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문제 정의
- 본 논문에서는 국내 풍력발전단지의 발전실적을 100MW 용량에 맞추어 선형 증가시킨 값을 이용하여 풍력발전 출력제한 및 ESS 충?방전에 따른 출력 예측오차와 경제적 효과를 모의하였다. 급전주기 및 예측주기는 5분으로 가정하였으며, t=0시간부터 5분 간의 풍력발전 예측값은 t=0시점의 출력값을 이용하였다.
- 풍력발전이 허용오차 내에서 출력되면, ESS의 충?방전량은 0이 되어야 할 것이다. 본 논문에서는 수식 (6), (7)에 기반한 ESS의 운전에 의해 예측오차 허용범위 (2)를 만족시킬 수 있는 ESS의 충?방전 출력용량을 아래 수식 (8)을 통해 산정하였다.
- 본 논문에서는 풍력발전의 출력제한운전 및 ESS 운전을 통해 풍력발전 예측오차가 완화됨으로써 발생하는 풍력발전사업자의 수입/비용 모델을 제시하였으며, 이를 바탕으로 풍력발전 예측오차 완화방안의 경제적 효과를 비교 분석하였다. 두 가지의 풍력 발전 예측오차 완화방안의 경제적 효과를 비교 분석하기 위해서 증분내부수익률법이 사용되었으며, 국내 풍력발전단지의 발전실적을 이용하여 사례연구를 수행하였다.
- 풍력발전 예측오차 완화의 적정한 방안을 선택하기 위해서 각방안별 발전량 저하 및 추가설비비용의 관점에서의 경제적 효과 비교가 필요할 것이다. 본 논문은 풍력발전의 예측오차 완화를 위한 출력제한운전과 ESS운영 방법에 대해 고찰하고, 각 방안에 대한 경제적 효과를 비교분석하였다.
가설 설정
- 2) 출력 예측값에서 크게 벗어나는 경우 에너지저장장치의 충·방전을 통해 예측오차를 완화시켜 페널티를 회피할 수 있을 것이다.
- ESS의 설치에 있어 단위 PCS의 비용을 400천원/kW으로, 단위 저장용량 당 비용을 600천원/kWh로 가정하였다.[7] 이 같은 ESS 설치비용의 가정과 함께 허용오차에 따른 ESS 운전의 증분 내부수익률 결과를 그림 13에서 보이고 있다.
- 는 t시간의 풍력발전 예측오차, 실제출력,출력 예측값을 의미한다. 가장 간단한 실시간예측은 예측시점의 풍력출력이 향후 몇 분 또는 몇 시간까지 동일하게 나타나는 것을 가정하는 것이다. 이와 같은 풍력출력의 예측오차는 수요예측 오차와 더해져 일반발전기의 주파수조정예비력 증가를 야기하게 된다.
- 본 논문에서는 국내 풍력발전단지의 발전실적을 100MW 용량에 맞추어 선형 증가시킨 값을 이용하여 풍력발전 출력제한 및 ESS 충?방전에 따른 출력 예측오차와 경제적 효과를 모의하였다. 급전주기 및 예측주기는 5분으로 가정하였으며, t=0시간부터 5분 간의 풍력발전 예측값은 t=0시점의 출력값을 이용하였다. 모의한 풍력단지의 1년간의 예측오차는 다음 그림 4와 같았다.
- 5만원[11]을 적용하였다. 또한 ESS의 충전효율 및 방전효율을 각각 95%로 가정하였다.
- 여기서 rwcy와 ress·y 은 출력제한 및 ESS 충·방전으로 보정된 풍력발전 출력에 의해 추정되는 풍력사업자의 연간 수입을 의미 하고, ICwc0 은 출력제한에 대한 초기투자비를 의미하는 것으로, 본 논문에서는 0으로 가정하였다.
- 연간 평균 이용률과 함께 풍력 발전사업자의 수입변화를 표 1에서 보이고 있다. 이 때 SMP (System Marginal Price)는 76.91원/kWh[11]로 가정하고, REC 가격은 2017년 7월 현물 및 계약시장 평균가격인 9.5만원[11]을 적용하였다. 또한 ESS의 충전효율 및 방전효율을 각각 95%로 가정하였다.
- 0MWh로 설정되었다. 이 때 배터리의 SOC는 24시간마다 50%로 재설정 되는 것으로 가정하였다. 그림 8은 이와 같은 ESS를 이용하여 예측오차 허용범위를 벗어나는 풍력발전 출력에 대한 보정운전 결과를 보이고 있다.
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