Assessing the role for long-duration energy storage in microgrids considering resilience, energy cost savings, and CO2 emission reductions
이 연구는 마이크로그리드의 회복탄력성 강화, 비용 절감 및 배출량 감소에 있어 장기 에너지 저장 장치(LDES)의 역할을 평가하며, LDES가 높은 회복탄력성이 요구되는 정오 시간대 피크 부하에 특정 이점을 제공하기는 하지만, 현재 및 예상되는 미래 조건 하에서는 일반적으로 리튬 이온 저장 장치에 비해 경제성이 낮은 것으로 나타났다.
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폭풍 속에서도 살아남을 수 있는 이웃 동네 전력망을 상상해 보십시오. 메인 전력선이 끊어지면, 마이크로그리드라고 불리는 이 지역 시스템은 분리되어 병원, 공장 또는 대학교 캠퍼스의 불을 계속 밝힐 수 있습니다. 수십 년 동안 이러한 정전 상황에서 불을 계속 켜두는 표준적인 방법은 디젤 발전기나 천연가스 엔진에 의존하는 것이었습니다. 이 기계들은 연료만 있다면 며칠 동안 가동할 수 있어 신뢰할 수 있습니다. 하지만 이들은 화석 연료를 태우기 때문에 대기에 이산화탄소를 배출하고 국지적 오염을 일으킵니다. 세계가 더 깨끗한 에너지를 추구함에 따라, 엔지니어들은 이 시끄럽고 오염을 유발하는 엔진을 배터리로 대체할 방법을 찾아왔습니다.
배터리의 문제는 시간입니다. 전기 자동차에 들어가는 리튬 이온 배터리와 같은 현재 사용 가능한 대부분의 배터리는 몇 시간 동안 에너지를 저장하는 데 매우 뛰어납니다. 이들은 일일 전력 사용량의 정점을 완만하게 조절하거나 짧은 폭풍을 대비하는 데 적합합니다. 하지만 만약 정전이 이틀이나 일주일 동안 지속된다면, 이 표준적인 배터리들은 에너지가 바닥납니다. 여기서 장기 에너지 저장 기술이라 불리는 새로운 범주의 기술이 등장합니다. 이 시스템들은 훨씬 더 긴 기간, 잠재적으로는 며칠 또는 몇 주 동안 에너지를 보유하도록 설계되었으며, 표준 배터리보다 에너지 단위당 비용이 더 저렴할 수 있습니다. 에너지 계획가들의 큰 의문은 이 오래 지속되는 배터리가 블랙아웃 동안 회복 탄력성을 갖출 뿐만 아니라, 화석 연료 발전기를 완전히 대체할 만큼 저렴하고 깨끗한 마이크로그리드를 구축하는 핵심 열쇠가 될 수 있는지 여부입니다.
캘리포니아 대학교 샌디에이고의 한 연구자는 마이크로그리드가 실제로 어떻게 작동하는지에 대한 상세한 컴퓨터 모델을 구축함으로써 이 질문에 답하고자 했습니다. 그들은 단순히 기술을 진공 상태에서 바라본 것이 아니라, 남부 캘리포니아의 7가지 서로 다른 상업용 건물을 대상으로 실제 환경 조건을 시뮬레이션했습니다. 그들은 세 가지 시나리오 하에서 이 건물들이 어떻게 성능을 발휘하는지 테스트했습니다: 현재의 규칙, 전기 요금이 상승하고 기술은 저렴해지는 미래, 그리고 마이크로그리드의 모든 탄소 및 오염 물질 배출을 금지하는 엄격한 새로운 정책입니다. 또한 그들은 8시간용 시스템부터 거대한 100시간용 시스템에 이르는 세 가지 유형의 장기 저장 장치를 살펴보고, 이를 태양광 패널, 단기 배터리, 가스 발전기의 표준 조합과 비교했습니다.
시뮬레이션 결과는 명확하면서도 다소 놀라웠습니다. 그들이 테스트한 거의 모든 시나리오에서 장기 배터리는 가장 경제적인 선택이 아니었습니다. 가장 비용 효율적인 마이크로그리드는 계속해서 태양광 패널, 표준 리튬 이온 배터리, 그리고 천연가스 발전기의 조합에 의존했습니다. 연구자는 장기 배터리와 표준 단기 배터리가 유틸리티 요금을 절감하기 위해 전력 수요의 최고 정점을 깎아내는 동일한 업무를 두고 서로 경쟁하고 있다는 사실을 발견했습니다. 표준 배터리가 이러한 일상적인 작업에 더 효율적이었기 때문에, 경제적 경쟁에서 승리했습니다. 장기 시스템은 더 많은 에너지를 보유할 수 있음에도 불구하고, 더 저렴하고 효율적인 대안들에 비해 설치 및 운영 비용이 너무 높았습니다.
