마이크로제너레이션

Microgeneration
중국 윈난(雲南) 달리(達里)시의 한 지역사회에 전기를 공급하는 소규모 풍력터빈들의 모임.
시리즈의 일부(on)
지속가능에너지
A car drives past 4 wind turbines in a field, with more on the horizon
에너지 절약
재생에너지
지속 가능한 운송
시리즈의 일부(on)
반소비주의
이론과 사상
주목할 만한 작품
조직 및 그룹
사람
관련 사회운동
참고 항목

마이크로 발전(microgeneration)은 전통적인 중앙 집중식 그리드 연결 전력에 대한 대안 또는 보완책으로 "저탄소 공급원"으로부터 열 또는 전력을 소규모로 생산하는 것입니다.

마이크로 발전 기술에는 소규모 풍력 터빈, 마이크로 수력, 태양광 PV 시스템, 미생물 연료 전지, 접지 열원 히트 펌프, 마이크로 복합 열 및 전력 설비가 포함됩니다.[1]이러한 기술들은 하나의 발전기를 기반으로 하는 시스템보다 우수한 성능과 낮은 비용을 제공할 수 있는 하이브리드 전력 솔루션을 구성하기 위해 종종 결합됩니다.[2]

역사

미국에서 마이크로제너레이션은 1973년 석유 위기와 혁신을 촉발한 욤키푸르 전쟁에 그 뿌리를 두고 있습니다.[3]

1979년 6월 20일, 32개의 태양 전지판이 백악관에 설치되었습니다.[4]태양 전지는 레이건 행정부 시절인 7년 뒤 해체됐습니다.[5]

태양열 난방의 사용은 "1954년 벨 연구소가 최초로 실용적인 태양 전지를 개발한" 1900년[6] 이전으로 거슬러 올라갑니다.[7]"델라웨어 대학은 1973년에 최초의 태양열 건물 중 하나인 "솔라 원"을 만든 것으로 인정받고 있습니다.그 공사는 태양열 발전과 태양열 발전의 조합으로 진행되었습니다.그 건물은 태양 전지판을 사용하지 않았고, 대신에, 태양 전지판은 옥상에 통합되었습니다."[8]

기술 및 설정

발전소

전기 생산 공장(예를 들어, 풍력 터빈 및 태양 전지판) 외에도, 에너지 저장 및 전력 변환을 위한 인프라와 정규 전력 그리드와의 연결이 통상적으로 필요하고/또는 예견됩니다.일반 전력망에 연결하는 것이 필수적이지는 않지만, 그것은 재정적인 보상 체계를 허용함으로써 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다.그러나 개발도상국에서는 이 장비의 시작 비용이 일반적으로 너무 높으므로 대체 설정을 선택할 수밖에 없습니다.[9]

발전소 외에 필요한 추가 장비

완전한 PV-태양계

따라서 작업 시스템을 설정하고 계통 외 발전 및/또는 전력망 연결에 필요한 장비 전체를 시스템[10] 균형이라고 하며 PV 시스템과 함께 다음과 같은 부분으로 구성됩니다.

에너지저장장치

오프 그리드 태양광 및 풍력 시스템의 주요 문제는 태양이 비치지 않거나 바람이 잔잔할 때 전력이 필요한 경우가 많다는 점입니다. 일반적으로 순수하게 그리드로 연결된 시스템에는 필요하지 않습니다.

또는 기타 에너지 저장 수단(예: 수소 연료 전지, 플라이휠 에너지 저장, 양수 저장 수력 전기, 압축 공기 탱크 등)[12]

  • 배터리 또는 기타 에너지 저장을 충전하기 위한 충전 제어기

많은 기기에 필요한 DC 배터리 전력을 AC로 변환하거나 상용 전력망에 과도한 전력을 공급하는 경우:

안전장비

일반적으로 개발도상국의 주택을 위한 마이크로 발전에서, 조립식 주택-배선 시스템(배선 하네스 또는 조립식 분배 유닛으로서)이 대신 사용되고,[13] 단순화된 주택-배선 박스 및 케이블, 소위 배선 하네스,배선 자체에 대한 많은 지식을 필요로 하지 않고 간단하게 구입하여 건물에 장착할 수 있습니다.이처럼 기술적인 전문 지식이 없는 사람도 설치가 가능합니다.그들은 또한 비교적 가격이 싸고 안전상의 이점을 제공합니다.[14]

