[논문 리뷰] Levelized Cost of Energy Calculation for Energy Storage Systems

Hossein Lotfi, Alireza Majzoobi외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 10. 24.

Hybrid Renewable Energy Systems참고 문헌 2인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 수명 주기 비용, 용량, 효율성, 시장 가격 변동성을 고려하여 에너지 저장 시스템의 단위 에너지 비용(LCOE)을 계산하는 종합적인 방법을 제안한다. 이는 다양한 저장 기술 간의 비교를 위한 표준화된 경제 평가 프레임워크를 제공하며, 용량, 전기 가격, 왕복 효율성과 같은 핵심 매개변수에 대한 민감도를 보여준다.

ABSTRACT

The levelized cost of energy (LCOE) presents the energy-normalized cost of a generation asset by considering all associated costs (investment and operation) and total generated energy over its life cycle. As LCOE is a levelized value, it provides a quick and easy measure to compare different energy resource technologies with different characteristics. The LCOE calculation for large-scale power plants and distributed generations (DGs) is extensively studied and can be found in the literature. The discussions on the LCOE calculation for energy storage systems, however, is limited. Although still relatively expensive compared to generation technologies, energy storage is gaining significant attention and has been deployed extensively during the past few years, conceivably due to its many benefits such as load shifting, energy arbitrage, and renewable coordination. Therefore, LCOE calculation of energy storage systems plays an important role in economic evaluation of power systems. This paper proposes a method for calculating the LCOE of energy storage, and further provides the sensitivity analysis with respect to changes in capacity, electricity market prices, and efficiency.

연구 동기 및 목표

• growing 배포에도 불구하고 확립된 프레임워크가 없는 에너지 저장 시스템에 특화된 표준화된 LCOE 계산 방법을 개발하기 위해.
• 다양한 에너지 저장 기술 간의 비용 비교를 가능하게 하여 전력 시스템의 경제 평가 격차를 해소하기 위해.
• 용량, 전기 시장 가격, 효율성과 같은 핵심 변수가 저장 시스템의 LCOE에 미치는 영향을 정량화하기 위해.
• 장기적 시스템 계획을 지원하기 위해 저장 자산에 대한 수명 주기 기반의 단일화된 비용 지표를 제공하기 위해.

제안 방법

• LCOE는 수명 주기 동안의 총 비용을 총로 배달된 에너지로 나누어 계산된다.
• 총 수명 주기 비용은 자본 투자, 운영 및 유지보수(O&M) 비용, 교체 비용을 포함하며, 현재 가치로 할인된다.
• 배달된 에너지는 시스템의 정격 용량, 왕복 효율성, 연간 충전/방전 주기 수에 기반하여 계산된다.
• 이 방법은 시간에 따라 변하는 전기 시장 가격을 반영하기 위해 에너지 아르비트 기회를 고려한 수익 유입 모델을 통합한다.
• 민감도 분석은 용량, 전기 가격, 효율성을 변화시켜 LCOE에 미치는 영향을 평가하기 위해 수행된다.
• 실제 운영 및 시장 파rameter를 사용하여 CIGRE 미래 전력망 심포지엄의 사례 연구를 통해 방법이 검증되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 수명 주기 비용과 에너지 출력을 고려하여 에너지 저장 시스템의 LCOE를 어떻게 계산할 수 있는가?
• RQ2 저장 용량은 결과적으로 도출된 LCOE 값에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 전기 시장 가격의 변동성은 에너지 저장 시스템의 LCOE에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 왕복 효율성은 LCOE로 측정된 저장 시스템의 경제적 성과에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 수명 주기 기반의 단일화된 비용 프레임워크에서 에너지 저장 시스템의 주요 비용 원천는 무엇인가?

주요 결과

• 에너지 저장 시스템의 LCOE는 왕복 효율성에 매우 민감하며, 효율성이 10% 감소할 경우 LCOE가 크게 증가한다.
• 높은 저장 용량은 규모의 경제 효과로 인해 일반적으로 LCOE를 낮추지만, 용량이 매우 클 경우 효과는 점점 감소한다.
• 전기 시장 가격 변동성이 증가할수록 LCOE가 증가하며, 이는 아르비트 기회가 예측 가능성이 떨어지기 때문이다.
• 이 방법은 총 에너지 배달량에 따라 비용을 정규화함으로써 다양한 저장 기술 간의 일관된 경제적 비교를 가능하게 한다.
• 민감도 분석 결과, O&M 비용과 교체 비용은 특히 장기형 시스템에서 총 수명 주기 비용의 주요 기여 요소임을 확인하였다.
• 제안된 LCOE 프레임워크는 다양한 시장 조건과 기술 조건 하에서 저장 시스템의 경제적 타당성을 정량화함으로써 투자 및 계획 결정을 지원한다.