연구자가 모든 신기술의 비용이 낮아지고 전기 가격이 상승한다고 가정하며 시뮬레이션을 미래로 밀어붙였을 때조차, 장기 배터리는 여전히 최선의 옵션이 되지 못했습니다. 표준 리튬 이온 배터리의 하락하는 비용이 이들을 더욱 매력적으로 만들어, 장기 지속 시스템의 잠재적 이점을 압도했습니다. 연구는 또한 엄격한 환경 규칙이 마이크로그리드로 하여 ผ 화석 연료 사용을 중단하도록 강제할 경우 어떤 일이 벌어질지도 조사했습니다. 이러한 제로 에미션(무배출) 정책 하에서는 마이크로그리드를 운영하는 비용이 모두에게 크게 상승했습니다. 장기 배터리가 태양광 발전을 조금 더 많이 허용하고 가스 의존도를 낮추기는 했지만, 여상 장기 배터리가 마이크로그리드를 기존 대안보다 저렴하게 만들지는 못했습니다. 사실, 연구에서 가장 비싼 마이크로그리드는 장기 배터리를 주요 저장 솔루션으로 사용하려고 했던 것들이었습니다.
그러나 매우 작은 예외가 있었습니다. 연구자는 독특한 전력 사용 패턴을 가진 특정 유형의 건물에서 장기 저장이 잠재적인 틈새 시장을 가질 수 있음을 발견했습니다. 이들은 전력 수요가 태양광 패널이 가장 많은 에너지를 생산하는 시간과 완벽하게 일치하여 낮 중간에 급격히 치솟는 소규모 건물들이었습니다. 테스트된 수많은 시나리오 중 단 두 가지 사례, 즉 가장 엄격한 제로 에미션 규칙 하에서의 이 특정 소규모 건물들에서 장기 배터리 시스템이 표준 설정보다 약간 더 저렴한 것으로 나타났습니다. 이는 장기 저장이 모든 마이크로그리드를 위한 보편적인 해결책은 아닐지라도, 에너지 사용과 발전의 타이밍이 완벽하게 일치하는 특정 전문 응용 분야에서는 자리를 잡을 수 있음을 시사합니다.
또한 이 연구는 신뢰성, 비용, 그리고 청결함 사이의 어려운 트레이드오프(상충 관계)를 강조했습니다. 연구자는 마이크로그리드를 어떻게 구성하더라도 낮은 비용, 높은 신뢰성, 그리고 낮은 배출량을 동시에 달ac성할 수 없다는 것을 발견했습니다. 장기 정전에 대비하기 위해 메인 그리드로부터 전력을 구매하는 대신 로컬 태양광과 저장 장치에 크게 의존하는 마이크로그리드는, 유틸리티로부터 깨끗한 전력을 단순히 구매하는 것보다 전체 탄소 발자국이 더 늘어나는 경향이 있었습니다. 반대로, 완벽하게 깨끗해지려는 마이크로그리드는 메인 그리드에 더 많이 의존해야 했으며, 이는 블랙아웃 시 독립성이 떨어진다는 것을 의미했습니다.
궁극적으로 이 연구는 장기 배터리가 깨끗하고 회복 탄력적인 마이크로그리드 문제를 단독으로 해결할 것이라는 비전이 아직 현실은 아니라는 점을 시사합니다. 이 기술은 유망하며 매우 긴 정전 동안 회복 탄력을 제공하는 데 역할을 할 수 있지만, 현재로서는 마이크로그리드를 운영하는 가장 저렴하거나 효율적인 방법은 아닙니다. 현재로서는 태양광 패널, 표준 배터리, 그리고 가스 발전기의 혼합이 가장 실용적인 경로이며, 장기 저장은 더 구체적이고 맞춤화된 응용 분야에서 자신의 순간을 기다리고 있습니다. 완전히 깨끗하고 회복 탄력적인 로컬 그리드로 가는 길은 복잡하며, 장기 저장은 도구 상자 속의 강력한 도구이긴 하지만, 그 자체만으로 문을 여는 마법의 열쇠는 아닙니다.
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