[Net-Zero] Grid-connected vs Isolated 형태의 Microgrid 비교/분석

안녕하세요 여러분 민(Min) 입니다. 이번 포스팅의 내용은 Grid-connected vs Isolated 형태의 Microgrid Simulation에 대한 내용입니다. 

 

산업단지의 Net-Zero 목표를 위한 연구를 진행하는 경우, grid-connected 형태의 시뮬레이션과 isolated (독립형) 형태의 시뮬레이션 중 어느 것을 선택해야 하는지는 연구의 목적과 상황에 따라 달라집니다. 각 형태의 시뮬레이션은 서로 다른 장단점을 가지고 있으며, 이를 잘 이해한 후 선택하는 것이 중요합니다.

### Grid-Connected 형태의 시뮬레이션

#### 장점:
1. **안정성**: 전력망에 연결되어 있어 필요할 때 전력을 공급받거나 남는 전력을 전력망에 판매할 수 있습니다.
2. **경제성**: 전력망에서 전력을 공급받을 수 있기 때문에 에너지 저장 시스템에 대한 투자 비용을 줄일 수 있습니다.
3. **유연성**: 재생 에너지 생산량의 변동에 대해 전력망이 보완 역할을 할 수 있습니다.

#### 연구 시나리오:
- 산업단지가 전력망에 연결되어 있으며, Net-Zero 목표를 달성하기 위해 재생 에너지(태양광, 풍력 등)를 최대한 활용하고, 부족한 전력은 전력망에서 공급받으며, 남는 전력은 전력망에 공급하는 경우를 시뮬레이션할 때.
- 경제성 분석을 위해 전력 요금과 재생 에너지 판매 수익을 고려할 때.
- 전력망의 안정성과 신뢰성을 고려할 때.

### Isolated 형태의 시뮬레이션

#### 장점:
1. **자립성**: 외부 전력망에 의존하지 않으며, 완전히 독립된 에너지 시스템을 구성할 수 있습니다.
2. **안정적 에너지 공급**: 외부 전력망의 장애나 정전과 무관하게 독립적인 에너지 공급이 가능합니다.

#### 연구 시나리오:
- 산업단지가 전력망과 물리적으로 연결되지 않거나, 자립적인 에너지 시스템을 구축하여 완전한 독립을 목표로 할 때.
- 비상 상황에서의 에너지 자립성을 평가할 때.
- 에너지 저장 시스템(배터리, 수소 저장 등)의 성능 및 효율성을 평가하고 최적화할 때.

### 결론

- **Grid-Connected 형태의 시뮬레이션**: 산업단지가 전력망과 연결된 상태에서 Net-Zero 목표를 달성하기 위한 방안을 연구하고자 할 때 적합합니다. 이는 일반적으로 더 현실적인 시나리오이며, 대부분의 산업단지에서 적용 가능성이 높습니다.

- **Isolated 형태의 시뮬레이션**: 특정 상황에서 독립적인 에너지 시스템의 구축이 필요하거나, 전력망과의 연결이 불가능한 경우에 적합합니다. 또는 독립형 에너지 시스템의 타당성 및 효율성을 평가하고자 할 때도 유용합니다.

추가적으로 고려해야할 사항은 다음과 같습니다.

 

Grid-Connected 형태의 Net-Zero 시뮬레이션에서 Net-Zero의 의미와 목표를 이해하는 것이 중요합니다. Net-Zero는 산업단지의 에너지 시스템이 연간 기준으로 전력과 열 에너지 소비량을 상쇄하는 만큼의 재생 에너지를 생산하는 것을 의미합니다. Grid-Connected 상태에서 Net-Zero를 달성하기 위해서는 특정 시간에 모든 에너지를 자체적으로 생산하지 않아도 되며, 연간 총량으로 접근합니다.

### Grid-Connected 형태에서의 Net-Zero 의미

1. **연간 에너지 균형**:
   - **Net-Zero의 기본 개념**은 연간 기준으로 산업단지가 소비하는 전력과 열 에너지를 자체적으로 생산한 재생 에너지로 충당하는 것을 의미합니다.
   - 즉, 일 년 동안 산업단지가 소비하는 총 에너지량이 산업단지에서 생산한 재생 에너지량과 동일하거나 초과하면 Net-Zero를 달성한 것입니다.

2. **재생 에너지 생산과 소비의 시간적 불일치**:
   - Grid-Connected 형태에서는 특정 시간에 재생 에너지 생산량이 소비량을 초과할 수도 있고, 반대로 부족할 수도 있습니다.
   - 예를 들어, 태양광 패널이 많은 전력을 생산하는 낮 시간에는 남는 전력을 전력망에 공급하고, 밤이나 재생 에너지 생산이 적은 시간대에는 전력망에서 전력을 공급받을 수 있습니다.

3. **전력망과의 상호작용**:
   - **재생 에너지 생산 초과 시**: 남는 전력을 전력망에 공급합니다. 이 과정에서 전력망은 일종의 "배터리" 역할을 하여, 에너지를 저장하고 필요할 때 사용할 수 있게 합니다.
   - **재생 에너지 생산 부족 시**: 전력망에서 전력을 공급받아 필요한 에너지를 충당합니다.
   - 이러한 상호작용을 통해 산업단지는 지속적으로 에너지를 사용할 수 있으며, 전체적인 에너지 균형을 맞춥니다.

4. **열 에너지와 기타 에너지 수요**:
   - 전력뿐만 아니라 열 에너지(예: 난방, 냉방) 수요도 포함됩니다.
   - 태양열 집열기, 지열 시스템, 바이오매스 보일러 등 다양한 신재생 에너지 기술을 활용하여 열 에너지 수요를 충당할 수 있습니다.
   - 이 경우에도 연간 기준으로 총 열 에너지 소비량이 재생 에너지로 생산된 열 에너지량과 동일하거나 초과하도록 계획합니다.

### Grid-Connected Net-Zero 목표 달성을 위한 전략

1. **재생 에너지 생산 확대**:
   - 태양광 패널, 풍력 터빈, 지열 시스템 등 다양한 재생 에너지원을 최대한 활용합니다.
   - 필요에 따라 산업단지 내에 에너지 저장 시스템(배터리 등)을 설치하여, 에너지 생산과 소비의 시간적 불일치를 최소화합니다.

2. **에너지 효율성 향상**:
   - 에너지 소비를 줄이기 위한 효율적인 장비와 시스템을 도입합니다.
   - 에너지 관리 시스템을 통해 실시간으로 에너지 소비를 모니터링하고 최적화합니다.

3. **전력망과의 효율적인 연계**:
   - 스마트 그리드 기술을 도입하여 전력망과의 상호작용을 최적화합니다.
   - 피크 타임에 전력 소비를 줄이고, 재생 에너지 생산이 많은 시간대에 전력을 판매하는 전략을 사용합니다.

### 결론

Grid-Connected 형태의 Net-Zero는 연간 기준으로 산업단지가 소비하는 총 에너지를 재생 에너지로 상쇄하는 것을 의미합니다. 특정 시간에 모든 에너지를 자체적으로 생산할 필요는 없으며, 전력망과의 상호작용을 통해 에너지의 시간적 불일치를 해결합니다. 이를 통해 궁극적으로 산업단지는 지속 가능한 에너지 균형을 달성하게 됩니다.