초록 ▼

□ 연구개발 목표
위성에서 측정한 기상 데이터를 이용하여 지상에 도달하는 일사량을 시간에 앞서서 예측하는 방법을 연구한다. 기존에 알려진 기상 데이터와 일사량 사이의 통계적 모델들을 검토하고 국내 일사량 분포를 예측한다. 복사 전달 방정식의 해를 구하는 프로그램을 제작하고, 위성 데이터에 얻은 입력 변수를 프로그램에 대입하여 일사량을 예측하는 물리적 모델을 개발한다. 물리적 모델을 이용하여 국내 일사량 분포를 예측하고, 앞서 통계적 모델을 이용하여 예측한 결과와 비교함으로써 물리적 모델의 예측 정확도 개선을 평가한다. 물리적

□ 연구개발 목표
위성에서 측정한 기상 데이터를 이용하여 지상에 도달하는 일사량을 시간에 앞서서 예측하는 방법을 연구한다. 기존에 알려진 기상 데이터와 일사량 사이의 통계적 모델들을 검토하고 국내 일사량 분포를 예측한다. 복사 전달 방정식의 해를 구하는 프로그램을 제작하고, 위성 데이터에 얻은 입력 변수를 프로그램에 대입하여 일사량을 예측하는 물리적 모델을 개발한다. 물리적 모델을 이용하여 국내 일사량 분포를 예측하고, 앞서 통계적 모델을 이용하여 예측한 결과와 비교함으로써 물리적 모델의 예측 정확도 개선을 평가한다. 물리적 모델을 활용하여 형상, 두께 같은 구름의 특성을 유추하는 방법을 개발한다. 주어진 환경 상태에서 구름의 특성에 따라 구름의 운동벡터를 계산하고, 시간에 따른 구름 분포의 변화를 예측한다. 미래 구름 분포와 위성 데이터를 물리적 모델에 대입하여 일사량의 변화를 예측한다.

□ 연구개발 내용
1차년도: 위성에서 측정하는 기본 데이터와 산출 데이터의 취합하고, 일사량 예측에 필요한 데이터만을 추출하는 프로세스를 정립하였다. 기상 및 대기 데이터도 확보하고, 확보한 데이터는 품질관리 방법을 통해 이상점 데이터를 제거하는 등 데이터 전처리 과정을 완성하였다.
2차년도: 기존에 기상 데이터만을 이용하는 통계적 모델을 검토하고 평가하여, 예측 오차가 rRMSE 26.49%, rMBE –5.41%임을 확인하였다. 위성 데이터와 지상에서 측정한 일사량, 하늘 영상, 대기 데이터를 이용하는 다양한 준실험(semi-empirical) 물리적 모델을 비교하고 검토하였다. 한편, 구름의 형태, 크기, 광학 두께 등의 특성을 고정하고 대기 운동 같은 환경 상태 변수가 주어진 상황에서, 구름의 운동벡터를 계산하고 미래 구름 분포를 예측하기 위한 유동 해석을 진행하였다.
3차년도: 복사 전달 방정식을 수치적으로 푸는 프로그램을 기반으로 위성 데이터와 대기의 환경 상태 정보를 이용하는 엄밀한(rigorous) 물리적 모델을 완성하였다. 준실험과 엄밀한 물리적 모델을 국내 일사량 예측에 적합하도록 각각을 개선하여 예측 정확도를 높였다. 개선 결과, 준실험 모델은 rRMSE 24.12%, rMBE –1.80%, 엄밀한 모델은 rRMSE 23.33%, rMBE 8.02% 예측 오차를 나타내었다. 위성 및 하늘 영상을 바탕으로 구름의 특성과 운량을 분석하였고, 유동 해석을 통해 예측한 미래 구름 분포 결과를 평가하였다. 유동 해석 방법과 복사해석 방법을 결합함으로써 미래 (hour-ahead) 일사량을 예측하는 방법을 개발하였다.
4차년도: 물리적 모델을 이용하는 일사량 예측 방법을 이용하여 15분 간격으로 3시간 앞선 일사량을 계산하였고, 예측오차가 준실험 물리적 모델은 rRMSE 38.06%, 엄밀한 물리적 모델은 rRMSE 29.72%를 확인하였다.

□ 활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구는 예측 정확도 향상, day-ahead 예측, 시간 및 공간 해상도 향상 등 일사량 예측 기술의 발전에 기초가 될 것이다. 국내적 관점에서, 일사량 예측 능력의 향상은 태양광 발전량 예측의 정확도를 높이고 태양 에너지가 갖는 불확실성에 효과적으로 대응이 가능하도록 할 것이다. 궁극적으로는 재생에너지의 증가가 예상되는 전력망을 안정적으로 운영하는데 도움이 되고, 에너지의 효율적인 관리가 중요한 에너지 신산업의 발전에도 도움이 될 것이다. 한편, 전 세계적으로 패러다임의 변화를 겪고 있는 에너지 시장에서 경쟁하는 국내 업체에게 는 기술력 향상에 도움을 주고, 재생에너지 확산을 촉진함으로써 온실 가스 감축 및 기후 변화 대응에 적극적으로 참여하는 국가 이미지 제고에 기여할 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 요 약 문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발 목표 및 평가항목별 성과 ... 5
• 1-1. 연구개발 목표 ... 5
• 1-2. 평가항목별 성과 ... 6
• 1-3. 목표 미달 시 원인 분석 ... 7
• 1-4. (해당 시) 연구개발 목표 및 주요내용 변경사항 ... 7
• 1-5. 선정/단계/연차점검의견 ... 8
• 2. 추진내용 및 연구개발결과 ... 9
• 2-1. 추진내용 및 연구개발결과 ... 9
• 2-2. 추진 일정 실적 ... 32
• 2-3. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여정도 ... 33
• 2-4. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 34
• 2-5. 계획하지 않은 성과 및 관련 분야 기여사항 ... 35
• 3. 당초 연구계획 대비 주요 변경사항 ... 36
• 끝페이지 ... 37