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대학 캠퍼스 기반의 국내 마이크로그리드 활성화 추진 방안
이수연(Suyeon Lee),강이주(Iju Kang),손예지(Yeji Son) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
현재 전 세계의 메가트렌드는 에너지전환(Energy Transition)이라고 할 수 있으며, 한국 역시 이 트렌드에 맞춰 한국판 그린 뉴딜 정책을 시행하고 있다. 이 정책의 핵심은 현재의 중앙 집중형 발전 방식을 분산 에너지 환경으로 전환하여 지역 맞춤형 인프라를 구축하는 것이다. 이러한 전환점에 있어 주목받고 있는 것이 바로 ‘마이크로그리드(Microgrid)’이다. 미국과 일본은 이미 캠퍼스 마이크로그리드를 통해 지역 기반 분산형 에너지 실증 단계에 있지만, 한국은 여전히 독립적인 섬 형태 위주로 구축되어 있다. 따라서 본 연구를 통해 도심형 분산 에너지로 확대 가능한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드 모델을 도출하고자 하였다. 우선 미국의 선진사례를 중심으로 분석하여 한국 경우와 비교해 보았다. 미국 대학은 ACUPCC 위원회를 결성하여 에너지 수요가 많은 캠퍼스의 탄소 배출량을 마이크로그리드를 통해 줄이고자 하였다. 이들은 미국 내 천연가스 가격이 저렴하고 캠퍼스 부지가 넓다는 장점을 활용하여 열 병합 및 태양광 위주로 완전한 자가발전을 이루고자 한다. 이와 더불어 대학과 기업이 협력하여 교내 및 지역 환경문제를 해결하고, 학생도 프로젝트와 연구에 참여하여 많은 성과를 내고 있다. 하지만 미국과 한국의 상황이 다르기 때문에 그린 캠퍼스 달성을 위해서는 산학연 연계를 통한 시스템 구축과 맞춤형 법안 도입이 필수적이다. 캠퍼스 마이크로그리드의 구축은 LINC 사업단을 중심으로 한 산학연 연계를 통해 이루어질 수 있도록 한다. 정부는 사업에 참여할 대학을 선발하여 투자금을 지원하고, 대학은 이를 바탕으로 협력할 기업을 선정한다. 기업은 재학생에게 현장실습 참여 기회를 제공하여 학부생의 관련 프로젝트에 대한 적극적인 참여를 돕는다. 이렇게 형성된 협력 체계는 인재를 육성하고 교내 연구를 활성화시켜 기술 발전을 도모할 수 있다. 나아가 정부는 대학에서 수행한 데이터를 확장하여 도심형 분산 에너지 시스템을 구축도 가능할 것이다. 이외에도 정부는 ‘직접 PPA’ 법안 활성화를 통해 지역 사회 내 전력 거래가 가능하도록 해야 한다. 이렇게 된다면 대학은 남은 전력을 판매하여 수익을 얻을 수 있고, 또 하나의 ‘에너지 프로슈머(Energy prosumer)’로서의 역할을 기대할 수 있다. 이렇듯 본 발표에서 제시한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드는 캠퍼스를 넘어 재생에너지 기반의 분산형 에너지 체계로의 발판이 될 것이다.
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박주영(Park, Joo-Young),김진수(Kim, Jin-Soo),이유아(Lee, You-Ah),허은녕(Heo, Eun-Nyeong) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
신재생에너지 보급 확산을 위해서 정부에서는 2009년부터 2030년까지의 시평을 가진 '제3차 신재생에너지 기술개발 및 이용 보급' 기본계획을 수립하고, 이의 달성을 위하여 예산투자와 함께 기술개발 지원, 보급 보조 및 융자, 발전차액지원제도, 그린홈 100만호 보급사업 등을 다각적으로 추진하고 있다. 이러한 보급지원제도의 하위제도로써의 융자지원제도는 신재생에너지 설치자 및 생산자를 대상으로 장기저리의 융자지원을 해주는 제도이다. 이를 통해 초기 투자비를 경감, 사업적 경제성을 확보하여 신재생에너지설비 및 관련 산업을 보급, 육성하고자 하는 것이다. 융자지원을 위한 금리는 기준금리(국고채 3년물 수익률)에 연동하여 분기별로 조정되고, 시설자금, 생산자금, 운전자금으로 분류하여 태양열, 태양광, 바이오, 폐기물, 수력, 지열, LFG, 풍력, 연료전지 등의 분야에 지원한다. 따라서 본 연구에서는 융자지원제도 현황을 고찰하고, 기준금리의 변동에 따른 융자지원 금리의 변동을 함께 살펴보았다. 각 에너지원별 지원에 어떠한 영향을 주는지 알아보았다.
