Devonie McCamey 작성
최근 에너지 관련 헤드 라인과 업계 발표를 빠르게 살펴보면 하이브리드에 대한 관심이 높아지고 있음을 알 수 있습니다. 우리는 자동차에 대해 이야기하는 것이 아닙니다.
하이브리드 재생 가능 에너지 시스템은 여러 재생 가능 에너지 및 / 또는 에너지 저장 기술을 단일 플랜트에 결합하며 더 넓은 하이브리드 시스템 세계의 중요한 하위 집합을 나타냅니다. 이러한 통합 전력 시스템은 미래의 탈 탄소 그리드에서 최대의 효율성과 비용 절감을 실현하는 열쇠로 점점 더 찬사를 받고 있지만, NREL (National Renewable Energy Laboratory) 분석 수집이 늘어나면서 사용 된 도구로 하이브리드의 이점을 평가하는 데 여전히 어려움이 있음을 나타냅니다. 미래의 그리드를 계획하는 데 도움이됩니다.
하이브리드를 독립형 대안과 비교할 때 다음과 같은 질문을 해결하는 것이 중요합니다. 그리드에 대한 개별적인 기여를 극대화 할 수있는 각 기술을 배치하는 대신 재생 가능 기술과 저장 기술을 결합하는 것이 항상 유익합니까? 아니면 특정 하이브리드 설계 만 유용합니까? 에너지 연구 커뮤니티는 전력 시스템 모델에서 하이브리드의 특성을 일관되게 표현합니까? 그리고 하이브리드와 그 잠재적 영향을 연구 할 때 공통 정의를 사용하고 있습니까?
Magic 8-Ball을 뒤집 으면 다음과 같은 반응이 나타날 수 있습니다. 집중하고 다시 물어보십시오.
"NREL에서 우리는 모델에서 하이브리드 시스템을보다 미묘하고 상세한 방식으로 표현하여 이러한 질문에 답하기 위해 노력하고 있으며 궁극적으로 모델링 상태를 발전시켜 다양한 도구에서 하이브리드가 처리되는 방식의 일관성을 보장합니다."라고 말했습니다. Caitlin Murphy, NREL 선임 분석가이자 하이브리드 시스템에 대한 여러 최근 연구의 수석 저자. “다양한 방식으로 설계하고 크기를 조정할 수있는 이러한 시스템에 대한 관심이 증가함에 따라 특히 각 기술을 개별적으로 배포하는 것과 관련하여 에너지, 용량 및 보조 서비스의 형태로 그리드에 제공하는 가치를 결정하는 것이 중요합니다. .”
이 작업의 결과는 서로 다른 모델이 보여주는 것과 에너지 커뮤니티의 많은 사람들이 미래 그리드에 대한 하이브리드 시스템의 가치와 관련하여 선포 한 것 (아마도 조기에) 사이의 일부 차이를 강조합니다.
"하이브리드 화는 에너지 시장과 정책의 설계, 운영 및 규제에 대한 기회와 도전을 창출합니다. 현재 데이터, 방법 및 분석 도구는 하이브리드 에너지 시스템의 비용, 가치 및 시스템 영향을 완전히 표현하기에 충분하지 않습니다."라고 Paul은 말했습니다. NREL 수석 에너지 분석가이자 공동 저자 인 Denholm. "궁극적으로, 우리의 연구는 우리가 해답을 찾기 위해 노력할 때 일관성과 협력을 장려하기 위해 연구 커뮤니티 및 업계 전반에 걸쳐 더 많은 조정이 필요함을 지적합니다."
첫째, 하이브리드 시스템에 대해 이야기 할 때 의미하는 것은 무엇입니까? NREL은 시스템을 진정한 하이브리드로 만드는 것을 설명하는 분류법을 제안합니다.
답 찾기는 같은 언어로 시작합니다. 연구원들이 재생 가능 에너지와 저장 기술을 연결하는 시스템에 대한 공유 어휘로 이동하도록 돕기 위해 Murphy와 동료 NREL 분석가 Anna Schleifer 및 Kelly Eurek은 종이 새로운 분류를 제안합니다.
