표제지
목차
요약문 4
제1장 서론 19
제1절 연구개발의 필요성 19
1. 기술적 측면 19
2. 산업ㆍ경제적 측면 22
3. 정책적 측면 22
제2절 기술개발의 목표 및 내용 23
제2장 양수발전 개요 24
제1절 양수발전 원리 및 특성 24
1. 양수발전의 원리 24
2. 양수발전의 기술적 특성 25
3. 양수발전과 에너지 저장 기술 27
제2절 국내 양수발전 설비 현황 28
1. 국내 양수발전 설비 비중 28
2. 국내 양수발전 설비 특성 30
제3절 국내 양수발전 설비 운영 33
1. 양수발전의 경제적 운영 35
2. 양수발전 환경 변화 37
3. 양수발전과 예비력 44
제4절 양수 연구 동향 49
제3장 해외사례분석 52
제1절 미국 54
1. 설비 용량 54
2. PJM의 양수 운영 56
제2절 유럽 59
제3절 일본 61
1. 일본 양수발전의 개요 61
2. 일본 양수발전소 현황 62
3. 일본의 양수발전 공급력 산정 63
4. 동경전력의 양수운영 67
제4절 영국 70
1. Dinorwing pumped storage power station 70
2. Ffestiniog pumped storage power station 71
3. 타 발전기와 양수발전기의 성능비교 71
4. 양수발전기 운영 73
제5절 Fast start reserve 해외 사례 81
1. 요약 81
2. 아일랜드 81
3. 영국 82
4/5. 미국 83
제4장 양수운영의 경제성 87
제1절 에너지의 경제성 87
1. 효율과 경제성 87
2. 열량 단가와 수요 89
제2절 예비력의 경제성 91
제5장 양수와 신뢰도 95
제1절 6차 수급계획의 국내 발전기별 설비용량 전망 95
제2절 대기ㆍ대체 예비력과 복합 97
1. 열량 단가와 수요 98
제3절 대기ㆍ대체 예비력의 우선순위 103
1. 20분 대기ㆍ대체예비력의 우선순위 103
2. 120분 대기ㆍ대체예비력의 우선순위 105
제4절 평상시와 비상시의 예비력 우선순위 107
제5절 수요예측오차와 발전기탈락 상정사고 시의 예비력 적정성 108
제6장 수요예측오차 패턴에 따른 양수발전기 활용방안 도출 114
제1절 수요예측오차 패턴 분석 115
1. 시간대 별 수요예측오차 패턴 115
2. 하루 평균 별 수요예측오차 패턴 116
제2절 수요예측오차 패턴과 중부하 지속주기를 고려한 양수발전기 운영시간 산정 120
제7장 양수의 최적화 129
제1절 일반적인 양수 모델링 131
1. 에너지 모델 131
2. 예비력 모델 133
3. 최소/최대 출력 모델링 135
4. 최소운전/정지시간 135
5. Ramp-rate 모델링 137
6. Start-up/shut-down 모델링 138
제2절 제안하는 양수 모델링 140
1. 저수지 수위 140
2. 목적함수 141
제8장 양수 활용방안 143
제1절 대기ㆍ대체예비력의 활용방안 145
1. 대기ㆍ대체예비력 우선 배정 안 145
2. 대기ㆍ대체예비력 변경 안 153
3. 기타 준비사항 161
제2절 예비력 요구량 개선 및 Fast Start 예비력 도입과 활용방안 164
제9장 사례연구 167
제1절 최적화 모델의 검증 167
1. 저수량과 예비력 연계 모델 검토 169
제2절 2011년 동계 모의 179
1. 수요와 설비용량 분석 179
2. 현재 모델(E-terracommit)에 따른 결과 183
3. 제안한 최적화 모델에 따른 결과 188
4. 대안(1)에 따른 양수 배분 193
5. 1월 11일 모의 종합 203
제3절 2011년 춘계 모의 207
1. 수요와 설비용량 분석 207
2. 현재 모델(E-terracommit)에 따른 결과 211
