기후예측을 이용한 독립형 마이크로그리드의 최적 운영방안 대한 연구

Abstract

지능형 전력망(Smartgrid)는 전력망(Grid)에 IT기술을 융합하여 탄소발생을 저감 하고 효율을 향상시킨 차세대 전력망이다. 지능형 전력망이 주목받는 이유는 첫 번째로 국도가 좁고 초고속 정보통신망이 잘 구비되어 있어서 정보통신망 구축에 이점이 있으며 표준화에 빠른 진보를 보이고 있다. 둘째는 신재생 에너지등 친환경 전력의 거래 시 요금을 차등 부과할 수 있으며, 전력품질에 따라서 요금제를 정할 수 있다. 세 번째로 전력망의 효율을 획기적으로 높일 수 있으며, 이는 정보통신 기술을 이용해 각종기기의 고장 및 진단을 빠르게 처리할 수 있으며, 전력망의 신뢰성을 높일 수 있다. 네 번째로는 에너지 목표관리제 및 온실가스 목표관리제등을 포함하는 융합솔루션의 개발 및 도입이 신속히 이루어질 것 이며 이에 따라 관련 산업의 급속한 발달로 일자리 창출등 산업계의 활력을 불어넣을 것이다. 마지막으로 국제에너지기구(IAEA)에서 지능형전력망 시장은 2030년까지 약 2조 9000억 달러로 예상하고 있으며, 한국의 지속적인 성장을 위해서는 필연적으로 도입하고 발전시켜야 하는 과제이다. 신재생에너지를 이용한 분산용 전원 시스템과 리튬이온 화학전지등을 이용한 에너지저장장치, 그리고 전력변환장치가 전력망의 핵심요소라고 할 수 있다. 최근 섬이나 배전이 어려운 격오지와 같은 곳에 적용 가능한 소규모형 지능형 전력망에 관심이 높아지고 있으며 이를 독립형 마이크로그리드(Standalone Micro Grid) 라고 한다. 독립형 마이크로그리드는 소규모 도시에서부터 대형건축물에 이르기까지 적용 범위가 유연하며, 평상시에는 신재생에너지와 에너지저장장치를 이용하여 전기효율을 극대화하며, 지진이나 해일과 같은 대형재난 발생 시 대전력망과 분리하여 단독 운전하므로 높은 신뢰성을 가지고 있음으로 앞으로 다가오는 전력망기술의 미래라고 할 수 있다. 마이크로 그리드의 구성 요소는 에너지저장장치, 전력변환장치, 신재생에너지와 예비전원 , 중앙감시시스템으로 구분할 수 있다. 마이크로 그리드는 대부분 태양광이나 풍력과 같은 신재생에너지를 주 에너지공급원으로 사용하나, 기후에 따라서 발전량의 편차가 심하며 전력망의 신뢰도에 심각한 영향을 주는 것이 사실이다. 본 연구의 범위는 최근 독립형 마이크로 그리드에 많이 사용하는 태양광발전량을 예측함으로써 에너지저장장치와 예비 발전원과의 효율적인 운영을 도모하고 전력망의 신뢰성과 효율을 높이는데 있다. 첫째로 기상청의 전일 일기예보를 기초로 에너지저장장치의 운영계획과 비상 발전장치의 운영여부를 결정하는 데 있다. 기존의 일기예보와 태양광의 발전량을 기존 DB를 활용하여 태양광 발전량을 예측함으로써 최적의 에너지저장장치 충방전량과 비상발전장치의 운전시간을 산정할 수 있다. 둘째는 실시간 태양광 발전량의 감시를 통하여 전일 발전예측량과 실제발전량을 비교함 으로서 오차범위이상의 전력공급이 되지 않을 경우 운영방법을 수정함으로써 전력망의 신뢰도를 향상시키고 경제성을 높이는데 목적이 있다. 셋째는 소규모 마이크로그리드의 전일예측과 실시간 예측을 통해서 운영방안의 수정형태와 고려사항에 대하여 논함으로써 실질적인 응용이 가능하도록 하였다. 상기의 연구의 결과는 독립형 마이크로 그리드의 운영에 대한 보다 신뢰적이고 합리적인 방법을 제시함으로써 지능형 전력망 구축에 일조할 것으로 기대한다.