하이브리드 에너지 시스템에 대해 제안 된 몇 가지 기술 조합을 보여주는 회로도. NREL의 문헌 검토는 몇 가지 제안 된 기술 조합을 확인했습니다. 파란색 노드는 가변 재생 에너지 (VRE) 기술을, 녹색 노드는 에너지 저장 기술 유형을, 주황색 노드는 가변 재생 에너지 (RE) 기술 또는 시스템을 나타냅니다. 호는 문헌에서 제안 된 기술 쌍을 나타냅니다. PV : 광전지; RoR : 흐르는 강; HESS : 하이브리드 에너지 저장 시스템; CSP + TES : 열 에너지 저장으로 태양 광 집중; 기계적 저장 아이콘은 압축 공기 에너지 저장 장치와 플라이휠을 포함하며, 두 가지 모두 궁극적으로 저장된 에너지를 전기로 변환합니다. 출처 :“유틸리티 규모의 재생 가능 에너지와 에너지 저장 기술을 결합한 시스템 분류"
Murphy는 "하이브리드의 잠재적 인 영향을 정량화하는 능력은 이러한 시스템의 일관성없는 처리와 하이브리드 화의 어떤 측면이 가장 큰 영향을 미칠지에 대한 불완전한 이해로 인해 방해를받을 수 있습니다."라고 말했습니다. "궁극적으로 우리는 우리가 제안한 분류 체계가 에너지 커뮤니티가 하이브리드의 비용, 가치 및 잠재력에 대해 생각하고 평가하는 방식의 일관성을 장려하기를 바랍니다."
철저한 문헌 검토 후, 팀은 재생 가능 및 에너지 저장 기술을 결합하는 유틸리티 규모 시스템을위한 새로운 조직 체계를 개발했습니다.이 중 일부만 진정으로 "하이브리드"라고 할 수 있습니다. 그들은 시스템이 위치 또는 운영 연결을 포함하는지 또는 둘 다 포함하는지에 따라 세 가지 범주를 제시했습니다.
Murphy는“기술 조합은 하이브리드와 비 하이브리드 간의 의미있는 묘사를 나타내지 않는다는 것을 발견했습니다. 연결의 특성이 더 중요한 차이점입니다.
결과 범주는 기존 허가, 부지, 상호 연결 프로세스 및 정책 구현에 도전 할 수있는 시스템 특성을 정의하므로 정책 고려 사항에 정보를 제공 할 수 있습니다. 분류는 모델 개발 노력을 알리는데도 도움이됩니다. 카테고리는 모델에서 하이브리드 시스템을 적절하게 표현하기 위해 반영되어야하는 고유 한 특성을 식별하기 때문에 프로젝트 비용과 프로젝트에 제공 할 수있는 가치 모두에 대한 연결의 효과를 포함합니다. 그리드.
이것이 바로 NREL의 다음 분석 세트입니다.
일련의 최근 보고서에서 NREL 분석가들은 진정한 하이브리드 시스템과 일치하는 일련의 기술 조합 및 연결을 기반으로했습니다. 즉, 연결된 기술의 설계 및 자체 예약을 공동 최적화하여 순 경제적 이익을 극대화했습니다.
이를 위해 NREL은 실험실의 미래 지향적 전력 시스템 연구를 뒷받침하는 세 가지 도구를 사용하여 하이브리드 시스템을 모델링했습니다. 이러한 분석은 전력 시스템을 위해 점점 더 제안되고있는 DC 결합 태양 광 발전 및 배터리 에너지 저장 (PV + 배터리) 하이브리드에 중점을 둡니다.
용량 확장 모델이 PV + 배터리 하이브리드의 가치를 평가하는 방법을 개선 할 수 있습니까? "예를 가리키는 신호."
PV 및 배터리 기술을 단일 하이브리드 시스템으로 결합하면 별도의 시스템에 비해 비용을 낮추고 에너지 출력을 늘릴 수 있지만 PV + 배터리 시스템의 시장 잠재력을 정확하게 평가하려면 다음을 포함하여 용량 확장 모델의 비용 및 가치 기여도를 추정하는 개선 된 방법이 필요합니다. 통합 자원 계획에 유틸리티 사용.