3. 제안한 최적화 모델에 따른 결과 214
4. 대안(1)에 따른 양수 배분 217
5. 5월 17일 모의 종합 220
제4절 2011년 하계 모의 223
1. 수요와 설비용량 분석 223
2. 현재 모델(E-terracommit)에 따른 결과 226
3. 제안한 최적화 모델에 따른 결과 231
4. 대안 1에 따른 양수 배분 237
5. 8월 9일 모의 종합 243
제10장 결론 및 시사점 247
참고문헌 250
표 2-1. 발전방식별 종합효율 비교 25
표 2-2. 발전설비별 기동/정지 소요시간 비교 25
표 2-3. 발전설비별 증감발률 비교 26
표 2-4. 양수 발전기 기본 정보 29
표 2-5. 양수발전소 기동소요시간 30
표 2-6. 양수발전소 기동 절차 31
표 2-7. 국내 양수발전소 종합효율 31
표 2-8. 국내 양수발전소 수위 및 발전/양수 가능시간 32
표 2-9. 양수발전 관련 시장제도 변화 39
표 2-10. 발전기별 상한치 45
표 3-1. 국가별 양수(PHES) 현황(2010) 53
표 3-2. PJM의 지역별 양수 용량 56
표 3-3. 일본의 양수발전 설비 현황 62
표 3-4. 동경전력 양수발전 현황 67
표 3-5. 영국에서 양수발전의 시장 참여형태 73
표 3-6. 각 시장별 fast start reserve 요약 81
표 3-7. 미국의 reserve requirements 86
표 4-1. 발전기 단가 90
표 4-2. 양수와 화력의 예비력 가격 93
표 5-1. 2013년부터 2027년까지 전원구성 전망 95
표 5-2. hot 상태에서 복합의 대기대체 예비력 98
표 5-3. hot 상태에서 대기대체를 제공할 수 있는 설비 용량 99
표 5-4. cold 상태에서 대기ㆍ대체를 제공할 수 있는 설비 용량 100
표 5-5. cold 상태와 복합 발전기의 예비력 101
표 5-6. 예비력 비용 103
표 5-7. 120분 예비력의 비용 106
표 5-8. 2012년 8월 6일 운영수요예측 및 발전량 108
표 5-9. 발전기 상정사고 모의에 사용된 H와 KG값 109
표 5-10. 수요예측오차가 3%이상인 수급위험 발생가능성이 있는 상황 113
표 6-1. 2002년 ~ 2012년 하루 평균에 대한 한 달 평균의 수요예측오차에 대한 11년간 평균 값 117
표 6-2. 2002년 ~ 2012년 하루 평균에 대한 한 달 평균의 최대 수요예측오차 118
표 6-3. 2007~2008년의 월별 최대부하 및 표준편차(1σ) 124
표 6-4. 2007년 ~ 2008년의 계절 별 중부하 지속주기 125
표 6-5. 양수발전기별 공급가능 에너지 127
표 6-6. 패턴1에 따른 양수발전기 공급가능에너지 산정 127
표 6-7. 패턴2에 따른 양수발전기 공급가능에너지 산정 128
표 7-1. 모델별 장/단점 130
표 7-2. E-terracommit의 예비력 모델 134
표 7-3. 주기별 변수의 값 136
표 7-4. 주기별 변수의 값 139
표 8-1. 대기ㆍ대체예비력 우선 배정의 개요 145
표 8-2. 시간별 수급 부족량 147
표 8-3. 양수 용량과 효율 148
표 8-4. 두 가지 해법 149
표 8-5. 방법별 발전량 149
표 8-6. 설비별 예비력 담당 양 151
표 8-7. 예비력 배분 152
표 8-8. 대안별 예비력 요구량 154
표 8-9. 각 양수발전기별 특성 155
표 8-10. 각 양수발전기별 수위에 따른 공급가능 에너지 155
표 8-11. 8시간동안 1,000MW 예비력을 유지하기 위한 각 발전기별 펌핑량 156
