[논문 리뷰] A zero-carbon, reliable and affordable energy future in Australia

Bin Lü, Andrew Blakers외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 07. 19.

Integrated Energy Systems Optimization참고 문헌 9인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 태양광, 풍력, 장기 저장, 송전망 연계, 수요 반응을 조합하여 호주에 완전 탈탄소화된 에너지 시스템을 제안하여 온실가스 배출을 80% 감축한다. 10년에 걸친 고해상도(30분 간격) 모의실험을 통해 태양 Belt 지역의 유연한 발전, 대규모 저장, 지역 송전망 통합의 상호보완적 작용을 통한 안정적이고 저비용이며 탄소가 없는 전력 미래가 가능함을 입증한다.

ABSTRACT

Australia has one of the highest per capita consumption of energy and emissions of greenhouse gases in the world. It is also the global leader in rapid per capita annual deployment of new solar and wind energy, which is causing the country's emissions to decline. Australia is located at low-moderate latitudes along with three quarters of the global population. These factors make the Australian experience globally significant. In this study, we model a fully decarbonised electricity system together with complete electrification of heating, transport and industry in Australia leading to an 80% reduction in greenhouse gas emissions. An energy supply-demand balance is simulated based on long-term (10 years), high-resolution (half-hourly) meteorological and energy demand data. A significant feature of this model is that short-term off-river energy storage and distributed energy storage are utilised to support the large-scale integration of variable solar and wind energy. The results show that high levels of energy reliability and affordability can be effectively achieved through a synergy of flexible energy sources; interconnection of electricity grids over large areas; response from demand-side participation; and mass energy storage. This strategy represents a rapid and generic pathway towards zero-carbon energy futures within the Sunbelt.

연구 동기 및 목표

• 호주에 완전 탈탄소화된 에너지 시스템을 설계하여 심각한 온실가스 감축을 달성하는 것.
• 재생에너지 주도 전력 시스템에서 높은 신뢰성과 저비용성을 달성할 수 있는지 평가하는 것.
• 장기적 비강하천 저장 및 분산 에너지 저장의 역할이 높은 재생에너지 통합을 가능하게 하는지 평가하는 것.
• 지역 송전망 연계 및 수요측 참여가 시스템 안정성과 비용에 미치는 영향을 조사하는 것.
• 태양 Belt 지역의 탄소가 없는 에너지 전환을 위한 확장 가능하고 일반화된 경로를 제공하는 것.

제안 방법

• 역사적 기상 및 부하 데이터를 사용하여 10년 간의 에너지 공급 및 수요에 대한 고해상도(30분 간격) 시뮬레이션.
• 태양광 및 풍력을 주요 에너지 원천으로 삼고, 장기적 비강하천 및 분산 에너지 저장을 지원하는 통합.
• 대규모 지리적 지역 간의 변동성이 큰 재생에너지 발전을 균형 잡기 위해 지역 송전망 연계를 활용.
• 시스템의 탄력성 향상과 피크 부하 압력을 줄이기 위해 수요측 반응을 통합.
• 100% 신뢰성과 비용 효율성을 확보하기 위해 에너지 혼합 및 저장 설비 배치 최적화.
• 운전, 난방, 산업 부문의 완전한 전기화를 모델링하여 80%의 배출 감축 달성.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 호주에서 완전 탈탄소화된 전력 시스템이 태양광과 풍력만으로 100% 신뢰성을 달성할 수 있는가?
• RQ2 장기적 및 분산 에너지 저장이 얼마나 높은 재생에너지 통합을 가능하게 하는가?
• RQ3 지역 송전망 연계가 재생에너지 비중이 높은 전력 시스템에서 시스템 신뢰성과 비용에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 수요측 참여가 시스템 균형 유지와 비용 절감에 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 이 모델은 탄소가 없는 에너지 전환을 추구하는 다른 태양 Belt 국가들에게 일반화 가능한 경로로 활용될 수 있는가?

주요 결과

• 고수준의 저장 및 연계를 통해 태양광과 풍력만으로도 전력 공급의 100% 신뢰성을 달성한다.
• 운전, 난방, 산업 부문의 완전한 전기화를 통해 온실가스 배출량을 80% 감축한다.
• 장기적 비강하천 및 분산 에너지 저장은 태양광 및 풍력 발전의 변동성을 관리하는 데 핵심적이다.
• 지역 송전망 연계로 초과 용량이 크게 감소하고 시스템 비용이 낮아진다.
• 수요측 반응은 시스템의 탄력성을 높여 피크 수요를 줄이고 저장 용량 요구량을 감소시킨다.
• 제안된 시스템은 저비용이며 확장 가능하여 태양 Belt 지역의 탄소가 없는 에너지 미래를 위한 실현 가능한 경로를 제공한다.