신재생에너지 발전전력 압축공기 저장 기술 개발 기획보고서

한국해양연구원 이진학, 부산국립대학교 김진만 교수. 김우태, 한국해양연구원, 서상연, GS건설

세계 및 국내의 전력에너지 전망

전력에너지 저장의 필요성

압축공기에너지저장장치(CAES), 양수발전장치(PHS), 수소저장장치는 100MW 이상의 대규모 에너지저장이 가능하며, 배터리 및 플라이휠은 소규모 저장장치(NEDO, 일본)에 사용 가능 . ㅇ (원리) 전기에너지는 회전운동에너지로 저장되었다가 다시 전기에너지로 변환된다.

CAES의 필요성

전기저장장치의 저장용량 및 경제성 분석(NEDO and ICREPQ, 2008 in Japan)에 따르면 압축공기에너지저장장치(CAES), 양수저장장치(PHS), 수소저장장치(Hydrogen)는 대규모 저장이 가능한 장치이다. 100MW 이상의 에너지. 경제성 분석 결과 압축공기를 이용한 에너지 저장이 양수 저장탱크를 이용한 전기 생산이나 수소 저장보다 더 경제적이라는 조사가 나왔다.

그림 1.5 각 전력에너지 저장시설 별 개발단계 (DTI Report, 2004)

Smart grid와 에너지저장 시스템의 연계

CAES의 효율적 활용

심야에 전기를 이용하는 방식의 풍력에너지 생산과 관련된 CAES, 압축 및 팽창 시 발생하는 열원을 이용하는 AA(Advanced Adiabatic)-CAES, 소형 공기 압축 저장을 이용한 AA-CAES의 기능을 수행하는 Micro-CAES 기술 - 규모 시설 현재 연구 및 실증 단계에 있습니다. 다양한 신재생 에너지원을 활용하고, 규모에 관계없이 저장시설을 분산 배치할 수 있으며, 압축·팽창 시 발생하는 열원을 이용해 에너지 생산과 냉난방을 동시에 이용하는 Tri-Gen CAES를 제안해 달라.

압축공기 저장 방법

기획 목적

추진방향

한국생산기술연구원 박훈재는 기계공학과다. 아니요. R&D 내용 세부추진계획 및 방법.

국외 정책 동향

국내 정책 동향

에너지 저장 실증을 통한 산업화 촉진 에너지 저장장치의 안전성 검증을 지원하기 위한 시스템 구축

정책동향 분석결과

비즈니스 수요에 기반한 수요 중심의 인력 개발을 지원하고, 국제 표준화 및 특허 창출을 지원합니다. 내수시장 활성화를 위한 제도적 기반 구축

전력에너지 시장 수요

전력 생산 예측 차트(International Energy Outlook 2010(EIA)). 4차 전력수급계획의 핵심은 기저부하의 경우 원자력, 최대부하의 경우 LNG 발전에 집중하는 것이다.

그림 2.4 전체 에너지소비량 vs. 전력에너지의 발생량 전망그림 (International Energy Outlook 2010(EIA))

신재생에너지 시장

결정질 초박형 태양전지 상용화 기술 개발 차세대 박막 태양전지 상용화 기술 개발

압축공기 저장기술(CAES) 시장

국내 대부분의 신재생에너지원은 시장 준비 단계에 있습니다. 압축 공기 에너지 저장에 대한 시장 규모 예측.

그림 2.15 CAES Compression Subsystem Market Size (2009-2014) (in million $)

시장동향 종합분석

반면 전망이 낮은 시장 상황이 전개될 경우 CAES 관련 기술은 미국과 독일 시장에 국한돼 CAES 시장의 성장세가 둔화될 수 있다. 따라서 한국은 신재생에너지 생산 안정화를 목표로 시장을 개척하고 적극적인 연구개발 사업으로 CAES 기술 시장에서 각광을 받아야 할 것으로 추정된다.

전력에너지 시스템 기술

다음과 같이 CAES를 이용하여 기존 전력계통을 개선할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 전력 수송의 복잡도: 에너지 그리드 방식의 전력 공급 시스템을 구축하여 전력 수송을 최소화할 수 있습니다.

