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표제지
목차
요약문 4
제 1 장 서론 52
제 2 장 해외 ESS 활용 현황 54
제 1 절 미국 55
1. Notrees Wind Energy Storage Project(Texas) 55
2. Laurel Mountain(West Virginia, PJM) 55
3. Kahuku Wind Farm(Hawaii) 57
4. Golden Valley Electric Association(Alaska) 57
5. Primus Power Modesto Wind Firming EnergyFarm 61
6. GNB Technologies 61
7. AES Energy Storage (AES) 63
제 2 절 유럽 69
1. Huntdorf CAES Plant 69
제 3 장 ESS의 활용 방안 72
제 1 절 BESS 활용에 관한 포괄적인 분류 74
1. Power Applications vs Energy Applications 74
2. Capacity Applications vs Energy Applications 75
3. Application-specific Power and Discharge Duration 75
제 2 절 발전 자원으로의 활용 78
1. 전력공급 용량 자원(Electric Supply Capacity) 78
2. 예비력 용량 자원(Electric Supply Reserve Capacity) 78
3. 조정서비스(Area Regulation) 79
4. 송전 혼잡 완화(Transmission Congestion Relief) 81
5. SMP 차액 거래 82
6. 부하추종(Load Following) 83
7. 변전소 내 전원(Substation On-site Power) 84
제 3 절 부하 자원으로의 활용 85
1. 전력부하 이동(Electric Energy Time-shift) 85
2. 최대 수용 전력 요금 운영(Demand Charge Management) 86
제 4 절 신재생 보조 자원으로의 활용 87
1. 신재생 에너지의 시간 이동(Renewable Energy Time-shift) 87
제 5 절 전력 품질 향상 89
1. 송전 안정도 향상(Transmission Support) 89
2. 송ㆍ배전 시스템 개선 지연(Transmission and Distribution Upgrade Deferral) 90
제 4 장 우리 계통에서의 활용 방안 92
제 1 절 양수발전 대체 92
제 2 절 주파수조정 보조서비스 활용 93
1. 국내 전력계통 주파수 특성 93
2. BESS의 주파수조정 보조서비스 활용 시 전력계통 운영 관점에서의 이익 94
3. BESS의 주파수조정 보조서비스 참여 시 BESS 운영방안 98
제 3 절 비상용 발전기 대체 104
제 5 장 ESS 경제성 평가 107
제 1 절 ESS의 경제성 평가 개요 107
1. ESS 경제성 평가의 필요성 107
2. 대표적인 경제성 평가 기법 109
제 2 절 ESS의 기능 및 연간 편익 분석 112
1. BESS 설치를 통한 사업자 편익 및 계통 편익 112
2. ESS 설치를 통한 사업자 편익 산출 113
3. ESS 설치를 통한 계통측면의 편익 산출 123
제 3 절 BESS의 경제성 평가 127
1. 재무 분석을 통한 경제성 평가 (BESS사업자 이익만 고려) 127
2. 계통편익 추가 고려시 경제성 평가 137
3. BESS의 용량에 따른 경제성 평가 139
4. 배터리 가격 변동에 따른 경제성 평가 144
제 4 절 다른 발전원과의 비교 146
1. 양수 발전을 BESS로 대체하는 방안에 대한 경제성 분석 146
2. 주파수 조정용 발전원으로 대체하는 방안에 대한 경제성 검토 148
3. 비상 발전기(디젤 발전기)를 BESS로 대체하는 방안에 대한 경제성 검토 150
제 5 절 경제성 평가 결론 151
1. 경제성 평가 순서 알고리즘 152
2. BESS 사업화를 위한 비즈니스 모델 제안 152
제 6 장 ESS 법적 지위 및 법령 분석 154
제 1 절 미국에서의 ESS 법적 지위 부여 관련 법령 154
1. ESS가 포함된 분산전원에 대한 정의 154
2. ESS가 포함된 송전신기술 정의와 인센티브 프로그램 155
3. ESS 경쟁력 유지를 위한 프로그램 수행 및 실증 158
4. 캘리포니아 주의 ESS에 관한 법률 160
제 2 절 미국에서의 ESS의 전력시장 참여를 위한 규정 161
1. ESS의 보조서비스 참여를 위한 Tariff 개정 162
2. ESS의 주파수조정 보조서비스 참여 유도를 위한 Tariff 개정 163
