1. ์ ๋ก
์จ์ค๊ฐ์ค ๊ฐ์ถ ๋ฐ ํ์ ์ค๋ฆฝ ๋ชฉํ ๋ฌ์ฑ์ ์ํด ์ ์ธ๊ณ์ ์ผ๋ก ์ ์ฌ์์๋์ง์ ๊ฐ๋ฐ๊ณผ ํ์ฉ์ ๋ง์ ์ฐ๊ตฌ ๋ฐ ์ค์ฆ์ด ํ๋ฐํ๊ฒ ์งํ๋๊ณ ์๋ค. ๋
๋ฆฝ๋ ์๋์ง์์
๋ค๋ฅธ ๋ฐ์ ์ค๋น๋ฅผ ์ถ๊ฐ๋ก ์ด์ฉํ๋ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ ๋ค์ ์ดํด๋ณด๋ฉด, ์ธ๋๋ค์์์ ๋์ด์ง๋ฆฌ์์ ์ ๋ ฅ ๋ฏธ๊ณต๊ธ ์ง์ญ ๋์ ํ์๊ด-์๋ ฅ ์ต์ ์ค๊ณ[1,
2,
3], ์์ ์๋์ง ์ฐ๊ณ ์์คํ
[4], ๋์ ค ๋ฐ์ ์์กด๋๋ฅผ ๋ฎ์ถ๋ ์์๋ ฅ-ํ์๊ด ๊ฒฐํฉ ๋ชจ๋ธ[5,
6,
7] ๋ฑ์ด ๋ณด๊ณ ๋ ๋ฐ ์๋ค. ํนํ ํน์ ์ฐ์
์์ค์ธ ์์ด์ฅ์์์ ์ฑ๋ฅ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ๋ถ์ํ์ฌ ํจ์จ ์ด์ ์ ์ ๊ณ ํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์งํ๋์๋ค[8].
์์๋ฐ์ ์ ์ง๊ธ๊น์ง ์ฃผ๋ก ๋์ฉ๋ ์์ฃผ๋ก ๊ฐ๋ฐ๋์์ผ๋, ์๋ก์ด ์
์ง ํ๋ณด๊ฐ ์ฝ์ง ์๊ณ ํ๊ฒฝ๋ฌธ์ ๋ฑ์ผ๋ก ์ธํด ์ ๊ท ๊ฐ๋ฐ์ ๋ง์ ์ด๋ ค์์ด ๋ฐ๋ฅธ๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋
๋์
์ฉ ์ ์์ง์ ๊ฐ์ ๊ณณ์ ์ฉ๋์ ํฌ์ง๋ ์๋๋ผ๋, ํญ์ ๋์
๊ด๊ฐ๋ฅผ ์ํด ํ์์ ์ผ๋ก ๋ฌผ์ ํญ์ ์ ์ฅํ๋๋ก ์ด๋ฏธ ์ค์น๋ ์์ค์ด๋ฏ๋ก, ์ ๊ท ๊ฐ๋ฐ ๋น์ฉ
๋ฐ ํ๊ฒฝ๋ฌธ์ ์ธก๋ฉด์์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋ถ๋ด์ด ์ ๋ค.
์ฐ๋ฆฌ๋๋ผ๋ ๋์
์ฉ์ผ๋ก ์ ๊ตญ์ ์ฝ 17,147๊ฐ์์ ์ ์์ง๋ฅผ ๋ณด์ ํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ[9], ์ด๋ ์ ๊ท ๊ฐ๋ฐ ์ด์ฉ ๋ฐ ํ๊ฒฝ๋ฌธ์ ์ธก๋ฉด์์ ์๋์ ์ผ๋ก ๋ถ๋ด์ด ์ ์ ์๋์ง ์์์ด๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ๋์
์ฉ ์ ์์ง์ ์ค์น ์ด์ ์ค์ธ ์์๋ ฅ ๋ฐ์ ์ค๋น์ ์์ ํํ ์ค๋น์ ์์ ํ์๊ด์ ๊ฒฐํฉํ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ๋ชจ๋ธ์ ์ ์ํ๊ณ , ๊ธฐ์ ์ ํ๋น์ฑ
๋ฐ ๊ฒฝ์ ์ฑ ํจ๊ณผ๋ฅผ ๋ถ์ํ๊ณ ์ ํ๋ค.
2. ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์์คํ
๋ฐ ๊ฒฝ์ ์ฑ ํ๊ฐ
2.1 ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์์คํ
ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์์คํ
(Hybrid Power System)์ ๊ฐํ์ฑ์ด ์๋ ์ ์ฌ์์๋์ง๋ฅผ ์ฃผ๋ ฅ์ผ๋ก ํ๊ณ , ์ฌ๊ธฐ์ ์์ ์ ์ธ ์ ์ฅ ์ฅ์น(ESS)๋ฅผ ๊ฒฐํฉํ๋ค[10]. ๋ณธ ์์คํ
์ ๊ณ ๊ฐ์ ๋ฆฌํฌ ์ด์จ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ(BESS)๋ฅผ ์ค์นํ๋ ๋์ , ์ ์์ง ์์ฒด(Water body)๋ฅผ ์๋ถ๋ก ํํํ์ฌ ์์น ์๋์ง๋ก ์ ์ฅํ๋ ๊ธฐ๊ณ์
ESS(Mechanical ESS) ๋ฐฉ์์ ์ฑํํ๋ค.
ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ๊ณํต๊ณผ ์์ ์ฐ๊ณ๋๋ฉฐ, ํํ ์ ํ์๊ด ์ ๋ ฅ์ ์ฐ์ ์ฌ์ฉํ๊ณ ๋ถ์กฑ ์ ๊ณํต ์ ๋ ฅ์ ์์ ํ์ฌ ์์ ์ด์ ์ ์ฐ์์ฑ์ ํ๋ณดํ๋ค. ์์ฌ์ ๋ ฅ์ด
๋ฐ์ ์์๋ ์ด๋ฅผ ๊ณํต์ ํ๋งคํ๋ ์ ์ฐํ ๊ตฌ์กฐ๋ฅผ ๊ฐ์ง๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ๊ณผ ์์๋ฐ์ ์ด ๊ฒฐํฉ ๋ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์ ๊ฐ๋
์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํ์ฌ ์๋ ฅ๋ฐ์ ๋ง ์ด์ํ๋ ๊ณณ์ ์์๋ฐ์ ์ ๋์
ํ๊ณ ์์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ ์ฉํ๋ฉด,
ํ์๊ด์ ์์ฌ์ ๋ ฅ ํํ์ ์ํ ESS๋ก ํ์ฉํ์ฌ ๋ฌผ์ ์์ํ ๋ค, ์ ๋ ฅ ์ฌ์ฉ์ด ๋์ ์๊ฐ๋์ ๋ฐ์ ํจ์ผ๋ก์จ ์ ์ฉํ๊ฒ ์ ๋ ฅ์ ๊ณต๊ธํ ์ ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 1. ํ์๊ด ๋ฐ์ ๊ณผ ์์๋ฐ์ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์์คํ
์ ๊ฐ๋
๋
Fig 1. Conceptual diagram of a hybrid system combining solar power and pumped storage.
ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์ ๋์
ํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๋์์ง์ ์ ํฉ์ฑ์ ๊ฒํ ํ๊ณ , ์ต์ ์ ์ค๋น ๊ตฌ์ฑ์ ๊ฒฐ์ ํ๋ฉฐ, ์ด์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฉ๋์ด ํ์ํ๋ค.
2.2 ์์๋ฐ์ ์์คํ
์์๋ฐ์ (Pumped-storage Hydroelectricity, PSH)์ ๋ฐฐํฐ๋ฆฌ ์ญํ ์ ํ๋ ๋ฐ์ ๋ฐฉ์์ผ๋ก, ์ ๋ ฅ ๊ณํต์ ์์ฌ์ ๋ ฅ์ ์ด์ฉํด ๋ฌผ์
์๋ถ ์ ์์ง์ ์ ์ฅํ๋ค๊ฐ ํ์ํ ๋ ๋ฐ์ ํ์ฌ ์ ๋ ฅ์ ๊ณต๊ธํ๋ ์๋์ง ์ ์ฅ ์ฅ์น(ESS)์ ํ ์ข
๋ฅ์ด๋ค[10,
11,
12].
๋ฌผ์ ์๋ถ ์ ์์ง(Upper reservoir)๋ก ํผ ์ฌ๋ฆฌ๊ฑฐ๋ ํ๋ถ ์ ์์ง๋ก ๋จ์ด๋จ๋ฆด ๋์ ์ด๋ก ์ ์ธ ์ต๋ ๋๋ ฅ($P_{th}$)์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $\rho$์ ๋ฌผ์ ๋ฐ๋์ด๊ณ , $g$์ ์ค๋ ฅ๊ฐ์๋์ด๋ฉฐ, $Q$๋ ์ ๋์ด๊ณ , $H$๋ ๋์ฐจ์ด๋ค.
์์๋ฐ์ ์ ์ํด ๋ฌผ์ ํผ ์ฌ๋ฆด ๋ ํ์ํ ์ ๋๊ธฐ์ ์ฉ๋($P_{in}$)์ ์ด๋ก ๋๋ ฅ์ ํํ-์ ๋๊ธฐ์ ์ด ํจ์จ๋ก ๋๋์ด ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
์์ํ ๋ฌผ์ ๋ค์ ๋ฐฉ๋ฅํ์ฌ ๋ฐ์ ํ ๋ ์์๋๋ ๋ฐ์ ์ถ๋ ฅ($P_{out}$)์ ์ด๋ก ์ถ๋ ฅ์ ์์ฐจ-๋ฐ์ ๊ธฐ ์ด ํจ์จ์ ๊ณฑํ์ฌ ์ฐ์ถํ๋ค.
์์๋ฐ์ ์์คํ
์ ์ค์ํ ํน์ฑ์ธ ์ํ ํจ์จ(Round-trip Efficiency)์ ์๋นํ ์ ๋ ฅ ๋๋น ํ์ํ๋ ์ ๋ ฅ์ ๋น์จ๋ก ๋ํ๋ธ๋ค.
์์๋ฐ์ ์์คํ
์ ์ ๋ ฅ ์ ์ฅ ๋ฐ ๊ณํต ์์ ํ์ ๋ชฉ์ ์ด ์์ผ๋ฏ๋ก, ์ด ์ํ ํจ์จ์ ์์คํ
์ ๊ฒฝ์ ์ฑ์ ํ๋จํ๋ ์ฃผ์ ์งํ๋ก ํ์ฉ๋๋ค.
