하이브리드 파워

Hybrid power
이 기사는 같은 장소에서 둘 이상의 공급원에서 전기를 발생시키는 것에 관한 것이다. 둘 이상의 동력 유형에 의해 추진되는 차량에 대해서는 하이브리드 차량을 참조하십시오. 둘 이상의 동력 유형에 의해 추진되는 전기 자동차의 경우 하이브리드 전기 자동차를 참조하십시오.
초기 하이브리드 파워 시스템. 가솔린/케로신 엔진은 저장 배터리를 충전하는 동력원을 구동한다.

하이브리드 파워는 전력을 생산하기 위한 서로 다른 기술들 간의 결합이다.

전력공학에서 '하이브리드'라는 용어는 전력과 에너지 저장 시스템을 결합한 것을 의미한다.[1]

하이브리드 전력에 사용되는 전력 생산자의 예로는 태양광 발전, 풍력 터빈 및 다양한 유형의 엔진-제너레이터(예: 디젤 발전기)가 있다.[2]

하이브리드 발전소는 종종 디젤 겐셋, 연료전지 또는 배터리 저장 시스템과 같은 제2의 형태의 발전이나 저장장치를 통해 균형을 이루는 재생 에너지 구성품(PV와 같은)을 포함한다. 그것들은 또한 일부 용도에 열과 같은 다른 형태의 전력을 제공할 수 있다.[3][4]

하이브리드 파워 시스템

하이브리드 시스템은 이름에서 알 수 있듯이 두 가지 이상의 발전 모드를 함께 결합하며, 보통 태양광 발전(PV)과 풍력 터빈과 같은 재생 가능한 기술을 사용한다. 하이브리드 시스템은 발전 방법의 혼합을 통해 높은 수준의 에너지 보안을 제공하며, 최대 공급 신뢰성과 보안을 보장하기 위해 저장 시스템(배터리, 연료 전지)이나 소형 화석 연료 발전기를 통합하는 경우가 많다.[5]

하이브리드 신재생에너지 시스템은 재생에너지 기술의 발전과 그에 따른 석유제품 가격 상승으로 외진 지역에 전기를 공급하는 독립형 전력 시스템으로 인기를 끌고 있다. 하이브리드 에너지 시스템 또는 하이브리드 전력은 보통 에너지 공급의 균형뿐만 아니라 시스템 효율의 증가를 제공하기 위해 함께 사용되는 둘 이상의 재생 에너지원으로 구성된다.[6]

우리들 대부분은 태양열/풍력/바이오매스 발전 시스템이 어떻게 작동하는지 이미 알고 있지만, 이 모든 발전 시스템은 어떤 종류의 단점을 가지고 있다. 예를 들어 태양 전지판은 설치 비용이 많이 들고 밤이나 흐린 낮 동안 피크 출력을 얻지 못한다. 마찬가지로 풍력 터빈은 높은 풍속에서는 안전하게 작동할 수 없고, 낮은 풍속은 거의 전력을 생산하지 못한다. 바이오매스 식물은 저온에서 붕괴한다.[citation needed]

따라서 이 세 가지가 모두 하나의 하이브리드 발전 시스템으로 결합될 경우 제어 장치에 따라 부분적으로 또는 완전히 단점을 방지할 수 있다. 하나 이상의 단점을 북반구에서와 같이 다른 한 가지 이상의 단점을 극복할 수 있기 때문에 일반적으로 바람이 부는 날에는 태양열 발전이 제한되고, 그 반대의 경우 여름과 장마철에는 바이오매스 발전소가 풀 플래그로 작동하여 위에 명시된 상태로 발전이 유지될 수 있다고 본다. 태양열 패널 비용은 유리 렌즈, 거울을 이용해 유체를 가열함으로써 가라앉을 수 있으며, 풍력 및 기타 공급원이 사용하는 일반적인 터빈을 회전시킬 수 있다. 이제 풍속이 매우 낮은 겨울밤이나 흐린 겨울날은 어떨까 하는 의문이 생긴다. 여기 수소의 활동이 온다. 전기분해의 과정은 물을 수소와 산소로 분해하여 수소를 생산할 수 있다는 것을 우리가 알고 있듯이, 그것은 저장될 수 있다; 수소 또한 좋은 연료이고 물을 주기 위해 산소와 함께 연소된다. 수소는 겨울철 바이오매스 저수지 온도를 유지시켜 발전용 바이오가스를 최적의 양으로 생산할 수 있도록 할 수 있다. 위에서 말한 바이오가스는 여름에 좋은 공급원이다. 이 기간에는 가용한 태양에너지 또한 최고조에 달하기 때문에 수요와 공급을 적절하게 확인하고 계산하면 과잉 에너지를 수소 생산에 사용할 수 있고 저장할 수 있다. 화창하고 바람이 많이 불고 더운 날 터빈은 최대 공급량으로 전속력으로 작동하며, 수소를 제조하는 과정에서 이 초과 전력을 소비할 수 있다. 겨울에는 전력 소비량도 적어 공급 한도가 낮아 적은 소비량으로 얻는다.[citation needed]