소규모(DIY) 발전시스템

풍력 터빈 특정

주 기사 : 소형 풍력터빈

풍력 터빈, 수력 발전소의 경우 필요한 추가 장비는 PV 시스템과 거의 동일하지만(사용되는 풍력 터빈의 종류에 따라 다름) 다음도 포함됩니다.[19]

  • 수동 연결 해제 스위치
  • 주탑의 주춧돌
  • 접지 시스템
  • 발전된 전력이 현재의 필요와 저장 시스템 용량을 초과할 때 강풍이 부는 곳에서 사용하기 위한 차단 및/또는 더미 부하 장치.
진동풍력

바람 에너지 진동에서 전기로 에너지를 변환하는 새로운 풍력 에너지 기술이 개발되고 있습니다.Vibro-Wind 기술이라고 불리는 이 에너지는 일반 풍력 터빈보다 더 약한 강도의 바람을 사용할 수 있고, 거의 모든 장소에 배치될 수 있습니다.

프로토타입은 폼 조각으로 만들어진 오실레이터가 장착된 패널로 구성되었습니다.기계적 에너지에서 전기적 에너지로의 변환은 스트레스를 받으면 전자를 방출하는 세라믹이나 폴리머로 만들어진 장치인 압전 변환기를 사용합니다.이 원형의 제작은 코넬 대학의 기계항공우주공학과 교수인 프란시스 문이 이끌었습니다.Vibro-Wind Technology에서의 Moon의 연구는 코넬에 있는 Atkinson Center for a Sustainable Future에 의해 자금을 지원받았습니다.[20]진동풍력은 아직 상업적으로 실행 가능하지 않으며 초기 개발 단계에 있습니다.이 초기 단계의 벤처를 상용화하기 위해서는 상당한 진전이 필요할 것입니다.

가능한 설정

여러 마이크로 제너레이션 설정이 가능합니다.다음과 같습니다.

  • 다음을 포함하는 별도의 설정:
    • 에너지 저장 없이 그리드를 오프-더 그리드로 설정(예: 배터리 등)
    • 에너지 저장소(예: 배터리 등)를 사용하여 그리드를 오프-더 그리드로 설정합니다.
    • 배터리 충전소
  • 그리드 연결 설정에는 다음이 포함됩니다.
    • 백업과 연결된 그리드를 통해 중요한 부하에 전력 공급
    • 재정적 보상 체계 없이 그리드로 연결된 설정
    • 그리드 연결 설정(넷 미터링 포함)
    • 그리드 연결 설정과 순 구매 및 판매[22]

언급된 모든 설정은 단일 발전소 또는 발전소 조합에서 작동할 수 있습니다(이 경우 하이브리드 전력 시스템이라고 함).안전을 위해 주 전원 공급 장치에 장애가 발생하면 그리드 연결 설정이 자동으로 꺼지거나 "안티 아일랜드 모드"로 전환해야 합니다.이에 대한 자세한 내용은 섬화를 조건으로 한 기사를 참조하십시오.

비용.

선택한 셋업(금융보상제도, 발전소, 부대설비)에 따라 가격이 달라질 수 있습니다.Practical Action에 따르면 최신 비용 절감 기술(와이어링 하니스, 레디 보드, 저렴한 DIY 발전소, 예: DIY 풍력 터빈)을 사용하는 가정용 마이크로 발전기는 매우 비용이 적게 들 수 있습니다.사실, 개발도상국의 농업 공동체의 많은 가구들이 한 달에 전기료로 1달러 미만을 지출한다고 언급하고 있습니다.[23] 하지만, (더 많은 상업적 시스템/접근 방식을 사용하여) 문제를 덜 경제적으로 처리한다면, 비용은 극적으로 높아질 것입니다.그러나 대부분의 경우, 재생 가능한 발전소에서 마이크로 발전을 사용하여 재정적인 이점을 얻을 수 있습니다. 지역 생산은 장거리 전력선에서의 전기 수송 손실이나 일반적으로 8-15%의 에너지가 손실되는 변압기에서의 줄 효과로 인한 에너지 손실이 없기 때문에 50-90% 범위에 있는 경우가 많습니다.[25]

