초록 ▼

본 연구는 최근 세계적으로 중요성이 증대되고 있는 풍력발전원의 기기활용의 효율성 증대 및 풍력발전 설비 투자 촉진을 위하여 풍력발전 출력의 시계열 확률분포 모델링을 바탕으로 풍력발전 출력의 변동성을 고려한 발전기 기동정지 계획 및 최적 투자 시기 결정 기술을 개발을 목표로 하였다.
풍력발전 출력의 변동성은 전력계통운영의 주요한 목적중의 하나인 부하수급을 만족시키지 못하는 경우를 발생시킬 수도 있기 때문에 풍력발전원의 경제적 운전비에도 불구하고 계통신뢰도의 문제로 경제적인 계통운용이나 계획에 풍력발전원이 적극 활용되지 못하고 있

본 연구는 최근 세계적으로 중요성이 증대되고 있는 풍력발전원의 기기활용의 효율성 증대 및 풍력발전 설비 투자 촉진을 위하여 풍력발전 출력의 시계열 확률분포 모델링을 바탕으로 풍력발전 출력의 변동성을 고려한 발전기 기동정지 계획 및 최적 투자 시기 결정 기술을 개발을 목표로 하였다.
풍력발전 출력의 변동성은 전력계통운영의 주요한 목적중의 하나인 부하수급을 만족시키지 못하는 경우를 발생시킬 수도 있기 때문에 풍력발전원의 경제적 운전비에도 불구하고 계통신뢰도의 문제로 경제적인 계통운용이나 계획에 풍력발전원이 적극 활용되지 못하고 있다. 또한 풍력발전 출력의 변동성으로 전력판매 량을 쉽게 예측할 수 없어 대부분의 투자자가 적정 투자시점을 결정하지 못하는 경향이 있다. 따라서 본 연구에서 풍력발전 출력을 시계열 확률분포로 모델링하고, Cross-Entropy 기법을 통하여 풍력 발전기를 고려한 발전기 기동정지계획 기법 개발 및 옵션이론을 이용하여 풍력발전원의 최적투자시점 결정 기술 연구를 수행하였다.
발전기 기동정지계획단계에서 풍력발전 출력의 변동성으로 부터 계통신뢰도를 유지하기 위해, 적정 예비력을 확보하여야 한다. 이 때, 예비력의 추가확보는 계통운영비용을 증가시키는 것으로 풍력발전의 값싼 운전비용과 경합되는 대상이 된다. 즉, 풍력발전의 발전력을 높이면 발전비용은 감소하지만 예비력 추가확보비용이 소모되고, 풍력발전의 발전력을 낮추면 전체 발전비용은 증가하지만 예비력의 추가확보비용이 감소한다. 본 연구에서는 풍력발전 출력의 불확실성을 고려한 발전기 기동정지계획을 위해, 국내외 연구협력을 통해 축척된 풍속 및 풍력발전 출력 데이터를 습득하고, 시계열 모델 등을 이용한 풍력발전 출력 예측기법을 연구하였다. 이를 바탕으로 풍력발전출력변동성에 대비한 추가 예비력 확보비용 및 전력계통 수급균형 유지 사이의 경합성을 정식화하여 발전기 기동정지계획 기법 연구를 수행하였다. 이 때 전력계통 수급균형 유지를 위한 시나리오 확인 단계에서, Cross-Entropy 기법을 이용해 풍력발전 출력의 확률분포를 전력수급조건에서 벗어날 확률이 높은 탐색영역으로 반복갱신하여, 수급조건을 벗어날 확률이 적은 기동정지 계획을 신속히 계획할 수 있었다. 이에 따라 전력계통의 적정 신뢰도를 유지한 범위에서 경제적 효율성을 극대화시킬 수 있는 발전기 기동정지계획을 수립할 수있을 것으로 기대된다.
풍력발전설비 최적 투자 시기 결정을 위해 우선 국내 풍력사업자의 전력판매수입을 모형화하였다. 전력판매 수입은 신재생에너지이용 발전전력 기준가격에 의해 풍력발전으로 생산된 전력에 대한 고정가격이 적용된다. 그러나 풍력발전량은 날씨에 민감한 풍속데이터의 불확실성을 고려하여 예측되어야 하기 때문에 전력판매로 인한 수입은 확률적인 분포로 나타나게 되어 풍력발전설비 투자 결정에 중요한 영향을 미친다. 또한 신재생 에너지 장려를 위한 각종 정부정책이 풍력발전설비 투자 결정에 중요한 영향을 미칠 수 있는데, 발전 차액제도가 이에 해당한다. 발전차액제도로 인한 수입은 신재생에너지이용 발전전력의 기준가격대비 계통한계가격(SMP)과의 차액을 공공재원으로 지원함으로써 산정된다. 따라서 풍력 발전사업자는 발전차액지원제도를 통해 수입의 안정성 확보와 동시에 투자비회수가 가능해진다. 본 연구에서는 발전 차액제도를 고려한 풍력발전 사업자의 발전수입을 수식화하고, 옵션이론 중 하나인 최소자승 몬테카를로 기법을 이용해 풍력발전설비의 적정투자시기 결정 기법 연구를 수행하였다. 옵션 행사의 만기시점이 없어 이익이 최대화되는 시점에서 옵션을 행사할 수 있는 권리가 부여된 것으로 불확실한 풍력발전시장 환경 하에서 투자자의 투자위험요소를 감소시키고, 투자유연성을 극대화시킬 수 있는 방법이었다.
본 연구결과는 향후 풍력발전설비 용량이 크게 증가한 국내계통에서 전력산업 전문가의 기술적 검토 후 실재전력 계통운영에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 출력 불확실성이 높은 타 신재생에너지원에도 확장적용이 가능할 것으로 보여 향후 전력계통에서 신재생에너지를 원활히 수용하는데 일조할 것으로 기대된다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내·외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 6
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 11
• 5. 연구결과의 활용 계획 ... 12
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 12
• Ⅲ. 연구성과 ... 14