경쟁적 전력시장의 도입으로 시장의 모든 참여자들은 자신의 효용이나 수익을 극대화하게 된다. 이에 따라 수용가들은 효용극대화 및 비용최소화를 위한 적극적인 전력소비전략을 필요로 하게 되며, 이를 위해 경쟁적 시장의 부하관리 시스템에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 논문에서는 경쟁적 전력시장의 에너지비용절감을 위한 부하관리시스템의 국내외 연구 동향 및 사례들을 조사 분석하였으며 이를 바탕으로 국내 적용 가능성 등을 연구하였다.
본 논문에서는 국내 제조업 가운데 전력 사용량이 상대적으로 많은 화합물 및 화학제품 산업을 대상으로 암묵 (shadow) 비용함수를 사용하여 전력 등의 투입요소 간 효율적 배분 여부를 검증하고 전력의 적정수준 대비 과잉 투입 규모를 조사한다. 기업의 비용최소화 달성을 전제로 각 투입요소에 대한 수요의 가격탄력성을 추정하여 전력요금 인상에 대한 각 요소 수요의 파급효과를 모의실험을 통하여 분석한다. 또한 공급관계식을 비용함수의 방정식체계에 추가하여 동시 추정함으로써 전력요금 10% 인상 시 물가지수에 미치는 영향을 분석한다. 실증분석 결과, 1982-2006년 기간 동안 '투입요소 간 효율적 배분 달성'의 귀무가설은 기각되었으며, 전력은 적정수준 대비 평균적으로 매년 약 98% 과잉 사용되고 있는 것으로 나타났다. 다른 요인들이 불변하다면 전력요금이 10% 인상될 경우 전력 수요는 약 11.4% 감소하였으며, 공급가격은 평균적으로 0.08% 하락하는 것으로 나타났다.
한국전력공사는 전남 해남군 및 제주도 제주시에 직류송전방식의 HVDC 설비를 '98. 03. 준공 운영 중이다. HVDC(High Voltage Direct Current)는 영국 GEC-Alstom의 150MW$\times$2 Pole 변환설비 및 프랑스 Alcatel사의 101km 해저케이블 2회선으로 구성되어 제주도 전력수요의 40%를 담당, 안정적 전력 공급과 발전 연료비 절감에 기여하고 있다. 본 논문은 변환설비 운영 중 해저케이블 1회선 고장 발생에 대비한 해수 귀로용 전극 설비의 기능유지에 적절한 구조물개선과 보수비용 절감을 위한 방법 및 운영 개선 방안에 대하여 고찰하였다.
본 논문에서는 스마트미터를 활용한 건축물의 전력에너지 절감 및 효율화 방안에 대하여 실험하였다. 전력에너지 절감을 위해 개선된 자동역률제어시스템(APFC)을 제안하고, 수요전력의 억제(Demand Control) 방안을 제시하였다. 이는 스마트미터의 ICT 기술을 통하여 실시간 양방향으로 콘덴서 뱅킹과 차단기를 직접 제어함으로써 이루어진다. 개선된 APFC는 콘덴서 뱅킹을 보다 다양화하기 위해 이종 용량의 콘덴서를 직병렬 혼합 결선하여 구성함으로써 구축 비용을 최소화 한다. 상기 기능을 위해 Atmel사의 AVR465를 이용하여 PLC 및 Zigbee 통신기능을 갖는 스마트미터를 설계하였다. 24시간 운영되는 숙박시설에 대하여 테스트한 결과 역률은 95%이상을 유지하였고, 과보상은 발생하지 않았음을 확인할 수 있었다.
기후변화로 인해 가속화되고 있는 충남 지역 가뭄현상에 대응하고 대산 임해산업단지의 증가하는 용수 수요를 만족하기 위해서, K-water에서는 100,000 ㎥/일 규모 역삼투 해수담수플랜트 건설 사업을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 해수담수플랜트 운영비용의 70% 이상을 담당하는 역삼투 공정 성능에 영향을 미치는 주요 인자에 대한 성능 분석을 수행하였다. 대산 지역 해수 염분농도 및 수온 변화 조건에서 RO 공정의 전력소모는 2.39 ± 0.13 kWh/㎥로 나타났으며, 막여과유속과 회수율이 낮을수록 전력소모가 절감되어 연간 운영비용이 감소하였다. 주요 막 제조사별 고유량 막의 성능 비교 결과, 전량 2단 여과공정(full two pass) 기준 생산수 TDS는 평균 3.84 mg/L로 양호하였고, 전력소모는 2.22 ± 0.13 kWh/㎥ 수준으로 확인되었다. 역삼투 공정 구성을 전량 2단 여과방식에서 partial 또는 split partial 방식으로 변경함에 따라 전력소모는 최대 0.29 kWh/㎥, 막모듈 설치비용은 최대 15.6% 절감 가능할 것으로 기대된다.
