• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.79.2-79.2
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• 2011

플라이 휠 에너지 저장장치(Flywheel Energy Storage System: FESS)는 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 저장하였다가 필요시 회전 운동에너지를 전기 에너지로 변환하여 재사용 가능한 에너지 저장장치 이다. 최근 전력 변환 기술의 발전으로 인하여 플라이휠 에너지 저장 장치의 에너지 입출력 속도가 빨라지고 대용량의 에너지를 저장할 수 있게 되었다. 본 논문에서는 이러한 플라이휠 에너지 저장 장치의 전력 입출력 특성을 이용하여 전력 시스템에서 발생하는 저주파 진동(Low frequency oscillation)을 억제하는 방안을 제시 하여 안정도를 향상 시키고자 하였다. 전력 시스템은 발전조건, 전송조건, 부하조건에 따라 동작 조건이 지속적으로 변하고 있다. 이러한 동작 환경 변화는 전력 시스템에 대한 수학적인 표현과 실제 전력계통간의 차이가 발생하기 때문에 정확한 제어 목적을 달성하기가 힘들다. 따라서 본 논문에서는 제어기 설계 단계에서 전력 계통의 불확실성을 고려할 수 있는 $H_{\infty}$ 제어 기법을 이용하여 플라이휠 에너지 저장장치를 위한 강인 제어기를 설계 하였다. 제안한 플라이휠 에너지 저장장치의 강인 제어기의 유용성을 입증하기 위하여 1기 무한대 모선에 적용한 결과를 비선형 시뮬레이션을 통하여 다양한 외란이 발생한 경우에 외란 억제 성능과 강인성에 대하여 고찰 하였으며, 제안한 방식이 기존의 전력계통 안정화 장치(Power system stabilizer: PSS) 보다 효율적이며 전력계통의 안정도 향상에 크게 기여함을 보이고자 하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2006.11a
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• pp.206-212
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• 2006

최근 세계 전력시장은 시장개방 및 통합, 환경규제 강화, 기술개발에 따라 신재생에너지 시장이 매우 빠른 속도로 성장하고 있다. 이와 발맞추어 최근 국제에너지 가격의 급등과 미국, 중국 등의 에너지안보 강화에 따라 신재생에너지는 미래 에너지원의 큰 축을 차지할 것으로 전망됨에 따라 EU 전력시장 내 전력회사들은 신재생에너지 시장을 핵심 사업영역의 하나로 추진하고 있다. 반면 국내 신재생에너지 시장은 정부 보급목표와 비교할 때 미미한 수준에 머무르고 있다. 이는 국내 신재생에너지 지원정책의 한계와 시장의 구조적인 문제점에 기인하는 것으로 분석된다. 따라서 본 논문에서는 EU 신재생에너지 시장의 분석을 통해 국내 신재생에너지 시장 확대를 위한 대안과 국내 전력회사들의 역할 및 시장진입전략을 살펴보고자 한다.

• Journal of Technology Innovation
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• v.2 no.1
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• pp.1-57
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• 1994

