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열병합발전에서 ESS 설치의 경제성 분석 연구

  • 과제명

    열병합발전에서 ESS 설치의 경제성 분석 연구

  • 주관연구기관

    에너지경제연구원
    Korea Energy Economics Institute

  • 연구책임자

    안재균

  • 참여연구자

    최병렬   이상림  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2015-12

  • 과제시작년도

    2015

  • 주관부처

    산업통상자원부

  • 사업 관리 기관

    에너지경제연구원
    Korea Energy Economics Institute

  • 등록번호

    TRKO201600001671

  • 과제고유번호

    1105010679

  • DB 구축일자

    2016-05-21

  • 초록 


    3. Research result and suggestion for policy
    The result of the economic feasibility analysis in this research turned out that ...

    3. Research result and suggestion for policy
    The result of the economic feasibility analysis in this research turned out that NPV was confirmed to be negative in all scenarios. Therefore, it is confirmed that investment cost spent on installing ESS in CHP generator managed by district heating and cooling operator cannot be collected in 10 years, which is the life time of ESS. By 2021, the initial investment cost of ESS will drop until 300 million. By then, NPV will improve by large but it will still be negative, which suggests that there is no business value in it. When ESS is only used for electric power transaction, there is a 2.4 times difference between NPV of 2014 and 2021. It suggests that arbitrage trade is heavily influenced by power supply mix, thereby sensitive to external environment. It indicates that, apart from technical factors such as charging and discharging efficiency, economic feasibility of ESS for electric power transaction is affected by external environment such as power supply mix, load factor, and demand pattern. There is a high gap between variable cost of domestic base load plant and peak load plant, which provides advantageous condition for the arbitrage trade. However, the external environment in which relatively high load factor and recent peak load plant determines most of SMP reduces profit level of arbitrage trade.
    When it comes to operation of ESS, it is expected that ESS will not have high electric power transaction due to relatively low arbitrage trade opportunity and profit level. Therefore, the most reasonable operation scenario is to participate in electric frequency regulation reserve during the times when ESS electric power transaction has low economic feasibility. Spring, Autumn, and Winte when there is the most gap between charging and discharging time period provides the most favorable environment for the operating profit of electric power transaction ESS managed by district heating and cooling operator. Therefore, the most effective management scenario as of current SMP level is to only partially operate ESS’s electric power transaction during wintertime and use it as frequency regulation reserve.
    In order to internalize the benefit ESS provides to power system, it is important to pay attention to a case where ESS’s electric power transaction improved as a result of capacity payment by discharge quantity. Thus, it is necessary to design a system that maximizes ESS’s benefit power system by alleviating register condition of a scheduled generator and charging capacity payment by discharge quantity. On top of that, it is interpreted that simultaneous participation of ESS’s electric power transaction and frequency regulation reserve raises efficiency of ESS, which can improve the economic feasibility of ESS project. That is, since electric power transaction through arbitrage trade does not yield satisfactory profit, it is necessary to improve ESS’s economic feasibility by utilizing capacity market and frequency regulation market in order to increase supply of ESS.


    3. 연구결과 및 정책제언
    본 연구에서 수행한 경제성 분석 결과는 모든 시나리오에서 순현재가치(Net Preset Value, NPV)가 음으로 판명되어, 분석대상으로 하는 지역난방사업자가 운영하는 열병합발전소에 설치한 ESS...

