• Journal of Electrical Engineering and Technology
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• 제12권5호
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• pp.1777-1788
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• 2017

This paper presents the design and dynamic analysis of a stand-alone microgrid with high penetration of renewable energy. The optimal sizing of various components in the microgrid is obtained considering two objectives: minimization of levelized cost of energy (LCOE) and maximization of renewable energy penetration. Integrating high renewable energy in stand-alone microgrid requires special considerations to assure stable dynamic performance, we therefore develop voltage and frequency control method by coordinating Battery Energy Storage System (BESS) and diesel generators. This approach was applied to the design and development of Gasa Island microgrid in South Korea. The microgrid consists of photovoltaic panels, wind turbines, lithium-ion batteries and diesel generators. The dynamic performance of the microgrid during different load and weather variations is verified by simulation studies. Results from the real microgrid were then presented and discussed. Our approach to the design and control of microgrid will offer some lessons in future microgrid design.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제28권1호
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• pp.147-176
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• 2019

본 연구에서는 국내의 균등화 발전비용에 대한 연구결과를 기초로 하여 전원 구성에 있어서 원자력의 비중이나 이용률이 발전의 사회적 비용에 어느 정도 영향을 주는지를 시뮬레이션을 통해 도출한다. 원전이 상대적으로 증가되도록 설계되었던 제7차 전력수급기본계획과 원전의 비중을 축소하고 신재생에너지 발전의 비중을 증가시킨 제8차 전력수급기본계획을 비교하여 전원 믹스에 따른 발전의 사회적 비용, 발전단가, 전기요금의 변화 정도를 추정한다. 8차 수급계획의 환경급전 관련 변수를 고려하고, 국내 두 기관의 균등화 발전비용 연구결과를 이용한 시뮬레이션 결과, 사회적 비용은 향후 10년 내에 22%까지 증가할 수 있고, 직접적인 전력생산비용에 기초하고 있는 발전단가 역시 22% 증가하고, 전기요금은 최대 18%까지 증가할 수 있음을 도출하였다. 따라서 제8차 전력수급기본계획에 따른 전원믹스는 발전에 따른 외부 비용까지 고려한 사회적 비용차원에서 검토할 경우 7차 수급계획의 전원믹스와 비교할 때 사회적 비용을 증가시킨다.

• 시스템엔지니어링학술지
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• 제12권1호
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• pp.73-87
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• 2016

Combining power generation and water production by desalination is economically advantageous. Most desalination projects use fossil fuels as an energy source, and thus contribute to increased levels of greenhouse gases. Environmental concerns have spurred researchers to find new sources of energy for desalination plants. The coupling of nuclear power production with desalination is one of the best options to achieve growth with lower environmental impact. In this paper, we will per-form a sensitivity study of coupling nuclear power to various combinations of desalination technology: {1} thermal (MSF [Multi-Stage Flashing], MED [Multi-Effect Distillation], and MED-TVC [Multi-Effect Distillation with Thermal Vapour Compression]); {2} membrane RO [Reverse Osmosis]; and {3} hybrid (MSF-RO [Multi-Stage Flashing & Reverse Osmosis] and MED-RO [Multi-Effect Distillation & Reverse Osmosis]). The Korean designed reactor plant, the APR1400 will be modeled as the energy production facility. The economical evaluation will then be executed using the computer program DEEP (Desalination Economic Evaluation Program) as developed by the IAEA. The program has capabilities to model several types of nuclear and fossil power plants, nuclear and fossil heat sources, and thermal distillation and membrane desalination technologies. The output of DEEP includes levelized water and power costs, breakdowns of cost components, energy consumption, and net saleable power for any selected option. In this study, we will examine the APR1400 coupled with a desalination power plant in the Kingdom of Saudi Arabia (KSA) as a prototypical example. The KSA currently has approximately 20% of the installed worldwide capacity for seawater desalination. Utilities such as power and water are constructed and run by the government. Per state practice, economic evaluation for these utilities do not consider or apply interest or carrying cost. Therefore, in this paper the evaluation results will be based on two scenarios. The first one assumes the water utility is under direct government control and in this case the interest and discount rate will be set to zero. The second scenario will assume that the water utility is controlled by a private enterprise and in this case we will consider different values of interest and discount rates (4%, 8%, & 12%).

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권2호
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• pp.365-370
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• 2012