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전상희(Jeon, Sanghee),박달영(Park, Dalryung),최경식(Choi, Kyoungshik),권병섭(Kwon, Byeongseop),이동준(Lee, Dongjun),최양미(Choi, Yangmi),홍성호(Hong, Seongho) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
2030년까지 신재생에너지발전 비중을 11%로 높이겠다는 정책목표 달성을 위한 정부의 지원방안이 현행 발전차액지원제도(FIT)에서 2012년부터는 신재생에너지의무할당제(RPS)로 전환된다. 전원별로 정해진 발전량에 대해 정부가 일정한 가격으로 구매해주는 현행 제도 하에서 신재생에너지발전사업자는 중장기 가격을 보장받음으로써 수익성을 초기에 확정할 수 있는 장점이 있는 반면 정부 입장에서는 보급이 확대될수록 막대한 재정부담이 발생하고 경쟁을 통해 생산 비용을 낮추기 위한 유인이 부족한 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 도입되는 의무할당제는 일정 설비규모 이상의 발전사업자에게 신재생에너지발전 의무량을 부과하고 의무대상자가 의무이행의 수단으로 공급인증서(REC)를 발급받거나 구매하여 의무를 이행토록 하는 제도로서 공급인증서 가격 결정을 시장기능에 맡김으로써 신재생에너지 사업자간 경쟁을 촉진시켜 생산비용을 절감하고 정부의 재정부담을 완화하는 장점이 있는 반면 신재생에너지발전사업자 입장에서는 수익성 분석이 복잡해지고 리스크가 증가하는 문제점이 있다. 특히 발전용 연료전지를 활용한 발전사업의 경우 다른 신재생에너지원과 달리 설비투자비용(CAPEX) 외에 가스요금 및 핵심부품의 주기적인 교체 등을 위한 운영비용(OPEX)의 비중이 작지 않기 때문에 더욱 정밀한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 신재생에너지발전사업자 입장에서 비용과 편익에 영향을 미치는 각 요소와 그 영향을 파악함으로써 발전용 연료전지의 경제성 분석을 시도해 보았다.
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신재생에너지 이용률이 발전차액에 미치는 영향에 관한 연구
전병규(Jeon, Byung-kyu),문준상(Moon, Joon-sang),오석환(Oh, Seok-hwan) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
현재 발전차액 지원을 받고 있는 신재생에너지 전원은 태양광, 풍력, 수력, 매립가스, 바이오 가스, 연료전지 등 6개 전원이 있다. 신재생에너지 중에서 태양광, 조력, 연료전지, 풍력의 기준가격은 고정가격이며, 폐기물은 변동가격이고, 수력, 매립가스, 바이오가스, 바이오매스는 고정가격과 변동가격 중에서 선택할 수 있도록 되어 있다. 지난 2년간 신재생에너지 발전소 실적 이용률을 기준가격 적용 이용률과 비교해 보면 매립가스(20MW 미만), 바이오가스, 연료전지 이용률은 기준가격 적용 이용률 보다 낮게 나타났으며, 특히 바이오가스는 실적 이용률이 매우낮게 나타났다. 기타 신재생에너지 전원은 실적 이용률이 높게 나타났다. 발전차액(기반기금)은 기준가격에서 계통한계가격을 뺀 금액을 의미하며 고정가격, 변동가격의 요금선택에 따라 발전차액에 미치는 요소들이 달라진다. 고정가격을 선택한 경우는 계통한계가격, 이용률(전력 거래량)이 영향을 미치며 변동가격을 선택한 경우는 이용률만이 발전차액에 영향을 미친다.