2.3 ํ์๊ด ๋ฐ์ ์์คํ
ํ์๊ด ๋ฐ์ ์์คํ
(Photovoltaic System, PV System)์ ๋น ์๋์ง๋ฅผ ์ง์ ์ ๊ธฐ์๋์ง๋ก ์ง์ ๋ณํํ๋ ์ฅ์น ๋๋ ์ค๋น์ ์งํฉ์ฒด๋ก,
ํ์์ฐ๋ฃ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์ง ์๋ ์นํ๊ฒฝ ์๋์ง ์์ฐ ์ค๋น์ด๋ค. ์ด ํ์๊ด ์ค๋น๋ฅผ ์์๋ฐ์ ์ ์ ์ฉํ ๊ฒฝ์ฐ, ์ค๋น ์ฉ๋์ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๋ฐฉ์์ผ๋ก ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
๋จผ์ ์์๋ฐ์ ์ ์ํด ํ๋ถ ์ ์์กฐ(Lower reservoir) ์์ ์๋ถ ์ ์์กฐ๋ก ๋ฌผ์ ํผ ์ฌ๋ฆด ๋ ํ์ํ ์ ๋ ฅ๋($W_e$) ์ ์ฐ์ ํ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $h$์ ์์ํ ๋ ํ์ํ ๊ฐ๋์๊ฐ์ด๋ค. ํ์ํ ํ์๊ด ์ค๋น ์ฉ๋($kW_p$)์ ํ๋ฃจ ์ผ์กฐ ์๊ฐ ๋์ ์๊ธฐ ์์์ ์ฐ์ถํ ์์ ์์ ์๋์ง๋ฅผ
์์ฐํ ์ ์๋๋ก ์ญ์ฐํ์ฌ ๊ตฌํ ์ ์๋ค.
์ฌ๊ธฐ์ $pr$์ ๋ชจ๋ ํจ์จ, ์ธ๋ฒํฐ ํจ์จ, ๊ธฐํ ์์ค ๊ณ์ ๋ฑ์ ํฌํจํ๋ ์์คํ
ํจ์จ์ ๋ํ๋ธ๋ค.
ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น์ ์ฉ๋์ ๊ณ์ฐํ๊ธฐ ์ํด์๋ ์ฐ์ ๋ชจ๋์ ์ ๊ฒฉ ์ถ๋ ฅ($P_{max}$)์ ์์์ผ ํ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $V_{mpn}$์ ์ต๋ ์ ๋ ฅ ์ ์, $I_{mpn}$์ ์ต๋ ์ ๋ ฅ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์๋ฏธํ๋ค.
๋ฐ์ ์ ํ์ํ ๋ชจ๋์ ์ด ๊ฐ์($\text{module}_{ea}$)๋ ์ค๋น ์ฉ๋์ ๋ชจ๋ ํ๋์ ์ฉ๋์ผ๋ก ๋๋์ด ์ฐ์ถํ ์ ์๋ค.
์ฐ์ถ๋ ๋ชจ๋์ ์ด ๊ฐ์๋ ์ ์์ง์ ์ค์นํ ์ ์๋ ๊ณต๊ฐ ํ๋ณด ์ฌ๋ถ๋ฅผ ํ๋จํ๋ ๋ฐ ํ์ฉ๋๋ค.
2.4 ๊ฒฝ์ ์ฑ ํ๊ฐ
๊ธฐ์กด ์ค๋น์ ์ ๊ท๋ก ์ค๋น๋ฅผ ์ถ๊ฐํ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ฒฝ์ ์ฑ ํ๊ฐ๋ ์ํ์ฌ๊ฐ์น์ ํธ์ต/๋น์ฉ ๋น์จ(BCR, Benefit-Cost Ratio) ๋ถ์์ ํตํด ์งํ๋๋ค.
์ฐ์ ์ํ์ฌ๊ฐ์น(NPV, Net Present Value)๋ ์ฌ์
์ผ๋ก ๋ฐ์ํ๋ ๋ชจ๋ ๋ฏธ๋ ํ๊ธ ํ๋ฆ(ํธ์ต์์ ๋น์ฉ์ ์ฐจ๊ฐ)์ ํ์ฌ ๊ฐ์น๋ก ํ ์ธํ์ฌ
ํฉ์ฐํ ๊ฐ์ผ๋ก, ์ (9)์ ๊ฐ๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก NPV๊ฐ 0๋ณด๋ค ํด ๊ฒฝ์ฐ, ํด๋น ์ฌ์
์ ๊ฒฝ์ ์ ํ๋น์ฑ์ด ์๋ค๊ณ ํ๋จํ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $n$ ์ ๋ถ์ ๊ธฐ๊ฐ, $r$์ ํ ์ธ์จ, $t$๋ ์๊ฐ ๋จ์๋ก ๋ถ์ ๊ธฐ๊ฐ ๋ด ๊ฐ ์ฐ๋, $B_t$๋ ์ฐ๊ฐ ํธ์ต, $C_t$๋ ์ฐ๊ฐ ๋น์ฉ($O_t$
ํฌํจ)์ ๋ํ๋ธ๋ค.
