[논문 리뷰] Levelized Cost of Energy for PV and Grid Scale Energy Storage Systems

Chun Sing Lai, Malcolm McCulloch|arXiv (Cornell University)|2016. 09. 20.

Energy and Environment Impacts참고 문헌 11인용 수 48

한 줄 요약

이 논문은 태양광(PV) 및 저장 장치 하이브리드를 포함한 대규모 전력망 저장 시스템의 수준화된 에너지 비용(LCOE)을 정확하게 평가하기 위해 새로운 지표인 수준화된 배송 비용(LCOD)을 제안한다. 아프리카의 실제 태양 복사량 및 부하 데이터를 사용하여, LCOD가 저장 특화 동적 요소를 고려함으로써 기존 LCOE보다 더 정확한 비용 평가를 가능하게 함을 보여주며, 할인율이 다양할 경우 바나듐 레독스 흐름 배터리(VRB)와 리튬이온 시스템 간의 비용 프로파일이 상이함을 입증한다.

ABSTRACT

With the increasing penetration of renewable energy sources and energy storage devices in the power system, it is important to evaluate the cost of the system by using Levelized Cost of Energy (LCOE). In this paper a new metric, Levelized Cost of Delivery (LCOD) is proposed to calculate the LCOE for the energy storage. The recent definitions in LCOE for renewable energy system has been reviewed. From fundamental principles, it is demonstrated that there is a need to introduce a new method to evaluate LCOE of the system as the conventional LCOE is not applicable for renewable energy storage systems. Three years of solar irradiance data in Africa collected from Johannesburg and the national load data from Kenya are obtained for case studies. The proposed cost calculation methods are evaluated for two types of storage technologies (Vanadium Redox Battery (VRB) and Lithium-ion) with real-life data. It shows that the marginal LCOE and LCOD indices can be used to assist policymakers to consider the discount rate and the type of storage technology for a cost effective renewable storage energy system.

연구 동기 및 목표

• 기존 LCOE가 대규모 전력망 저장 시스템 평가에 한계를 보이는 문제를 해결하기 위해.
• 에너지 저장 시스템에 특화된 새로운 지표인 수준화된 배송 비용(LCOD)을 제안하기 위해.
• 실제 태양광 및 부하 데이터를 활용하여 바나듐 레독스 흐름 배터리(VRB)와 리튬이온 저장 기술의 비용 효율성을 평가하기 위해.
• 정책 결정자들이 비용 효율적인 재생 가능 에너지 통합을 위해 최적의 저장 기술 및 할인율을 선택할 수 있도록 안내하기 위해.

제안 방법

• 논문은 기본적인 에너지 시스템 원리에서 LCOD를 유도하여 기존 LCOE와의 차별성을 확립한다.
• 3년간 요하네스버그의 태양 복사량 데이터를 활용해 두 가지 저장 기술—VRB와 리튬이온—에 LCOD를 적용한다.
• 케냐의 국가 수준 부하 데이터를 활용해 실제 전력망 수요 패턴을 모델링한다.
• 시간에 따라 변화하는 태양광 발전 및 부하 프로파일을 통합하여 시스템 성능 및 비용 배분을 시뮬레이션한다.
• 자본 비용, 열화, 왕복 효율성 및 시스템 수명 주기를 분석에 포함한다.
• 할인율을 다양하게 설정하여 LCOD에 미치는 영향을 평가함으로써 정책 결정을 위한 민감도 분석을 수행한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 대규모 전력망 저장 시스템에 적용했을 때 기존 LCOE 지표가 실패하는 이유는 무엇인가?
• RQ2 저장 시스템 비용 평가를 위해 새로운 지표인 LCOD를 도입하는 이론적 및 실용적 근거는 무엇인가?
• RQ3 아프리카의 실제 태양광 및 부하 조건 하에서 VRB와 리튬이온 저장 시스템의 LCOD 값은 어떻게 비교되는가?
• RQ4 할인율의 선택이 다양한 저장 기술의 LCOD에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ5 LCOD는 비용 효율적인 에너지 저장 솔루션 선택을 위한 정책 입안자에게 어떤 통찰을 제공하는가?

주요 결과

• 기존 LCOE 지표는 충전/방전 사이클과 저장 특화 열화를 고려하지 못함으로써 에너지 저장 시스템에 대해 부적절하다는 것이 밝혀졌다.
• 제안된 LCOD 지표는 저장 시스템에서의 에너지 배송 비용 평가에 더 정확하고 체계적인 방법을 제공한다.
• 동일한 조건에서 리튬이온 저장 시스템은 VRB보다 낮은 LCOD를 보이며, 특히 높은 할인율에서 두드러진다.
• 양 기술의 LCOD는 할인율에 매우 민감하며, 높은 할인율은 장기 저장의 비용을 크게 증가시킨다.
• 이 연구는 LCOD가 재생 가능 에너지 통합을 위한 기술 선택 및 재정 계획에 더 나은 의사결정을 가능하게 함을 입증한다.