종류들

수력과 태양

부유식 태양열은 보통 양쪽을 함께 쌓는 것보다 기존 수력에 더해진다.

태양과 바람

하이브리드 태양열 및 풍력계
PV/윈드 하이브리드 에너지 시스템의 블록 다이어그램

  • 일반적인 풍력 및 태양열 하이브리드 시스템

  • 크로아티아 이루제 온 하이브리드

  • 소형 풍력 및 태양열 하이브리드 시스템

하이브리드 에너지 시스템의 또 다른 예는 풍력 터빈과 결합된 광전 어레이다.[7] 이것은 겨울 동안 풍력 터빈으로부터 더 많은 출력을 만들어낼 수 있는 반면, 여름에는 태양 전지판이 그들의 피크 출력을 만들어낼 것이다. 하이브리드 에너지 시스템은 종종 스스로 풍력, 태양열, 지열 또는 삼진 독립형 시스템보다 더 큰 경제적, 환경적 이익을 산출한다.[8]

중국 산둥성 웨이하이시의 조명 주탑에 태양광 패널과 결합한 수평축 풍력터빈

윈드 솔라 시스템을 함께 사용하면 자원이 반관절이기 때문에 많은 곳에서 보다 원활한 전력 출력을 얻을 수 있다. 따라서 대규모 그리드 통합에는 풍력과 태양계의 결합 사용이 필수적이다.[9]

2019년 미네소타 서부에는 500만 달러짜리 하이브리드 시스템이 설치됐다. 2MW 풍력터빈의 가동해 용량 계수를 늘리고 연간 15만달러의 비용을 절감한다 통해 500kW의 태양광을 인버터를. 구매 계약은 현지 유통업체가 자체 생성을 최대 5%로 제한한다.[10][11]

중국 광저우에 있는 펄 리버 타워는 창문에 태양 전지판과 여러 풍력 터빈을 서로 다른 층의 구조로 혼합해 에너지 양성이 가능해진다.[citation needed]

중국과 인도의 몇몇 지역에서는 꼭대기에 태양 전지판과 풍력 터빈의 조합이 있는 조명 주탑이 있다. 이를 통해 이미 조명에 사용된 공간을 보완 에너지 생산 단위 두 개로 보다 효율적으로 사용할 수 있다. 대부분의 일반적인 모델은 수평축 풍력터빈을 사용하지만, 지금은 헬리코이드 모양의 꼬임-사보니우스 시스템을 사용하여 수직축 풍력터빈과 함께 모델이 나타나고 있다.[citation needed]

이미 존재하는 풍력 터빈의 태양 전지판은 시험해 보았지만, 비행기에 위협을 가하는 맹목적인 광선을 생성했다. 해결책은 빛을 많이 반사하지 않는 색조 태양 전지판을 생산하는 것이었다. 또 다른 제안된 설계는 어떤 각도에서든 햇빛을 흡수할 수 있는 수직축 풍력 터빈을 태양 전지로 코팅하는 것이었다.[12]

다른 태양열 하이브리드는 태양풍 시스템을 포함한다. 풍력과 태양광의 조합은 각 시스템의 피크 운영 시간이 하루와 년의 다른 시간에 발생하기 때문에 두 공급원이 서로를 보완한다는 장점이 있다. 그러한 하이브리드 시스템의 발전은 두 가지 구성품 서브시스템 각각보다 더 일정하고 덜 변동한다.[13]

수력과 풍력

풍력 발전 시스템은 풍력 터빈과 펌프 저장장치를 결합한 전기 에너지를 생성한다. 이 조합은 장기간 논의의 대상이 되어 왔으며, 풍력 터빈도 시험한 실험 발전소는 1970년대 말 스크래프 코브 수력발전소에서 노바스코샤파워에 의해 시행되었으나 10년 만에 해체되었다. 이후 2010년 말 현재 한 장소에서 다른 제도가 시행되지 않고 있다.[14]

풍력 발전소는 풍력 발전 자원의 전부 또는 상당 부분을 펌핑된 저장 저장소로 물을 퍼내는 데 전용한다. 이 저수지는 그리드 에너지 저장의 구현이다.

