 20% 개선된 효과를 보이며 그 값은 각각 약 490, 470 gCO2/kWh 이다.
배출량에 비해 약 91%의 획기적인 이산화탄소 배출량 감소효과를 보인다. 종합적으로 신재생에너지 자원 기반의 독립 통합 에너지 공급 시스템은 기존의 에너지 시스템에 비해 약 3~5배 정도의 높은 소요 비용을 보이는 반면, CO2 배출량의 경우 기존 인프라에 비해 약 90% 절감된, 즉 BAU 대비 7~13%의 높은 친환경성을 보임을 분석하였다.
지역별 분석 결과, 6개 지역 중 경제성 및 환경성이 모두 높은 지역은 신재생에너지 잠재력이 높은 R6 지역으로 규명되었으며, 실제 전력 공급단가에 비해 약 214% 높은 LCOE 값을 가지며 기존 CO2 배출량에 비해 약 91%의 획기적인 이산화탄소 배출량 감소효과를 보인다. 종합적으로 신재생에너지 자원 기반의 독립 통합 에너지 공급 시스템은 기존의 에너지 시스템에 비해 약 3~5배 정도의 높은 소요 비용을 보이는 반면, CO2 배출량의 경우 기존 인프라에 비해 약 90% 절감된, 즉 BAU 대비 7~13%의 높은 친환경성을 보임을 분석하였다.
5에 나타내었다. 지역에 상관없이 최소 LCOE를 가질 때 최대 LCE값을 가지며, 최소 LCE를 가질 때 최대 LCOE를 갖는 것을 확인할 수 있다. 즉, 경제성을 높일 경우 환경적으로 손해가 있으며 환경성을 높일 경우 경제적 손해가 존재하게 된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
화석연료 기반 에너지 공급 시스템의 문제점은?
8%를 해외수입에 의존하고 있으며, 총 소비 에너지의 약 85%를 화석연료가 차지하고 있다[3]. 한국의 이러한 화석연료 기반 에너지 공급 시스템은 비단 기후 변화 등의 의무감 증가뿐만 아니라, 전세계 화석연료 매장량의 급감 및 주요 에너지 수출국의 정치적 상황에 의한 국제 에너지시장의 가격 불안정성 등에 의해 국내 에너지 구조의 지속가능성 저하 등의 문제를 수반하고있다.
신재생 자원 기반 에너지 공급 시스템의 장점은?
신재생에너지 자원 기반 에너지 공급 시스템으로의 전환은 기존 화석연료 기반 에너지 생산 시스템의 에너지 수급 불균형 및 낮은 에너지 안보 등의 에너지 관련 문제를 해결할 수 있는 가장 현실적인 대안으로 각광받고 있다[1,3]. 또한 신재생 자원 기반 에너지 공급 시스템은 국내 자원의 활용 가능성, 친환경적 에너지생애 주기 등 국내 에너지 자립도 향상 등의 장점을 가진다. 그러나 신재생 자원 기반 에너지 공급 시스템은 인프라 구축에 관련된 높은 비용이 요구됨에 따라 기존 에너지 시스템에 전환에 따른 막대한 전환 비용이 요구되며, 신재생 자원의 고유의 특징인 계절적 및 지역적 편차와 같은 에너지공급의 낮은 유연성 등 실용화 단계에서 많은 장벽이 존재한다.
다양한 신재생 자원을 동시에 고려한 통합 에너지 공급 시스템 설계가 필요한 이유는?
기존의 다양한 연구에도 불구하고, 실제 국가 또는 지역의 최적 에너지 시스템을 규명하기 위해서는 신재생 자원과 에너지 수요의 지역적 특이성 및 시간적 변동성을 동시에 고려한 새로운 설계 기법이 요구된다. 또한 비단 소요 비용 분석 및 예상 경제적 효과 등 신재생 자원 기반 시스템의 경제적 특성뿐만 아니라 이산화탄소 배출 저감 효과 등 환경적 특성 또한 평가하여야 한다.
참고문헌 (19)
Choe, U. and Song, K., "The Origins and Present Status of Renewable Energy and Fuel Cell," The World of Electricity, 55(8), 38-45 (2006).
Cho, Y., "Climate Change Regime and Governance: A Review," World Peace, 5(1), 2-8(2008).
Oh, J., "Results of the 2015 Global Climate Change Results in Paris," Korea energy economic institute (2015).
Lopez, R., Bernal, J., Yusta, J., Dominguez, J., Ramirez, I., Lujano, J. and Aso, I., "Multi-object Optimization Minimizing Cost and Life Cycle Emissions of Stand-alone PV-wind-diesel Systems with Batteries Storage," Applied Energy, 88, 4033-4041 (2011).
Bernal, J. and Lopez, R., "Simulation and Optimization of Standalone Hybrid Renewable Energy Systems," Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 2111-2118(2009).
Santarelli, M., Cali, M. and Macagno, S., "Design and Analysis of Stand-alone Hydrogen Energy Systems with Different Renewable Sources," International Journal of Hydrogen Energy, 29, 1571-1586(2004).
Asarari, A., Ghasemi, A. and Hossein, J., "Economic Evaluation of Hybrid Renewable Energy Systems for Rural Electrification in Iran-A Case Study," Renewable and Sustainable Energy Review, 16, 3123-3130(2012).
Kim, M. and Kim, J., "Optimal Design and Economic Evaluation of Energy Supply System from On/Off Shore Wind Farms," Korean Chem. Eng. Res, 53(2), 156-163(2015).
Kim, K. and Kim, J., "The Optimal Design and Economic Evaluation of a Stand-alone RES Energy System for Residential, Agricultural and Commercial Sectors," Korean Chem. Eng. Res, 54(4), 470-478(2016).
Korea Hydro & Nuclear Power Co. Ltd, "2008 Nuclear Power White Paper," (2008).
Kim, J. and Moon, L., "Strategic Design of Hydrogen Infrastructure Considering Cost and Safety Using Multiobjective Optimization," Hydrogen Energy, 33, 5887-5896(2008).
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