표 8-12. 각 발전기에 효율을 적용한 에너지 156
표 8-13. 8시간동안 1,000MW 예비력을 유지하기 위한 각 발전기별 펌핑량 161
표 8-14. RSCT에서 발전기별 각각의 예비력 상한치 설정 162
표 8-15. 현행 예비력 요구조건 162
표 8-16. 현재 예비력 요구량 165
표 8-17. 예비력 요구량 개선 방안 165
표 9-1. 모의 결과 168
표 9-2. 모의 시나리오 171
표 9-3. 발전량 결과 172
표 9-4. 순동예비력 비교 173
표 9-5. 대기예비력 결과 175
표 9-6. 지역별 수요와 송전제약 182
표 9-7. 양수 발전기별 발전량 184
표 9-8. 20분 예비력 제공량 186
표 9-9. 예비력 요구량 188
표 9-10. 양수 발전기별 발전량 189
표 9-11. 20분 예비력 제공량 191
표 9-12. 수급부족량 194
표 9-13. 양수 배분 195
표 9-14. 양수에 할당된 예비력 197
표 9-15. 양수 발전기별 예비력 198
표 9-16. 양수 발전기별 발전량 200
표 9-17. 모의 종합 203
표 9-18. 지역별 수요와 송전제약 210
표 9-19. 예비력 요구량 211
표 9-20. 양수 발전기별 발전량 212
표 9-21. 양수 발전기별 발전량 215
표 9-22. 양수 배분 218
표 9-23. 모의 종합 220
표 9-24. 지역별 수요와 송전제약 225
표 9-25. 양수 발전기별 발전량 227
표 9-26. 20분 예비력 제공량 229
표 9-27. 예비력 요구량 231
표 9-28. 양수 발전기별 발전량 233
표 9-29. 20분 예비력 제공량 235
표 9-30. 양수의 예비력 239
표 9-31. 양수 에너지 배분 240
표 9-32. 모의 종합 243
표 10-1. 양수운영 안 비교 248
그림 1-1. 9.15 정전사태 당시의 양수발전 실적 20
그림 1-2. 2010년 계절별 평일부하 패턴 21
그림 2-1. 양수발전소 구조 24
그림 2-2. 세계 에너지 저장설비 용량 현황 27
그림 2-3. 국내 양수발전 설비 비중 추이 28
그림 2-4. 2008년 양수의 운영 패턴 33
그림 2-5. 2008년 1월의 가격 34
그림 2-6. 2008년 8월의 가격 34
그림 2-7. 양수발전소 이용률 및 관련 변수 동향 40
그림 2-8. 2011년 평일 경제성 계수 및 일 최고/최저 SMP 42
그림 2-9. 2012년 평일 경제성 계수 및 일 최고/최저 SMP 43
그림 2-10. 예비력의 종류 44
그림 2-11. 양수의 운영 47
그림 2-12. 저수 용량과 예비력의 문제 48
그림 2-13. 수량의 균등 배분 49
그림 2-14. 출력유지시간 설정을 이용한 양수발전 공급가능용량 산정(1) 50
그림 2-15. 출력유지시간 설정을 이용한 양수발전 공급가능용량 산정(2) 51
그림 3-1. 양수 발전기의 국가/대륙별 분포 및 용량 현황 52
그림 3-2. 운영 중인 양수 발전기 현황 54
그림 3-3. 건설 예비 허가된 양수 발전기 현황 55
그림 3-4. 연도별 양수와 원자력 용량 55
그림 3-5. PJM의 발전계획 수립 절차 57
그림 3-6. PJM의 급전 결과 57
그림 3-7. 유럽의 연도별 양수 설비용량 59
그림 3-8. 일본의 양수 발전가능량 산정 63
그림 3-9. 일본 양수발전의 시간에 따른 공급능력 63
그림 3-10. 두 기관의 양수 공급력 차이 비교 64
그림 3-11. 양수 발전을 피크 시간에 최대한 활용했을 경우 66
그림 3-12. 동경전력의 양수 운영 68