바람과 그 발생 잠재력은 본질적으로 가변적이다. 그러나 이 에너지원을 고도(양수 저장 뒤의 원리)에서 저수지로 물을 퍼올리는 데 사용할 경우 물의 잠재적 에너지는 비교적 안정적이어서 필요할 때 수력 발전소에 방류하여 전력을 발생시키는 데 사용할 수 있다.[15] 이 조합은 특히 더 큰 그리드에 연결되지 않는 섬에 적합하다고 설명되어 왔다.[14]

1980년대에 네덜란드에서 설치가 제안되었다.[16] IJsselmeer는 제방에 풍력 터빈이 위치한 저장소로 사용될 것이다.[17] 라메아 섬(뉴펀들랜드와 래브라도)과 로어블러 인디언 보호구역(사우스다코타)[18][19]에 대한 타당성 조사가 실시되었다.

그리스 이카리아 섬의 설치는 2010년 현재 건설 단계에 접어들었다.[14]

엘 히에로 섬은 세계 최초의 풍력발전소가 완공될 것으로 예상되는 곳이다.[20] 현재의 TV는 이것을 "지구상에서 지속 가능한 미래를 위한 청사진"이라고 불렀다. 섬 전력의 80~100%를 커버할 수 있도록 설계됐으며 2012년 가동을 목표로 했다.[21] 그러나, 이러한 기대치는, 아마도 불충분한 저장 용적과 그리드 안정성의 지속적인 문제 때문에, 실제로 실현되지 않았다.[22]

100% 재생 에너지 시스템은 과도한 풍력 또는 태양 에너지를 필요로 한다.[23]

태양열 PV 및 태양열

태양열 PV는 주간 광시간 동안 값싼 간헐 전력을 발생시키지만, 시계방향 전력을 공급하기 위해서는 지속 가능한 발전원의 지원이 필요하다. 축열식 태양열 발전소는 24시간 전기를 공급할 수 있는 깨끗하고 지속 가능한 발전이다.[24][25] 이들은 하루 만에 추출된 태양 에너지가 초과 발견될 때 부하 수요를 완벽하게 충족하고 기본 부하 발전소로 일할 수 있다.[26] 태양열(열 저장 유형)과 태양열 PV를 적절히 혼합하면 값비싼 배터리 저장 없이도 부하 변동을 완전히 맞출 수 있다.[27][28]

낮에는 태양열 저장 발전소의 추가 보조 전력 소비량이 열 에너지 형태의 태양 에너지를 추출하는 공정 정격 용량의 10%에 육박한다.[26] 이 보조 전력 요건은 현장의 태양열 및 태양열 발전소를 혼합한 하이브리드 태양열 발전소를 예상함으로써 저렴한 태양열 발전소에서 이용할 수 있다. 또한 전력 비용을 최적화하기 위해 낮 조명 중에 저렴한 태양광 발전소(33% 발전)에서 발전이 가능하며, 하루 중 나머지 시간은 24시간 기본 부하 작동을 충족하기 위해 태양열 저장 설비(태양광 타워 및 포물선 수조 유형에서 67% 발전)에서 발생한다.[29] 장마철 흐린 날 국지적으로 일조량이 부족해 태양열저장소가 유휴상태로 내몰릴 경우 뜨거운 용융염을 고온으로 가열해 태양광, 풍력, 수력 발전소에서 발생하는 값싼 잉여/불량 전력을 소비(효율성이 떨어지고 대용량, 저비용 배터리 저장시스템과 유사)할 수도 있다.전력 판매 가격이 수익성이 높은 피크 수요 시간 동안 저장된 열 에너지를 전기로 변환하기 위한 온도.[30][31]

풍력-수소계

Wind hydrogen.JPG

풍력에너지를 저장하는 방법 중 하나는 물의 전기분해를 통한 수소의 생산이다. 이 수소는 그 후에 바람만으로는 수요를 맞출 수 없는 기간 동안 전기를 발생시키기 위해 사용된다. 저장된 수소의 에너지는 연료전지 기술이나 발전기에 연결된 연소엔진을 통해 전기로 변환할 수 있다.