압축공기 에너지 저장 기술(CAES)

아이오와 시 유틸리티 협회(IAMU)는 풍력과 압축 공기 에너지 저장(CAES)을 결합하는 아이오와 저장 에너지 플랜트(ISEP) 프로젝트를 시작했습니다. 한국자원연구원은 대상지 선정 및 지하공동에 대한 설계변수 연구를 수행한다.

그림 2.20 독일 Huntorf CAES발전소 그림 2.21 미국 McIntosh CAES발전소

압축공기 활용 발전 기술

압축 후 저장 과정에서 큰 에너지 손실이 발생합니다. 한국의 경우 한국기계연구원이 로잔에 있는 스위스연방공대와 협력해 'Micro-CAES'의 가능성과 기술개발 방향을 검토하고 있다.

CAES 모니터링 및 유지관리 시스템 기술

한국콘크리트학회에서는 2004년부터 콘크리트 구조물의 내구성 및 강도 관리 향상을 위해 사회기반시설 콘크리트 구조물의 성능평가 통합시스템 개발 연구를 수행하고 있다. 현재 한국해양연구원을 중심으로 해양콘크리트 구조물의 변형 및 강도평가에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

특허분석대상의 선정

압축 공기 주입 BA 가스 펌프로 압축 공기를 사용하는 압축 공기 주입 BB 압축 공기. BD CAES 시스템 통합 관련 기술 모니터링 및.

특허분석의 방법

발명에 대해 각 국가에서 출원된 특허를 패밀리 특허라고 합니다. 해외 특허출원은 해당 국가에서 상업적 관심이나 기술경쟁이 있는 경우에만 이루어지기 때문에 패밀리특허가 많을수록 특허를 통한 시장성이 높을 것으로 추정되며 이는 시장안정성의 지표로 활용된다.

주요국의 연도별 특허동향 및 기술발전 위치

특정 특허권자의 특허가 나중에 등록된 특허에 인용된 횟수의 평균값입니다. 이 값이 높을수록 주요특허나 원천특허가 많다. 기술 지수가 높을수록 해당 국가(또는 연구 주제)의 기술 수준이 높습니다.

주요국의 세부기술별 특허동향

현재까지 검토된 대부분의 CAES는 지하 저장을 위해 깊은 깊이에 설계 및 시공되었기 때문에 특허 조사 시 압축 공기 저장소의 내부 압력에 의한 파괴 가능성은 고려되지 않았습니다. 깊은 지하 저장고가 아닌 원하는 지역의 지상이나 바다에 인공저수지를 설치하려면 설계와 시공에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다.

기술분야별 주요국가의 특허활동 및 역점분야

AI의 경우 대부분의 특허가 한국 국적이기 때문에 상대적인 특허활동이 낮은 것으로 나타났다. 유럽에서는 미국이 BA(압축공기주입), BC(열에너지이용) 분야에서 상대적으로 활발한 특허활동을 보였으며, 유럽은 AA(인공저수지 설계 및 건설), BB(압축공기 수출) 분야를 활용하는 것으로 나타났다. . ), CA(Storage Facility Monitoring)는 상대적으로 특허활동이 활발한 것으로 분석되었으며, 일본과 한국은 유럽에서 특허활동이 없는 것으로 분석되었다.

주요기업의 역점분야 및 공백기술

Lieberman, Paul LightSail Energy Inc., BA(압축 공기 주입) 및 BC(열 에너지 활용) 분야의 미국 기업 GIBBS & HILL, INC, ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, INC., International Truck Intellectual이 애플리케이션을 주도합니다. <그림 2.39>가 나타났다. BC(열에너지 이용) 분야에서는 미국의 GIBBS & HILL, INC와 일본의 MITSUBISHI HEAVY IND LTD 및 HITACHI LTD가 적용을 주도하고 있는 것으로 나타났으며, 국내 및 유럽. .

미국특허를 이용한 지표분석

BA(압축 공기 주입) 분야에서는 미국의 GIBBS & HILL, INC, 일본의 MITSUBISHI HEAVY IND LTD 및 HITACHI LTD, 영국의 BBC Brown, Boveri & Company Limited가 애플리케이션을 주도하는 것으로 나타났습니다. 본 연구에서는 상대적으로 신청 건수가 많은 기업은 발견되지 않았다. CA(Storage Facility Monitoring) 분야에서는 KNORR BREMSE SYST FUR NUTZFAHRZEUGE GMBH가 독일에서 가장 많이 적용되고 있는 것으로 나타났으며, 한국, 미국, 일본에서는 상대적으로 신청량이 많은 기업을 찾아볼 수 없었다.