In 용량 확장 모델에서 DC 커플 링 PV + 배터리 하이브리드 표현, Eurek, Murphy 및 Schleifer는 동료 NREL 분석가 인 Wesley Cole, Will Frazier 및 Patrick Brown과 협력하여 공개적으로 사용 가능한 NREL에 PV + 배터리 시스템을 통합하는 새로운 방법을 시연했습니다. 지역 에너지 배포 시스템 (ReEDS) 용량 확장 모델.
"이 방법은 개별 PV 및 배터리 기술에 대한 ReEDS의 기존 처리를 활용하므로 공유 양방향 인버터를 사용하는 하이브리드에 대한 상호 작용을 캡처하는 데 초점이 맞춰져 있습니다."라고 Eurek은 말했습니다. "이 방법을 ReEDS에 적용하는 동안 우리의 접근 방식이 다른 용량 확장 모델에서 PV + 배터리 방법 개발을 알리는 데 유용 할 수있을 것으로 예상합니다."
연구팀은 불확실하고 PV + 배터리 하이브리드의 경쟁력에 영향을 미칠 것으로 예상되는 다양한 비용 가정을 사용하여 2050 년까지 미국의 다양한 시나리오를 탐색하는 방법을 사용했습니다. 여기에는 개별 PV 및 배터리 프로젝트와 관련된 하이브리드 시스템 비용, 태양 광 투자 세금 공제 (ITC)에 대한 배터리 구성 요소의 자격, PV 및 배터리 시스템에 대한 향후 비용 궤도가 포함됩니다.
“전체 시나리오 제품군에서 유틸리티 규모 PV + 배터리 하이브리드의 향후 배포는 하이브리드 화를 통해 달성 할 수있는 비용 절감 수준에 크게 좌우된다는 사실을 알게되었습니다. 따라서 시스템 균형 비용의 더 많은 공유, 재정적 위험 감소 또는 모듈화는 모두 PV + 배터리 하이브리드 배포로 이어질 수 있습니다.”라고 Eurek은 말했습니다. "배치는 또한 가격이 낮을 때 그리드에서 충전하고 가격이 높을 때 그리드로 다시 판매하는 것을 기반으로 배터리 구성 요소의 차익 거래 능력에 매우 민감합니다."
탐색 된 모든 시나리오에서 PV + 배터리 하이브리드의 시너지 가치는 주로 별도의 PV 및 배터리 프로젝트를 대체하는 더 큰 발전 점유율을 포착하는 데 도움이됩니다. 다시 말해, 모델 결과는 PV + 배터리 하이브리드와 별도의 PV 및 배터리 배포 사이에 강력한 경쟁이 있음을 나타냅니다.하지만 모델링이 하이브리드 프로젝트의 더 빠르고 간단한 상호 연결 프로세스를 반영하지 않는다는 점에 유의해야합니다. 다른 자원 유형과의 경쟁도 마찬가지입니다. 또한 PV + 배터리 하이브리드가 배터리 구성 요소가 태양 광 ITC에 적합하도록 설계되고 운영된다면 PV + 배터리 하이브리드의 단기 배치를 가속화 할 수 있습니다.
팀은 사용되는 용량 확장 모델에 관계없이 향후 PV + 배터리 시스템 모델링을 개선 할 수있는 몇 가지 방법을 지적합니다. 최우선 과제는 작동에 따른 성능 저하 (하이브리드 대 독립형 배터리 시스템에서 구별 될 수 있음) 및 태양 광 ITC 자격과 관련된 일시적인 작동 제한을 포함하여 배터리 구성 요소의 표현을 개선하는 것입니다. 또한 배터리를 추가하기 위해 기존 PV 시스템의 개조를 모델링하는 것이 특히 중요 할 수 있습니다. 이는 종종 PV + 배터리 하이브리드를 그리드로 가져 오는 가장 빠른 방법 중 하나로 간주되기 때문입니다.