국내 초임계 석탄화력발전소에 연소 후 $CO_2$ 포집공정을 설치하였을 경우에 예상되는 발전단가와 $CO_2$ 저감비용(Cost of $CO_2$ avoided)을 산출하였다. 본 연구에서 고려된 연소 후 $CO_2$ 포집기술은 이미 상업적으로 적용이 가능하고, 기존의 화력발전에 적용이 용이한 아민 화합물을 이용한 화학 흡수법을 기초로 하였으며, 경제성 평가를 위해 연간 발생하는 비용 및 발전량을 연간 균등화(Levelized)하여 발전단가를 산정하는 수명기간 중 발전단가 분석(LCCA: Life Cycle Cost Analysis) 방식을 활용하여 분석하였다. 경제성 평가에서 가장 중요한 항목 중 하나인 설비 투자비(건설비 등) 및 운영비 산출을 위해, 기존의 $CO_2$ 포집 설비가 없는 기준 석탄화력발전소의 건설비는 IEA(국제에너지기구)에서 제시하는 국내 초임계석탄화력 발전소(순출력 767 MW급)의 데이터를 활용하였으며, 석탄화력발전소에 $CO_2$ 포집설비가 추가된 경우에도 IEA에서 제시하는 기준 석탄화력발전소와 $CO_2$ 포집설비 설치 후의 OECD 평균 순공사비(Overnight cost) 증감분을 참조하여 계산하였다. 상기 데이터를 이용하여 기존 석탄화력발전소 및 $CO_2$ 포집 설비 설치 후의 발전단가 및 $CO_2$ 포집비용을 분석한 결과 $CO_2$ 포집설비 설치 후 발전 효율은 기존 초임계 석탄화력발전소의 발전효율 41%에서 31.6%로 약 9.4%가 저하되었으며, 발전단가는 기존의 45.5 USD/MWh에서 73.9 USD/MWh로 약 62%가 증가되었고 $CO_2$ 포집비용은 41.3 USD/$tCO_2$로 산출되었다.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제23권6_1호
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• pp.907-915
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• 2020

Specification selection, Layout, specifications and combinations of Power Drives, and Ship motions were studied for FGPP(Floating Gas-fired Power Plants), which are still needed in areas such as the Caribbean, Latin America, and Southeast Asia where electricity is not sufficiently supplied. From this study, the optimal equipment layout in ships was derived. In addition, the difference between engine and turbine was verified through LCOE(Levelized Cost of Energy) comparison according to the type and combination of Power Drives. Analysis of Hs(Significant Height of wave) and Tp(spectrum Peak Period of wave) for places where this FGPP will be tested or applied enables design according to wave characteristics in Brazil and Indonesia. Normalized Sloshing Pressures of FGPP and LNG Carrier are verified using a sloshing analysis program, which is CFD(Computational Fluid Dynamics) software developed by ABS(American Bureau of Shipping). Power Transmission System is studied with Double bus with one Circuit Breaker Topology. A nd the CFD analysis allowed us to calculate linear roll damping coefficients for more accurate full load conditions and ballast conditions. Through RAO(Response Amplitude Operator) analysis, we secured data that could minimize the movement of ships according to the direction of waves and ship placement by identifying the characteristics of large movements in the beam sea conditions. The FGPP has been granted an AIP(Approval in Principle) from a classification society, the ABS.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권4호
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• pp.470-478
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• 2016

화석연료 사용으로 인한 환경오염과 기후변화는 전 지구적인 환경 문제로 대두되고 있다. 또한 화석연료 고갈 및 경제적 취약성을 극복하기 위하여 태양광, 풍력 등 신재생에너지 자원 기반 에너지공급 시스템 구축이 많은 관심을 받고 있다. 이러한 신재생에너지 시스템은 자원의 낮은 공급안정성을 극복하기 위하여 다양한 자원을 이용한 독립 통합 에너지공급 시스템 설계 및 운전 전략이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 PV, Wind turbine, 화석연료 기반 발전 및 저장장치 등으로 구성된 독립 에너지공급 시스템을 설계하였다. 또한 최적화 모델을 이용하여 각 지역별 최적 전력생산 시스템의 구성요소를 규명하고 소요비용을 분석하였다. 제시된 모델 검증을 위하여 한국의 주거, 농업, 상업부문 등 주요 에너지수요 만족을 위한 설계문제를 해결하였다. 그 결과 주거부문의 경우 $0.37~$0.44/kWh, 농업부문의 경우 $0.15~$0.61/kWh, 상업부문의 경우 $0.12~$0.28/kWh의 단위전력 비용을 보였다.

• 신재생에너지
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• 제8권4호
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• pp.21-29
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• 2012

The extensible supply of New & Renewable energy resources desperately needs to counter the high dependence on imported energy, recent high oil prices and the Climate Change Conference, and the government has operated the 'Renewable Portfolio Standard' (RPS) as one of the renewable energy policy from 2012. By analyzing the operation case of combined heat and power plant using the woodchip biomass, we drew the price of wood chip fuel, plant capacity factor, electricity selling price, heat selling price and LCOE value. After analyzing the economic feasibility of 3MWe combined heat and power plant based on the operating performance, the minimum of economic feasibility has appeared to be secured according to the internal rate of return (IRR) is 6.34% and the net present value (NPV) is 3.6 billion won as of 20 years life time after installation, and after analyzing the cases of the economic feasibility of the price of wood chip, plant capacity factor, electricity and heat selling price are changed, the economic feasibility is valuable when the price of wood chip is over 64,000 won/ton, NPV is minus, and the capacity factor is above 46.9%, the electricity selling price is 116 won/kWh and the heat selling price is above 75,600 won/Gcal. When going over the new installation hereafter, we need the detailed review of the woodchip storage and woodchip feeding system rather than the steam-turbine and boiler which have been inspected many times, the reason why is it's hard to secure the suitable quality (constant size) of woodchip by the lack of understanding about it as a fuel because of the domestic poor condition and the calorific value of woodchip is seriously volatile compared with other fuels.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제27권2호
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• pp.261-286
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• 2018