BCR ๋ถ์์ ์ํํ๋ ์ฃผ๋ ์ด์ ๋ ํ์ ๋ ์์์ ๊ฐ์ฅ ํจ์จ์ ์ผ๋ก ํ์ฉํ์ฌ ์ต๋์ ๊ฐ์น์ ์ด์ต์ ์ฐฝ์ถํ๋ ๋ฐ ์๋ค. BCR ์ฌ์
์ผ๋ก ๋ฐ์ํ๋ ํธ์ต์
ํ์ฌ ๊ฐ์น๋ฅผ ๋น์ฉ์ ํ์ฌ ๊ฐ์น๋ก ๋๋ ๋น์จ์ด๋ฉฐ, ์ (10)๊ณผ ๊ฐ๋ค.
์ฌ๊ธฐ์, $I_o$๋ ์ด๊ธฐ ํฌ์ ๋น์ฉ์ด๊ณ , $O_t$๋ ์ฐ๊ฐ ์ด์ ๋ฐ ์ ์ง๋ณด์ ๋น์ฉ์ ๋ํ๋ธ๋ค. BCR์ด 1๋ณด๋ค ํด ๋ ํด๋นํ๋ ์ฌ์
์ด ๊ฒฝ์ ์ฑ์ด ์๋ค๊ณ
ํ๋จํ๋ค.
3. ํด์ ๋ฐ ๊ฒฐ๊ณผ ๋ถ์
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํ์ฌ ์ด์ ์ค์ธ ์ ์์ง๋ฅผ ๋์์ผ๋ก ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น์ ์์ ์ค๋น ๊ตฌ์ถ ๋ฐ ์์คํ
์ค์น๋ฅผ ๊ฒํ ํ์๋ค. ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ๋ถ์์ ์ํด ์ ์ฉํ
ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ ์๊ณ ๊ณผ๋ํด์ ํ๋ก๊ทธ๋จ(EMTP)์ ํ์ฉํ์๋ค[13].
ํ 1์ ํ์ฌ ๊ตญ๋ด์์ ์ด์ ์ค์ธ ์ ์์ง์ ์ฃผ์ ์ ์ ์๋ฃ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํด๋น ์ ์์ง์์๋ ์์๋ ฅ ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ ๋ ฅ์ ์์ฐํ์ฌ ๊ณํต์ ๊ณต๊ธํ๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ํ 1์ ์ ์๋ ์ ๋๊ณผ ๋์ฐจ๋ฅผ ํตํด ๋ฐ์ ๊ธฐ์ ์ถ๋ ฅ์ ๊ณ์ฐํ ์ ์๋ค.
ํ 1. ์ ์ฉํ ์ ์์ง์ ์ ์
Table 1. Specifications of applied reservoirs
|
์ ์ญ๋ฉด์ [ใข]
|
๊ด๊ฐ๋ฉด์ [ใข]
|
์ ํจ์ ์๋ [์ฒใฅ]
|
์ ํจ๋์ฐจ [m]
|
๋ฐ์ ์ ๋ [ใฅ/s]
|
|
218
|
57.13
|
30,301
|
9.57
|
4.0
|
ํ์๊ด ๋ฐ์ ์์คํ
๊ตฌ์ถ์ ํ์ํ ๋ชจ๋์ ์ถ๋ ฅ๊ณผ ๊ฐ์๋ ์ ํํ๋ ๋ชจ๋์ ์ ๊ฒฉ ์ถ๋ ฅ์ ๋ฐ๋ผ ๋ฌ๋ผ์ง๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ์ต๊ทผ ์์
์ฉ ํ์๊ด์ผ๋ก ๋๋ฆฌ ์ฌ์ฉ๋๋
500Wp ์ ํ์ ์ ์ฉํ์๋ค. ์ด ๋ชจ๋์ ์ฃผ์ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ ํ 2์ ๊ฐ๋ค.
ํ 2. ์ ์ฉํ PV ๋ชจ๋์ ์ ์
Table 2. Specifications of applied PV module
|
Items
|
Values
|
Remarks
|
|
$V_{mpn}$
|
40.8V
|
STC(Standard Test Condition)
|
|
$I_{mpn}$
|
12A
|
โ
|
|
$P_{max}$
|
489.6Wp
|
500W ์ ์ฉ
|
์์ ์ ์์ง ์กฐ๊ฑด์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์์๋ฐ์ ๊ณผ ์์ ์ฉ๋ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ฉ๋์ ๊ตฌํ๋ฉด ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ด ์์๋ฐ์ ์์ ์ ๋๊ธฐ ๋ชจ๋ ์ด์ ๊ณผ ๋ฐ์ ๊ธฐ ๋ชจ๋ ์ด์
์ ์ ๋ ฅ ๊ทธ๋ฆฌ๊ณ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์์ ํ์ํ ์ ๋ ฅ์ ๊ตฌํ ์ ์๋ค.
์์ ์ ์ํ ์ ์์ง ์ ์๊ณผ ๋ชจ๋ ํ๋ผ๋ฏธํฐ๋ฅผ ๋ฐํ์ผ๋ก ์์๋ฐ์ ๋ฐ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น์ ์ฉ๋์ ์ฐ์ถํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ ํ 3๊ณผ ๊ฐ๋ค.
