마그넷
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 도서지역 마이크로그리드 시스템 구축 시뮬레이션 및 환경경제성 분석
영문 : Microgrid System in Island Area Simulation and Environmental Economic Analysis
과제 팀명
마그넷
지도교수
이상철 교수님
개발기간
2022년 9월 ~ 2022년 12월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 환경공학부 2019890039 이규빈(팀장)
서울시립대학교 환경공학부 2019890028 백은지
서울시립대학교 환경공학부 2019890058 정시은
서울시립대학교 환경공학부 2019890080 정지은
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ 온실가스 배출 기여도가 가장 큰 에너지 부문의 온실가스 배출량을 줄이기 위해 신재생에너지 기술이 통합된 단독 운전이 가능한 소규모 전력망인 마이크로그리드를 도서산간 지역에 구축하여 탄소중립 실현에 기여하고자 함.
◇ 기존 하향식 전력 공급 시스템(화석연료)과 상향식 마이크로그리드 시스템을 적용했을 때의 차이를 시뮬레이션 하고 전력 사용량, 온실가스 별 배출계수, 지구온난화지수를 활용하여 온실가스 배출량을 산정하며 온실가스 저감효과, 경제성 등을 분석.
◇ 마이크로그리드 구성 및 경제성 분석이 가능한 HOMER Pro 응용 프로그램을 활용하여 풍속 및 기후 데이터 등을 입력하고 전라남도 완도군 생일도의 최적화 운전 시뮬레이션을 수행하여 시티즈 스카이라인을 통해 구현.
개발 과제의 배경 및 효과
◇ 정부는 지난 2020년 7월 14일에 전국 42개 도서지역에 친환경 발전시스템을 구축해 디젤엔진 발전기의 오염물질 배출량을 감축하겠다고 밝혔음. 정부의 한국판 뉴딜 정책에 따라 한국전력공사는 도서지역 친환경 전력공급을 확대하고 있음. 최근 2022년에는 산업통상자원부와 한국 에너지 기술 평가원이 주관하는 ‘에너지 기술 개발사업’에 군산시가 선정되어 에너지 자립 마을 구축을 위한 마이크로그리드 실증 사업을 추진함.
◇ 한국의 전기료는 다른 국가에 비해 가정용과 산업용 전기료 모두 저렴한 편임. 전기를 저렴하게 이용할 수 있다는 점은 큰 장점이 있어 국내 마이크로그리드의 상용화에서는 오히려 한계점으로 작용함. 이러한 한계점으로 일본이나 유럽 등보다 신재생에너지와 연계한 마이크로그리드의 실증이 부족한 상황임.
◇ 하지만 국내 시장이 아닌 동남아시아 등 섬이 많은 지역에 마이크로그리드 기술을 수출하기 위해 국내 실증 데이터가 필요함. 또한 도서지역의 경우 육지와의 고립성으로 인해 해저케이블이나 제주도와 같이 초고압 직류송전을 이용해야 하는데 모든 섬에 이와 같은 방법으로 송전하면 많은 비용이 필요함. 그러므로 장기적인 측면에서 해외 진출 가능성과 도서지역의 원활한 전기 공급, 탄소중립을 위해 마이크로그리드 개념을 도입한 에너지 자립섬을 설계함.
개발 과제의 목표 및 내용
◇ 기존 하향식 전력 공급 시스템에서 상향식 마이크로그리드 시스템을 적용했을 때의 차이를 시뮬레이션 하여 경제적으로 가장 효율적인 신재생에너지 조합을 선정하고 전력 사용량, 온실가스 별 배출계수, 지구온난화지수를 활용하여 온실가스 배출량을 산정하며 궁극적으로 온실가스 배출량을 줄이기 위해 신재생에너지 기술이 통합된 마이크로그리드를 구축하고자 함.
◇ HOMER 프로를 사용해 경제성과 온실가스 감축량 산정을 통해 체계적이며 효율적으로 마이크로그리드를 구축하고 시티즈 스카이라인을 통하여 구축된 마이크로그리드를 3D로 구현하여 신재생 에너지의 비율을 늘려 온실가스 저감에 기여하고 외부전력 사용량을 줄여 경제적 이득을 얻는 효과를 기대할 수 있음.
◇ 마이크로그리드 구성 및 경제성 분석이 가능한 HOMER Pro 응용 프로그램을 활용하여 내장된 풍속 및 조사량 데이터를 이용하여 해당지역의 최적화 운전 시뮬레이션을 수행.
◇ Homer Pro는 전력 데이터, 데이터 및 기후 최근 문헌자료를 바탕으로 신재생에너지 및 ESS 설비 발전원가, 유지비, 수명 등의 경제성 평가를 위한 데이터등의 입력을 통해 해당 지역의 신재생에너지 종류와 비율의 최적 조합 산출할 수 있음. 이를 바탕으로 화력발전원가 및 탄소배출권 가격을 고려하여 경제성 분석을 진행.