영국에서는 정부가 기업, 지역사회 및 개인 주택에 이러한 기술을 설치할 수 있도록 보조금과 피드백 비용을 제공합니다.사업체는 과세 이익에 대비하여 설치 비용 전액을 탕감할 수 있으며, 주택 소유자는 균등 요금 보조금 또는 kWh당 생산된 전력을 국가 그리드에 상환할 수 있습니다.지역사회 단체들은 또한 최대 20만 파운드의 보조금을 받을 수 있습니다.[26]

영국에서는 마이크로제네레이션 인증 제도를 통해 마이크로제네레이션 설치자 및 제품에 대한 승인이 제공되는데, 이는 관세 및 재생 가능 열 인센티브 공급 제도와 같은 자금 지원 제도의 필수 요건입니다.

그리드 패리티

그리드 패리티(또는 소켓 패리티)는 대체 에너지원이 전력망에서 전력을 구입하는 가격보다 작거나 같은 수준의 에너지 비용(LCOE)으로 전기를 생산할 수 있을 때 발생합니다.그리드 패리티에 도달하는 것은 에너지원이 보조금이나 정부 지원 없이 광범위한 개발의 경쟁자가 되는 시점으로 간주됩니다.그리드 패리티에 도달하면 이러한 형태의 에너지로 한 세대가 전체적으로 이동할 것이라는 것이 일반적인 견해입니다.

2000년경 육상풍력으로 일부 지역에서 그리드 패리티에 도달했으며, 2013년 스페인에서 처음으로 태양광 발전으로 달성했습니다.[27][28][29]

대규모 세대와의 비교

미세 생성 대규모 세대 메모들
기타이름 분산생성 중앙집중형 세대
규모의 경제 관련 환경에 영향을 미칠 발전기의 대량 생산이 필요합니다.시스템은 대량 생산 시 비용이 적게 듭니다. 전원에 따라 다릅니다. 일반적으로 발전기의 규모가 클수록 경제적입니다.광전지, 유사한 패널이 모든 응용 분야에서 사용되는 반면 풍력은 크기의 제곱에 따라 전력이 대략적으로 확장됩니다.
요구사항 충족 능력 설치된 세대 또는 저장소의 한도 내에서 공급
  • 풍력 및 태양 에너지의 경우 실제 생산량은 명판 용량의 일부에 불과합니다.[30]
  • 연료 기반 시스템은 완전한 디스패치가 가능합니다.
  • 태양 전지판은 간단하고 신뢰할 수 있으며, 합리적인 가격에 약간의 전기를 제공할 수 있습니다.
 일반적으로 그리드가 효과적으로 유지되는 한 지역 전송 한계 내에서 더 유연한 공급
환경영향 더 작은 장치의 수가 많아지면 특히 바람과 함께 장치 생산으로 인한 더 큰 영향을 초래할 수 있습니다. 더 큰 발전기는 지역에 더 많은 영향을 미칠 수 있고, 전송 장비는 지역에 영향을 미칠 수 있지만, 규모의 경제로 인해 전체적인 영향이 줄어들 가능성이 높습니다. 논평가들은 녹색 에너지 관세로 전기를 사는 가정들이 미세 발전보다 더 많은 탄소 사용량을 더 줄이고 더 낮은 비용으로 줄일 수 있다고 주장합니다[citation needed].
전송손실 일반적으로 최종 사용자와의 근접성이 일반적으로 더 가까워짐에 따라 손실이 줄어들 수 있습니다. (개별 설치마다 규모가 부족하여 효율성이 떨어지는 전송 기술을 사용할 수도 있기 때문입니다.) 전송 중에 전력의 상당 부분이 손실됩니다(2006년 3월 BBC 라디오 4 투데이 프로그램에 따르면 영국에서 약 8%).
그리드 변경사항 전송 부하를 줄여 그리드 업그레이드의 필요성을 줄입니다. 전송되는 전력을 증가시켜 그리드 업그레이드의 필요성을 증가시킵니다.
그리드 고장 이벤트 여러 상황에서 여전히 지역에 전기가 공급될 수 있습니다. 그리드로 인해 전기를 사용할 수 없을 수 있습니다.
제너레이터 고장 이벤트 하이브리드 시나리오를 제외하고는 전기를 사용할 수 없습니다. 그리드 이중화로 인해 전기를 사용할 가능성이 매우 높습니다.
소비자 선택 모든 법적 시스템을 구입할 수 있습니다. 시장에 따라 전력 회사의 제품을 구입할 수 있음
신뢰성 및 유지보수 요구사항 광전지, 스털링 엔진, 그리고 특정한 다른 시스템들은 보통 매우 신뢰할[citation needed] 수 있고, 거의 혹은 전혀 유지하지 않고 수천 시간 동안 계속 전력을 생산할 수 있습니다.그러나 신뢰할 수 없는 시스템은 추가 유지보수 비용과 비용을 발생시킵니다. 전력회사에서 관리합니다.그리드 신뢰성은 위치에 따라 다릅니다.
폐열 부산물 추운 기후에서 난방 목적으로 사용할 수 있어 효율성을 크게 높이고 에너지 총 비용을 상쇄할 수 있습니다.이 방법은 마이크로 복합 열 및 전력(microcompound heat and power, microCHP)으로 알려져 있습니다.