ํ 3. ์์๋ฐ์ ๋ฐ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ ๋ ฅ
Table 3. Power generation from hydroelectric and solar power plants
|
๊ตฌ๋ถ
|
๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ
|
๋น๊ณ
|
|
์์๋ฐ์ (๋ฐ์ ์ฉ๋)
|
319.2kW
|
๋ฐ์ ํจ์จ 87% ์ ์ฉ
|
|
์์๋ฐ์ (์์ ์ฉ๋)
|
426.7kW
|
ํํ ํจ์จ 88% ์ ์ฉ (์ ๋๊ธฐ ์ฉ๋)
|
|
ํ์ ํ์๊ด ์ฉ๋
|
533.4kWp
|
1์ผ 4์๊ฐ ์์
|
ํ 3์ ๋์ฐจ 9.57m, ์ ๋ 4.0ใฅ/s ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐํ์ผ๋ก ๋ถ์ํ ๊ฒฐ๊ณผ, ์์๋ฐ์ ์ฉ๋์ 319.2kW, ํํ์ฉ ์ ๋๊ธฐ ์ฉ๋ 426.7kW๋ก ์ฐ์ ๋์๋ค.
์ด๋ฅผ ์ํด ํ์ํ ์ต์ ํ์๊ด ์ฉ๋์ 533.4$kW_p$์ด๋ฉฐ, ์ค์น ๋ฉด์ ์ ์ ์์ง ๊ด๊ฐ๋ฉด์ ๋๋น ์ฝ 4.7%์ธ 2,680ใก๋ก ์ฐ์ถ๋์๋ค. ํ 3์์ ์์ ์์ ์ฉ๋(์ ๋๊ธฐ ์ฉ๋)์ด ๋ฐ์ ์ ์ป๋ ์ฉ๋๋ณด๋ค ๋ ๋์ ์ด์ ๋ ์์คํ
์ ์ํ ํจ์จ ๋๋ฌธ์ด๋ค.
๋ค์์ผ๋ก, ์์๋ฐ์ ์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น๋ฅผ ๋์
ํ์ ๋์ ์ ๋ ฅ ๋ณํ๋ฅผ ํ์ธํ๊ธฐ ์ํด ์ ์๊ณ ๊ณผ๋ํด์ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ ์ด์ฉํ์ฌ ๋ถ์ํ์๋ค[13]. EMTP์ Models ์ธ์ด๋ฅผ ์ด์ฉํ์ฌ ๊ตฌํ๋ MPPT(Maximum Power Point Tracking) ์ ์ด ๋ธ๋ก๋๋ ๊ทธ๋ฆผ 2์ ๊ฐ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 2. MPPT ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ
Fig 2. MPPT control algorithm
๊ทธ๋ฆผ 2์ ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์๋ฎฌ๋ ์ด์
ํ์ ์คํ
(step) ๋ง๋ค ๋ฐ๋ณต ์คํ๋๋ค. ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ PV ์ ๋ ฅ ์ธก์ , MPPT ๋ก์ง ์ํ, ๊ณํต ์์ ๋๊ธฐํ(PLL)
๊ณผ์ ์ ๊ฑฐ์ณ ์ธ๋ฒํฐ ์ ๋ฅ๋ฅผ ์ถ๋ ฅํ๋ฉฐ, ๊ณํต์ ์์ ์ ์ผ๋ก ์ ๋ ฅ์ ์ ๊ณตํ๋๋ก ๋์ํ๋ค.
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ๋ ์์๋ ฅ ๋ฐ์ ๋ง ์ด์ ์ค์ธ ์ ์์ง์ ์์๋ฐ์ ์ ๋์
ํ๊ณ , ํํ์ ํ์ํ ์ ๋ ฅ์ ์์ ํ์๊ด ์ค๋น๋ก ๋์ฒดํ๋ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ๋ฐ์ ์์คํ
์ ๊ตฌ์ํ์๋ค.
์ด์ ๋ฐ๋ผ, ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ด ๊ฐ๋ฅํ ์๊ฐ๋์๋ ํ์๊ด ๋ฐ์ ๊ณผ ์์๋ฐ์ ์ ๋ณํํ๊ณ , ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ด ์ด๋ ค์ด ์๊ฐ๋์๋ ์๋ ฅ๋ฐ์ ๋ง์ผ๋ก ์ ๋ ฅ์ ์์ฐํ๋๋ก ์์คํ
์
์ค์ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3์ ๊ธฐ์กด์ ๋ฐ์ ์ด์ ์์ญ(โ , โข์์ญ)์ ์์๋ฐ์ ์ ์ํด ํํ ๋์(โก ์์ญ)์ ๋์
ํ์ ๋์ ์ ๋ ฅ ๋ณํ๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ๋ฐ์ ๊ณผ ํํ ๋์ ์ ์ ๋ ฅ
๋ฐฉํฅ์ ์๋ก ๋ฐ๋์ด๋ฉฐ, ์ด ๋์์์ ์ ๊ธฐ์ ์ถ๋ ฅ(โ)๊ณผ ๊ธฐ๊ณ์ ์ถ๋ ฅ(โก)์ ๋น๊ตํ์๋ค.
