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미국, 현대 전력망에서 가변성과 용량을 관리하기 위한 전력 저장 기술 정보통신 산업 발전에 따른 휴대용 기기가 폭발적으로 증가하고 있으며 이러한 정보통신 기술은 앞으로의 20년 동안 미국의 전력망을 신뢰성, 보안성, 효율적인 지능형 전력망으로 바꾸는 거대한 변화를 가져올 주된 원동력이다. 이러한 성장을 계속하고 지능형 전력망의 보급을 확대하기 위해서는 전력 공급 변환 시스템에 어떤 형태 및 얼마나 전력저장 장치가 필요한가를 평가하는 것이 필요하다. 1. 배경 미국의 대규모 에너지 저장 장치(31MW급)에 대한 최초는 1929년에 일어났다. 펌프에 의해 이루어진 양수발전소는 최초 서비스 되었다. 낮은 고도에서 높은 고도까지 펌프로 물을 끌어 올리는 것은 그 후 최고 수요 기간 동안 사용할 수 있는 다량의 에너지를 보존하는 가장 실용적인 방법이었다. 2000년 양수 발전소는 국가의 전력 망(1만 8000MW)으로 제공된 총 전력의 약3%를 공급했다. 양수 발전소의 시설 설계에 있어서의 중요한 높이 변화의 필요성 때문에 양수발전시설에의 환경적 측면에서 허용 될 수 있는 장소의 수는 매우 한정적이다. 현재 대규모 에너지 저장에 있어서 응용을 위한 가장 많은 고려를 하는 에너지 저장 기술은 압축공기 에너지 저장(CAES)이다. 115MW급 CAES 실증 발전소는 1990년대 전반에서 가동 중인 상태로 놓여져 현재까지 유효하다. 실제 응용에서 CAES 기술은 암염 돔이나 다 사용하고 버려진 가스 전등의 지하 구성에 적합 시킬 수가 있다. 이러한 시스템은 수 100MW에서 수 1,000MW까지의 전력 범위에서 실용적이다. 오늘날 사용 중인 에너지 저장 장치의 가장 일반적인 형태는 납축전지에 근거하고 있다. 현재 미국에서 높은 전력 품질을 요구하는 정보통신의 부하는 총 전력회사 소비 전력의 1.5%이상을 차지한다. 미국에서 상업적, 산업적, 자동차의 사용에서의 납축전지의 총 소비는 현재 1년에 29억 달러이며 연간 8%의 비율로 성장하고 있다. 과거에 최고부하 기간 동안 에너지 비축의 전력회사 응용을 위한 납축전지 응용은 시험되었지만 전력회사 응용으로서 매일 반복적인 주기 능력에는 경제적으로 수명주기 특성상 이상적이지는 않았다. 리튬이온 배터리 사용은 급속히 성장하고 있다. 대규모 전력 전송 응용을 위한 리튬이온 전지의 이용의 가능성은 2007년에 미국에서 10억 달러에 판매를 올렸다. 장래의 성장성 비율은 연간 50%에서 60%정도이다. 전력 비상용전원으로 다른 몇 개의 사용 중인 전기화학 기술이 있다. 배터리 기술 특히 나트륨-황, 아연-브로마인, 바나듐 산화환원 및 다황화물 브로마이드 산화환원 플로우 전지를 포함하고 있다. 나트륨-황 전지는 일본의 전력회사에서 넓게 사용되는 기술이며 오늘날 미국에서 배포되고 있다. 아연-브로마인 전지는 이미 상업적으로 미국에 성공적이다. 전동 공구에서 니켈 카드뮴과 니켈 금속 수소화물 배터리는 백업 전력 응용으로 사용되지만 전력회사 응용에 대한 비용 및 에너지 밀도 이유로 다른 기술에 밀렸다. 게다가 풍력 터빈과 지하 펌프 수력발전시설에 의한 직접적인 공기 압축과 같은 잠재적인 성능과 비용 이점이 있는 다른 에너지 보존 기술이 있다, 단지 화학 주기율표의 분석에 근거하여 높은 성능(에너지 밀도)과 저 비용 전지 기술에 대한 가능성은 매우 크다. 연방정부의 R D는 에너지 저장을 위해서 기본적인 전자 화학의 가장 높은 잠재적 신소재 조합 가능성을 식별하도록 하는 역할에 있다. 2. 에너지 저장 기술을 배포하는 이익 이것은 감소하는 자원에 대한 부족성에서 용량에 대한 증대를 필요로 하는 자원에 대한 귀중한 산물이며 다음과 같은 이점이 있다 1. 대량의 파워 생산을 위한 전력 망 최적화를 개선하는 수단 2. 가변적이고 낮에 사용 가능한 재생 에너지원 시스템에서 발전 시스템의 평균화를 용이하게 하는 방법 3. 