일부 개인 소유의 산업용 복합 열 및 전력(CHP) 설비에 사용됩니다.또한 지역 난방이라고 불리는 대규모 응용 분야에서도 사용되며 비효율적인 발전소에서 일반적으로 배출되는 열을 사용합니다.[31]

대부분의 마이크로 발전 형태는 수요가 많고 그리드 가격이 높은 시기에 전력을 더 많이 생산하고 수요가 낮고 그리드 가격이 낮은 시기에 전력을 더 적게 생산함으로써 전력 공급과 수요의 균형을 동적으로 맞출 수 있습니다.이 "하이브리드화된 그리드"를 통해 마이크로 발전 시스템과 대형 발전소 모두 단독으로 운영할 수 있는 것보다 더 큰 에너지 효율과 비용 효율성으로 운영할 수 있습니다.

국내자급제

자세한 정보:자치동
참고 항목:지구선과 오프더그리드
라호르의 수평축 마이크로 윈드밀, 1000와트 정격 출력

마이크로 제너레이션은 자급자족 주택의 일부로 통합될 수 있으며, 일반적으로 국내 식품 생산 시스템(퍼머컬쳐 및 농업 생태계), 빗물 수확, 퇴비 화장실 또는 완전한 그레이 워터 처리 시스템과 같은 다른 기술과 보완됩니다.국내 마이크로 발전 기술로는 태양광 태양광 시스템, 소형 풍력 터빈, 마이크로 복합 열 및 전력 설비, 바이오 디젤 및 바이오 가스 등이 있습니다.

영국 브리스톨에 있는 소형 콰이어트 레볼루션 QR5 골로프형 수직축 풍력터빈.지름 3m, 높이 5m로 격자까지 명판 등급은 6.5kW입니다.

민간 발전은 전력 생산을 분산시키고 잉여 에너지의 통합을 중앙 집중화할 수 있습니다.태양열 대상포진과 패널을 모두 구입할 수 있습니다.자본 비용은 높지만 장기적으로는 절약할 수 있습니다.적절한 전력 변환을 통해 태양광 PV 패널은 다른 소스의 전기와 동일한 전기 제품을 구동할 수 있습니다.[32]

태양열을 이용하는 또 다른 효과적인 방법은 수동적인 태양열 온수 가열입니다.가장 간단한 방법은 태양열 가방입니다.태양 아래에서 5~20리터(1~5US gal) 사이로 설정하고 가열합니다.간단히 따뜻한 샤워를 하기에 제격입니다.[33]

'빵상자' 히터는 재활용 소재와 기본적인 건축 경험으로 쉽게 시공할 수 있습니다.바닥과 측면에 절연된 튼튼한 상자 안에 장착된 단일 또는 배열의 검은색 탱크로 구성됩니다.뚜껑은 태양을 가장 많이 잡을 수 있도록 수평 또는 각도로 잘 밀봉되어야 하며 투명한 유리 재질(유리, 섬유 유리 또는 고온 내성 성형 플라스틱)로 제작되어야 합니다.차가운 물은 바닥 근처에 있는 탱크로 들어가 가열하고 위쪽으로 올라가 다시 가정으로 배관됩니다.[33]