하이브리드의 시스템 수준 운영 이점은 어떻습니까? "Outlook Good."
PV + 배터리 하이브리드의 운영과 가치는 플랜트 수준의 수익을 극대화하는 분석을 통해 프로젝트 개발자의 관점에서 광범위하게 연구되었습니다. 그러나 하이브리드 시스템의 운영 특성은 생성 및 스토리지 자산 제품군의 성능을 최적화하여 안정성을 유지하고 경제성을 극대화하기 위해 노력하는 그리드 운영자의 관점에서 거의 연구되지 않았습니다.
In 벌크 전력 시스템의 운영 모델에서 유틸리티 규모 PV- 배터리 하이브리드 평가, NREL 분석가 인 Venkat Durvasulu, Murphy 및 Denholm은 PLEXOS 생산 비용 모델에서 PV + 배터리 하이브리드를 표현하고 평가하기위한 새로운 접근 방식을 제시하며, 이는 미국 벌크 전체의 부하를 충족하기 위해 발전 및 스토리지 용량의 운영 디스패치를 최적화하는 데 사용할 수 있습니다. 전원 시스템.
생산 비용 모델은 유틸리티 및 기타 전력 시스템 계획자가 제안 된 자원 계획과 관련된 신뢰성, 경제성 및 지속 가능성을 분석하는 데 사용하는 중요한 도구입니다. 여기에서 NREL은 PV + 배터리 하이브리드의 운영 시너지를 나타 내기 위해 생산 비용 모델을 향상시키는 기술을 시연했습니다.
“우리는 NREL의 최근에 개발 된 테스트 시스템을 사용했습니다. 로스 앤젤레스 100 % 재생 가능 에너지 연구 —이 모델링 된 시스템의 기존 PV 및 배터리 발전기를 PV + 배터리 하이브리드로 대체합니다.”라고 Denholm은 말했습니다.
연구팀은 PV + 배터리 하이브리드 운영 전략의 다양한 동인을 분리하기 위해 설계된 다양한 시나리오를 분석했습니다. 여기에는 기술 결합 방식, 시스템의 전체 PV 침투, 다양한 인버터 부하 비율 (또는 크기 초과 정도) 등이 포함됩니다. 상호 연결 한계에 상대적인 PV 어레이).
결과는 인버터 부하율이 증가함에 따라 PV 에너지의 가용성이 증가함에 따라 인버터 사용률이 증가하고 (즉, 용량 계수가 높아짐) 그리드 충전 감소 ( 더 효율적인 로컬 PV) 및 시스템 전체 생산 비용의 감소.
이 차트는 인버터 부하율 (ILR)의 함수로서 시뮬레이션 된 PV + 배터리 하이브리드에 대해 15 년 동안 수집 된 모든 PV 직류 (DC) 에너지의 목적지를 보여줍니다. ILR이 증가함에 따라 PV DC 에너지의 가용성이 증가하는 것을 입증하는 것 외에도 활용 된 PV DC 에너지의 분석은 대부분이 그리드로 직접 전송되고 25 % ~ XNUMX %가 로컬 배터리를 충전하는 데 사용된다는 것을 나타냅니다. AC = 교류. 출처: 벌크 전력 시스템 용 운영 모델에서 유틸리티 규모 PV- 배터리 하이브리드 평가
Durvasulu는“여기에 제시된 접근 방식은 PV + 배터리 하이브리드의 모든 생산 비용 모델링 연구에서 다양한 전력 시스템 구성 및 서비스의 리소스로 사용할 수 있습니다. "이것은 이러한 하이브리드가 제공 할 수있는 시스템 수준의 이점을 평가하고 그리드 운영자가 그러한 시스템을 호출하고 사용할 수있는 방법에 대한 이해를 향상시키는 데 중요한 단계입니다."
하이브리드의 가치는 시간이 지남에 따라 어떻게 진화 할 수 있습니까? "흐릿한 답장, 다시 시도."