그림 3-13. 양수 운영의 개념 68
그림 3-14. Dinorwig 양수발전소 profile 70
그림 3-15. Ffestiniog 양수발전소 profile 71
그림 3-16. 영국의 각 발전기별 start up time 및 loading rate 비교 72
그림 3-17. 국내의 각 발전기별 start up time 및 loading rate 비교 72
그림 3-18. 양수발전기 효율에 대한 도식화 73
그림 3-19. Balancing 메커니즘 75
그림 3-20. 유럽 축구 클럽대항전 챔피언스리그 결승전날의 수요변화 76
그림 3-21. 유럽 축구 클럽대항전 챔피언스리그 결승전날의 balancing 메커니즘 활용 76
그림 3-22. 양수 거래 과정(1) (Week ahead position) 77
그림 3-23. 양수 거래 과정(2) (겨울철의 전력거래 가격) 77
그림 3-24. 양수 거래 과정(3) (Generation optimization) 78
그림 3-25. 양수 거래 과정(4) (Pump/generation optimization) 79
그림 3-26. 양수 거래 과정(5) (Evolution of final position) 80
그림 3-27. 영국의 예비력 구조 83
그림 3-28. quick start reserve 계산에 대한 예시 84
그림 3-29. PJM에서 예비력의 구분1 85
그림 3-30. PJM에서 예비력의 구분2 85
그림 4-1. 양수의 펌핑 전후 87
그림 4-2. 양수 계획 수립 절차 88
그림 4-3. 양수 예비력의 경제성 93
그림 5-1. 20분 대기ㆍ대체예비력의 개념 97
그림 5-2. 2013년 2월 발전기 단가 105
그림 5-3. 평상시와 비상의 예비력 우선순위 107
그림 5-4. 2012년 8월 6일 16시 모의(원자력발전기 1대 탈락) 110
그림 5-5. 2012년 8월 6일 16시 모의(원자력발전기 2대 탈락) 111
그림 5-6. 2012년 8월 6일 14시 모의(원자력발전기 1대 탈락) 112
그림 6-1. 수요예측오차 분석 진행과정 114
그림 6-2. 2002년 ~ 2012년 시간별 수요예측오차의 11년간 평균 115
그림 6-3. 2002년 ~ 2012년 하루 평균별 수요예측오차의 11년간 평균 116
그림 6-4. 2002년 ~ 2012년 하루 평균에 대한 한 달 평균의 수요예측오차에 대한 11년간 평균 117
그림 6-5. 2002년 ~ 2012년 하루 평균에 대한 한 달 평균의 최대 수요예측오차 118
그림 6-6. 2007~2008년 1월의 시간 별 부하곡선 120
그림 6-7. 2007~2008년 2월의 시간 별 부하곡선 121
그림 6-8. 2007~2008년 3월의 시간 별 부하곡선 121
그림 6-9. 2007~2008년 11월의 시간 별 부하곡선 122
그림 6-10. 2007~2008년 12월의 시간 별 부하곡선 122
그림 6-11. 2007~2008년 7월의 시간 별 부하곡선 123
그림 6-12. 2007~2008년 8월의 시간 별 부하곡선 123
그림 6-13. 2007~2008년 9월의 시간 별 부하곡선 124
그림 7-1. 양수 발전의 형태 131
그림 7-2. 발전과 펌핑 132
그림 7-3. 최소운전/정지시간 135
그림 7-4. 기동 모델 138
그림 8-1. 대안 정리 143
그림 8-2. 양수 계획 순서 146
그림 8-3. 1월 11일 설비용량과 수요 147
그림 8-4. 양수 수량의 배분 153
그림 8-5. 각 발전기별 에너지(1시간) 157
그림 8-6. 각 발전기별 에너지(2시간) 157