특허분석의 결론 및 시사점

논문동향 분석 개요

CAES 분야의 논문동향 분석 결과

주요 출판 저널인 Journal of Rock Mechanics와 Mining Science &. 토목공학 중에서도 지반공학과 에너지 관련 분야에서 많은 작품이 발표되었다.

국내외 기술개발 현황

SustainX는 모바일 압축 공기 저장 시스템이 전 세계에 쌓여있는 미사용 컨테이너에서 확장 및 사용할 수 있는 매우 간단한 기술이라고 주장합니다. 이중 지하 압축 공기 저장 터널을 포함한 CAES-G/T 발전 시스템의 타당성 및 안전성을 검증하는 목적.

일리노이주 양주 인디애나주 대수층 후보지 조사 및 예비설계 Pittsfield ∙1982년부터 일리노이 주 Pittsfield(대수층 유형)에서 현장 테스트가 실시되었습니다.

국내 기술 인프라·기술 인력 현황

지하암반 이중공형 에너지저장장치 개발 지하 기반암에 통풍식 에너지 저장 시스템 개발.

STEEP 분석

이슈도출

에너지의 효율적 사용 : 에너지 저장 기술을 적용하여 지속 가능한 신에너지의 품질을 향상시킵니다. 당연히 에너지 사용 및 개발 측면에서.

이슈트리(Issue Tree)

발전 기술과 에너지 저장 기술의 필요성과 시급성. 에너지 저장 기술을 활용한 생산 능력의 안정화가 필요합니다.

기술발전 시나리오

따라서 해상에서 적용할 수 있는 에너지 저장시설과 기술이 필요하다. 해양 상황에 적용 가능한 인양 기술이 필요합니다.

전략적 연구개발 목표 수립

구분 전동식 압축 공기 저장 시스템 윈드 블레이드 다이렉트 드라이브. 효율적인 압축공기 주입 및 활용 기술.

핵심과제 도출 과정

기술기능전개 및 기술트리

해상계류시스템의 설계/해석 기술. 저장 구조 열응력 분석 기술 시스템 연계.

후보과제 도출 및 우선순위 선정

AA CAES 시스템 열에너지 저장 및 활용 기술 개발 AA CAES 시스템 열에너지 저장 및 활용 기술 개발

추진전략 및 로드맵

세부과제간 연계전략

해상풍력과 통합된 신개념 MICRO-CAES 시스템 개발 해상 풍력 에너지 구조물을 이용한 CAES 저장 구조물 개발

산·학·연 연계전략

기술 타당성 확보 후 연구 중심의 파일럿 테스트 및 스케일업 추진 정기적인 발표 및 워크숍을 추진하여 과제별 연구 진행 상황을 점검하고 긴밀한 정보 공유를 통해 실질적/통합적 성과 도출

연구단 성과목표 및 지표

연구관리팀을 통한 조사자 이슈관리, 진도관리, 예산집행 적정화를 통한 연구 효율성 및 예산집행의 투명성 제고 또한 연도별/단계별 내부평가지표를 수립·관리하여 연구소의 체계적인 운영을 도모하고 있습니다.

실용화 추진 전략

신재생에너지 연계 CAES 시스템의 경제성 분석에 관한 연구 • 발전원별 CAES 시스템의 최적 레이아웃에 관한 연구 • 스마트 그리드와의 연계에 관한 연구. 신재생에너지 포트폴리오 기준(RPS)에 부합하는 방법에 대한 연구.

연구목표 및 범위

연구내용

추진전략 및 로드맵

현장에서는 산학연 협력을 통해 다음과 같은 핵심기술을 개발하고 추진하고 있습니다. 정압 압축 공기 저장 시스템 최적화 기술 개발

예상 연구성과물의 목표성능

성과목표 및 성과지표

실용화 방안

이를 위해 개발된 기술에 대한 특허등록 및 신기술 등록을 진행하고 기술요구업체별 기술이전 및 교육, 설계가이드 및 설계샘플 제공, 시공가이드 및 운영가이드를 제공한다. 이와 같이 실제 현장에 적용할 수 있는 기술을 도출하기 위해서는 연구 단계에서 각 전문기업의 프로젝트 참여 및 공동연구가 반드시 필요하다.