๋ฐ์ ๊ธฐ๋ก ์ด์ ์ํ(โ , โข์์ญ)์์ ๊ณํต์ผ๋ก ๊ณต๊ธ๋๋ ์ ํจ์ ๋ ฅ(โ)์ ํ 3์ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ผ์นํ๋ค. ์ด๋ ๊ธฐ๊ณ์ ์ธ ์
๋ ฅ์ 366.97kW์ด๋ฉฐ, ํจ์จ์ ์ฝ 87%์ด๋ค. ์๋ถ ์ ์์กฐ๋ก ๋ฌผ์ ํผ ์ฌ๋ฆฌ๋ ์ ๋๊ธฐ ์ด์ ์์ญ(โก ์์ญ)์์
ํ์ํ ์ ํจ์ ๋ ฅ(โ)์ 426.5kW์ด๋ฉฐ, ์ด ์ ๋ ฅ์ ์ธ๋ถ ์ ์์ผ๋ก๋ถํฐ ๊ณต๊ธ๋์ด์ผ ํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 3. ์์๋ฐ์ ์ ์ ๋ ฅ
Fig 3. Power generation during pumped storage
๊ทธ๋ฆผ 3๊ณผ ๊ฐ์ ์์๋ฐ์ ์ด์ ์์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ ์ฉํ๋ ์์ญ์ ํํ ๋์ ์์ด๋ฉฐ, ์ด๋ ํ์๊ด์ผ๋ก ์์ฐ๋ ์ ๋ ฅ์ ํํ์ ์ฌ์ฉํ๋ค. ํ์๊ด ๋ฐ์ ๋์ด ๊ธ๋ณํ๋๋ผ๋
์ ๋ ฅ์ ์ผ์ ํ๊ฒ ์ป๊ธฐ ์ํด MPPT ์ ์ด ๊ธฐ๋ฒ์ ์ ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์๋ฎฌ๋ ์ด์
์กฐ๊ฑด์ผ๋ก ๋จ์ ๋ฉด์ ๋น ์ผ์ฌ๋์ 1000W, ๋ชจ๋ ์จ๋๋ 45โ๋ก ์ค์ ํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4๋ ์์๋ฐ์ ์ ์์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ๊ฒฐํฉํ์ ๋์ ์ ๋ ฅ ๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. โ ๊ณผ โข์์ญ์ ๊ธฐ์กด๊ณผ ๊ฐ๊ฒ ์ ์์ง ๋ฌผ์ ์ด์ฉํด ๋ฐ์ ํ ๋์ ์ ๋ ฅ(โก)์ ๋ํ๋ด๋ฉฐ,
์ด๋๋ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ด์ ํ์ง ์์๋ค. โก์์ญ์ ํํ์ด ํ์ํ ๊ตฌ๊ฐ์์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ ์ด์ ํ์ฌ ์์ฐ๋ ์ ๋ ฅ(โฏ)์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ป์
์ ๋ ฅ์ ํํ์ ํ์ํ ์ ๋ ฅ๋ณด๋ค ๋์์ผ ํ๋ค. ์๋ฎฌ๋ ์ด์
๊ฒฐ๊ณผ, ํ์๊ด ์ ๋ ฅ์ผ๋ก ์ป์ 443kW๋ก ํํ์ ํ์ํ ์ ๋ ฅ(426.7kW)๋ณด๋ค ์ฝ๊ฐ ๋์
์์ค์ด๋ค. ์ด๋ ํ์ํ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น ์ฉ๋์ด ํ๋ฃจ 4์๊ฐ ์์ ์์ ์๋์ง ๊ณต๊ธ์ ๊ณ ๋ คํ์ฌ ์ค๊ณ๋์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ฉฐ, ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ์ ํ์๊ด ๋ฐ์ ๋์ด
ํํ ์์๋ฅผ ์ถฉ์กฑ์ํฌ ์ ์์์ ์๋ฏธํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 4. ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ์ ์ ๋ ฅ์ ๋ณํ
Fig 4. Changes in power during hybrid driving
๊ทธ๋ฆผ 3๊ณผ ๊ทธ๋ฆผ 4์์ ๋ถ์๋ ์์๋ฐ์ ์ ๋น์๋ ์์ ์ ๋ ฅ๊ฐ์ ํ 3์ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ์ ๊ฑฐ์ ์ผ์นํจ์ ํ์ธํ์๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5๋ ๊ธฐ์กด ์๋ ฅ๋ฐ์ (Generating)์ ์์๋ฐ์ (Pumping) ๋ฐ ํ์๊ด ๋ฐ์ (PV Generating)์ ์ฐ๊ณํ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ์ ๊ณํต ์ฃผํ์
๋ณํ๋ฅผ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ํ์๊ด ๋ฐ์ ๋ ๊ธ๋ณ ์กฐ๊ฑด์์๋ ์์ ์ ์ธ ์ ๋ ฅ๊ณต๊ธ์ ์ํด MPPT ์ ์ด ์๊ณ ๋ฆฌ์ฆ์ ์ ์ฉํ์ฌ ๊ณผ๋ ํด์ ํ๋ก๊ทธ๋จ์ผ๋ก ๋ถ์ํ์๋ค. ํด์
๊ฒฐ๊ณผ, ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ์ ๊ณํต ์ฃผํ์๊ฐ ํญ์ 60ใ๋ก ์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด๋ ์์๋ฐ์ (PSH) ์์คํ
์ด ESS ๊ธฐ๋ฅ์ ์ํํ์ฌ
์์ ํ์๊ด์ ๊ฐํ์ ์ธ ๋ฐ์ ํน์ฑ์ ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก ๋ณด์ํจ์ผ๋ก์จ, ๊ณํต ์ฐ๊ณ ์ด์ ์ ์์ ์ฑ์ด ๋ณด์ฅ๋จ์ ์์ฌํ๋ค.
