체코 열병합발전소 주파수조정용 배터리에너지저장장치 경제성 분석

김유탁; 차동민; 정수안; 손상학

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김유탁 (한국전지연구조합) 차동민 (한국전지연구조합) 정수안 (한국전지연구조합) 손상학 (피피에스컴퍼니)

저널정보: 한국에너지학회 에너지공학 에너지 공학 제29권 제2호 (통권 제102호)

발행연도: 2020.6

수록면: 68 - 78 (11page)

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신 기후변화협약에 따라 전 세계적으로 온실가스를 저감하는 기술개발이 활발하게 이뤄지고 있으며, 발전·송배전 분야에서 에너지효율향상에 대한 연구가 진행되고 있다[1,2]. 에너지저장장치를 이용해 잉여전기를 저장하고 전기를 공급하는 운영방식에 대한 경제성 분석, 지역단위 열 병합 발전소에서 주파수조정예비력으로 에너지저장장치를 활용하는 것이 가장 수익이 높은 운영방안으로 보고되었다[3-7]. 이에 본연구에서는 체코의 열병합발전소를 대상으로 에너지저장장치 설치를 위한 경제성 분석을 실시하였다. 배터리에너지저장장치의 경제성 평가에 있어 가장 중요한 요소는 수명으로 일반적으로 1일 1회 충·방전을 기준으로 보증수명은 10∼15년으로 알려져 있다. 시뮬레이션을 위해 배터리와 PCS의 비율은 1:1, 1:2로 설계하였다. 일반적으로 Primary 주파수조절용의 경우 1:4로 설계를 하지만, 열병합발전소의 특성을 고려하여 최대 1:2의 비율로 설정하였으며, 각각의 비율에 맞게 용량을 1MW∼10MW, 2MWh∼20MWh로 시뮬레이션을 실시하여 연간 사이클 횟수를 기준으로 수명을 평
가하였다.
체코의 열병합 발전소에 배터리에너지저장장치를 설치하는 사업은 현지 인프라와 전력시장을 고려할 경우 투자 회수 기간은 3MW/3MWh가 5MW/5MWh보다 유리하다. 보조금 없이 예상 구매 가격을 고려한 간단한 투자회수기간에서 약 3년, 약 5년으로 산정되었으며, 구입비용이 전체 평생 동안 비용의 중요한 부분이기 때문에 구매가격을 50 % 낮추면 약 절반 정도의 회수 기간이 단축 될 수 있지만, 3MWh와 5MWh의 규모에 경제를 통해 수익성 확보는 불가능하다. 전력시장의 가격이 50% 하락하면 투자 회수기간은 P1 모드에서는 3년, P2 및 P3 모드에서는 2년 더 길어진다.
배터리에너지저장시스템과 발전기의 결합으로 인한 절감액의 변화에 대한 민감도 분석은 전제 범위 내에서 회수 기간에 큰 영향을 미치지 않으며, 보조금 15%를 받는 기준에서 3MW 시스템의 총 비용은 66,923,000 CZK이며, 편익은 모드에 따라 244,210,000 ∼ 294,795,000 CZK이며, 비용회수기간은 3∼4년이다. 동일한 기준에서 5MW 시스템의 경우 총 비용은 101,320,000 CZK이며, 편익은 모드에 따라 253,010 ∼ 281,411,000 CZK로 나타나며, 비용회수기간은 5∼6년이다. 체코에서 배터리에너지저장시스템은 MWh당 1년에서 1.2년의 투자회수 기간이 발생하는 것을 알 수 있다.

According to the new climate change agreement, technology development to reduce greenhouse gases is actively conducted worldwide, and research on energy efficiency improvement in the field of power generation and transmission and distribution is underway [1,2]. Economic analysis of the operation method of storing and supplying surplus electricity using energy storage devices, and using energy storage devices as a frequency adjustment reserve power in regional cogeneration plants has been reported as the most profitable operation method [3-7]. Therefore, this study conducted an economic analysis for the installation of energy storage devices in the combined heat and power plant in the Czech Republic. The most important factor in evaluating the economics of battery energy storage devices is the lifespan, and the warranty life is generally 10 to 15 years, based on charging and discharging once a day.
For the simulation, the ratio of battery and PCS was designed as 1: 1 and 1: 2.
In general, the primary frequency control is designed as 1: 4, but considering the characteristics of the cogeneration plant, it is set at a ratio of up to 1: 2, and the capacity is simulated at 1MW to 10MW and 2MWh to 20MWh according to each ratio. Therefore, life was evaluated based on the number of cycles per year. In the case of installing a battery energy storage system in a combined heat and power plant in the Czech Republic, the payback period of 3MW / 3MWh is more favorable than 5MW / 5MWh, considering the local infrastructure and power market. It is estimated to be about 3 years or 5 years from the simple payback period considering the estimated purchase price without subsidies. If you lower the purchase price by 50%, the purchase cost is an important part of the cost for the entire lifetime, so the payback period is about half as short. It can be, but it is impossible to secure profitability through the economy at the scale of 3MWh and 5MWh. If the price of the electricity market falls by 50%, the payback period will be three years longer in P1 mode and two years longer in P2 and P3 modes.

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참고문헌 (7)

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이주광 / 2017 / 주파수조정용 ESS의 성능검증 및 경제성평가 알고리즘에 관한 연구 / 한국산학기술학회논문지 18(5):738~744

조성민 / 2012 / 부하 평준화를 위한 변전소 설치 배터리 에너지 저장장치의 모델 및 경제성 평가에 관한 연구 / 전기학회논문지 61(7):950~956

최준영 / 2009 / 제주지역 전력계통에 설치되는 에너지 저장장치의 경제성 분석 / 조명.전기설비학회논문지 23(8):104~109

강상균 / 2014 / 독립형 풍력기반 Smart Microgrid 시스템의 현장 실증 시험을 위한 도서지역 전력 및 경제성 시뮬레이션 / 신재생에너지 10(3):22~30

이재걸 / 2009 / 마이크로그리드(MG)의 설계를 위한 에너지저장장치(ESS)의 최소용량산정 기법에 관한 연구 / 조명.전기설비학회논문지 23(10):52~58

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