태양광 발전시스템을 이용한 독립형 피코그리드 환경에서 V2H(Vehicle to Home) 적용방안에 관한 연구 :A study on V2H(Vehicle to Home) Application under stand alone Pico-Grid system environment utilizing Photovoltaic Power Generation

최정웅

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자료유형: 학위논문

저자정보: 최정웅 (숭실대학교, 숭실대학교 대학원)

지도교수: 김재철

발행연도: 2023

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2023

태양광 발전시스템을 이용한 독립형 피코그리드 환경에서 V2H(Vehicle to Home) 적용방안에 관한 연구

최정웅 전기공학과 2023.01 학위논문

2022

독립형 피코그리드 환경에서의 V2H(Vehicle to Home) 적용방안 연구

최정웅 , 김재철 대한전기학회 학술대회 논문집 2022.10 학술대회자료

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국제사회는 기후변화 문제를 해결하기 위해 대응 체제를 마련하고, 탄소중립 사회로의 전환을 추진하고 있다. 이에 발맞춰 국내에서도 ‘탄소중립’의 법제화를 비롯하여 추진전략을 마련하였으며, 국가 온실가스 감축목표 달성을 위하여 신재생에너지 및 전기차의 확대를 추진 중이다.
신재생에너지의 보급이 확대되면서 에너지 공급방식도 중앙 집중형에서 분산형으로 공급체계가 변화하고 있으며, 신재생에너지를 활용한 에너지 자립도 진행되고 있다. 신재생에너지의 단점인 간헐성 및 변동성을 보완하기 위한 ESS와 전기차 배터리를 활용한 V2H(Vehicle to Home) 기술도 개발되어 상용화 추진 중이다.
계통과 연계되지 않은 독립형 피코그리드에서는 신재생에너지의 간헐성을 보완하기 위해 신재생에너지가 전력을 공급하기 어려울 때를 대비하여 전력을 공급해줄 보조발전기가 필수적이다.
본 연구에서는 독립형 피코그리드를 정의하고, 태양광과 ESS, 보조발전기를 대체하는 발전원으로 V2H가 가능한 전기차로 구성된 독립형 피코그리드를 제안하였다.
독립형 피코그리드에서 필요한 수용가 및 전기차의 전력사용량을 추정하고, 그에 따른 적절한 태양광 용량 선정을 통해 발전량을 산정하였다. 태양광 발전에서 중요한 부조일에 대해 추정해보고, 연속된 부조일수가 많을수록 ESS의 활용도는 감소하기 때문에 연속된 부조일수도 확인해보았다.
또한, 전력사용량과 태양광 발전량에 따른 적절한 ESS 용량을 산정하였으며, ESS와 전기차의 충·방전 등 적용방안에 따른 V2H 운영 시나리오를 제안하였다.
사례연구로 강릉시에 위치하고 있는 4인 가구로 구성된 하나의 단독주택을 대상으로 연구를 진행하였다. 전력사용량을 가정하여, 최근 5년간의 평균 일조시간에 따른 태양광 발전량을 도출하였으며, 월별 발전량과 사용량을 비교하고, 1일 필요전력량도 도출하여 그에 따른 잉여 전력량 및 부족한 전력량도 분석하였다. 전력사용량과 태양광 발전량을 토대로 ESS의 적정용량을 산정하였으며, 발전량을 통한 수용가 및 전기차의 전력 공급 여부에 따라 V2H의 적용 타당성을 검증하였다.

The international community is preparing a response system to solve the climate change problem and promoting the transition to a Net-Zero society. To achieve this, we are promoting the expansion of renewable energy and electric vehicles.
As the supply of renewable energy expands, the energy supply system is changing from centralized to decentralized, and energy self-reliance using renewable energy is also in progress. V2H(Vehicle to Home) technology using ESS and electric vehicle batteries to compensate for the intermittent and variability of renewable energy has also been developed and is in the process of commercialization.
In a stand alone Pico-Grid that is not connected to the grid, an auxiliary generator is essential to supply power when renewable energy is difficult to supply power to compensate for the intermittent power of renewable energy. In this study, a stand alone Pico-Grid was defined, and a stand alone Pico-Grid composed of Photovoltaic Power Generation, ESS, electric vehicles capable of V2H as a power source to replace auxiliary generators was proposed.
Electricity consumption of consumer and electric vehicle was estimated in a stand alone Pico-Grid, and the amount of power generation was calculated by selecting an appropriate Photovoltaic Power Generation capacity accordingly. We estimated the number of sunless days in Photovoltaic Power Generation, and checked the continuous number of sunless days because the utilization of ESS decreases as the number of consecutive days increases.
By calculating the appropriate ESS capacity according to the amount of electricity used and generated, a V2H operation scenario was proposed according to the application plan such as charging and discharging of ESS and electric vehicles.
Assuming the electricity consumption for a single-family house consisting of a four-person household located in Gangneung-si, the amount of Photovoltaic Power Generation according to the average amount of Sunshine duration over the past five years was derived. The monthly power generation and usage were compared, and the daily required power was also derived and the surplus was analyzed. The appropriate capacity of ESS was calculated based on the amount of power consumption and solar power generation, and the feasibility of applying V2H was verified according to the power supply of electric vehicle and consumer through the amount of power generation.

제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 기존 연구 동향 3
1.3 논문의 구성 6
제 2 장 독립형 피코그리드의 구성 및 수용가의 전력사용량과 발전량 추정 8
2.1 독립형 피코그리드 정의 및 구성 8
2.1.1 독립형 피코그리드의 정의 8
2.1.2 독립형 피코그리드의 구성 10
2.2 독립형 피코그리드의 전력사용량 추정방안 11
2.2.1 수용가 전력사용량 추정 11
2.2.2 전기차 전력사용량 추정 12
2.3 독립형 피코그리드의 태양광 발전량 추정방안 15
2.3.1 일조시간을 통한 발전량 추정방법 15
2.3.2 태양광 발전량 추정 16
2.4 태양광 발전에서의 부조일에 대한 추정방안 17
2.4.1 날씨 및 일조시간에 따른 부조일 추정 17
2.4.2 연속된 부조일수 추정 21
제 3 장 ESS 적정용량 추정 및 V2H(Vehicle to Home) 적용방안 23
3.1 V2H를 고려한 ESS의 적정용량 추정방안 23
3.1.1 ESS의 필요성 23
3.1.2 ESS의 적정용량 추정 24
3.2 V2H 필요성 및 운영방안 26
3.2.1 V2H의 필요성 26
3.2.2 V2H 운영방안 27
제 4 장 사례연구 28
4.1 수용가 전력사용량 및 전기차 전력사용량 28
4.2 일조시간 및 태양광(PV) 발전량 30
4.2.1 일조시간 30
4.2.2 태양광 발전량 31
4.3 월별 발전량 및 전력사용량과 1일 필요전력량 32
4.3.1 월별 발전량 및 전력사용량 32
4.3.2 1일 필요전력량 32
4.4 부조일에 따른 일별 발전량 및 잉여·부족량 33
4.5 ESS의 적정용량 산정 및 V2H 적용방안 도출 36
4.5.1 ESS 적정용량 36
4.5.2 V2H 적용방안 37
제 5 장 결론 42
참고문헌 44

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