๊ทธ๋ฆผ 5. ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์ด์ ์ ์ฃผํ์์ ๋ณํ
Fig 5. Frequency changes during hybrid driving
๋ค์์ ๊ธฐ์กด ์ ์์ง์ ์์๋ฐ์ ๊ณผ ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น๋ฅผ ํจ๊ป ๊ตฌ์ถํ ํ์ด๋ธ๋ฆฌ๋ ์์คํ
๋์
๋ฐ ์ด์์ ๋ํ ๊ฒฝ์ ์ฑ ๋ถ์์ ์ํํ๋ค. ๊ฒฝ์ ์ฑ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํด
์ค๋น์ ํฌ์๋น, ์ด์๋น, ํธ์ต ๋ฐ ์ด์ฉ๋ฅ ๋ฑ ๊ฐ๊ด์ ์ธ ์๋ฃ๋ ๊ตญ๋ด์์ ํ์ฌ ์ฌ์ฉ๋๋ ๊ฐ์ ์ ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ํ 4์ ๊ฐ๋ค.
ํ 4. ๊ฒฝ์ ์ฑ ํ๊ฐ๋ฅผ ์ํ ๊ณ์ฐ ์กฐ๊ฑด
Table 4. Accounting conditions for economic evaluation
|
๊ตฌ๋ถ
|
ํญ๋ชฉ
|
๊ฐ์ ์น
|
์ ์ฉ ๊ทผ๊ฑฐ
|
|
๊ธฐ๊ฐ
|
๋ถ์ ๊ธฐ๊ฐ (n)
|
20๋
|
ํ์๊ด ๋ฐ์ ์ค๋น์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ๋ด๊ตฌ์ฐํ
|
|
์ด๊ธฐ ํฌ์ ์ฐ๋
|
0๋
์ฐจ
|
|
|
์ฌ๋ฌด
|
ํ ์ธ์จ (r)
|
5.50%
|
ํ๊ตญ ๊ณต๊ณต์ฌ์
์๋นํ๋น์ฑ์กฐ์ฌ์ ์ค์ง ํ ์ธ์จ ์ฐธ๊ณ
|
|
๋ฌผ๊ฐ์์น๋ฅ (์ค์ง ๋ถ์ ๊ฐ์ )
|
0%
|
ํธ์์ ์ค์ง ๊ฐ์น๋ก ๋ถ์ํ๋ฉฐ, ๋ช
๋ชฉ ๋ถ์ ์์๋ ๋ฌผ๊ฐ์์น๋ฅ ์ ๋ฐ์ํจ
|
|
ํฌ์๋น
|
์์ ์ค๋น (ํํ/์ ๋๊ธฐ) ์ค์น ๋จ๊ฐ
|
800๋ง ์/kW
|
์๊ท๋ชจ ์์๋ฐ์ ์ค๋น์ ์ถ์ ๋จ๊ฐ
|
|
ํ์๊ด ์ค๋น (์์ํ) ์ค์น ๋จ๊ฐ
|
200๋ง ์/kW
|
์ต๊ทผ ์์ ํ์๊ด ์ค๋น์ ์ถ์ ๋จ๊ฐ
|
|
์ด์๋น
|
์ฐ๊ฐ ์ด์ ๋ฐ ์ ์ง๋ณด์ (O&M) ๋น์ฉ
|
์ด๊ธฐ ํฌ์๋น์ 1%
|
์ผ๋ฐ์ ์ธ ๋ฐ์ ์ O&M ๋น์จ ์ฐธ๊ณ
|
|
ํธ์ต
|
๊ณํตํ๊ณ๊ฐ๊ฒฉ (SMP)
|
150์ /kWh
|
์ ๋ ฅ ๋๋งค์์ฅ ๊ฐ๊ฒฉ ๋ณ๋์ฑ์ ๊ณ ๋ คํ ์์ ํ๊ท ๋จ๊ฐ
|
|
REC ํ๊ท ๊ฑฐ๋ ๊ฐ๊ฒฉ (๊ฐ์ค์น ํฌํจ)
|
90์ /kWh
|
REC ๊ฐ๊ฒฉ ๋ณ๋์ฑ์ ๊ณ ๋ คํ ์์ ํ๊ท ๋จ๊ฐ
|
|
์ด์ฉ๋ฅ
|
ํ์๊ด ์ค๋น ์ด์ฉ๋ฅ
|
15%
|
ํ๊ตญ ์์ ํ์๊ด์ ์ผ๋ฐ์ ์ธ ์ด์ฉ๋ฅ ์ฐธ๊ณ
|
ํ 5. ์ํ์ฌ๊ฐ์น ๋ฐ ํธ์ต/๋น์ฉ์ ๊ณ์ฐ ๊ฒฐ๊ณผ
Table 5. Calculation results of net present value and benefits/costs
|
Items
|
Values
|
Remarks
|
|
$I_o$
|
์์ ์ค๋น ํฌ์ ๋น์ฉ
|
426.7kWร8๋ฐฑ๋ง์/kW=3,413๋ฐฑ๋ง์
|
|
|
ํ์๊ด ์ค๋น ํฌ์ ๋น์ฉ
|
533kWร2๋ฐฑ๋ง์/kW=1,066.8๋ฐฑ๋ง์
|
|
์ด ๋น์ฉ
|
4,480.4๋ฐฑ๋ง์
|
|
$B_t$
|
