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표제지

목차

Ⅰ. 서론 16

1. 연구배경 및 필요성 16

2. 연구동향 17

3. 연구목적 및 전개방향 18

Ⅱ. 교토의정서와 우리나라의 온실가스 배출현황과 전망 21

1. 환경규제의 국제동향 21

1) 온실효과 21

2) 기후변화 협약 24

2. 교토의정서와 배출권거래제 29

1) 교토의정서 29

2) 교토메커니즘의 개요 31

3) 배출권 거래제 36

3. 우리나라의 온실가스 배출현황 및 전망 58

1) 우리나라의 온실가스 배출현황 58

2) 이산화탄소 배출현황 및 전망 63

Ⅲ. 전력계통의 최적조류계산 68

1. 개요 68

2. 모델링 71

1) 수렴성 보장을 위한 가상발전기 71

2) 제어변수의 효율적 처리 76

3) 제약조건의 효율적 처리 81

3. 정식화 82

4. 선형화 85

1) Costate방법 86

2) 목적함수의 선형화 88

3) 수급조건의 선형화 92

4) 운전제약조건의 선형화 94

5) 선형화모델의 구성 101

5. 최적조류계산의 해법 102

1) 초기조건의 결정 102

2) 편차제어변수의 개수 결정 107

3) 유효제약조건의 결정 108

4) 수렴여부 판정 110

5) 선형계획법의 적용 113

6) 조류계산 131

Ⅳ. 환경제약을 고려한 최적조류계산 개발 및 분산전원 투입에 의한 배출권 거래의 편익 산정 133

1. 환경제약을 고려한 최적조류계산 135

1) 시점 환경제약의 고려 135

2) 감축의무 이행기간의 총량제약을 고려한 최적조류 계산 141

2. 분산형전원 투입에 의한 배출권거래제의 편익산정 151

1) 분산형전원의 투입에 따른 환경에의 영향 151

2) 분산형전원의 투입용량 및 위치 153

3) 배출권 거래가격기준에 의한 편익 산정 155

Ⅴ. 사례연구 160

1. 시험계통의 특성 및 입력자료 161

2. 시점의 최적조류계산 165

1) 최적조류계산의 기본 설정 및 초기조건 165

2) 초기 발전기 출력결과 166

3) 가상 발전기 출력결과 170

4) 유효제약조건 174

5) 시점의 최적조류계산 수렴여부 판정 178

6) 운전제약조건의 수렴판정 및 발전비용 산정 179

3. 환경제약을 고려한 최적조류계산 수렴결과 184

1) 시점의 환경제약시 수렴결과 185

2) 기간 최적조류계산을 위한 동적계획법의 설정 191

3) 배출권 거래제도에서의 편익산정 212

4. 분산전원의 투입에 의한 배출권 거래의 편익 산정 219

1) 모든 부하모선에 분산전원 3% 투입시 219

2) 모든 부하모선에 분산전원 5% 투입시 223

Ⅵ. 결론 233

참고문헌 237

부록 241

부록 A. 제약조건 선형화 241

A.1. 등호제약 247

A.2. 부하모선전압 254

A.3. 선로피상조류 259

A.4. 발전기모선무효전력 266

부록 B. Participation Factor 272

부록 C. Penalty Factor에서의 증분손실율 da/dbck(이미지참조) 275

부록 D. IEEE-RTS 96 모델계통 입력자료 279

Abstract 298

감사의 글 300

표목차

표 2.1. 온실가스의 종류 23

표 2.2. 기후변화협약의 의무사항 25

표 2.3. 기후변화협약의 주요내용 26

표 2.4. 기후변화협약의 주요조문내용 27

표 2.5. 기후변화협약 상 국가분류체계 29

표 2.6. 교토의정서의 주요내용 30

표 2.7. CDM 사업의 참가요건 32

표 2.8. 청정개발체제의 편익 33

표 2.9. 교토메커니즘의 상호비교 35

표 2.10. 감축목표 설정 방식 41

표 2.11. 배출권 할당방식 42

표 2.12. 국가별 LULUCF 사업의 RMU 한도 44

표 2.13. 영국의 배출권거래 절차(1) 49

표 2.14. 영국의 배출권거래 절차(2) 50

표 2.15. 영국의 배출권거래 절차(3) 51

표 2.16. 배출권거래제도 도입의 사회적 비용 저감 효과 57

표 2.17. 국내 온실가스 배출량 60

표 2.18. 온실가스의 연도별 배출추이 62

표 2.19. 화석연료소비에 따른 이산화탄소 배출량 63

표 2.20. 전력산업부문의 CO₂ 배출량 추이 64

표 2.21. 전력부문 화석연료소비에 따른 이산화탄소 배출량 65

표 2.22. 화석연료소비 전망 66

표 2.23. 화선연료에 따른 이산화탄소 배출량 전망 67

표 3.1. 최적조류계산에 적용되는 목적함수의 종류 68

