에너지 및 환경

재생 가능 에너지 : 기본 부하 전력 오류

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재생 가능 에너지를 추가로 증가시키기 위해 재생 가능 소스에서 기본 부하 전력을 제공하는 것은 어렵지만 달성 할 수 있습니다. 이것이 방법입니다.

재생 가능 에너지에 대한 일반적인 비판은 간헐적이기 때문에 천연 가스와 같은 화석 연료를 기반으로 한 기존 에너지 기술의 백업 전력이 필요하다는 것입니다. 최근의 한 비평가는 Interesting Engineering에 대한 또 다른 기사에 대한 논평을 게시하여 영국이 겨울에 기저 부하 수요를 어떻게 처리 할 수 ​​있는지 물었습니다. 빛나지 않습니다.

우선,이 가정은 수많은 오류에 기반을두고 있으며, 그중 하나는 이미 완벽하게 신뢰할 수있는 전력 시스템이 있다는 것입니다. 사실 우리는 그렇게하지 않습니다. 단순한 이유 때문에 그런 것이 없습니다. 또한 바이오 가스 및 지열과 같은 일부 재생 가능 에너지 기술은 실제로 이미 기저 부하 전력을 공급할 수 있습니다.

독일의 경험

Malte Jansen은 독일의 Fraunhofer Institute에서 일하는 에너지 전문가입니다. Jansen은 올해 7 월 영국의 에너지 및 기후 문제에 대한 정보에 입각 한 토론을 지원하는 비영리 단체 인 ECIU (Energy & Climate Intelligence Unit)가 주최 한 행사에서 연설했습니다. Jansen은 독일에서 100 % 재생 가능 에너지 네트워크의 구현을 모델링하는 Kombikraftwerk라는 프로젝트를 실행합니다. 이 독일 시나리오에서 가장 중요한 재생 가능 발전기는 풍력, 태양열 및 바이오 매스입니다. 에너지 저장의 가장 중요한 형태는 펌핑 된 저장 발전소, 배터리 및 전력을 가스로 전환하는 것과 함께 재생 가능한 전기를 메탄으로 전환하는 것으로 가정됩니다. 탈 중앙화 CHP 스테이션과 바이오 가스 (메탄)를 사용하는 중앙 가스 발전소는 바이오 가스를 전기로 변환하여 바람이나 햇빛이 거의 없을 때 예비 발전소 역할을 할 수 있습니다. 풍력과 태양열로 인한 발전이 거의없는 고부하 시간에 메탄 발전소는 최대 43GW를 생성합니다.

주파수 안정화를 위해 두 가지 다른 메커니즘이 모델링되었습니다. 그중 하나는 대형 발전기의 갑작스런 고장으로 인한 주요 단기 주파수 변화와 관련이 있습니다. 이 경우 손실 된 에너지는 화력 및 수력 발전소의 회전하는 질량에서 가져옵니다. 이 수동 안정화 메커니즘 후에 1 차 밸런싱 전원은 몇 초 내에 공급되는 예정된 발전소에서 나옵니다. 이것들은 더 많은 전력을 제공하여 주파수를 다시 안정화시킵니다. 그러나 밸런싱 전력을 완전히 공급하는 데 걸리는 기간이 30 초로 유지되면 풍력 및 태양 광 발전소가 그리드에 회전 질량을 제공 할 수 없기 때문에 이러한 고장 이후의 빈도가 높은 재생 에너지 공급에 비해 너무 낮습니다. 이러한 이유로이 모델은 태양열 및 풍력 에너지, 가스 및 배터리 전력을 통합하는 시스템에 대해 훨씬 더 빠른 반응 시간을 시뮬레이션하여 문제를 해결합니다.

이러한 시스템에서 이러한 빠른 추출이 이미 가능하므로 재생 에너지가 회전하는 질량의 부족을 보상 할 수 있습니다. 시스템은 전체 공급을위한 대용량 저장 용량을 필요로하며 주파수 및 로컬 전압 변동을 보상하기 위해 다양한 분산 시스템을 네트워크로 연결해야합니다.

제어 예비를 제공하는 그러한 시스템의 능력을 증명하기 위해 시뮬레이션과 함께 현장 테스트도 수행되었습니다. 풍력, 태양열, 바이오 매스, 지열, 수력, 에너지 저장 및 백업 발전소와 같은 다양한 재생 에너지 시스템을 결합하여 전력을 생성 할 수있을뿐만 아니라 균형 전력을 제공 할 수있는 가상 발전소를 형성 할 수 있습니다. 풍력에 대한 지리적 균형은 '어디서나 바람이없는'상황이 거의 없다는 점에서 큰 장점입니다. 따라서 다양한 지역의 풍력 발전 단지는 네트워크로 연결되어야합니다. 또한 더 큰 지역의 일기 예보가 더 정확합니다. 풍력 및 태양 에너지 시스템에서 생성 된 전력을 예측하는 데 사용되는 예측은 꾸준히 개선되고 있으며 이는 이러한 시스템의 에너지가 점점 더 예측 가능 해져 주파수 안정화에 기여할 수 있음을 의미합니다.

현재 가장 큰 문제는 균형 잡힌 시장의 기본 조건으로 인해 재생 가능 에너지 원이 이러한 서비스를 제공하지 못한다는 것입니다. 이는 이미 구현되고있는 에너지 시스템의 변화에 ​​재생 가능 에너지 원이 참여할 수있는 기회를 제공하는 균형 시장도 포함되어야 함을 의미합니다. 이는 더 짧은 입찰 발표 기간과 리드 타임을 제공함으로써 달성 할 수 있습니다. 이것은 또한 재생 가능 가스를 전기로 변환하는 것을 기반으로하는 재생 가능 에너지 시스템이 시장에 접근 할 수 있도록합니다.