์์๋ฐ์ ์ฐ๊ฐ ๋ฐ์ ๋
|
319.2kWร1,116h/y =356,000kWh/y
|
ํํ ์๊ฐ 4h/day ์ํ ํจ์จ 76.5%
|
|
ํ์๊ด ์ฐ๊ฐ ๋ฐ์ ๋
|
533.4kWร8,760h/yร15% = 700,900kWh
|
|
|
์ดํ๋งค ์์ต
|
356,000kWhร150์ /kWh=53.4๋ฐฑ๋ง์(์์)+ 700,900kWhร240์ /kWh=168.2๋ฐฑ๋ง์(ํ์๊ด) =221.6๋ฐฑ๋ง์
|
์์๋ฐ์ ์ SMP๋ง ์ ์ฉ, ํ์๊ด์ SMP+REC ์ ์ฉ
|
|
์ด์๋น ์ ๊ฐ์ก (ํํ ์ ๋ ฅ ์๊ฐ ์๋น)
|
์์ ์ด์ ํ์ ์ ๋ ฅ๋ 426.7kWร4h/dร365d =623,700kWhร100์/kWh =62.4๋ฐฑ๋ง์
|
ํํ ์ ๋ ฅ ๊ตฌ๋งค ๋จ๊ฐ : 100์/kWh
|
|
$B_t$
|
284.0๋ฐฑ๋ง์/y
|
ํ๋งค ์์ต+์ด์๋น ์ ๊ฐ
|
|
$O_t$
|
$I_o$ร1%=44.8๋ฐฑ๋ง์/y
|
O&M ๋น์จ 1%
|
|
NPV
|
$NPV = (B_t - C_t) \times PVIFA = 2,858.44 - 4,480.4 = -1,621.96$๋ฐฑ๋ง์
|
ํ ์ธ์จ 5.5%, ๋ถ์ ๊ธฐ๊ฐ 20๋
์ฐ๊ธ ํ๊ฐ๊ณ์(PVIFA) 11.95%
|
|
BCR
|
ํธ์ต ํ์ฌ ๊ฐ์น : $B_t \times PVIFA = 3,394.6$๋ฐฑ๋ง ๋น์ฉ์ ํ์ฌ ๊ฐ์น : $O_t + O.M \times PVIFA = 5,015.6$๋ฐฑ๋ง์
$BCR = 0.68$
|
|
ํ 4์ ๊ณ์ฐ ์กฐ๊ฑด์ ์ ์ฉํ ์ด๊ธฐ ๋ชจ๋ธ(PV 533.4kW)์ BCR์ 0.68๋ก ๊ฒฝ์ ์ฑ์ด ๋ฎ๊ฒ ํ๊ฐ๋์๋ค. ์ด์ ๋ํ ๋์์ผ๋ก ํ์๊ด ์ฉ๋์ 4๋ฐฐ๋ก ํ์ฅํ๋
์ต์ ํ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฒํ ํ์์ผ๋ฉฐ, ์ด ๊ฒฝ์ฐ BCR์ด 1.1๋ก ์์นํจ์ ํ์ธํ์๋ค. ์ด์ ๋ํ ๊ฐ๋ต์ ์ธ ๊ทผ๊ฑฐ๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ๋ค.
โ ๊ท๋ชจ์ ๊ฒฝ์ : ๊ณ ์ ๋น ์ฑ๊ฒฉ์ด ๊ฐํ ์์ ์ค๋น์ ๋นํด ์์ ํ์๊ด์ ์ถ๊ฐ ์ค์น ๋จ๊ฐ๊ฐ ์ ๋ ดํ์ฌ ๋จ์๋น ๊ฑด์ค ๋น์ฉ์ด ํ๋ฝํ๋ค.
โก ์์ค๋น ์ต์ํ : ์ฉ๋ ํ์ฅ ์์๋ ์๋ฉด ์ ์ ์จ์ 18.8% ์์ค์ผ๋ก, ์ถ๊ฐ ํ ๋ชฉ ๊ณต์ฌ ์์ด ๊ธฐ์กด ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ์ฅ๋ง์ผ๋ก ๊ฐ๋ฅํ๋ค.
โข ESS ๋น์ฉ ์ ๊ฐ : ์์ฒด๋ฅผ ์ง์ ์ ์ฅ ๋งค์ฒด๋ก ํ์ฉํ๋ฏ๋ก PV ์ฆ์ค์ ๋ฐ๋ฅธ BESS ํ์ถฉ ๋น์ฉ์ด ์๋ฐ๋์ง ์์ผ๋ฉฐ, ํ๋งค ์์ต(SMP+REC)์ด
์ง๊ฒฐ๋๋ค.
BCR 1.1์ ๊ฒฝ์ ์ ์๊ณ์น๋ฅผ ์๋๋ ์์น์ง๋ง ์ ๋์ ์ธ ์์ต์ฑ์ด ๋๋ค๊ณ ํ๋จํ๊ธฐ์๋ ํ๊ณ๊ฐ ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์ ์ค์ ์ฉ์ง ํ๋ณด ๊ฐ๋ฅ์ฑ ๋ฐ ๋์ฉ๋ ์ฐ๊ณ
์ ๊ณํต ๋ณด๊ฐ ๋น์ฉ ๋ฑ์ ๊ณ ๋ คํ ์ ๋ฐ ๋ถ์์ ํฅํ ์ฐ๊ตฌ ๊ณผ์ ๋ก ์ํํ ์์ ์ด๋ค.