본 고는 지속적 개발 론에 입각한 적극적인 에너지수요 관리정책을 추진한다는 전제하에 2001년과 2006년의 우리 나라 가정부문 전력수요를 전망하고자 한다. 본 고는 지속적 개발 시나리오를 추정함에 있어서 기존의 계량모형보다 일종의 공학적 모형인 공정분석(process analysis)을 선호한다. 계량모형이 주로 과거 수요의 소득 및 가격 탄성 치를 바탕으로 미래의 수요를 예측하는데 비하여 공정분석모형은 기술발전에 따른 미래의 효율변화(향상)를 비교적 잘 반영할 수 있기 때문이다. 본 고는 덴마크공과대학교 Norgard 교수팀이 개발한 모형을 도입하여 분석모형(수식 (6))을 전력수요 = 기기 수 $\times$ 전력서비스$\times$ 전력집약도와 같이 설정하고 이를 사용하여 냉장고, 텔레비전, 조명 기기, 난방기기 등과 같은 전력사용 기기 별로 2001년과 2006년이 전력수요를 전망하였다. 본 고는 전력수요를 전력사용 기기의 사용용량(300리터 용량의 냉장고 등)과 사용시간을 나타내는 전력서비스와 전력 서비스당 필요 전력사용량을 나타내는 전력집약도로 나누어 구분하고 있는 모형을 이용함으로써 소득향상효과와 함께 기술발전에 따른 효율개선효과를 분석할 수 있다. 1) 생활수준 향상에 따라 전력서비스는 지금과 같이 증가한다, 2) 현실적으로 가능한 범위 내에서 전력사용 기기에 대한 최저 에너지 효율 제를 실시한다, 3) 현재 사용중인 기기 들은 원칙적으로 수명이 다한 후 고효율 기기 들로 자연 교체한다, 4) 최저 에너지 효율 제를 제외한 다른 제도 및 정책개선, 사용자의 에너지소비형태 개선에 따른 절전 잠재 량을 고려하지 않는다 등의 가정 하에 전력수요를 추정한 결과 1992년에 796 GWh(100)이었던 우리 나라 가정부문 전력수요는 2001년과 2006년에 29,237 GWh(134)와 33,118 GWh(152)로 각각 34%와 52%증가할 것으로 나타났다. 이 경우 1992년부터 2006년까지 가정용 전력수요 증가율은 연평균 3%로 추정된다. 기기의 서비스(가구수$\times$기기의 보급 율$\times$기기의 전력서비스)가 소득향상에 따라 증가하는데도 불구하고 전력수요의 증가율이 GDP(같은 기간 동안 연평균 증가율 5.7%)보다 매우 낮은 것은 기기의 대형화와 기기의 보급을 증가에 따른 전력의 추가수요가 기기의 에너지효율 개선으로 대부분 상쇄될 것이기 때문이다. 향후 10년 내에 기기에 따라 전력사용량을 25%~50%정도까지 줄일 수 있을 것으로 분석된다. 기술발전에 따른 기기의 에너지효율 개선효과는 본 고의 2006년도 가정용 전력수요의 전망치 33,118 GWh가 기존방식에 의한 한전의 전망치 61,155 GWh의 54%수준밖에 되지 않는데 서도 잘 나타나고 있다. 한편 본 고는 경제성장과 환경보존을 동시에 달성할 수 있는 지속적 개발의 실천방안으로서 에너지 수요관리를 논하고자 한다. 고효율 기기의 개발과 조기도입을 촉진시키는 에너지 수요관리 통하여 우리는 에너지효율을 대폭 개선시키며 대기오염 배출량도 대폭 줄일 수 있다. 본 고는 에너지 공급관리(공급확충)위주에서 에너지 수요관리위주로서의 에너지정책 전환은 불가피하다고 판단한다. 에너지 공급시스템보다 에너지 수요시스템위주로 전체 에너지시스템을 획기적으로 개선시키기 위해서는 최저 에너지효율제의 광범위한 실시와 함께 고효율 기기의 개발과 보급에 필요한 유인책의 도입, 고효율 기기와 에너지의 효율적 이용에 대한 정보 등이 필요시 되고 있다. 우리 나라의 경우 현재의 산업구조와 기술수준을 고려하여 에너지 효율의 기준을 미국보다 다소 낮게 설정한다면 최저 에너지효율제의 도입이 문제가 되지 않을 것으로 판단된다. 본 고는 고효율 기기의 개발과 조기도입을 지원하기 위한 가칭 대기환경보존 및 에너지 수요관리기금의 창설을 제안한다. 전력부문의 경우 기금은 1. 탄소세, 2. 전력소비에 대한 수요 관리 세의 도입 혹은 3. 한국전력공사 전력판매수입의 일정 분으로 조성될 수 있을 것으로 본다. 예를 들어 선진국들이 탄소세를 예정대로 도입한다는 전제하에 우리 나라가 2000년을 기준으로 탄소 톤당 8달러(석유 배럴 당 85센트)의 탄소세를 도입한다면 연간 7억 2,000만 달러(약5,760억 원)규모의 기금을 조성할 수 있다. 이 중 연간 2,000억 원 정도를 고효율 기기의 개발과 조기도입에 지원한다면 우리 나라 에너지 시스템 효율은 대폭 개선될 수 있을 것으로 예상된다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2016.07a
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• pp.409-410
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• 2016