    3. 연구결과 및 정책제언
    본 연구에서 수행한 경제성 분석 결과는 모든 시나리오에서 순현재가치(Net Preset Value, NPV)가 음으로 판명되어, 분석대상으로 하는 지역난방사업자가 운영하는 열병합발전소에 설치한 ESS 투자비는 수명기간 10년 내에 회수가 불가한 것으로 판명된다. ESS의 초기투자비가 3억으로 하락하는 2021년에서는 NPV가 상당부분 개선되나 여전히 음을 띄고 있어서 사업성은 없는 것으로 분석된다. 2014년과 2021년 ESS를 전력거래에만 활용하는 경우의 NPV가 약 2.4배 차이를 보인 것과 같이 차익거래에는 전원구성에 많은 영향을 받고 있어 외부환경에 민감하다는 것을 알 수 있다. 이는 전력거래용 ESS의 경제성이충・방전 효율과 같은 기술적 요소 이외에도 전원구성과 부하율, 수요패턴과 같은 외부환경이 결정적 요소로 작용하고 있음을 나타낸다. 국내 기저와 첨부발전기 간의 변동비 차이는 큰 편으로 이는 차익거래에는 유리한 환경을 제공하나 상대적으로 높은 부하율과 최근 첨두발전기가 대부분의 SMP를 결정짓는 외부환경은 차익거래의 수익수준을 감소시킨다.
    ESS의 운영면에서는 상대적으로 낮은 차익거래 기회와 이익 수준으로 인해 ESS 전력거래의 경제성은 높지 않을 것으로 예상된다. 그러므로 ESS 전력거래의 경제성이 낮은 기간에는 전량 주파수조정예비력에 참여하는 운영 시나리오가 가장 합리적인 것으로 판단된다. 지역난방 사업자가 운영하는 CHP에서 전력거래용 ESS의 운영이익은 CHP가 가동되는 봄, 가을, 겨울 중 충・방전시간대의 전력가격 차이가 가장 크게 발생하는 동계가 수익에 가장 양호한 환경을 제공하기 때문에, ESS의 전력거래는 동계 일부에만 수행하고 나머지 기간에는 주파수 조정용으로 활용하는 운영 시나리오가 현 SMP 수준에서는 가장 효과적인 것으로 분석된다.
    ESS가 전력계통에 제공하는 편익을 내재화 하는 방법을 모색하기 위해서는, 용량요금 시나리오에서 방전량에만 용량요금을 지급할 경우에 ESS의 전력거래가 증가한 결과를 주목할 필요가 있다. 이에 따라 ESS의 중앙급전발전기 등록여건을 완화하고 방전량에만 용량요금을 적용하여서 ESS의 이용률을 높여 전력계통면에서 ESS의 편익이 충분히 발휘될 수 있도록 제도를 설계하는 것이 필요할 것으로 보인다. 또한 발전부문에 ESS의 전력거래와 주파수조정예비력에 동시 참여는 해당부문의 ESS의 활용도를 높여 ESS 사업의 경제성을 제고할 수 있을 것으로 분석된다. 즉 향후 ESS의 보급을 확대하기 위해서는 차익거래와 용량시장, 주파수조정시장에 ESS의 복합적 활용을 제도적으로 보장함으로써 ESS의 경제성을 제고할 필요가 있다.


  • 목차(Contents) 

    1. 표지 ... 1
    2. 참여연구진 ... 5
    3. 요약 ... 7
    4. ABSTRACT ... 11
    5. 목차 ... 17
    6. 표목차 ... 19
    7. 그림목차 ... 21
    8. 제1장 서 론 ... 23
    9. 1. 연구 배경 및 필요성 ... 23
    10. 2. 연구 목적 ....
    1. 표지 ... 1
    2. 참여연구진 ... 5
    3. 요약 ... 7
    4. ABSTRACT ... 11
    5. 목차 ... 17
    6. 표목차 ... 19
    7. 그림목차 ... 21
    8. 제1장 서 론 ... 23
    9. 1. 연구 배경 및 필요성 ... 23
    10. 2. 연구 목적 ... 25
    11. 제2장 ESS 개념과 용도 ... 27
    12. 1. ESS의 개념 및 필요성 ... 27
    13. 가. ESS의 개념 ... 27
    14. 나. ESS의 필요성 ... 29
    15. 2. ESS 기술유형 및 특성 ... 30
    16. 가. 전기화학적 ESS ... 31
    17. 나. 비전기화학적 ESS ... 37
    18. 3. ESS 활용분야 ... 42
    19. 가. ESS 선택 영향 요소 ... 42
    20. 나. ESS의 응용분야 ... 43
    21. 제3장 열병합 및 전력시장 현황과 부하패턴 분석 ... 45
    22. 1. 열병합발전 개요 및 구분 ... 45
    23. 가. 열병합발전 개요 ... 45
    24. 나. 열병합발전의 구분 ... 46
    25. 다. 열병합발전 운전 형태 ... 49
    26. 2. 전력시장 현황 및 전망 ... 51
    27. 가. 전력수급 동향 ... 51
    28. 나. 2014년 전력수요 및 SMP 분석 ... 53
    29. 다. 2021년 SMP 분석 ... 60
    30. 3. 열 및 전력부하 패턴 비교 ... 64
    31. 가. 열부하 패턴 부석 ... 64
    32. 나. 난방기 열 및 전력수요 패턴 비교 ... 65
    33. 제4장 열병합에서의 ESS 경제성 분석 ... 75
    34. 1. 열병합발전 및 ESS 최적 운영 모델 ... 75
    35. 가. 모형전제 ... 76
    36. 나. 목적함수 ... 77
    37. 다. 제약조건 ... 79
    38. 라. 사례연구 ... 86
    39. 2. 경제성 분석 ... 88
    40. 가. 시나리오 설정을 위한 기본전제 ... 88
    41. 나. 세부 시나리오 ... 94
    42. 다. 항목별 수익 ... 96
    43. 라. 경제성 분석 결과 ... 99
    44. 제5장 결 론 ... 107
    45. 참고문헌 ... 111
    46. 끝페이지 ... 117
  • 참고문헌

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