전력산업 구조개편이후 송전체제, 특히 송전요금체계에 관한 연구가 미흡한 가운데 자연적 독점을 유지하게 될 송전에 대한 정부의 규제가 중요성을 가지게 되었다. 본 연구에서는 여러 정부 규제방안들을 비교 검토하여 최적방안 모색을 위한 방향을 제시하고자 한다. 송전요금은 비용반영 투명성, 비(非)차별, 경쟁 등의 원칙을 지켜야 하고 이런 송전요금에는 경제적 효율성 사회 복지, 비용 최소 운영 등의 증진을 위해 한계비용이 반영되어야 한다. 하지만, 송전 네트웍은 규모의 경제에 종속되는 장기 투자로 구성된다. 이런 조건에서는 한계비용은 정의되기 어렵다. 그러므로 송전요금은 단기적 한계비용들의 신호와 장기적으로는 적절한 비용회수의 보장들과의 타협조정을 해야 한다. 네트웍 요금은 경쟁 정책의 원칙을 준수할 필요가 있으며 어떤 한 네트웍 회사도 과도한 요금을 부과한다든지 또는 사용자들을 차별한다든지 또는 약탈적(predatory) 방식으로 행동할 시에는 지배적 지위 남용에 대해 벌칙을 당하게 되어있다. 송전요금에 관한 결정은 공공서비스 의무비용, 특정 소비자그룹 우대를 위한 국가 정책들과 같은 사회적 목적들에 의해 제한을 받는다. 현존하는 대표적인 정부규제방안인 가격상한제와 투자보수율 규제방식을 검토한 결과 유도된 중요한 사실은 가격상한제 규제방식이 기업들로 하여금 위험(risk)에 좀 더 종속되게 만들지만 반면에 비용절감을 위한 강력한 인센티브를 주어 효율성 향상을 기할 수 있게 만든다는 것이다. 이러한 사실은 가격상한제 규제방식이 정부규제의 기본원칙에 더 많이 부합되며 궁극적인 경제체제의 목표인 자원의 효율적 배분에 더 가깝다는 것을 의미한다.
현재 설치되어 있는 교통신호기의 차량등과 보행자등은 전력소모와 유지관리 측면에서 매년 많은 비용을 지불하고 있는데 서울시의 경우 '97년 1년동안 전기요금 15억원, 유지관리비용 70억원을 지불하고 있는 실정이다. 따라서 에너지 절약 및 유비보수비용 절감을 이한 방안중의 하나로써 LED 교통신호등에 대한 산·학·연의 관심이 고조되고 있다. 그러나 국내에서는 LED신호등에 대한 현장평가실험 및 규격서 제정작업 전혀 이루어지지 않은 상황으로 LED 신호등의 기술개발 및 상용화에 대비한 평가실험 및 기준정립이 요구된다. 본 연구는 한국에너지기술연구소에서 개발한 LED 보행자 신호등을 대상으로 보행자의 인지반응시간, 전력소모량, 시인성, 판독성 등에 대한 현장조사를 실시하여 안정성 및 적용성을 평가하였으며, 경제성분석을 통해 보급타당성을 제시하였다. 본 연구결과는 향후 제정될 LED 교통신호등 규격작업의 기초자료로 활용되며, LED 신호등의 현장적용시 기술적 안정성을 추구하는데 일조를 할것으로 판단된다.
일본의 전 산업계는 지난해 발생한 동북대지진의 여파로 2년째 전력 사용감축에 나서고 있다. 자의반 타의반이라는 시선도 있지만, 일본 인쇄업도 정부의 지침에 따른 강제적인 조업시간 단축 및 조정에 나서고 있다. 자발적으로 나선 에너지 사용량 감축은 아니었지만, 조업시간 단축 및 조정의 결과로 비용 절감에 도움이 되고, 나아가 기업의 체질 개선에도 효과가 있는 것으로 나타났다.
국내 마이크로그리드는 실증단지, 도서지역, 캠퍼스, 산업단지등에 구축되고 있다. 특히 산업단지는 수용가의 전기에너지 이용 효율화와 신재생에너지 전원을 활용한 전력거래를 위해 마이크로그리드를 구축하는 추세이다. 본 논문에서는 ESS(Energy Storage System) 복합운영을 통한 비용절감과 전력거래 수익창출 실증을 위하여 나주혁신도시 동수산업단지 내계통과 연계된 제조업체(태산, 범한, 하이옥스)에 구축되는 마이크로그리드 경제성을 분석한다. 경제성 분석 툴인 HOMER를 이용하여 각 업체별 PV(PhotoVoltaic) 및 ESS용량에 따른 순 현재비용과 1[kWh]당 발전단가를 산출한다. 경제성 분석을 위해 각 제조업체의 최근 1년간 부하량과 산업용 전기요금기준, 기업체 소재지의 기후조건에 따른 태양광발전량, 각 기업체 마이크로그리드 실제구축비용을 입력하고, 공인할인율 5.5[%]와 유류비 1500[원/ℓ]를 기준으로 경제성을 분석한다. 분석을 바탕으로 개별 제조업체 부하 특성에 부합한 마이크로그리드 분산전원 및 설비 용량 선정과 운영방안을 제안한다.
고효율 유도전동기는 일반 유도전동기의 발생 손실을 절감시킨 것으로 적은 소비전력으로 에너지를 절약하고, 운전비용이 낮아서 단기간에 초기 설비투자 비용회수가 가능하고, 온도상승이 크지 않아 전동기 수명을 연장시킬 수 있다. 이에 포스코아에서는 이제까지의 경험을 바탕으로 전기 연구원과 협력하여 고효율 유도전동기 개발에 나섰다. 본 논문에서는 고효율 유도전동기 소형모터금형개발에 관하여 연구하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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