시리즈의 세 번째 보고서는 PV + 배터리 시스템에서 실현할 수있는 가치를 정량화하는 가격-추적자 모델링이라는 또 다른 모델링 방법을 제공하고이 값이 여러 차원에서 어떻게 달라지는 지 살펴 봅니다.
"에서유틸리티 규모 PV- 플러스-배터리 하이브리드 시스템 아키텍처의 진화하는 에너지 및 용량 가치,”Schleifer, Murphy, Cole 및 Denholm은 PV + 배터리 하이브리드의 가치가 시간이 지남에 따라 어떻게 진화 할 수 있는지를 탐구하여 매우 다양한 결과를 제공합니다.
NREL은 지금부터 2050 년까지의 합성 시간당 전기 가격 (ReEDS 및 PLEXOS 모델의 출력을 기반으로 함)과 함께 가격 책정 모델을 사용하여 세 위치에서 XNUMX 개의 PV + 배터리 아키텍처의 발송을 극대화하는 수익을 시뮬레이션했습니다. 아키텍처는 PV + 배터리 시스템에 별도의 인버터가 있는지 또는 공유 인버터가 있는지 여부와 배터리가 그리드에서 충전 될 수 있는지 여부에 따라 다릅니다. 위치는 태양 광 자원의 품질과 그리드 혼합 측면에서 다양하며, 둘 다 PV + 배터리 하이브리드의 잠재적 가치에 영향을 미칩니다.
Schleifer는“오늘날 가장 가치가 높은 아키텍처는 PV 보급률과 피크 가격 기간에 따라 크게 달라진다는 사실을 발견했습니다. “우리가 연구 한 모든 시스템에서 하이브리드 화가 프로젝트 경제를 개선하거나 손상시킬 수 있음을 발견했습니다. 그리고 단일 아키텍처가 확실한 승자는 없었습니다. 어떤 경우에는 공유 인버터를 활용하고 싶을 때도 있고, 다른 경우에는 별도의 인버터와 그리드 충전이 너무 가치있어 포기할 수 없습니다.”
이 가격 테이커 분석의 결과에 따르면 연구 된 기술을 결합 할 때 얻을 수있는 주요 이점은 공유 장비, 재료, 노동력 및 인프라로 인한 비용 절감입니다. 그러나 PV 어레이의 대형화가없는 경우 하이브리드 화는 개별 PV 및 배터리 시스템보다 더 많은 가치를 제공하지 않습니다. 사실, 혼성화는 실제로 감소 시스템이 적절하게 구성되지 않은 경우 값-이는 배터리를 적절하게 크기 조정하고 결합하고 인버터 또는 상호 연결 한계에 비해 PV 어레이의 크기를 초과 할 가능성이 있음을 의미합니다.
또 다른 중요한 발견은 두 하위 구성 요소 모두 혼성화의 이점을 제공한다는 것입니다. PV 보급률이 증가함에 따라 새로운 PV 시스템의 추가 에너지 및 용량 값은 급격히 감소하지만 PV를 배터리 스토리지와 결합하면 시스템이 더 큰 가치를 제공 할 수있는 기간으로 전환 할 수 있으므로 PV의 가치를 유지하는 데 도움이됩니다. 또한 결합 형 PV는 일반적으로 비용이 XNUMX이 아닌 그리드 충전 에너지를 대체하여 배터리의 총 수익을 높일 수 있습니다.
Schleifer는“벌크 전력 시스템에서 PV + 배터리 하이브리드의 역할이 계속 증가함에 따라 설계 매개 변수가 경제적 성능에 미치는 영향을 이해하는 것이 점점 더 중요해질 것입니다. "PV + 배터리 하이브리드 시스템의 성능과 경제성에 영향을 미치는 요인을 파악하고 시스템 기획자와 연구자들에게 가능한 이점에 대한 명확한 답변을 제공하려면 추가 분석이 필요합니다."