"수요가 공급을 초과하면 불필요한 수요가 줄어들고 백업 스토리지 시스템이 활성화됩니다."라고 ECIU 웹 사이트에서 Richard Black 이사는 설명합니다. “공급이 수요를 초과하면 예비 전력은 나중에 사용하거나 난방을 위해 수소를 생산하거나 수출하는 데 사용됩니다. 주어진 상황에 대한 정확한 해결책은 주로 시장에서 해결됩니다. 풍력과 태양열은 기본적으로 무료 전기를 생산하기 때문에 발전 할 때 우선권을 가지며 다른 공급 또는 수요 측 조치는 가격에 따라 이루어집니다. 스마트 기술은 의사 결정의 바퀴에 기름을 바릅니다.”

"하지만 바람이 불지 않고 태양이 항상 빛나지 않습니다."

Richard Black은 "물론입니다"라고 말합니다. "하지만 항상 피크 수요가 없기 때문에 '피크'수요라고 불립니다."

이 작업을 수행하려면 그리드가 유연해야합니다. 즉, 새로운 재생 에너지 시스템에 적응할 수 있도록 수정해야합니다. 다른 ECIU 연사 인 Exeter University의 Catherine Mitchell 교수에 따르면 에너지 사용을보다 효율적으로 만들어 전체 수요를 줄여야합니다. 그런 다음 에너지 저장 장치를 사용하여 최대 부하를 하루 중 다른 시간으로 이동해야합니다. 마지막으로, 임의의 변동을 포착하기 위해서는 단기적인 유연성이 필요합니다.

바이오 가스를 사용하여 전기 생성

또 다른 해결책은 바이오 가스를 태우는 것입니다. 이는 농장의 혐기성 소화와 음식물 쓰레기 처리를 통해 생산 될 수 있으며, 이는 많은 국가에서 주요 문제이며 현재 많은 쓰레기가 매립지에 폐기되고 있습니다. 가스는 지하에 저장할 수 있습니다. 불행히도 영국의 AD 부문은 현재 독일보다 훨씬 덜 발달되어 있지만 자세히 살펴보면 실제로 엄청난 잠재력을 가지고 있습니다.

혐기성 소화 및 생물 자원 협회 (ADBA)에 따르면 혐기성 소화 (AD) 공장의 바이오 가스는 영국 국내 가스 또는 전기 수요의 최대 30 % 또는 80 테라 와트시 (TWh)를 초과 할 수 있습니다. 2014 년 보고서에 따르면 의회 과학 기술 사무소 (POST), 바이오 가스는 AD 플랜트와 매립지 가스가 제공하는 영국 토착 가스 공급의 7 %를 차지했습니다. 통계에 따르면 스코틀랜드의 AD 부문은 향후 2 년 동안 200 % 성장할 수있는 반면 영국의 농업 부문에서 생산되는 바이오 가스는 바이오 가스로 인한 전기의 40 % 급증으로 이어졌습니다. 영국 바이오 경제 컨설턴트 NNFCC의 AD 포털에 따르면, 1 톤의 음식물 쓰레기는 약 300kWh의 에너지를 생성 할 수 있습니다. 재생 가능 에너지 협회 (REA)는 영국의 모든 가정 음식물 쓰레기가 35 만 가구에 충분한 전기를 생산할 수 있다고 믿습니다.

또 다른 가능성은 인간의 대변에서 나오는 바이오 가스입니다. UN은 전 세계적으로 인간 폐기물의 바이오 가스가 1 억 3 천 8 백만 가구에 전기를 공급할 수 있다는 보고서를 방금 발표했습니다.

인터 커넥터

덴마크, 독일 및 노르웨이와 같은 곳에서 인터 커넥터, HVDC 해저 케이블을 통해 해외에서 재생 가능 에너지를 수입하는 옵션도 있습니다. 영국은 이미 아일랜드, 프랑스, ​​네덜란드에서 이러한 인터 커넥터를 운영하고 있으며, 올해 5 월 합의에 의해 영국과 노르웨이 간의 인터 커넥터 개발 움직임이 시작되었습니다. 또한 EU는 유럽 전역의 에너지 연합을 개발하려는 계획으로 빠르게 발전하고 있습니다. 이것이 성공한다면 유럽 전체는 100 % 재생 가능 전기라는 목표를 향해 더 나아가 비평가들을 침묵시킬 것입니다.

결론

전 세계 국가들이 2050 년까지 재생 가능 에너지를 완전히 또는 거의 전적으로 가동 할 수있는 방법에 대한 핵심적인 세부 사항에 관한 수많은 보고서가 존재합니다. 예를 들어, 올해 초 그린피스는이 질문을 다음과 같이 조사하기 위해 수요 에너지 평등을 의뢰했습니다. 이는 영국에 적용되며 풍력, 태양열 및 조력으로 인한 전력의 80 % 이상을 포함하여 재생 가능 에너지 공급량의 90 %에 도달 할 수 있음을 발견했습니다.

따라서 기본 부하 전력은 그것을 달성하려는 정치적 의지를 고려할 때 실제로 전혀 문제가되지 않습니다. 그러므로 진짜 문제는이 시대에 뒤 떨어진 방식이 지구 자체와 그 위에있는 모든 것을 빠르게 위험에 빠뜨리고 있음에도 불구하고 낡고 더러운 화석 연료 에너지 시스템에 집착하려는 모든 기득권 자들입니다.


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