3. New York ISO의 ESS 보조서비스 참여를 위한 tariff 개정 164
4. Midwest ISO의 ESS 보조서비스 참여를 위한 tariff 개정 167
제 3 절 미국에서의 신ㆍ재생 및 ESS 지원제도 168
1. 신재생 지원제도 168
2. 연방차원에서 ESS 활성화를 위한 지원제도 169
3. 캘리포니아 주의 ESS 지원제도 170
4. House Bill 1796 172
제 7 장 국내법 개정 및 지원제도 정비 제안 173
제 1 절 ESS의 법적 지위 부여 방안 173
1. 전기사업법 개정 174
2. 신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법, 송ㆍ배전용 전기설비 이용규정 개정 175
3. 전기설비기술기준 개정 176
4. 전기설비기술기준의 판단기준 개정 176
제 2 절 ESS의 전력시장 참여를 위한 전력시장운영규칙 개정 제안 177
제 3 절 비상용 발전기를 대체하기 위한 ESS 관련법 개정 제안 179
제 4 절 ESS 도입 활성화를 위한 정책 제안 181
제 8 장 결론 184
부록: 해외출장 결과 190
제 1 절 Southern California Edison (SCE) 190
제 2 절 Xtreme Power 192
제 3 절 PJM 192
참고문헌 195
표 2-1. 해외 배터리 실증 사업 프로젝트 현황 54
표 2-2. GVEA 배터리 상세 정보 58
표 2-3. GNB 배터리 상세 정보 62
표 3-1. 에너지 저장 장치 적용 범위 72
표 3-2. Standard Assumption Values for Storage Power 75
표 3-3. Standard Assumption Values for Discharge Duration 76
표 3-4. 송전 안정도 향상 종류 89
표 4-1. 제5차 전력수급기본계획 적용 발전소 건설단가 95
표 4-2. 1500MW 발전소 건설비 산정결과 1.2조원~3.7조원 96
표 4-3. BESS 주파수조정으로 인한 발전연료비 절감분 분석표 97
표 4-4. UCTE의 Primary Reserve 규정 99
표 5-1. Sandia Report 에서 분류된 BESS의 기능 107
표 5-2. 국내 시장 형태에 따른 BESS의 활용방안 108
표 5-3. 각 자본 예산 기법의 장ㆍ단점 111
표 5-4. BESS 사업자 편익 112
표 5-5. 계통측면의 편익 113
표 5-6. 전력공급 용량 자원에 대한 편익 파라미터 113
표 5-7. 전력공급 용량 자원 이득 114
표 5-8. 예비력 용량 자원에 대한 편익 파라미터 114
표 5-9. 예비력 용량 자원 이득 114
표 5-10. 주파수 조정 서비스에 대한 편익 파라미터 115
표 5-11. 주파수 조정 서비스 이득 115
표 5-12. 시간대별 요금 반응에 대한 파라미터 116
표 5-13. 계절별, 시간대별 계통한계가격표(SMP) 116
표 5-14. 시간대별 요금 반응 이득 116
표 5-15. 송전 혼잡 감소에 대한 파라미터 117
표 5-16. 송전혼잡 감소 이득 117
표 5-17. 수요 관리 용량 자원에 대한 파라미터 118
표 5-18. 수요관리 용량자원 편익 118
표 5-19. 비상전원으로의 활용에 대한 파라미터 119
표 5-20. 비상전원 활용 이득 119
표 5-21. 기본요금 저감효과에 대한 파라미터 120
표 5-22. 기본요금 저감 이득 120
표 5-23. 순간적 출력변동 완화에 대한 파라미터 120
표 5-24. 순간적인 신재생 출력변동 완화 편익 121
표 5-25. 지속적 출력변동 완화에 대한 파라미터 121
표 5-26. 지속적 출력변동 완화 편익 121
표 5-27. 무효전력 제공원에 대한 파라미터 122
표 5-28. 무효전력 제공원에 대한 이득 122
표 5-29. 송전 안정도 향상에 대한 파라미터 123
표 5-30. 송전 안정도 향상 편익 123
표 5-31. 발전 설비 지연에 대한 파라미터 123
표 5-32. 발전 설비 지연 편익 124
표 5-33. 발전 연료비 감축에 대한 파라미터 124
표 5-34. 발전 연료비 감축 편익 124
표 5-35. 발전 운영 효율 향상에 대한 파라미터 125
표 5-36. 발전 운영 효율 향상 편익 125
표 5-37. 송배전 설비 지연에 대한 파라미터 126
표 5-38. 송배전 설비 지연 편익 126
표 5-39. 정전 보상 비용 절감에 대한 파라미터 126
표 5-40. 정전 보상 비용 편익 127
표 5-41. 보상 설비 감소에 대한 파라미터 127
표 5-42. 보상 설비 감소 편익 127
표 5-43. BESS 비용분석 128
