It has become increasingly important to eliminate fossil fuel as a power generation source. Fossil fuel is one of the main sources of greenhouse gases, and the Korean government has officially announced its aggressive plan for reducing greenhouse gases. As a result, the Korean government has been expanding its renewable energy generation facilities; therefore, the reduction of fossil fuel is a major policy issue. In this context, expanding renewable energy generation facilities can be a viable measure for reducing the use of fossil fuel in urban areas. This study evaluated the feasibility of a renewable energy hybrid system in Gwangyang-si, which has the lowest degree of carbon emissions among the Korean municipalities. To facilitate this analysis, HOMER(Hybrid Optimization for Electric Renewables) was used to determine the following factors: power grid features, actual power consumption, renewable and sustainable energy sources and distribution facilities. HOMER is the economic feasibility analysis simulation program for renewable energy hybrid systems that was developed by NREL(National Renewable Energy Laboratory). HOMER is an optimization program that aims to find a small-scale power configuration combination that minimizes cost by designing off-grid and grid-connected power systems. This software analyzes a variety of renewable energy sources.
In this study, a sensitivity analysis was conducted on the renewable energy hybrid system that was built based on the monthly mean wind velocity and the fuel price of Gwangyang-si for 2014.
This sensitivity analysis found that the PV 5%,grid 95% hybrid system was better for the environment than the grid-diesel system. If a carbon tax is introduced, the PV 5%, grid 95% hybrid system has a higher.
The levelized COE(cost of electricity) of the grid-diesel system was compared with that of the PV-grid hybrid system. The results showed that the COE of the PV-grid system was higher than that of the grid-diesel system. However, the PV-grid system was much better for the environment because the quantity of greenhouse gases emitted was substantially decreased. The annual $CO_2$ emissions of the grid-diesel system were 752,921kg/yr, whereas the annual $CO_2$ emissions of the PV-grid hybrid system were 722,739kg/yr. Thus, the PV-grid hybrid system can substantially reduce the discharge fee over 30 years.
Moreover, if there is a penalty for discharging carbon, then the difference between the NPC(net present cost) for 5% renewable energy and the NPC of the current system would decrease. That is, there would be a higher ROI(return on investment) for renewable energy if a carbon tax was levied. Recently, the environmental pollutant discharge fee has been increasing. For instance, the EU is planning to increase the environmental pollutant discharge fee. Thus, the investment value of renewable energy will likely increase.
The technical feasibility of a renewable energy hybrid system that is modeled based on an energy storage facility such as a fuel battery is also analyzed.
The limitations of this paper and possible future studies will be discussed in the last section of this paper.
발전원에 있어서 화석연료 독립은 전 세계적으로 중요한 사안이다. 화석연료는 온실가스 발생의 주요 원인 중 하나이며, 최근 에너지시장에서는 가격 불안정성이 증대되고 있다. 한국 정부는 공격적인 온실가스 저감 목표를 전 세계에 천명하고 신재생에너지원을 이용한 발전설비의 보급을 추진하고 있다. 화석연료 사용의 저감이 주요 정책적 사안이며 장기적인 관점에서 볼 때 신재생에너지원 발전설비의 보급은 도서지역 발전원에서 화석연료 사용의 저감하는 대안이 될 수 있을 것으로 보인다. 본 연구에서는 국내 지방자치단체 중 가장 탄소배출이 적은 광양지역을 대상으로 신재생복합전력시스템의 보급가능성에 대하여 평가하였다. 분석에는 광양의 전력망 특징, 실제 전력사용량,신재생에너지 자원과 보급설비 등의 전제를 바탕으로 HOMER(Hybrid Optimization for Electric Renewables)를 이용하였다. HOMER는 미국 NREL(NationalRenewableEnergy Laboratory)에서 개발한 신재생에너지 복합발전시스템의 경제성분석 시뮬레이션 프로그램으로 Off-grid와 Grid-connected 전력시스템을 디자인하여 비용최소화 조건에서 소규모 전력구성 조합을 찾는 최적화 프로그램으로 다양한 신재생에너지원을 발전설비를 반영한 분석이 가능하다.
2014년 광양의 시간대별 풍속을 연 평균 1.1m/s~6.4m/s, 2014년 광양시에 공급된 연료보급가격인 리터당 1360.67원을 2014년 평균환율 $1당 1153.50원을 반영한 가격을 바탕으로 신재생에너지 발전시스템을 구성하여 민감도 분석을 하였다.
분선 결과 Grid로만 구성된 시스템 대비 Grid 95%-PV 5% 복합시스템이 온실가스 절감 등 친환경적 측면에서 유리하며, 발전원가 감소 효과도 있는 것으로 나타났다.
각 시스템의 발전량당 비용(COE)는 그리드로만 구성된 시스템일 경우 $0.111/kWh, Grid 95%-PV 5% 복합발전시스템이 $0.113/kWh로, 복합발전시스템의 운용이 그리드시스템보다 COE가 높게 나타났으나, 온실가스 배출량이 현저히 줄어들어 친환경적 효과가 큰 것으로 나타났다. 그리드시스템의 경우 연간 이산화탄소 배출량이 752.921(Ton/yr), Grid-PV 복합발전시스템은 722.739(Ton/yr)로 톤당 배출부과금 $12를 반영하면 연간 $362, 설비 운영기간인 30년간 $10,866를 절감할 수 있는 것으로 나타났다.
또한 탄소배출에 따른 페널티가 있을 경우와 없을 경우를 비교해 본 결과, 페널티가 있을 경우에는 Renewable Fraction 0.05일때의 NPC($)와 Renewable Fraction 0일 때의 NPC의 차이가 줄어듦을 알 수 있다. 즉, 이는 탄소세를 지불 할 경우에 톤 당 $6,919만큼의 비용절감효과가 있어, 신재생에너지 투자비용을 상쇄하는 효과가 있음을 알 수 있다. 최근 환경오염배출부과금이 점차 강화되고 있는 추세로, EU에서도 환경부담금을 더욱 강화시킬 수 있으므로 신재생에너지의 투자 필요성과 그 가치는 점차 올라갈 것으로 보인다.