"의심없이"작업하기 : 남아있는 미지의 문제를 해결하기위한 조정 요청
이 작업 모음을 살펴보면 한 가지 분명합니다. 현재 모델은 하이브리드의 미래 가치를 예측하기위한 정확한 Magic 8-Ball이 아닙니다.하지만 모델을 개선하기위한 협력적인 노력으로 연구 커뮤니티가 명확한 전망에 한 걸음 더 가까워 질 수 있습니다.
그리고 추진력이 구축되고 있습니다. 미국 에너지 부 (DOE)는 DOE 하이브리드 태스크 포스를 소집했습니다.이 태스크 포스는 NREL, Lawrence Berkeley 국립 연구소 및 XNUMX 개의 다른 국립 연구소와 협력하여 최근에 출시 된 하이브리드 에너지 시스템 : 공동 연구를위한 기회, 세 가지 연구 분야에서 하이브리드 에너지 시스템에 대한 공동 연구를 촉진 할 수있는 혁신적인 기회를 강조합니다. 이러한 노력은이 기사에서 설명하는 PV + 배터리 하이브리드에 영향을 미치며, 다음과 같은 향후 역할이 증가 할 수있는 추가 기술 조합도 고려합니다. PV + 바람, 핵 + 전해및 기타 저 방출 하이브리드 시스템.
Murphy는“전원 시스템은 원래 단일 기술 플랜트로 개발되었으며 많은 연구 노력이 개별 기술에 국한되었지만 DOE 하이브리드 태스크 포스는 협업을 향한 한 걸음을 나타냅니다. "우리는 여러 기술에 걸친 여러 가지 우선 순위가 높은 연구 기회를 식별하고 공통 우선 순위를 설정하며 추가 대화를위한 토대를 마련 할 수있었습니다."
앞으로 NREL은 하이브리드 시스템 성능 및 운영에 대한 검증을 더욱 강화할 준비가되어 있습니다. 통합 에너지 시스템 (ARIES)에 대한 고급 연구 연구 플랫폼. ARIES는 수백 개의 실제 하드웨어 장치와 수천만 개의 시뮬레이션 된 장치 간의 연결을 용이하게하는 고 충실도의 물리 기반 실시간 모델을 사용하여 실제 및 거의 실제에 가까운 가상 에뮬레이션 환경을 모두 도입했습니다.
통합 에너지 경로는 그리드를 현대화하여 다양한 세대 유형을 지원하고 소비자 참여를 장려하며 교통 전기 화를위한 옵션을 확장합니다.
궁극적으로 NREL 및 기타 국립 연구소에서 하이브리드 시스템 연구를 진행하려면 업계와의 더 많은 협력이 필요합니다. DOE Hybrids Task Force 보고서는 다양한 이해 관계자가 다양한 유형의 하이브리드 시스템을 제안하고 배포하도록 동기를 부여하는 요인을 심층 분석하기 위해 다중 이해 관계자 워크숍의 필요성을 확인했습니다.
Murphy는 "업계, 유틸리티 기획자 및 기타 이해 관계자로부터 직접 통찰력을 얻을 수있는 기회를 창출함으로써 어떤 가치 원천이 하이브리드에 대한 업계의 관심을 유도하고 있는지 더 깊이 이해할 수 있습니다."라고 말했습니다. “혼성화를 통해서만 잠금을 해제 할 수있는 고유 한 가치가 있습니까? 아니면 익숙한 것에 내재 된 가치가 있습니까? 가변 리소스에 스토리지를 추가하면 전력 시스템에서 사용하던 제어 가능한 리소스처럼 보이게하고 참여할 수 있습니다.
"핵심 플레이어를 모으는 것은 연구원으로서 우리가 현재 이해하지 못할 수도있는 이러한 동기를 인식하고 모델에서이를 표현하는 방법의 격차를 줄이는 데 도움이 될 것입니다."
NREL에 대해 더 알아보기 에너지 분석 과 그리드 현대화 연구.
기사 제공 NREL, 미국 에너지 부
코인 스마트. 유로파 최고의 비트 코인-보르 스
출처 : https://cleantechnica.com/2021/06/18/are-hybrid-systems-truly-the-future-of-the-grid-nrels-magic-8-ball-says-concentrate-and-ask- 다시/
