4 태양광 발전의 에너지 저장? | 데무다

칠월 27, 2023

경제의 급속한 발전과 함께 에너지 부족 문제가 날로 심각해지고 있습니다. 에너지 수요와 환경 보호라는 이중 압력에 직면한 세계 각국은 에너지 이용 효율 개선, 에너지 구조 최적화, 재생 에너지 개발과 같은 전략을 채택했습니다. 신에너지 발전의 대표주자로 태양광발전(PV) 발전이 실용화에 널리 적용되고 있다. 그러나 기존의 전원과 달리 PV 시스템의 출력 전력은 태양광 강도 및 온도와 같은 환경 요인의 변화에 따라 크게 변동합니다. 제어할 수 없는 것도 특징입니다. 따라서 PV 전력이 전통적인 에너지원을 대체하고 대규모 계통 연계 발전을 달성하려면 전력망에 미치는 영향을 무시할 수 없습니다. 또한 전력망에서 PV 시스템의 비율이 지속적으로 증가함에 따라 안전하고 안정적인 전력 공급을 보장하기 위해서는 전력망에 미치는 영향을 효과적으로 관리하는 것이 필수적입니다. PV 시스템에 에너지 저장 시스템을 적용하면 전력 불균형 문제를 해결하고 정상 작동 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 에너지 저장 시스템은 PV 발전소의 안정적인 운영을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 시스템의 안정성과 신뢰성을 보장할 뿐만 아니라 전압 스파이크, 서지, 전압 강하 및 순간 정전과 같은 동적 전력 품질 문제에 대한 효과적인 솔루션을 제공합니다.

다음은 PV 시스템의 네 가지 일반적인 에너지 저장 기술입니다.

1. 배터리 에너지 저장:배터리 에너지 저장은 가장 유망한 저장 방법 중 하나입니다. 높은 신뢰성과 모듈화를 특징으로 하여 전력 품질에 대한 요구 사항이 높은 지역의 배전망에 적합합니다. 배터리 에너지 저장은 배터리 전극의 산화-환원 반응을 활용하여 에너지를 저장하고 방출합니다. 시스템 피크 부하 동안 에너지 수요를 충족하고 무효 전력 보상을 지원하여 전압 변동 및 깜박임을 억제할 수 있습니다. 일반적인 배터리 유형에는 납산 배터리, 리튬 이온 배터리, 나트륨-황 배터리 및 흐름 배터리가 포함됩니다. 연구[9]는 PV 시스템에서 배터리의 역할을 분석하여 배터리의 에너지 저장 기능과 태양 전지의 작동 전압을 조절하기 위해 큰 순간 전류를 제공하는 기능을 강조합니다. 또 다른 연구[10]는 몇 가지 일반적인 화학 에너지 저장 기술에 중점을 두고 핵심 기술 지표를 선택하고 2011년까지의 최신 응용 데이터를 수집합니다. 데이터 포락 분석(DEA) 방법을 통해 다양한 화학 에너지 저장의 장점과 응용 효과를 탐색합니다. 기술, 화학 에너지 저장 기술의 향후 연구 방향에 대한 제안 및 참조를 제공합니다.

2. 수퍼커패시터 에너지 저장: 슈퍼커패시터는 기존 커패시터에 비해 유전율이 높고 에너지 밀도가 높으며 에너지 방출이 빠른 특수 소재로 만든 에너지 저장 장치다. 슈퍼커패시터는 서로 다른 에너지 저장 원리에 따라 이중층 커패시터와 전기화학 커패시터로 나눌 수 있습니다. 떠오르는 에너지 저장 구성 요소인 슈퍼커패시터는 다른 저장 방법에 비해 많은 이점이 있습니다. 그들은 높은 전력 밀도, 긴 충방전 주기 수명, 높은 충방전 효율, 빠른 충방전 속도, 고온 및 저온에서의 우수한 성능, 긴 에너지 저장 수명을 가지고 있습니다. 그러나 슈퍼커패시터는 에너지 밀도가 낮고 단자 전압의 변동 범위가 넓으며 직렬 커패시터의 전압 균등화 문제와 같은 몇 가지 단점도 있습니다. 배터리와 슈퍼커패시터의 특성을 고려할 때 두 기술 모두 기술적 성능 면에서 강한 상호보완성을 갖고 있다. 이들을 결합하면 에너지 저장 장치의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 한 연구[14]는 배터리와 슈퍼커패시터를 병렬로 연결함으로써 하이브리드 에너지 저장 시스템의 전력 출력 용량을 향상시킬 수 있고 내부 손실을 줄일 수 있으며 방전 시간을 늘릴 수 있음을 발견했습니다. 또한 배터리의 충방전 횟수를 줄이고 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 저장 장치의 크기를 줄이고 전원 공급 시스템의 안정성과 경제성을 향상시킬 수 있습니다.