그림 8-7. 각 발전기별 에너지(3시간) 158
그림 8-8. 각 발전기별 에너지(4시간) 158
그림 8-9. 각 발전기별 에너지(5시간) 159
그림 8-10. 각 발전기별 에너지(6시간) 159
그림 8-11. 각 발전기별 에너지(7시간) 160
그림 8-12. 각 발전기별 에너지(8시간) 160
그림 8-13. 양수 예비력 모델 166
그림 9-1. 두 엔진의 비교 결과 169
그림 9-2. 수요와 가용용량 170
그림 9-3. 수력과 양수의 발전량 172
그림 9-4. 수력과 양수의 순동 173
그림 9-5. 수력의 순동 174
그림 9-6. 양수의 순동 174
그림 9-7. 대기예비력 결과 176
그림 9-8. 양수의 대기 177
그림 9-9. 중유발전기의 기동 177
그림 9-10. 1월 수요 179
그림 9-11. 1월 수요와 설비용량 180
그림 9-12. 1월 11일 수요와 설비 180
그림 9-13. 실제 수요와 모의 수요 181
그림 9-14. 전원별 발전량 183
그림 9-15. 전체 양수의 발전량 185
그림 9-16. 복합과 양수의 20분 예비력 제공량 187
그림 9-17. 중유와 복합의 기동 발전기 수 187
그림 9-18. 전원별 발전량 188
그림 9-19. 전체 양수 발전/펌핑량 190
그림 9-20. 양수와 복합의 20분 예비력 제공량 192
그림 9-21. 중유와 복합의 기동 발전기 수 192
그림 9-22. 전원별 발전량 199
그림 9-23. 양수 발전/펌핑량 201
그림 9-24. 복합과 양수의 20분 예비력 201
그림 9-25. 중유와 복합의 기동 발전기 수 202
그림 9-26. 양수 비교 204
그림 9-27. 예비력 비교 205
그림 9-28. 중유 기동 수 비교 205
그림 9-29. 4~5월 수요 패턴 207
그림 9-30. 춘계 수요와 설비용량 208
그림 9-31. 5월 17일 수요와 가용용량 208
그림 9-32. 전원별 발전량 211
그림 9-33. 전체 양수의 발전량 213
그림 9-34. 복합과 양수의 20분 예비력 제공량 213
그림 9-35. 중유와 복합의 기동 발전기 수 214
그림 9-36. 전원별 발전량 214
그림 9-37. 양수 발전/펌핑량 216
그림 9-38. 양수와 복합의 120분 예비력 제공량 216
그림 9-39. 중유와 복합의 기동 발전기 수 217
그림 9-40. 전원별 발전량 219
그림 9-41. 양수의 발전/펌핑량 219
그림 9-42. 중유와 복합의 기동 발전기 수 220
그림 9-43. 양수 비교 221
그림 9-44. 중유 기동수 비교 221
그림 9-45. 하계 수요 패턴 223
그림 9-46. 하계 수요와 설비용량 224
그림 9-47. 8월9일 수요와 가용용량 224
그림 9-48. 전원별 발전량 226
그림 9-49. 양수 발전/펌핑량 228
그림 9-50. 복합과 양수의 20분 예비력 제공량 230
그림 9-51. 중유와 복합의 기동 발전기 수 231
그림 9-52. 전원별 발전량 232
그림 9-53. 양수 발전/펌핑량 234
그림 9-54. 양수와 복합의 20분 예비력 제공량 236
그림 9-55. 중유와 복합의 기동 발전기 수 236
그림 9-56. 양수와 복합의 예비력 238
그림 9-57. 전원별 발전량 241
그림 9-58. 양수 펌핑/발전량 241
그림 9-59. 20분 예비력 242
그림 9-60. 중유와 복합의 기동 발전기 수 242
그림 9-61. 양수 비교 244
그림 9-62. 예비력 비교 245
그림 9-63. 중유 기동 수 비교 245