신재생 에너지 최적 운영 및 최적 위치선정에 대한 연구

Abstract

국 문 요 지

본 논문에서는 시간과 공간의 연속 공간인 이산시간확률 과정의 신뢰도 측면에서 소수력 발전의 운영에 대하여 경제성 위주의 운영 방식에서 신뢰도를 반영한 운영 방식에 대한 알고리즘을 제안함으로써 경제적 운영이 가능하도록 하였으며, 또한 시간 공간 관점에서 임의의 확률 공간인 이산확률공간에서 풍력 발전과 태양광 발전을 부하 특성에 맞는 배치 및 확률론적인 신뢰도 이론에 근거하여 모델링 해석을 함으로써 신속하고 경제적으로 신뢰도를 근거한 최적 위치 및 적정 용량에 대한 투자 검토를 할 수 있도록 하였다. 첫 번째 모델링에서는 기존 발전기 (CG), PV 시스템 및 소형 수력 발전소 (HPP)로 구성된 마이크로 그리드에 대한 신뢰성 평가를 제공한다. PV 시스템에는 간헐적인 출력이 있으며 HPP 출력은 몇 가지 제약 조건에 따라 제한된다. 그러므로 신뢰성 평가는 CG에 따라 수행되어야 한다. 본 논문은 Monte Carlo 시뮬레이션에 기반한 마이크로그리드의 신뢰성을 평가하는 방법론을 제안한다. 이를 위해 그리드의 각 구성 요소에 대한 HPP 및 신뢰성 모델에 대한 간단한 운영 전략이 도입되었다. 2 단계로 구성된 운영 전략에 따라 HPP는 저수지에 저장된 물이 특정 임계값을 초과할 때마다 전력을 생성하거나 저수지의 최대 보유 유량을 초과할 때 여분의 물을 배출하도록 작동된다. 제안된 방법론을 시연하기 위해 다양한 보유량 기준에 따라 사례 연구를 수행하고 그 결과는 몇 가지 신뢰도 지수로 평가된다. 또한, 신뢰성과 경제성 측면 사이의 상충 관계를 고려하여 적절한 보유량 기준이 결정된다.

두 번째 모델링에서는 신뢰성 평가에 기초하여 마이크로 그리드에서 신재생 에너지의 최적 크기와 위치를 제안한다. 그리고 신뢰성 평가를 위해 LOLE (Loss of Load Expectation)산출을 위한 확률론적 방법을 제안하였다. 사례 연구에서 신재생 에너지의 신뢰도를 고려한 용량 배치 및 최적 위치는 IEEE-34 버스시스템에서 가장 작은 값을 갖는 LOLE 및 손실 전력량으로 평가한다.

신재생 에너지원(RES)에 대한 투자가 지속적으로 증가하여 전력 시스템에서 시간이 지날 수록 신재생 에너지의 비율이 높아 질 것으로 예상된다. 그러나 신재생 에너지 자원의 확대 보급은 전력의 안정적 공급을 하는데 해결하여야 할 과제가 많다. 태양광 및 풍력과 같은 신재생 발전소의 대부분은 발전량의 변동이 심하여 설비의 이용 비율이 낮아서 효율적인 전력 공급을 운영하기 어렵다. 또한 공급이 간헐적이고 변동성이 많아서 공급 전력과 부하의 불균형이 발생한다. 그러나 풍력과 태양광의 발전 출력 패턴이 서로 다르기 때문에 신재생 에너지 발전 비율을 조정하여 결합하면 많은 불균형을 해소할 수 있다. 이들 발전량의 불균형으로 인한 신재생 에너지원의 발전용량 적정 배분을 통한 신뢰성 평가는 재생 가능한 에너지원의 최적 조합을 달성하기 위한 적절한 방법이다.