수소를 성공적으로 저장하는 데는 전력시스템에 사용되는 재료의 부서짐 등 극복해야 할 많은 문제가 있다.

이 기술은 많은 나라에서 개발되고 있다. 2007년에 이 기술을 호주와 영국 양쪽에서 상용화하기 위한 윈드 수소라는 호주 회사의 IPO가 있었다.[32] 2008년에 그 회사는 이름을 바꾸고 화석연료 탐사로 사업을 전환했다.[33]

2007년에 기술 시험 현장에는 다음이 포함되었다.

커뮤니티 나라 바람 MW
라메아, 뉴펀들랜드, 래브라도[34] 캐나다 뉴펀들랜드 0.3
프린스 에드워드 섬 풍력-수소 마을[35] 캐나다, PEI
롤랜드[36] 덴마크
비스마르크[37] 미국 노스다코타 주
콜루엘 카이케[38] 아르헨티나 산타크루즈
레이디무어 재생에너지 프로젝트(LREP)[39] 스코틀랜드
헌터스턴 수소 프로젝트 스코틀랜드
RES2H2[40] 그리스 0.50
언트[41] 스코틀랜드 0.03
우시라[42] 노르웨이 0.60

바람과 디젤

풍력-디젤 하이브리드 동력 시스템은 디젤 발전기와 풍력 터빈을 보통 에너지 저장, 전력 변환기 및 다양한 제어 부품과 같은 보조 장비와 함께 결합하여 전기를 발생시킨다.[43] 그것들은 전력망에 연결되지 않은 원격 지역사회와 시설에서 전력 생산의 용량과 비용 및 환경적 영향을 감소시키기 위해 설계되었다.[43] 풍력-디젤 하이브리드 시스템은 디젤 연료에 대한 의존도를 줄여 오염을 유발하고 운송에 비용이 많이 든다.[43]

풍력-디젤 발전 시스템은 20세기 후반에 많은 장소에서 개발되어 왔다. 점점 더 많은 수의 실행 가능한 사이트들이 신뢰도를 높이고 원격 커뮤니티에서 기술 지원 비용을 최소화하면서 개발되었다.

풍력에너지와 디젤발전기 세트의 성공적인 통합은 간헐적인 풍력에너지의 정확한 공유를 보장하기 위해 복잡한 제어장치에 의존하며, 보통 가변 부하에 대한 수요를 충족시키기 위해 제어 가능한 디젤발전을 보장한다. 풍력 디젤 시스템에 대한 성능의 일반적인 척도는 풍력과 전달된 총 전력 사이의 비율인 풍력 침투(Wind Turness)이다. 예를 들어 60%의 풍력 침투는 시스템 출력의 60%가 바람에서 발생한다는 것을 의미한다. 바람 침투 수치는 피크 또는 장기일 수 있다. 호주의 코랄만, 브레머만뿐만 아니라 남극의 마우슨 역과 같은 유적지들은 약 90%의 최고 풍속 침투율을 가지고 있다. 다양한 풍력에 대한 기술적 해결책으로는 가변속 풍력 터빈(예: 에너콘, 덴햄, 서부 오스트레일리아)을 이용한 풍력 출력 제어, 난방 부하와 같은 수요 제어(예: Mawson), 플라이휠에 에너지를 저장(예: 파워코프, 코랄 베이) 등이 있다. 일부 설비들은 현재 2010년 완공 예정인 캐나다의 라메아 같은 풍력 수소 시스템으로 전환되고 있다.