◇시티즈 스카이라인에서 위성 데이터를 입력하여 실제 대상 지역을 불러오고 고도등의 지형을 고려하여 환경분석을 실시하여 적합한 신재생에너지 발전기 위치 설정. Homer Pro로 구한 최적 에너지 설비 구성이 생일도 내에 실제로 실현 가능한지 확인하기 위해 생일도 환경 분석 진행
◇에너지 자립 시뮬레이션 대상 지역으로는 면적은 13.81km2이며, 2020년 기준 414가구 701명이 거주하는 전라남도 완도군의 생일도를 선정함
◇본 프로젝트를 통해 탄소배출을 최소화할 수 있는 방안을 모색하고, 특히 도서지역과 같은 전력소외지역이 화석연료에 의존하는 방식이 아닌, 자체적으로 에너지를 생산하고 공급하여 온실가스 감축에 기여할 수 있는 자립형 발전시스템을 구성하고자 한다. 추후 에너지 자립이 필요한 국내외 지역에도 적용될 수 있는 기반을 마련하고자 함.
◇다도해라는 남해의 특성상 각 섬의 기후와 자연환경에 알맞은 신재생 에너지 시설을 설치함으로서 남해의 다양한 섬들 간의 상호 계통 연계로 에너지를 자립적으로 생산, 판매, 보급을 실현하여 탄소중립에 기여할 수 있음.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 국외 현황 : UC San Diego 캠퍼스 마이크로그리드
UCSD는 친환경적인 에너지자립을 위해 2006년 초부터 마이크로그리드 구축을 시작하였으며, 다양한 연구개발을 진행하고 있음. UCSD의 마이크로그리드는 여러 센서에서 데이터를 취득하고 분석 및 모니터링하는 OSIsoft PI System기반을 통해 30 MW 열병합 발전소, 3.0 MW급 태양광 발전, 천연가스, 연료전지 등의 다양한 설비를 운영하고 있음. 이를 통해 UCSD캠퍼스의 에너지 자립율은 92 %에 달하고, 나머지 8 %만 지역 전력회사에서 공급받고 있음. 이외에도 UC어바인, IIT, 프린스턴 대학교 등에서 캠퍼스 마이크로그리드를 적용하여 전력을 효율적이게 사용하고, 재난 발생으로 인한 전력 수급의 문제를 에너지 자립을 통해 지역주민에게 피난처를 제공하는 역할까지 할 수 있음.
- 국내 현황 : 제주 스마트그리드 실증사업(2009.12~2013.5)
제주 스마트그리드 실증단지는 한국형 차세대 전력망 구현을 위해 국내 최초로 조성되었던 실증단지로, 스마트그리드의 지능형 소비자, 운송, 신재생에너지, 전력망, 전력시장의 5개 분야가 실증되는 세계 최초의 실증단지로써 국내외의 많은 주목을 받음. 삼성전자·LG전자 등 국내 대기업이 사업에 참여했으며, 스마트미터 2381기, 네트워크운영센터 3개소, 대용량배터리 10기 등의 스마트그리드 인프라가 구축되었고, 신재생에너지 발전소가 건립됨. 그러나 농촌지역 특성상 전력소비량이 적고 고령자수가 많아 수요 반응이 낮은 점, 국내 전기요금이 낮아 개인이 전기를 생산하고 거래하는 것의 이점이 없어 시민 참여도가 낮은 점을 원인으로 사업적 성과를 거두지 못하고 철수함.
- 특허조사 및 특허 전략 분석
- 기술 로드맵 : 국내 정책 추진 방향
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
◇ 비츠로시스 스마트 인프라 관련 사업을 영위하며, 전력자동화/스마트그리드/지능형 교통/스마트 물 환경 사업과 산업테마 보고서같은 국가 기반 인프라 자동제어 및 시스템통합(SI) 사업을 수행하고 있음. 스마트그리드 분야의 전기, 가스, 수도 등의 유틸리티 관련 통합 서비스를 개발하여 제공하였으며, 스마트그리드용 고정밀 파워 미터링 SOP(System On Panel) 에너지 플랫폼을 개발하였음. ◇ 미쓰비시 2005년 하치노헤시에 마이크로그리드 실증 단지를 설치 후 현재까지 운영 중임. 이 실증 단지는 바이오가스엔진, 태양광, 풍력, 배터리 등으로 구축된 710kW급 발전 시설 규모로, 신재생에너지 이용을 통한 분산형 발전 방식이 특징임. ◇ 시미즈 미래 에너지 자립 건물을 상업화하기 위해 가스엔진, 태양광, 배터리 등을 이용한 연구소 건물에 적용할 수 있는 마이크로그리드 실증 시설을 구축
- 마케팅 전략 제시
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
◇ 신재생에너지 발전원의 수를 조정하면서 경제성 분석이 가능하기 때문에 체계적인 마이크로그리드 시스템을 설계할 수 있음. ◇ 마이크로그리드 시뮬레이션을 통해 에너지 자립섬 운영 가능성을 확인할 수 있음.
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
