계통 추종형(GFL-ES) 및 계통 형성형(GFM-ES) 에너지 저장 시스템은 전력 시스템의 1차 주파수 제어(PFR)에 광범위하게 활용되지만, 독립적인 운용 시 연계 및 분리 계통 환경에서 PFR 성능 저하 문제가 발생합니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 GFL-ES와 GFM-ES의 협력 운용을 위한 통합 제어 전략을 제안합니다.
연구는 먼저 GFL-ES 및 GFM-ES가 통합된 다중 영역 전력 시스템의 확장된 주파수 응답 모델을 구축하고, 두 ES의 고유한 PFR 특성 차이를 분석합니다. 이를 기반으로, 주파수 하락 및 회복 기간의 PFR 요구 사항을 고려하여 각 ES의 기술적 장점을 극대화하는 단계별 주파수 지원 협력 제어 전략을 개발했습니다.
연계 계통 환경에서는 GFL-ES와 GFM-ES의 PFR 출력을 적응적으로 조정하여 최적의 성능을 도출합니다. 분리 계통 환경에서는 주요 주파수 보안(FS) 지표의 분석적 표현식을 도출하여 최적의 FS 궤적과 GFM-ES의 PFR 계수를 결정하며, 이를 통해 FS와 충전 상태(SOC)를 동시에 최적화합니다.
다양한 시나리오에 대한 사례 연구를 통해 제안된 전략의 효과성을 검증했습니다. 이 연구는 복잡한 계통 환경에서 ES의 PFR 성능을 향상시키고 전력 시스템의 안정성을 강화하는 데 기여할 수 있습니다.
지속가능한 청정에너지 목표 달성을 위해 재생에너지 발전은 필수적이다. 본 연구는 신뢰할 수 없는 전력 계통이 태양광 에너지 통합에 미치는 영향과 계통으로의 역송전이 시스템의 경제성에 미치는 영향을 분석했다. 나이지리아 아부자 Eagle Square를 사례 연구 지역으로 선정하여 태양광 시스템의 기술적, 경제적, 환경적 측면을 상세히 평가했다.
연구는 연간 0.8%에서 67%에 이르는 계통 비가용성으로 인한 마이크로그리드 시스템의 독립 운전을 고려했다. PVSyst를 활용하여 건물 3D 모델과 태양광 패널을 통합하고 에너지 시뮬레이션을 수행하여 시스템 성능을 분석했다.
최적의 시스템은 0.8%의 계통 비가용성 조건에서 계통으로 에너지를 역송전할 수 있는 능력을 보였다. 이 시스템은 0.773의 성능 비율로 143,129 MWh의 총 에너지 발전량을 기록했다. 프로젝트의 투자 회수 기간은 5.5년이었으며, 균등화 발전원가(LCOE)는 0.118 $/kWh로 나타났다.
25년 프로젝트 수명 동안 총 46,155톤의 이산화탄소 배출량 절감 효과를 달성했다. 본 연구는 불안정한 계통 환경에서 태양광-ESS 시스템의 경제적 타당성을 입증하고, 재생에너지 보급 확대에 기여할 수 있는 실질적인 데이터를 제공한다.
태양광(PV) 발전 시스템이 고도로 보급된 오피스 빌딩에서는 수요, 재생 에너지 발전량, 전기 요금, 전력망 탄소 집약도 간에 시간별 불일치가 발생할 수 있습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하기 위해 PV-배터리 에너지 저장 시스템(BESS), 공조(HVAC) 부하 반응, 전기차(EV) 충전 및 V2B(Vehicle-to-Building) 운영을 통합한 재현 가능한 결정론적 시계열 혼합 정수 선형 계획 모델을 개발했습니다.
이 모델은 별도의 충전 및 방전 변수, 이진 운영 상태, BESS의 순환 50% SOC(State of Charge), PV 및 계통 유래 배터리 계정을 활용하여 동시 작동, 초기 에너지 고갈, 계통-BESS-계통 차익거래를 방지합니다. 중국 쑤저우의 오피스 빌딩 사례에 대해 5가지 시나리오와 5가지 단일 요인 민감도 분석을 독립적으로 최적화했습니다.
선정된 여름날을 기준으로, 시나리오 3은 수요 반응(DR) 수익 전 1974.73 CNY의 비용이 발생했지만, 323.85 CNY의 수익을 얻어 순 비용은 1650.88 CNY로 나타났습니다. 이는 시나리오 2 대비 계통 전력 수입은 1.27%, 계통 측 배출량은 1.28% 감소한 수치입니다. DR 인센티브 전 비용은 시나리오 2보다 0.04% 높았습니다.
본 연구에서 제안된 동적 스케줄링 모델은 PV-ESS 통합 시스템의 운영 효율성을 극대화하고, 에너지 비용 절감 및 탄소 배출량 감축에 기여할 수 있음을 입증했습니다. 이는 스마트 빌딩의 에너지 관리 시스템 설계 및 운영 전략 수립에 중요한 기반을 제공합니다.