표 5-44. BESS 종류별 연간 운영비용 128
표 5-45. 연간 사업자 이득 산출(1MW/1MWh) 130
표 5-46. 연간 계통 이득 산출 133
표 5-47. 용량, 예비력 입찰 + 주파수 조정 서비스에 대한 사업자 편익 134
표 5-48. 용량, 예비력 입찰 + 주파수 조정 서비스에 대한 계통측 편익 134
표 5-49. 사업자 이득 + 계통측 이득(100%)에 대한 NPV 도출 및 회수기간 산출 135
표 5-50. 용량, 예비력 입찰 + 시간대별 요금 반응에 대한 사업자 편익 135
표 5-51. 용량, 예비력 입찰 + 시간대별 요금반응에 대한 계통측 편익 135
표 5-52. 용량, 예비력 입찰 + 송전전송 요구량 감소 + 전력품질 향상 사업자 편익 136
표 5-53. 용량, 예비력 입찰 + 송전 혼잡 감소 + 전력품질 향상 계통측 편익 136
표 5-54. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간 [1MW/1MWh, 발전사업자의 이득만 고려] 136
표 5-55. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간[1MW/1MWh, 인센티브 100%] 137
표 5-56. 초기년도 지원 인센티브에 따른 NPV 분석 137
표 5-57. 인센티브 지급방식에 따른 연간 이득 장ㆍ단점 139
표 5-58. 배터리 특성 140
표 5-59. 배터리 스펙에 따른 기능 분류 140
표 5-60. 배터리 주기별 활용용도 141
표 5-61. 연간 사업자 이득 산출(1MW/0.25MWh) 141
표 5-62. 연간 계통측 이득 산출(1MW/0.25MWh) 142
표 5-63. 기본주기와 단주기 BESS의 비용 비교 142
표 5-64. 배터리 용량 감소에 따른 비용 및 편익 감소분 비교 143
표 5-65. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간 [1MW/0.25MWh, 발전사업자의 이득만 고려] 143
표 5-66. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간[1MW/0.25MWh, 인센티브 100%] 143
표 5-67. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간 [1MW/0.25MWh, 발전사업자의 이득만 고려] 145
표 5-68. 용도별 편익에 따른 투자비 회수기간[1MW/0.25MWh, 인센티브 100%] 145
표 5-69. 전기요금변동에 따른 투자비 회수기간 [1MW/0.25MWh, 발전사업자의 이득만 고려] 146
표 5-70. 전기요금변동에 따른 투자비 회수기간[1MW/0.25MWh, 인센티브 100%] 146
표 5-71. 국내 양수발전 및 BESS 비용 분석 146
표 5-72. 발전자원으로 활용될 경우 양수발전과 BESS 편익 비교 148
표 5-73. 2012년 석탄화력 주파수추종 운전의 전계통 연료비 증가량 산출 149
표 5-74. BESS 비용 분석표 150
표 5-75. 비상발전기와 BESS 경제성 평가 151
표 6-1. Code of Federal Regulation 1730.62 분산전원의 정의 154
표 6-2. Public Law 109-58-AUG 송전신기술의 정의 155
표 6-3. Public Law 109-58-AUG 송전신기술 인센티브 프로그램 156
표 6-4. 인센티브를 받을 수 있는 전력신기술 정의 157
표 6-5. Public Law 110-140-DEC ESS 경쟁력 유지를 위한 프로그램 수행 158
표 6-6. ESS 경쟁력 유지를 위한 프로그램 항목 158
표 6-7. ESS 실증 159
표 6-8. 프로그램에 대한 예산 160
표 6-9. 캘리포니아 주의 ESS 법률 161
표 6-10. FERC Order 890에서 NGR이 참여할 수 있는 보조서비스 162
표 6-11. NGR의 정의 162
표 6-12. FERC Order 890에서의 보조서비스 참여에 대한 비용 163
표 6-13. FERC Order 755에서의 주파수조정 보조서비스 참여에 대한 비용 164
표 6-14. LESR의 정의 165
표 6-15. LESR Management의 정의 165
표 6-16. Scheduling 부분에서 변경된 tariff 166
표 6-17. Operation 부분에서 변경된 tariff 166
표 6-18. Midwest ISO의 변경된 tariff 167
표 6-19. 운전예비력 관련 변경된 tariff 168
표 6-20. Investment Tax Credit 169
표 6-21. Production Tax Credit 169
