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Examination of co-utilization of nuclear and renewable energy in the Republic of Korea = 한국의 원자력 신재생 실용적 연계 활용 방안 연구
서명 / 저자 Examination of co-utilization of nuclear and renewable energy in the Republic of Korea = 한국의 원자력 신재생 실용적 연계 활용 방안 연구 / So-Bin Cho.
저자명 Cho, So-Bin ; 조소빈
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2019].
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8033725

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초록정보

As nuclear power is responsible for more than 30 percent of total electricity generation in Korea, co-utilization of nuclear and renewable energy is garnering attention as a strategic carbon-free option in conjunction with the Korean government’s pro-renewable stance. As such this co-utilization strategy is well poised to balance, enhance, and complement those two technologies, providing reliable supplies of electricity. From this perspective, a Nuclear-Renewable Hybrid Energy System (NHES) is a potential game-changer for Korea’s evolving electricity grids that are aimed at balancing the intermittency from renewables, while improving overall economics in the power sector. This thesis investigates scientifically sound and commercially rational ways to use nuclear power effectively under a hypothetical scenario of large-scale deployment of wind and photovoltaic (PV) generation. To explore the techno-economic performance of NHESs, two different co-utilization configurations were analyzed, with particular emphasis on CO2 reduction and operating cost savings: 1) Nuclear-Wind Hybrid Energy System for District Heating (DH), and 2) Nuclear-PV-Demand Response (DR) Hybrid Energy System for an alternative ESS (Energy Storage System). In addition, a decision support framework was developed for future implementation of the NHESs. This framework will help identify how the advantages and disadvantages of each nuclear-renewable combination could impact the success of a Nuclear- Renewable integration goal. The first scenario shows that a Nuclear-Wind Hybrid Energy System for DH could increase total system efficiency from 30 percent to > 41 percent while mitigating a windfarm’s intermittency. This cogeneration system is parameterized to represent the SMART (System-integrated Modular Advanced ReacTor) to advance strategic business models envisioned for small modular reactors (SMRs). Whereas the second scenario, using the Nuclear-PV-DR Hybrid Energy System, shows that harnessing the DR resources as an alternative form of energy storage would minimize the impact of fluctuations in solar energy, providing greater grid flexibility. These two scenarios can be achieved more economically than the current reference cases. Research findings demonstrate the viability of hybrid systems and how their applications can expand nuclear energy use while facilitating more flexible grid operation. This synergy will foster the growth of renewable capacity. Lastly, the results identify and quantify experts’ perceptions of the aforementioned co-utilization options within the Korean context.

원자력 발전원과 신재생에너지와의 긴밀한 연계 활용은 발전부문의 탈탄소화와 최근 정부의 재생에너지 확대정책과 맞물려 전략적 선택지로 주목받고 있다. 원자력이 국내 전체 발전량의 약 30% 를 담당하는 현 상황에서 두 에너지의 실용적 연계 활용은 각자의 장점을 더욱 향상하는 동시에 단점 보완 또한 기대할 수 있기 때문이다. 이러한 측면에서 원자력-신재생 하이브리드 에너지시스템은 비용경쟁력 강화와 신재생에너지로부터 유발되는 간헐성이란 두 가지 과제를 안고 있는 국내 전력부문의 돌파구로서 안정적 전력공급에 크게 기여하여 할 수 있다. 본 논문은 대규모 태양광, 풍력 발전원이 도입된 가상의 시나리오 아래, 원자력의 효과적 활용을 기술적, 경제적으로 검토한다. 원자력-신재생 활용의 기술・경제적 성과를 점검하기 위해 1) 원자력-풍력-지역난방 연계 시스템, 2) 원자력-태양광-수요반응 연계 시스템의 두 가지 활용 구성을 분석하였다. 이와 함께, 구축된 원자력-신재생 연계 시스템의 기대 성과를 폭넓게 검토하여 이를 토대로 관련 의사결정을 지원 및 발전시킬 수 있는 평가체계를 수립하였다. 분석 결과 원자력-풍력-지역난방 연계 시스템은 풍력발전원의 간헐성에 적극 대응하면서 전체 시스템 효율을 기존 30% 수준에서 41% 까지 개선시킬 수 있는 것으로 나타났다. 이 원자력 열병합발전 시스템은 SMART (일체형소형원자로) 기술설계특성을 반영하여 앞으로 소형원자로 (SMR) 시장진출과 같은 미래 활용가치를 도모하였다. 또한 원자력-태양광-수요반응 연계 시스템은 수요반응자원을 에너지저장장치로 사용함으로써 태양광발전출력의 변동성을 국가 전력망 차원에서 효과적으로 관리할 수 있음을 보여 주었다. 이들 결과 모두 더 적은 비용으로 발전 목표를 달성하였다. 이를 통해 원자력의 활용도를 높이며 신재생에너지의 보급 확산을 가능케 하는 하이브리드 시스템의 실현가능성을 확인할 수 있었다. 마지막으로 두 연계 시스템의 국내 활용에 대한 전문가들의 판단을 정량화하여 제시하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MNQE 19002
형태사항 iv, 64 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 조소빈
지도교수의 영문표기 : Man-Sung Yim
지도교수의 한글표기 : 임만성
Appendix : A, Survey questionnaire. - B, quantifying figures of merit
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 원자력및양자공학과,
서지주기 References : p. 47-50
주제 baseload
demand response
evaluation framework
flexible grid
hybrid energy system
nuclear cogeneration
renewable energy
기저부하
수요반응
평가체계
전력망 유연성
하이브리드 에너지시스템
원자력 열병합발전
재생에너지
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