3. 플라이휠 에너지 저장:플라이휠 에너지 저장은 고효율, 짧은 공사 기간, 긴 수명, 높은 에너지 저장 용량, 급속 충전, 급속 방전, 무제한 충방전 주기, 환경 친화성 등의 장점을 제공하는 기계적 저장 방식입니다. 그러나 플라이휠 에너지 저장 장치의 유지 관리 비용은 다른 저장 방법에 비해 상대적으로 높습니다. 연구 [15]는 PV 플라이휠 에너지 저장 시스템을 위한 퍼지 제어 기반 유효 전력 평활화 제어를 제안했습니다. 이 연구는 Matlab/Simulink 플랫폼을 사용한 시뮬레이션을 통해 PV 플라이휠 에너지 저장 시스템의 플라이휠 속도, 전력 출력 및 평활화 계수를 분석하고 플라이휠 에너지 저장 장치가 없는 장치와 단순 플라이휠 에너지 저장 장치를 비교했습니다. 또 다른 연구[16]에서는 그리드에 안정적인 전력 출력을 달성하기 위해 최대 전력 지점 추적 및 그리드 연결 인버터 제어를 기반으로 플라이휠 에너지 저장 시스템을 PV 시스템에 도입했습니다. PV 시스템에서 조정 가능하고 안정적인 전기 에너지 출력을 보장하기 위해 제어 전략은 충전 시 전류 내부 루프 제어 및 전압 외부 루프 제어와 방전 시 전류 내부 루프 제어 및 전압 외부 루프 제어를 채택했습니다. 이 접근 방식은 유효 전력의 안정적이고 제어 가능한 출력을 가능하게 하여 태양광 및 환경 온도의 변화로 인한 변동을 효과적으로 억제합니다.

4. 초전도 에너지 저장:SMES(Superconducting Magnetic Energy Storage) 시스템은 전력망에서 생성된 자기장 에너지를 초전도선으로 만든 코일에 저장하고 필요할 때 저장된 에너지를 다시 그리드로 방출합니다. SMES 시스템의 일반적인 구성 요소에는 진공 절연 냉각 용기에 놓인 초전도 코일, 극저온 및 진공 시스템, 제어 목적의 전력 전자 장치가 포함됩니다. 초전도 코일에 의해 형성된 폐쇄 루프 인덕터의 전류는 소산 없이 순환합니다. 다른 에너지 저장 기술과 비교할 때 SMES는 상당한 이점이 있습니다. 장기간 손실 없이 에너지를 저장할 수 있기 때문에 SMES는 높은 에너지 회수 효율을 달성합니다. 또한 일반적으로 몇 초 밖에 걸리지 않는 빠른 에너지 방출이 있습니다. SMES를 채택하면 그리드 전압, 주파수, 유효 및 무효 전력을 쉽게 조정할 수 있습니다. 연구[17]는 풍력 발전기의 전압 및 주파수 출력을 안정화하기 위해 SMES 장치의 사용을 제안했습니다. SMES 유닛은 비동기식 발전기의 부스바에 연결되었고, SMES의 능동 제어기는 비동기식 발전기의 속도 편차를 제어 신호로 채택하였다. 또 다른 연구[18]에서는 풍력 발전소에서 빈번한 접촉 라인 단락 오류 및 풍속 교란을 해결하기 위해 SMES의 능동 컨트롤러에 대한 제어 신호로 전압 편차를 사용할 것을 제안했습니다. 다양한 연구에서 SMES 장치가 풍력 발전 단지의 안정성을 개선하는 데 탁월한 성능을 발휘한다는 사실이 입증되었습니다.

이러한 에너지 저장 기술은 안정적인 작동을 보장하고 안전하고 안정적인 전원 공급을 제공하는 PV 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 지속적인 기술 발전과 성숙으로 에너지 저장 기술은 점점 더 재생 가능 에너지 개발과 지속 가능한 개발 목표 달성에 기여할 것입니다.

기본 정보