표 6-22. based Incentive Levels for Eligible Technologies 170
표 6-23. Tiered Incentive Rates for Projects up to 3MW 171
표 6-24. Key Comparisons 172
표 6-25. ESS 관련법 및 지원제도 172
표 7-1. 전기사업법 개정 방향 174
표 7-2. 전기사업법 시행령 개정 방향 175
표 7-3. 신에너지 및 재생에너지 개발ㆍ이용ㆍ보급 촉진법 개정 방향 175
표 7-4. 송ㆍ배전용 전기설비 이용규정 [별표6] 개정 방향 176
표 7-5. 전기설비기술기준 개정 방향 176
표 7-6. 전기설비기술기준의 판단기준 개정 방향 177
표 7-7. 전력시장운영규칙의 발전기 등록기준 개정 방향 178
표 7-8. 전력시장운영규칙 개정 방향 178
표 7-9. 별표2 개정 방향 179
표 7-10. 비상발전기의 선정 및 설치에 관한 기술지침 개정 방향 180
표 7-11. 송ㆍ배전용 전기설비 이용규정 개정 방향 180
표 7-12. ESS 도입 활성화를 위한 국내법 개정 방향 181
표 8-1. ESS 관련법 및 지원제도 187
표 8-2. ESS 도입 활성화를 위한 국내법 개정 방향 188
그림 2-1. 계통주파수에 따른 BESS 출력 파워 59
그림 2-2. GVEA의 BESS 동작 60
그림 2-3. BESS 동작 62
그림 2-4. peak-shaving mode 63
그림 2-5. AES의 주파수 조정 서비스 64
그림 2-6. 1MW Pennsylvania와 PJM 제어의 결합 65
그림 2-7. Chile Project의 송전손실에 대한 응답 66
그림 2-8. BESS 사용으로 안정된 출력을 공급하는 풍력 발전시스템 67
그림 2-9. AES Johnson City SCADA Daily Report 68
그림 2-10. 일일 전력생산량 그래프 69
그림 2-11. Huntorf plant 항공사진 70
그림 2-12. Huntorf CAES plant의 사양 70
그림 2-13. 일 년 단위의 compressor와 turbine 운영횟수 71
그림 3-1. ESS 저장장치별 용량 및 용도 72
그림 3-2. BESS의 활용방안에 따른 운영 이익 74
그림 3-3. 조정서비스의 유무에 따른 계통부하 80
그림 3-4. 조정서비스에 활용되는 BESS와 발전기의 운영 81
그림 3-5. PG＆E의 Small Commercial A-6 TOU 여름 요금 83
그림 3-6. 계통 부하에 따른 발전기의 부하추종방향 83
그림 3-7. 풍력 발전 에너지의 시간 이동 88
그림 3-8. 기저부하 신재생 에너지의 시간 이동 89
그림 4-1. BESS 전력계통 주파수조정 보조서비스 개념도 94
그림 4-2. BESS 주파주조정 대체의 국가적 이익 95
그림 4-3. BESS 활용분야와 배터리 소요량에 의한 에너지 비 출력 분석 96
그림 4-4. UCTE의 주파수조정 예비력 99
그림 4-5. 독일 주파수조정 보조서비스 가격(2001-2007) 100
그림 4-6. BESS의 Power-frequency (p-f) characteristic 101
그림 4-7. 추가적인 충전이 없을 때와 있을 때 BESS의 SOC (재충전 비율:1~5%) 102
그림 4-8. BESS의 충ㆍ방전 패턴 103
그림 4-9. BESS의 비상용발전기 대체효과 104
그림 4-10. 배터리의 가격추세 105
그림 4-11. 비상용발전기 대비 BESS의 경제성 106
그림 5-1. 요금표(산업용 고압A 선택 II) 기준 [5] 118
그림 5-2. 연간 수익, 비용 및 NPV 환산 130
그림 5-3. 발전측 자원의 이득분포 131
그림 5-4. 부하측 자원활용 이득분포 131
그림 5-5. 연간 편익 항목별 분포도 132
그림 5-6. 계통측면의 연간 수익 비교 133
그림 5-7. 초기년도 인센티브 지급 규모별 주파수 조정 서비스 운용 순익 NPV 곡선 138
그림 5-8. 매년 인센티브 지급 시 수익 및 비용 순 현재가치 138
그림 5-9. 매년 인센티브 지급 시 순익 순 현재가치 139
그림 5-10. Li-ion 배터리의 가격변동 곡선 144
그림 5-11. 에너지 저장 시스템의 효과 148
그림 5-12. 경제성 평가 알고리즘 순서도 152
그림 5-13. 경제성 분석 순서별 투자비 회수기간 산출 153
그림 8-1. BESS의 활용방안에 따른 운영 이익 185
그림 8-2. 비상용발전기 대비 BESS의 경제성 186
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