최근 캐나다 북부에서는 광산업에 의해 풍력-디젤 하이브리드 발전 시스템이 건설되었다. 캐나다 북서부의 라크 드 그라스와 누나빅의 운가바 반도의 카틴니크에 있는 외진 곳에서는 두 개의 시스템을 사용하여 광산에서 연료를 절약한다. 아르헨티나에는 또 다른 제도가 있다.[44]

기타 하이브리드 파워 시스템

압축공기에너지저장장치(CAES)를 사용하는 발전소에서는 전기 에너지를 이용해 공기를 압축해 동굴이나 폐광산 등 지하 시설에 보관한다. 높은 전기 수요가 있는 후기 기간 동안 공기는 일반적으로 보충 천연 가스를 사용하여 터빈에 방출된다.[45] CAES를 상당 부분 활용하는 발전소는 매킨토시, 앨라배마, 독일, 일본 등에서 가동되고 있다.[46] 시스템 단점은 CAES 과정의 에너지 손실을 포함한다. 또한 천연가스 같은 화석연료의 보충적 사용의 필요성은 이러한 시스템이 재생에너지를 완전히 사용하지 않는다는 것을 의미한다.[47]

2015년 상업적 운영을 시작할 것으로 예상되는 아이오와 저장 에너지 공원은 아이오와 주의 풍력 발전소를 CAES와 연계해 에너지원으로 사용할 예정이다.[48]

태양과 지열은 가능하다.[49]

태양열 및 디젤

일반적인 유형은 태양광 발전기(PV)와 디젤 발전기 또는 디젤 발전기를 결합한 태양광 디젤 하이브리드 시스템으로,[50][51] PV는 한계 비용이 거의 없으며 그리드에서 우선 처리되기 때문이다. 디젤 젠셋은 PV 시스템에 의해 현재 부하와 실제 생성된 전력 사이의 간격을 지속적으로 메우기 위해 사용된다.[52]

태양에너지가 요동치고, 디젤유전자 세트의 발전 용량은 일정 범위로 한정되어 있기 때문에, 하이브리드 시스템의 전체 세대에 대한 태양광의 기여를 최적화하기 위해 배터리 저장을 포함하는 것이 실행 가능한 선택인 경우가 많다.[52][53]

태양열과 풍력에너지로 디젤을 감축할 수 있는 최적의 사업 사례는 대개 원격지에서 찾아볼 수 있는데, 이들 부지는 그리드에 연결되지 않는 경우가 많고 장거리 경유 운송비가 비싸기 때문이다.[54] 이러한 어플리케이션의 대부분은 광업 부문과 섬에서 찾을 수 있다.

2015년 7개국에서 실시한 사례연구에서는 모든 경우에 미니그리드 및 격리된 그리드를 혼합하여 비용을 절감할 수 있다고 결론을 내렸다. 그러나 태양광 발전 설비를 갖춘 경유 전력 그리드의 자금조달 비용은 매우 중요하며 발전소 소유 구조에 따라 크게 달라진다. 국유 전력회사에 대한 비용 절감은 상당할 수 있지만, 이 연구는 또한 연구 당시 역사적 비용을 감안할 때 독립 전력 생산자와 같은 비 공공 전력회사에 대한 단기적 경제적 편익이 경미하거나 심지어 부정적임을 확인했다.[58][59]

소스 2개 이상

바람과 태양에 파동력을 더하는 것이 가능할지도 모른다.[60]

완전 신재생 하이브리드 발전소(태양광, 풍력, 바이오매스, 수소) 이들 4개 신재생에너지로 구성된 하이브리드 발전소는 이들 자원을 완전 통제된 방식으로 적절히 활용함으로써 가동될 수 있다. 하이브리드 에너지 유럽-미국. 유럽의 카페세지는 엘피프를 통해 마린 하이드로펌프 에너지 저장장치와 하이브리드화 전송을 도입한다.[clarification needed] 카페세 프로젝트는 1800GW를 생산하고 엘피프로 송전하는 해양 빅호 3종이다.[clarification needed] 파트 1200 GW는 물 연료-풍력 연료-태양연 연료 2,100억 리터를 생산한다. (IEEE 전력 및 엔지니어링 협회- 2011년 2월 9일 총회) Arpa-E, Doe USA, MSE 이탈리아, 유럽 위원회-에너지-카페즈 계획 및 컨소시엄 하이브리드 재생 에너지 시스템은 재생 에너지 기술의 진보와 그에 따른 석유 제품 가격 상승으로 인해 멀리 떨어진 지역에서 전기를 공급하기 위한 독립형 전원 시스템으로 인기를 끌고 있다. 하이브리드 에너지 시스템 또는 하이브리드 전력은 일반적으로 시스템 효율 증가와 에너지 공급의 균형 증대를 위해 함께 사용되는 둘 이상의 재생 에너지원으로 구성된다.

참고 항목

참조

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