표 3.2. 최적조류계산에서의 제약조건 및 제어변수 70

표 4.1. 에너지원별 탄소 발생량 152

표 4.2. 배출권 거래시장 및 거래량 153

표 4.3. 이산화탄소 배출권 거래비용 158

표 5.1. IEEE RTS-96 모델계통의 발전설비 162

표 5.2. IEEE RTS-96 모델계통의 구성요소 162

표 5.3. 발전기종별 CO₂ 배출계수 164

표 5.4. 이산화탄소 배출권 거래비용 164

표 5.5. 초기 발전기 출력과 발전상태 168

표 5.6. IEEE RTS-96 모델계통의 초기 가상발전기 출력 171

표 5.7. 가상발전기 출력 편차 173

표 5.8. 무효전력 유효제약조건 175

표 5.9. 전얍 유효제약조건 위반량 176

표 5.10. 피상조류 유효제약 조건 위반량 177

표 5.11. 최적조류계산 수렴판정 기준 180

표 5.12. IEEE RTS-96 모델의 최적조류계산 결과 182

표 5.13. 지역 환경제약시의 배출량 및 발전비용 187

표 5.14. 환경제약시의 지역배출량 및 발전비용 188

표 5.15. 연도별 부하량 및 부하 증가율 192

표 5.16. 연도별 부하 증가시 배출량 및 발전비용 193

표 5.17. Stage 1에서의 환경제약 결과 194

표 5.18. Stage 2에서의 환경제약 결과 195

표 5.19. Stage 3에서의 환경제약 결과 195

표 5.20. Stage 4에서의 환경제약 결과 196

표 5.21. Stage 5에서의 환경제약 결과 196

표 5.22. 기간 총량제약을 고려한 발전기별 출력 210

표 5.23. Stage별 배출량 및 발전비용 214

표 5.24. 기간 OPF의 배출량 및 배출권비용 215

표 5.25. 배출권 거래비용 215

표 5.26. 분산전원 3% 투입 후 지역제약26[t]에서의 기간 배출량 220

표 5.27. 분산전원 5% 설치시의 기간 배출량 223

표 5.28. 분산전원 5% 투입시의 석탄 화력의 출력변환 231

표 5.29. 분산전원 5% 투입시의 수력 발전기의 출력변환 232

표 D.1. IEEE RTS-96 모델계통의 모선자료 279

표 D.2. IEEE RTS-96 모델계통의 발전기 자료 282

표 D.3. IEEE RTS-96 모델계통의 발전기 출력 상·하한 자료 285

표 D.4. IEEE RTS-96 모델계통의 선로 자료 288

표 D.5. IEEE RTS-96 모델계통의 변압기 자료 292

표 D.6. IEEE RTS-96 모델계통의 초기전압 293

표 D.7. IEEE RTS-96 모델계통의 발전기 모선의 무효전력 상·한 제약 295

그림목차

그림 2.1. CO₂의 지구대기중 농도변화 23

그림 2.2. CH₄의 지구대기중 농도변화 24

그림 2.3. 배출권거래제의 원리 38

그림 2.4. 국제 배출권 거래시장 예상도 45

그림 2.5. 배출권거래 절차 47

그림 2.6. 영국의 배출권거래 절차 48

그림 2.7. 국제 배출권 거래의 레지스트리 연계도 52

그림 2.8. 배출권 거래제의 경제적 이득 56

그림 2.9. 연도별 온실가스 총 배출량 59

그림 2.10. 에너지 부분 온실가스 배출량 59

그림 2.11. 산업부분 온실가스 배출량 59

그림 2.12. 부문별 이산화탄소 배출량 추이 61

그림 2.13. 온실가스의 연도별 배출추이 62

그림 2.14. 화석연료에 따른 이산화탄소 배출량 추이 64

그림 2.15. 전력산업부문의 이산화탄소 배출량 추이 65

그림 2.16. 전력산업부문 화석연료별 이산화탄소 배출량 추이 66

그림 2.17. 에너지원별 이산화탄소 배출량 전망 추이 67

그림 3.1. i(이미지참조) 모선의 모델링 73

그림 3.2. 가상발전기를 도입한 i-j(이미지참조) 모선의 모델링 74

그림 3.3. 모든 가상발전기 출력의 개별제어 76

그림 3.4. 집단화된 단일변수로 제어된 가상발전기 출력 77

그림 3.5. 경제부하배분 계산의 가능해 영역 103

그림 3.6. λ Interpolation의 system λ계산 104

그림 3.7. 유효제약조건 결정 허용한계치 110

그림 3.8. Karmarkar 알고리즘과 Simplex 알고리즘의 최적해 탐색 경로 114

그림 3.9. 발전비용의 제어변수 이동한계 계산 122

그림 3.10. 경제급전 발전기 출력 갱신 125

그림 3.11. 경제급전 발전기 갱신량 재분배 126

그림 3.12. 개별제어 발전기 갱신량 재분배 127

그림 3.13. 경제부하배분에 입각한 발전기출력 재분배 130