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이동건(Lee, Dong-Geon),김화영(SinKim, Hwa-Young),이슬기(Yi, Sul-Ki),허은녕(Heo, Eunn-Yeong) 한국신재생에너지학회 2009 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.06
제3차 신재생에너지 기본 계획에서는 기존의 태양광10만호 보급사업을 확대하여 모든 가능한 신재생에너지 부존자원을 최대한 활용하는 통합형 보급 사업으로서의 2020 그린홈(Green Home) 100만호 사업이 새로이 추진 중에 있다. 이 사업의 핵심 내용으로는 수요자중심의 맞춤형 주택공급과 이로 인한 민간시장의 활성화, 그리고 하이브리드형 신재생 에너지 시스템 개발 등을 꼽을 수 있다. 본 연구는 지난 1-2차 신재생 에너지 기술개발 및 이용 보급 기본 계획에서 추진된 주택용 신 재생에너지 보급 정책 결과와 일본, 독일 등의 해외사례 연구를 바탕으로 현재 시행중인 제 3차 기본계획 추진 과정을 검토하여 다음과 같은 제언을 하고 있다. 즉, 향후 신재생에너지 주택보급 사업의 원활한 수행을 위해서는 치밀한 준비를 통해 사업을 내실있게 추진해야 하고, 계획된 예산을 안정적으로 확보하고 효율적으로 배분하여 사업에 대한 신뢰성을 확보해야 한다. 또한 합리적인 목표 설정을 통해 체계적인 보급 정책을 추진해야 하고, 기술개발과 보급 양 부문에 대한 적절한 균형을 도모해야 한다.
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에너지저장장치를 이용한 풍력발전의 출력 평준화 제어 기법 연구
이진호(Lee, Jinho),이문환(Lee, Moonhwan) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
기후변화 대응을 위해 세계적으로 신 재생에너지의 분담율(penetration rate)은 갈수록 증가하고 있고, 정부에서는 2015년까지 신 재생에너지의 개발에 총 40조원을 투자한다는 적극적인 계획을 세우고 있다. 하지만 신 재생에너지 중 전력 생산에 가장 큰 비중을 차지하는 풍력발전은 비급전성과 간헐성 등의 제약으로 인해 안정적인 전력을 공급하기 힘들뿐만 아니라 전력계통의 신뢰성을 악화시킬 수도 있는 리스크를 잠재하고 있는 에너지원이다. 이에 풍력발전 등 신 재생에너지원의 출력을 안정화시키기 위한 Smart Renewable 프로젝트가 현재 제주도에서 실증 단계에 있다. 이 논문에서는 한국전력 컨소시엄의 Smart Renewable 프로젝트 대상인 660kW급 풍력터빈과 200kWh급 리튬-이온 배터리 에너지저장장치를 이용하여, 풍력터빈의 출력을 평활화시키는 평활화 제어(Smoothing Control)와 일정시간동안 균일한 출력을 낼 수 있게 하는 정출력 제어(Constant Power Control)의 두 가지 기법을 시뮬레이션 하였다. t 시점의 에너지저장장치 잔존용량을 피드백 받아 t+1 시점의 풍력터빈과 에너지저장장치 합성출력의 목표치를 설정하는 잔존용량 피드백 방법을 이용하여 에너지저장장치의 운전모드, 초기 용량, 평활화 시정수(time constant) 등의 조건 변화가 평활화 제어와 정출력 제어에 미치는 영향을 각각 확인하고, 주어진 기기 조건 하에서 최적의 시정수 값과 운전모드를 도출하였다.