플러그 인 하이브리드 차(PHEV) 전력 수요와 전력 망 통합의 간이화 4. 시간 피크부하(공급 정지 조건에서의 것)를 채우기 위해서 전송과 분포(T D) 하부구조에 대한 투자를 연기하는 방법 5. 직접적으로 전력망/시장 운용자에 대한 보조적인 서비스를 제공하는 자원 3. 분포된 vs 집중적 전력 에너지 저장 양수 발전과 CAES 기술은 집중적인 전력 에너지 저장 시스템이라고 생각된다. 대조적으로, 보다 작은 응용에 적절한 새로운 유형의 배터리는 분포된 전력 저장 시스템으로 불린다. 이 분포된 에너지 저장 분류에 있어서 배터리 2개의 주된 형태는 나트륨-황이나 나트륨 염화 니켈 배터리와 같은 플로우 전지와 고온 배터리이다. 납축전지와 달리 이러한 소자는 매일 순환적으로 사용되고 10~20년 기간의 사용 수명을 가지도록 설계되고 있다. 플로우 전지 기술은 전류를 발생시키기 위해 연료전지와 같은 막을 통해 펌프 되는 액체 전기분해 안에서 능동소자를 이용한다 . 고온 배터리는 250C 위에서 동작해 배터리의 양극과 음극 요소로서 용해 상태의 소재를 이용한다. 전력회사와 자동차의 양쪽 모두를 위해서 준비가 되어 있는 에너지 보존 기술은 플러그 인 전기 자동차(PHEV)의 리튬 기반 배터리 기술이다. 현재 계획으로 이러한 새로운 배터리가 있는 PHEV가 2010년-2011년 사이에 운행 될 것 이라는 것을 나타낸다. 반면 통제 되지 않은 낮이나 초저녁에 PHEV를 충전하는 것은 전반적인 시스템 경제과 용량에 대한 도전이다. 전기자동차 응용은 첨단 재료를 위한 대부분 R D에 대한 원동력이지만 가장 시급한 응용이며 결과적으로 보다 비싼 비용을 정당화 하는 것에 주의해야 한다. 4. 어느 정도의 에너지 저장이 도움이 되나? 전력망에 더해져야 하는 에너지 저장에 대한 양과 종합적인 가치를 평가 하는 것은 전기를 만드는 임계치 원가의 검사로 시작된다. 미국 전기사업은 최소 아마 40%정도의 매우 낮은 부하율로 경영하고 있다. 이것은 평균 생산수준이 설치되고 그 후 이론적으로 유효한 최대 용량 40%에 지나지 않는 것을 의미한다. 동기부여나 통제의 어느 방법을 통해 수요곡선을 이행 시키는 것에 의해 이용률을 개량하기 위한 대처방법으로부터 지능형 전력을 위한 원동력을 얻는다. 에너지 저장 기술은 이용률을 개선하고 있는 동안에 수요에 대응하는 전력 생산을 적합시키는 수단으로 시스템의 균형을 잡는 것을 돕기 위한 다른 방법을 제공한다. 전송 하부구조에 대한 부족이 있을 때 에너지 저장 기술의 구현의 다른 긍정적인 측면은 풍력 에너지로부터의 전기의 잠재적 포착과 저장이다. CAES 이외에 에너지 저장의 다른 모든 장치들은 에너지 방출 주기에서 CO2 방출과 전혀 관련시키지 않는다. CAES 시스템은 전력 생성에 압축 공기를 천연가스와 같이 혼합한다. 시스템이 압축 공기를 단독으로 작동시킨다면 킬로 와트(kW)에 대한 비용은 약 3배보다 높을 것이다. 5. 보고서의 목적 이 보고서의 목적은 전기 구동 자동차, 정지 응용, 전기 전송 및 분배에 대한 에너지 저장 기술 이용의 기초 및 응용 연구를 통합하기 위한 전기 자문 위원회(EAC)의 5개년 제안계획과 추천을 에너지 장관에게 제공하는 것이다. 보고서는 3개 부분으로 분할된다: 1. 에너지 저장에 대한 규제 문제와 잠재적인 장벽 . 2. PHEV에서의 에너지 저장 성장 . 3. 2007년 에너지 독립과 보안 법률의 강제적인 목적을 충족하는 것 . 가능하다면 목표와 관련된 스케줄은 단기간 목표(3-5년 동안), 중기 목표(5-12년 동안) 및 장기 목표(2020년 그 이상)에 근거하여 제시될 것이다. 목차 1. 개요 2. 에너지 저장 기술의 응용 3. 에너지 저장 기술 배치에 대한 규제와 장벽 4. 플러그인 하이브리드 자동차에서의 에너지 저장 5. 200년 에너지 독립 및 안전 법률의 강제적인 목적 6. 제안 |