에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 태양광(PV), 풍력(WT) 등과 같은 신재생 에너지 출력안정화, 계통 전력품질 개선, 수용가 에너지효율화 등의 분야에 이용되고 있다. 에너지 저장 시스템은 전력변환장치와 에너지 저장장치로 구성되며, 에너지 저장 장치로 배터리를 많이 사용하고 있다. 전력변환장치 및 제어기의 설계 및 검증을 위해서는 배터리를 전력변환장치에 연계하여야 하지만 배터리의 경우 고가에 관리가 어렵기 때문에 일반적으로 DC전원 모의 장치를 이용한다. 또한 배터리를 사용함에 따라 노화가 진행되어 배터리 임피던스 특성이 변화해 에너지 저장 시스템의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 에너지 저장 시스템용 전력 변환장치 및 제어기의 설계 및 현실적인 검증이 가능한 배터리 노화 특성을 고려한 DC전원 모의장치를 개발하기 위한 연구를 진행하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2015.07a
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• pp.635-636
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• 2015

한전에서는 전력계통과 연계한 대용량 배터리 에너지저장장치(Energy Storage System)에 전력을 저장하였다가 전력계통의 최대 부하 보상, 주파수 조정, 신재생에너지 출력 평준화 등에 이용하고 있다. 배터리를 이용한 에너지저장장치의 실용성을 확인하기 위하여 한국전력공사 전력연구원 ESS연구사업단에서는 제주시 조천변전소에 4MW급 실증단지를 건설하여 시험을 진행하여 왔다. 최근에는 52MW 배터리 에너지저장장치를 전력계통의 주파수 조정용으로 사업화하고 있으며, 이와 관련된 연구도 진행하고 있다. 한국전력공사 전력연구원에서는 서안성, 신용인 변전소에 건설을 완료하여 시운전 중인 52MW 배터리 에너지저장장치 사업에 관련된 기술개발을 위하여 전력연구원에 24MW용 제어시스템, 조천변전소에 28MW용 제어시스템을 개발하여 관련기술을 서안성, 신용인 변전소 에너지저장장치에 적용하여 자동제어 시운전을 수행하였다. 본 논문에서는 주파수조정용 52MW 배터리 에너지저장장치의 시운전 내용을 소개하고자 한다.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2008.07a
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• pp.1130-1131
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• 2008

현재는 화석연료에서 신재생에너지로 에너지 패러다임이 변화하고 있는 시점이며, 신재생에너지를 보다 효율적으로 운영하여 효율성을 높이기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다. 전기 에너지는 생산과 동시에 소비해야 한다는 특성을 가지고 있으며, 그 중 태양광 발전과 같은 신재생에너지원은 기후요인에 의해 출력이 결정되기 때문에 수요전력보다 공급전력이 많아 잉여전력이 생기거나 공급전력보다 수요전력이 많아 부족전력이 발생하여 전력품질을 악화시킬 수 있다는 단점이 있다. 본 논문에서는 이런 태양광 발전의 단점을 보완하기 위해서는 잉여전력이 발생한 경우는 Battery와 Electrolyzer를 이용하여 에너지를 저장하고 부족전력이 발생한 경우는 Battery를 이용하여 보상하는 방법을 제안하였다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2017.07a
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• pp.200-201
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• 2017

무선전력전송 시스템의 전력 수신부는 많은 경우 송신부에 비해 크기가 작으므로 자계결합 에너지링크 코일의 권선을 비대칭으로 설계할 필요가 있다. 본 논문은 직렬 공진 보상 구조의 자계결합 무선전력전송에서 에너지링크 전압이득과 전력전송효율을 동시에 고려해 전력변환회로 관점에서의 비대칭 코일의 도식적인 분석 및 설계 방법을 제안한다. 제안하는 설계평면을 통해 에너지링크 코일의 정렬이 어긋날 때 혹은 부하요구가 변할 때 에너지링크의 전압이득과 전력전송효율 변화를 직관적으로 예측할 수 있으며 주어진 설계조건에 따라 에너지 링크를 간단히 설계할 수 있다. 본 제안방법은 회로 시뮬레이션을 통해 검증 되었다.