본 논문은 제 7차 전력수급기본계획에서 제시한 신규 원자력발전, 석탄 발전, 그리고 LNG 복합 발전의 균등화발전비용과, 고리 1호기(가압형 경수로, PWR) 및 월성 1호기(가압형 중수로, PHWR)의 계속운전 기간별(10년과 20년) 균등화발전비용을 추정하여 비교해서 원전 계속운전의 노형별 및 계속운전 기간별 경제성을 평가하였다. 균등화발전비용을 이용한 원자력 발전의 계속운전 경제성은 노형, 계속운전기간, 할인율, 이용률 등으로부터 영향을 받는다. 분석결과에 따르면 가압형 경수로(고리 1호)는 가압형 중수로(월성 1호)보다 경제성이 높다. 원자력발전의 계속운전과 다른 전원의 경제성 비교 결과를 보면 가압형 경수로(고리 1호)의 경우에 20년 계속운전이 신규 원자력 발전 및 석탄발전보다 경제적이다. 그러나 가압형 중수로(월성 1호)의 경우에 20년 계속운전은 LNG 복합 발전보다 경제적이지만, 신규 원전 및 신규 석탄발전보다 비경제적이다. 원자력발전의 계속운전에서 보면 20년 계속운전이 경제적이며, 특히 가압형 경수로는 다른 전원보다 비용효율적이다. 원자력발전의 계속운전 정책은 모든 원전을 폐로하기 보다는 안전성과 경제성을 동시에 고려하는 선별적 접근 방식이 유효하다.

• 자원ㆍ환경경제연구
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• 제22권2호
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• pp.367-391
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• 2013

후쿠시마원자력발전소의 사고를 계기로 원전의 안전대책비용, 사고위험대응비용과 같은 외부비용들의 존재가 부각되고 있다. 이에 본 연구는 원전의 외부비용들 중에서 추가안전대책비용과 사고위험대응비용을 추정하고, 이를 발전원가 및 전기요금에 반영하여 변화정도를 살폈다. 원전의 추가안전대책비용은 70~90%의 이용률에서 0.53원/kWh~0.80원/kWh으로 원전의 발전원가에 큰 영향을 미치지는 않는다. 사고위험대응비용은 원전사고피해규모별, 사고발생빈도별, 이용률별로 0.0025원/kWh~26.4188원/kWh로 추정되었다. 사고위험대응비용을 포함시키면 원전발전원가는 47.58원/kWh~85.92원/kWh가 된다. 2011년을 기준으로 사고위험대응비용을 내부화한 경우의 전기요금의 증가율은 70~90%의 이용률에서 0.001%~10.0563% 로 추정되었다. 본 연구는 원전의 외부비용을 내부화하는 방법으로서 외부비용을 발전원가에 포함하여 전기요금에 반영하였다. 본 연구는 지금까지 우리나라에 논의되지 않았던 원전 외부비용을 내부화하는 방법의 하나가 될 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권3호
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• pp.332-340
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• 2017

본 연구에서는 다목적 최적화 기법을 이용하여 다양한 신재생에너지 자원 기반 통합 에너지 공급 시스템을 설계 및 평가 한다. 본 연구에서는 에너지 공급 시스템의 주요 구성요소로써 태양광 모듈, 풍력터빈 및 화석연료 기반 발전장치 등 에너지 생산 기술을 비롯하여 배터리와 인버터 등의 전력 에너지 저장 및 변환 장치 등도 포함한다. 특히, 6개의 한국 대표 지역을 선별하여 각 지역의 에너지 요구량 및 실제 신재생 에너지 자원 데이터를 기반으로 최적의 독립 통합 에너지 공급 시스템을 설계하였으며, 총 소요비용, 단위에너지비용 및 생애주기 이산화탄소 배출 분석 등, 다양한 지표를 이용하여 시스템의 경제성 및 환경성을 분석한다. 특히 다목적최적화 기법을 이용하여 최소 비용과 최소 이산화탄소 배출 등 두 목적함수를 동시에 만족하는 파레토 솔루션을 규명함으로써 신재생 자원 기반 독립 에너지 공급 시스템 설계의 가능성 및 효과를 정량적으로 분석하였다. 분석 결과, 신재생에너지 자원이 좋은 지역일수록 시스템 구축 비용 증가에 따른 이산화탄소 절감 효과가 높은 것으로 나타났다. 또한, 신재생에너지 자원 기반 에너지 공급 시스템의 전력 단가는 현재 기존 단가보다 평균 0.35~0.46 $/kWh높게 나타났으며, 이산화탄소 배출량의 경우 기존 배출량보다 470~490 g$CO_2$/kWh정도의 저감효과를 보임을 분석하였다.