그림 4.1. 환경제약을 포함한 최적조류계산의 흐름도 140

그림 4.2. 동적계획법의 초기단계 142

그림 4.3. 동적계획법의 중간단계 143

그림 4.4. 동적계획법의 최종단계 143

그림 4.5. 동적계획법을 위한 Stage와 State의 구성 145

그림 4.6. 동적계획법에서의 State 와 Stage의 이동 146

그림 4.7. 기간 최적화의 의미 147

그림 4.8. 동적계획법을 통한 배출량 최적화 149

그림 4.9. 누적 배출량 및 발전비용의 최적경로 탐색 149

그림 4.10. 기간의 환경제약이 고려된 동적계획법의 흐름도 150

그림 4.11. 분산전원 투입을 위한 흐름도 155

그림 4.12. 기간 총량제약의 만족 여부 판별 156

그림 4.13. 배출권거래가격 변동추이 156

그림 4.14. 배출권거래의 편익 157

그림 4.15. 본 논문의 전체 흐름도 159

그림 5.1. IEEE RTS-96 모델계통 163

그림 5.2. 무효전력 유효제약 위반량 176

그림 5.3. 전압크기 위반량 177

그림 5.4. 피상조류 위반량 178

그림 5.5. 가상발전기 수렴과정 179

그림 5.6. 발전비용 수렴과정 181

그림 5.7. 초기 조류계산 결과 183

그림 5.8. 지역제약에 따른 발전비용의 변화 185

그림 5.9. 지역제약에 따른 배출량의 변화 186

그림 5.10. 지역제약시의 배출량 및 발전비용 186

그림 5.11. 지역제약시의 지역배출량 변화 189

그림 5.12. 환경제약 전·후의 전체 발전기의 출력변화 190

그림 5.13. 부하증가에 따른 배출량의 변화 193

그림 5.14. Stage 1에서의 오염배출량과 발전비용 197

그림 5.15. Stage 2에서의 오염배출량과 발전비용 197

그림 5.16. Stage 3에서의 오염배출량과 발전비용 198

그림 5.17. Stage 4에서의 오염배출량과 발전비용 198

그림 5.18. Stage 5에서의 오염배출량과 발전비용 199

그림 5.19. Stage 1에서의 지역별 배출량 199

그림 5.20. Stage 2에서의 지역별 배출량 200

그림 5.21. Stage 3에서의 지역별 배출량 200

그림 5.22. Stage 4에서의 지역별 배출량 201

그림 5.23. Stage 5에서의 지역별 배출량 201

그림 5.24. 환경제약 강화시의 각 Stage에서의 규제치와 실제 배출량 203

그림 5.25. Stage 1에서의 발전기 출력 204

그림 5.26. Stage 2에서의 발전기 출력 205

그림 5.27. Stage 3에서의 발전기 출력 206

그림 5.28. Stage 4에서의 발전기 출력 207

그림 5.29. Stage 5에서의 발전기 출력 208

그림 5.30. 기간 총량을 만족하는 최적의 발전기 출력 209

그림 5.31. 지역별 제약 26[t] 적용시의 누적 배출량 213

그림 5.32. 배출량 거래비용의 비교 216

그림 5.33. 배출권 구입에 따른 발전비용의 변화 217

그림 5.34. 배출권 판매에 따른 발전비용의 변화(기관총량 최초 만족시) 217

그림 5.35. 배출권 판매에 따른 발전비용의 변화 (최대 환경제약시) 218

그림 5.36. 배출권 판매에 따른 발전비용의 변화 (배출량 최대 저감시) 218

그림 5.37. 지역제약 26[t]에 의한 기간 배출량 및 발전비용 220

그림 5.38. 지역제약 26[t]에 의한 지역별 배출량의 변화 221

그림 5.39. 분산전원 설치 전·후의 지역별 배출량의 변화 222

그림 5.40. 분산전원 설치 전·후의 지역별 누적배출량 222

그림 5.41. 분산전원 5% 설치시의 Stage별 배출량 및 발전비용 224

그림 5.42. 분산전원 5% 설치시의 지역별 배출량 225

그림 5.43. 분산전원 설치 전후의 지역별 누적배출량 225

그림 5.44. 분산전원 5% 설치에 의한 기간 누적배출량 226

그림 5.45. 분산전원 설치 전·후의 누적배출량 227

그림 5.46. 배출권 거래시의 편익 228

그림 5.47. Stage 1에서의 발전기 출력 228

그림 5.48. Stage 2에서의 발전기 출력 229

그림 5.49. Stage 3에서의 발전기 출력 229

그림 5.50. Stage 4에서의 발전기 출력 230

그림 5.51. Stage 5에서의 발전기 출력 230

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