• Proceedings of the KIPE Conference
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• 2020.08a
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• pp.338-339
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• 2020

화력 발전에 의한 전력 생산은 환경오염으로 이어지고 이를 극복하기 위해 태양광 발전 혹은 풍력발전과 같은 신재생에너지원을 이용한 전력 생산이 꾸준히 증가하고 있다. 하지만 신재생에너지는 불규칙적인 전력을 생산할 뿐만 아니라 전력 계통의 도선 및 부하의 임피던스에 의해 계통의 전압 및 주파수가 변동한다. 이러한 문제를 극복하기 위해 계통 연계형 스마트 인버터를 사용하여 신재생에너지를 사용함과 동시에 계통의 안전성을 높일 수 있다. 본 논문은 ESS를 사용한 계통 연계형 스마트 인버터의 Voltage-Watt, Voltage-Var 제어 및 Frequency-Watt 제어를 통해 신재생에너지에 의해 발생하는 계통의 문제를 해결하는 제어 알고리즘을 제안한다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2023.05a
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• pp.78-78
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• 2023

기후변화 위기는 유사 이래 인류가 직면한 가장 큰 도전으로 범정부적 글로벌 문제로서 이를 해결하기 위한 다양한 정책들이 범국가 차원 혹은 세계적 기업들에 의해 발표 혹은 시행되고 있다. 이러한 기후변화위기와 탄소배출 저감을 위한 대표적인 대응 방안 중 하나가 바로 재생에너지의 확대·보급 노력이다. 그러나 재생에너지는 날씨와 계절 등 자연환경의 영향을 받는 에너지원으로써 간헐성, 변동성을 가지므로, 시간대별 발전량 예측과 전력공급 안정성에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 재생에너지 발전은 석탄화력 발전과 달리 전력의 수요와 공급의 균형을 위한 에너지저장장치(Energy Storage System, 이하 ESS)가 있어야 한다. ESS는 전력공급 안정성 향상과 전력 수급의 유연성을 제공하는 장점이 있지만, 초기 설치비용이 높은 단점이 있다. 특히, 배터리 기반 ESS의 경우 높은 구축 비용과 한정적인 충. 방전수명으로 인하여 대용량 ESS로써의 역할 수행에는 분명한 한계가 있다. 하지만 재생에너지와 연계한 ESS로 양수발전댐을 활용할 경우 장주기, 장수명, 대용량 에너지 저장에 매우 합리적인 수단으로 판단되었다. 다만, 양수발전 댐 구축에는 토목공사로 인한 환경 훼손이라는 문제점도 존재한다. 본 고에서는 지역 분산형 소규모 양수발전(Pumped Storage Hydropower, 이하 PSH)댐 구축 및 운영기술 개발을 통해 지역 전력공급과 전력 수급을 조절하면서 변동성 재생에너지를 안정적으로 사용할 수 있는 방안을 소개하고자 한다. 특히, 해당 기술은 지역별 특성에 맞춰 유연하게 설치할 수 있으며, 대규모 토목공사로 의한 환경적 부작용을 최소화할 수 있다. 또한 소규모 PSH는 지역의 저수지 및 수자원을 이용하여 에너지를 저장함으로써 변동성 큰 재생에너지의 유연화 대응과 동시에 안정적인 에너지 공급이 가능하다. 본 고에서는 재생에너지의 확대·보급에 따른 문제점과 대표적 ESS 기술들을 분석·소개한다. 지역분산형 소규모 PSH 기술개발 연구기획 내용 소개를 통하여 전력 생산 및 공급의 탈중앙화를 달성하고, 지역별 변동성 재생에너지의 안정적 활용과 지역 전력공급 특성 및 전력 수급에 대응할 수 있는 방안을 제안하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.50.1-50.1
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• 2011

전력수요가 적을 때 잉여전력을 저장하고 전력수요가 많은 시간대나 전기료가 비싼 시간대에 저장된 전력을 사용함으로서 전력의 활용 효율을 높이고, 전력공급 시스템을 안정화하기 위해 에너지저장시스템의 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 또한 공장, 산업용빌딩이나 병원 등 고르고 안정적인 전력의 수요는 늘어나고 있으며, 화석 연료 고갈 문제로 인한 신재생에너지 발전의 중요성도 대두되고 있다. 본 논문에서는 무정전 전원장치, 태양광발전시스템, 에너지 저장 시스템을 모두 통합하였다. 제안한 시스템은 3상 인버터, 부스트 컨버터, 양방향 컨버터, 사이리스터 스위치로 구성된다. 인버터는 계통과 연계되거나 UPS 동작 시 AC 전력을 만든다. 부스트 컨버터는 태양광 패널과 연결되어 MPPT 제어를 수행한다. 양방향 컨버터는 잉여전력을 배터리에 저장을 하고, 전력이 부족할 시에는 배터리의 전력을 방전한다. 사이리스터 스위치는 정전 시 계통과 부하를 끊어주는 역할을 한다. 본 논문에서는 15kW급 시스템으로 구현하여 검증하였다.