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최연석(Choi, Yeonseok),최항석(Choi, Hangseok),김석준(Kim, Seockjoon) 한국신재생에너지학회 2010 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.11
국내 최초의 생활폐기물고형연료(RDF) 생산플랜트인 원주시 RDF플랜트의 2009년도 운영실적을 정리하여 폐기물 처리단가를 분석하였으며 에너지 생산 효과도 분석하였다. 실적분석에 사용된 자료는 원주 RDF플랜트 위탁운영업체가 운영비를 청구 및 정산하기 위해서 원주시에 상시 측정 및 보고하는 항목으로서, 내용은 트럭으로 플랜트에 반입되는 폐기물 전체량, RDF생산 전체량, 불순물 매립 전체량, 건조 및 탈취용 연료사용 전체량, 전기사용 전체량 등이다. 2009년도 원주시 RDF플랜트에 반입된 폐기물 량은 총 17,504톤이었고, RDF를 총 7,044톤 생산하였으며, 4,120톤의 불연물을 선별하였다. 1년간 사용한 건조 및 탈취용 연료는 총 596,268 리터였으며 연료인 부생유의 가격은 리터 당 평균 864.6원이었다. 사용한 전기량은 총 2,435,397 kWh였고, 이 중에서 성형공정에 사용된 전기량은 총 사용량의 19%였다. 이상의 기록자료들을 분석해 본 결과, 폐기물 1톤을 처리하는데 전기 비용이 14,334원이었고, 연료비가 29,452원이었다. 여기에 폐기물 1톤당 불연물 매립비 6,573원과 위탁인건비를 합하면 폐기물 1톤당 처리비용은 약 116,573원으로 나타났다. 현재 원주시 RDF는 톤당 25,000원에 판매되고 있으므로 이 비용을 감안하면 폐기물 1톤당 처리비용은 105,298원으로 산출되었다. 현재 알려진 유사 규모의 소각로 운영비가 폐기물 1톤당 136,736원인데, 이것은 RDF기술보다 31,438원/톤-폐기물 정도 처리비용이 비싸다. 따라서 100톤 이하 규모의 폐기물처리시설 설치를 할 경우에는 RDF 시설이 경제적으로 타당함을 나타낸다. 원주시 RDF플랜트의 물질수지를 분석해 본 결과, RDF생산 수율은 40.2%였으며 총 투입된 에너지는 8,0587 Gcal였다. 생산된 에너지 총량은 RDF발열량 4,500 kcal/kg으로 했을 때 31,699 Gcal로 나타났다. 투입대비 생산에너지 비율은 25.4%로 계산되었고, 전기의 발전효율을 40%로 감안했을 경우에는 35.3%로 계산되었다. 성형하는데 사용되는 총 에너지는 전체 투입에너지의 4.9%로 나타났고, 비용으로는 폐기물 1톤당 2,723원 이었다.
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전상희(Jeon, Sanghee),최영진(Choi, Youngjean),지준범(Jee, Joonbum) 한국신재생에너지학회 2011 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.11
국립기상연구소는 2000년부터 2010년까지(11년)의 위성자료와 수치모델의 재분석 자료를 이용하여 한반도영역에 대해서 4km{times}4km 해상도의 태양-기상자원지도를 계산하였다. 이러한 태양-기상자원지도를 기반으로 GIS 분석도구를 이용하여 지역별 태양에너지의 분포와 지역별 태양광의 기후특성을 분석하였다. 연구영역의 행정구역을 구분하고 각 지역별 에너지분포 및 변화특성을 쉽게 분석하기 위하여 GIS 분석도구를 사용하였다. 평균 연누적 태양에너지 자료를 분석한 결과 한반도에서는 경상도가 가장 풍부한 태양광에너지를 받고 있었으며 특히 대구광역시(5047MJ), 부산광역시(5019.4MJ)가 높게 나타났다. 북한지역에서는 함경남도(4719.1MJ)가 가장 풍부한 자원을 가지고 있는 것으로 나타났다. 월별 분포를 분석한 결과 대체로 연누적과 동일하게 남부지방의 경상도가 높은 태양광 에너지를 나타났다. 특히 7월 등의 여름철은 1월에 비해 절대적으로 에너지양이 많았다. 그러나 위도 38도를 중심으로 빈번한 장마전선을 동반한 구름의 이동으로 중부지방이 남부지방과 북부지방에 비해 낮게 나타났다. 또한 2000년 1월부터 2010년 12월까지 월별 시계열 변화를 분석해본 결과 한반도 전역에서 태양광의 증가추세가 나타났다. 특히 부산광역시는 10년간 3.75MJ이 증가하였으며, 서울특별시는 3.645MJ/decade, 함경북도는 3.499MJ/decade의 증가경향을 보였다. 월별 시계열 그래프를 보면 2003년 8월과 2005년 4월을 기준으로 3부분에서 다른 특성이 나타나는데 이것은 각 구간별로 구름산출을 위하여 사용된 정지기상위성이 다르기 때문이다. 각 구간에서 사용된 위성은 GMS-5(2003년 8월 이전), GOES-9(2003년 8월~2005년 3월) 그리고 MTSAT-1R(2005년 4월이후)이다. 추후에는 태양광 자원이 풍부한 지역에 대해서 더욱 상세하게 태양광 에너지의 분포와 변화를 분석해보자 한다. 이러한 지역별 자원분석 자료는 지방자치단체들이 신재생에너지 개발계획을 세우는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
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