연료전지 및 태양전지를 이용하는 복합발전형 전기자동차 충전소의 경제적 운영전략에 관한 연구

소개글

최근 심각한 문제가 되고 있는 지구온난화, 환경오염, 자원 고갈 등의 문제를 해결하기 위해 화석연료를 대체할 신재생에너지가 각광받고 있습니다. 이러한 가운데 2013년 이후의 Post 교토 의정서와 스마트 그리드 환경에서 전기자동차의 이용이 확산될 것으로 보입니다. 주간의 전기자동차 충전 수요를 감당하기위한 충전 인프라를 구축하는 것이 앞으로의 과제가 될 것입니다. 구축할 충전 인프라는 기존의 전력망에 주간의 부하 peak에 영향을 미치는 않도록 하기 위해서 전력을 자체적으로 생산하는 것이 필수적이라 할 수 있습니다.
충전 인프라로서 기존의 주유소나 가스 충전소와 주차장을 결합한 전기자동차 충전스테이션을 제시합니다. 본 연구에서 차량의 베터리 충전을 위한 충전스테이션의 발전원으로 태양광발전과 연료전지를 사용하였습니다. 충전 스테이션의 상공을 태양광발전을 위한 전지로 덮어서 기존에는 사용하지 않았던 공간을 사용함으로써 공간 활용률을 높였습니다. 태양광발전과 연료전지라는 발전원을 사용함으로써 지구온난화, 환경오염, 자원 고갈 등의 문제에 효과적으로 대처할 수 있습니다.
본 연구에서는 주차장 수요를 예측하여 적정한 발전량을 유지하는 것에 중점을 두었습니다. 100대, 200대, 300대 규모의 스테이션을 사례로 들어 각각의 사례에 적절하게 태양광발전과 연료전지를 하이브리드화하는 방법을 제시하였습니다.

목차

國文抄錄 ⅴ

제 1 장 서 론 1

제 2 장 관 련 이 론 3
2.1 Smart Grid 3
2.2 분산전력시스템 3
2.3 연료전지 4
2.3.1 연료전지의 원리 4
2.3.2 고체산화물형 연료전지(MCFC) 5
2.4 태양전지 6
2.4.1 태양전지의 원리 6
2.4.2 재료에 따른 태양전지 6

제 3 장 충전스테이션 설계 및 시뮬레이션 8
3.1 충전스테이션 설계 8
3.1.1 충전스테이션 8
3.1.2 연료전지 모델 9
3.1.3 태양전지 모델 9
3.1.4 전기자동차 모델 11
3.2 충전스테이션 수요예측 11
3.3 발전원별 충전스테이션 모델링 15
3.3.1 태양광발전만 사용하는 경우 15
3.3.2 연료전지만 사용하는 경우 18
3.3.3 태양광발전과 연료전지를 하이브리드화하여 사용하는 경우 21
3.4 충전스테이션 시뮬레이션 분석 25
3.4.1 태양광발전만 사용하는 경우 25
3.4.2 연료전지만 사용하는 경우 25
3.4.3 태양광발전과 연료전지를 하이브리드화하여 사용하는 경우 25
3.5 대안제시 및 분석 26
3.5.1 100대 규모의 충전스테이션 대안 검증 27
3.5.2 200대 규모의 충전스테이션 대안 검증 28
3.5.3 300대 규모의 충전스테이션 대안 검증 29

제 4 장 결 론 30

參考文獻 31

본문내용

제 2 장 관 련 이 론
2.1 Smart Grid
전력 공급자와 소비자 간에 전력 수요의 시각화에 의한 실시간 정보 교환을 의미하며, 송전망과 IT를 융합한 것으로 전력 수요를 시각화하는 송전망이 Smart Grid입니다.
현재의 송전망은 커다란 발전소에서이용자에게 전력을 보내는 일방통행에 적합한 구조로 되어 있습니다. 그렇지만 태양광발전 및 연료전지 등의 분산형전원이 보급된다면 가정 및 사업소에서도 전력이 공급되어 쌍방향으로 전력이 이동하기 때문에 전력 관리는 지금 이상으로 복잡하고 곤란할 것으로 예상합니다. 그래서 송전망과 IT를 융합해 전력 공급과 이용을 효율화하려고 생각해 낸 것이 Smart Grid의 기본개념입니다.
또한 각 가정이나 사업소에서 태양광발전. 연료전지, 풍력 등에 의해 재생되는 에너지는 각 에너지의 특성상 일정하게 생산과 소비를 할 수가 없습니다. 전력의 공급과 소비의 편차를 최소화하고 경제적이며 효율적인 전력망 구축을 위해 각 에너지를 저장하는 에너지 저장(Storage)는 필수적입니다. 특히 에너지 저장(Storage)은 Smart Grid 구현에 있어서 잉여 에너지를 저장한 후 Smart Grid를 통해 수급이 필요한 곳으로 전력을 보내는 등 Smart Meter와 함께 반드시 필요한 인프라입니다.

2.2 분산전력시스템
경제성장에 따라 개발도상국 및 중진국의 전력 수요가 급증할 전망이며, OECD 국가는 기존 전력망의 노후화에 따른 설비 교체가 필요한 상황입니다. 따라서 중앙발전 건설시 송배전시설에 대규모 투자가 필요하므로 발전설비의 분산화가 더 효율적입니다. 또한 향후 전력 시스템의 Smart Grid가 시행됨에 따라 선택적 전력 사용 환경에서 최적 효율의 전력원 확보를 위해 분산발전의 중요성이 대두되고 있습니다. 현재 분산발전 시장의 95% 이상을 점유하고 있는 터빈, 엔진 등 화석연료 분산발전 시스템이 설치비 등 가격적으로 우수하나 소음 및 온실가스 배출문제가 있는 반면에,

참고 자료

이부형 연구위원, “교토의정서 발효와 대응 방안”, 현대경제연구원, 2005.02.0
하민호, 박세준, 최홍준, 차인수, 윤형상, 윤정필, “PEM 연료전지와 태양광의 복합발전 시스템”, 동신대학교 전기전자공학과, 수소에너지학과, 퓨전정보기술(주)
삼성SDI 홈페이지
삼성SDI 홈페이지
한국에너지기술연구원, “연료전지”, 2000년 발행
박용태, “태양광발전의 개요와 태양광발전소의 설계”, 대우엔지니어링기술보 제 23 권 제 1호
한국가스공사 홈페이지 천연가스 요금정보
한국에너지기술연구원 신재생에너지 자원지도센터 홈페이지 “자원지도시스템”
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