지상 열원 히트펌프는 지상의 열에너지 저장 능력을 활용하여 안정적인 지상 온도를 활용합니다.일반적으로 지상 소스 히트 펌프는 초기 비용이 많이 들고 일반 주택 소유자가 설치하기가 어렵습니다.그들은 전기 모터를 사용하여 높은 효율로 땅으로부터 열을 전달합니다.전기는 재생 가능한 공급원 또는 외부의 재생 불가능한 공급원에서 공급될 수 있습니다.

연료

바이오 디젤은 디젤 엔진에 동력을 공급할 수 있는 대체 연료로 가정용 난방에 사용될 수 있습니다.바이오디젤은 콩, 땅콩, 해조류 등 다양한 형태의 바이오매스(수확량이 가장 높은 생물)가 사용될 수 있습니다.(식당에서) 재활용된 식물성 기름도 바이오 디젤로 전환될 수 있습니다.

바이오가스는 동물의 노폐물로부터 만들어지는 또 다른 대체 연료입니다.대부분의 가정에서는 실용성이 떨어지지만, 농장 환경은 그 과정을 실행하기에 완벽한 장소를 제공합니다.공기가 들어갈 공간이 남아있는 탱크 안의 쓰레기와 물을 섞음으로써, 메탄은 영공에서 자연적으로 생성됩니다.이 메탄은 파이프로 퍼져서 태워져서 요리용 불로 사용될 수 있습니다.

정부정책

정책 입안자들은 원자력 발전소나 가스 화력 발전소와 같은 거대하고 중앙 집중화된 프로젝트를 기반으로 하는 에너지 시스템에 익숙했습니다.사고방식과 인센티브의 변화가 마이크로 제너레이션을 주류로 이끌고 있습니다.계획 규정은 또한 가정과 건물에 미세 발전 설비를 쉽게 개조하기 위해 합리화를 요구할 수도 있습니다.

캐나다(알버타), 영국, 독일, 폴란드, 이스라엘[34] 및 미국을 포함한 대부분의 선진국은 미세 발전된 전기를 국가 그리드에 판매할 수 있도록 허용하는 법률을 가지고 있습니다.

캐나다 앨버타 주

2009년 1월, 알버타 정부의 미세 발전 규정은 알버타 주민들이 스스로 환경 친화적인 전기를 생산하고 전력망에 보내는 모든 전력에 대한 인정을 받을 수 있는 규칙을 세우며 발효되었습니다.

폴란드

폴란드 정부는 2014년 12월, 러시아 가스에 대한 폴란드의 의존도를 줄이기 위한 해결책으로 발트해의 대규모2 풍력 발전뿐만 아니라 미세 발전을 요구하는 법안을 표결에 부칠 예정입니다.새 법안에 따르면 최대 40kW의 '친환경' 에너지를 생산하는 개인과 중소기업은 전력망으로 피드백하는 모든 전기에 대해 시장 가격의 100%를 지원받게 되며, 발트해에 대규모 해상 풍력 발전소를 설립한 기업은 국가의 보조금을 받을 수 있습니다.이러한 새로운 정책을 시행하는 데 드는 비용은 비지속적인 에너지 사용에 대한 새로운 세금을 신설함으로써 상쇄될 것입니다.[35]

미국

미국은 50개 주에 걸쳐 일관성 없는 에너지 발전 정책을 시행하고 있습니다.주 에너지 정책과 법률은 지역에 따라 크게 다를 수 있습니다.일부 주에서는 전력회사에 전체 발전량의 일정 비율을 재생 가능한 공급원에서 생산하도록 요구하고 있습니다.이를 위해 재생 가능한 자원에는 풍력, 수력, 태양열 등이 포함됩니다.또한 일부 지역에서는 이러한 의무를 충족하기 위해 전력 회사에서 이전 가능한 "재생 에너지" 크레딧이 필요합니다.이에 따라 미국 일부 지역에서는 전력회사들이 서비스 분야에서 재생 가능한 마이크로 발전 프로젝트 비용의 일부를 부담하게 됩니다.이러한 리베이트는 적용될 수 있는 연방 또는 주정부의 재생 에너지 소득세 공제에 추가됩니다.다른 영역에서는 이러한 리베이트가 다를 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

영국

영국 정부는 2006년 3월 마이크로제너레이션 전략을[36] 발표했지만, 많은 논평가들에게 실망으로 여겨졌습니다.[37]이와 대조적으로 2006년 기후변화 및 지속가능 에너지법은 긍정적인 조치로 여겨져 왔습니다.[38]무역산업부(DTI)는 이전 계획을 대체하기 위해 2006년 4월에 저탄소 건물 프로그램을 시작했는데, 이 프로그램은 마이크로 발전 기술에 투자하고자 하는 개인, 지역 사회 및 기업에 보조금을 제공했습니다.이러한 계획은 에너지 및 기후 변화부(DECC)가 2010년 4월부터 전기를 생산하는 Feed-In Tariffs를 통해 청정 에너지 캐시백을 제공하고 2011년 11월 28일부터 재생 가능 열을 생산하는 재생 가능 열 인센티브를 제공하는 새로운 제안으로 대체되었습니다.

피드인 관세는 소규모(5MW 미만)의 저탄소 전기 발전을 장려하기 위한 것입니다.이러한 공급 관세는 대규모 재생 가능 전기 발전의 배치를 장려하는 주요 메커니즘으로 남아 있는 재생 가능 의무화(RO)와 함께 작동합니다.재생 가능 열 인센티브(RHI)는 재생 가능한 공급원의 열 발생을 장려하기 위한 것입니다.그들은 또한 현재 2011년 12월부터 kWh당 최대 21p의 태양광 요금을 제공하고 있으며, 수출 요금에 대해서도 3p의 추가 요금을 제공하고 있습니다. 이는 가구가 현재 전기세로 지불하는 금액의 두 배를 돌려받을 수 있는 전체적인 수치입니다.[41]

2011년 10월 31일, 정부는 2011년 12월 12일 이후의 모든 신규 태양광 발전 설비에 적용할 새로운 관세와 함께 공급 관세를 43.3p/kWh에서 21p/kWh로 갑자기 인하했다고 발표했습니다.[42]

그들의 집에 마이크로 발전 설비를 설치하고 있다고 발표한 저명한 영국 정치인들은 보수당 당수인 데이비드 캐머런과 노동과학부 장관인 말콤 윅스를 포함합니다.이러한 계획에는 국내 소형 풍력 터빈이 포함되어 있습니다.캐머런은 2010년 총선에서 총리가 되기 전인 2006년 10월 29일 BBC One's The Politics Show에서 인터뷰를 하던 중 다우닝가 10번지에 도착할 때도 그렇게 할 것이냐는 질문을 받았습니다."그들이 허락한다면, 네"라고 그가 대답했습니다.[43]

2006년 12월 사전 예산 보고서에서[44] 정부는 개인용으로 설계된 설비에서 잉여 전기를 판매하는 것은 소득세의 적용을 받지 않을 것이라고 발표했습니다.이와 같은 취지의 법안이 2007년 재정 법안에 포함되었습니다.[45]

대중문화에서

모기해안, 제리코, 타임머신 그리고 베벌리힐스 패밀리 로빈슨과 같은 몇몇 영화와 TV 프로그램들은 일반 대중들 사이에서 마이크로 제너레이션에 대한 관심을 높이는데 큰 역할을 했습니다.Instructables and Practical Action과 같은 웹사이트는 마이크로 발전 비용을 낮출 수 있는 DIY 솔루션을 제안하여 그 인기를 높입니다.Other Power나 Home Power와 같은 전문 잡지에서도 실질적인 조언과 지침을 제공합니다.[46]

참고 항목

참고문헌

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외부 링크

시스템의 자급자족 부품

영국 관련

인도를 중심으로 한 학술논문

  • Kumar, Ashish; Shankar, Ravi; Momaya, Kiran; Gupte, Sandeep (2010). "The Market for Wireless Electricity: the Case of India". Energy Policy. 38 (3): 1537–1547. doi:10.1016/j.enpol.2009.11.037.