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파트2: Rethinking 에너지 2020-2030: 100% 태양열, 풍력 및 배터리는 시작에 불과하다.-파트 2. 100% 태양열, 풍력 및 배터리 전기 시스템 재고

JM Kim | 기사입력 2020/11/02 [00:35]

파트2: Rethinking 에너지 2020-2030: 100% 태양열, 풍력 및 배터리는 시작에 불과하다.-파트 2. 100% 태양열, 풍력 및 배터리 전기 시스템 재고

JM Kim | 입력 : 2020/11/02 [00:35]

 

파트2: 100% 태양열, 풍력 및 배터리 전기 시스템 재고   

   

최근까지 대부분의 기존 분석에서는 100% SWB 시스템으로 우리의 모든 전기 요구 사항을 충족하는 것이 물리적으로는 아니더라도 적어도 경제적으로 불가능하다고 가정했다. 그러나 태양광 PV와 배터리의 비용은 2010년 이후 80% 이상 하락했고 2020년대 내내 계속 하락할 것이기 때문에 이러한 강경한 입장은 지난 몇 년 동안 완화되었다.

 

그럼에도 불구하고 지금까지 대부분의 기존 분석은 여전히 연간 전력 수요의 100%를 충족할 만큼 충분히 많은 양의 SWB 용량을 구축하는 것에 대한 비관적 인 가정에 기반을 두고 있다.

 

실제로, 태양열 및 풍력 발전 용량이 에너지 저장 요구 사항을 상쇄하기 때문에 매우 많은 양의 태양열 및 풍력 용량을 구축하는 것이 비용 효율적이며, 그렇게함으로써 결과 시스템은 자연적으로 거의 0에 가까운 한계 비용으로 엄청난 잉여 청정 에너지를 생산할 것이다.

 

청정 에너지 U-커브

 

분석의 주요 하이라이트는 볼록한 U자형 비용 함수에 따라 가능한 100% SWB 시스템 공간 내에서 생성 및 저장 용량을 서로 교환할 수 있다는 것이며 이것은그림7과 같이 Clean Energy U-Curve라고 한다.

 

 

 

그림 7. 청정 에너지 U- 커브

 

 

햇빛이 최소한으로 유지되는 긴 흐린 겨울날은 SWB 시스템에 가장 큰 도전이다. 한편으로 100% SWB 시스템은 비교적 적당한 배터리 에너지 저장 용량과 결합된 매우 많은 양의 태양열 및 풍력 발전 용량을 보유함으로써 수요를 충족시킬 수 있다. 그러면 태양열과 바람이 낮 동안에도 여전히 수요를 충족시킬 수 있으며, 겨울에는 햇볕이 약해지더라도 동시에 배터리를 충전하여 밤새 전기를 계속 공급할 수 있다. 효과적이지만 이 용량 조합은 비용이 많이 든다 (그림7의 오른쪽 상단).

 

반면에 100% SWB 시스템은 상대적으로 적은 양의 태양광 PV 및 풍력 발전 용량을 몇 주 분량의 평균 시간당 전력 수요를 저장할 수 있는 매우 크고 값 비싼 배터리와 결합하여 수요를 충족시킬 수 있다. 배터리는 더 맑고 바람이 부는 기간에 미리 충전할 수 있으며 흐린 겨울 날씨에는 날마다 충전할 수 있다. 이것도 비용이 많이 든다 (그림 7의 왼쪽 상단).

 

전체 시스템 자본 지출(capex)을 최소화하려면 둘 사이의 최적 균형을 식별해야한다. 매우 중요한 것은 이 절충 관계가 선형적이지 않다는 것이다. 오히려 발전과 저장 용량 간의 자본 비용 절충 관계는 볼록(U 자형) 곡선이 특징이다. 2D차트에서는 두 발전 용량을 모두 시각화 할 수 없다.

 

동시에 자체 축에 배터리 용량이 있으므로 둘 중 하나를 수평 축으로 선택해야한다. U-커브 패턴은 어느 것을 선택하든 상관없이 나타나지만, 생성 용량은 초 전력에 대한 추가 투자에 대한 불 균형적인 수익을 볼 수 있기 때문에 시각화를 위한 더 합리적인 선택이다(그림 8). 청정 에너지 U-커브의 정확한 모양은 일조량과 풍력 자원 가용성의 변화로 인해 지리적 영역마다 크게 다르다.

 

더욱이 청정 에너지 U-커브는 완벽하게 대칭적이지 않고 대신 더 큰 발전 용량으로 치우치는 경향이 있다. 태양광 PV, 육상 풍력 및 리튬 이온 배터리의 비용이 모두 다른 비율로 감소하고 있다는 사실로 인해 문제는 더욱 복잡해진다. 소수의 다른 연구자들도 비용 효율적인 SWB 옵션을 식별하기 위해 발전 및 저장 용량을 교환 할 가능성을 인식하기 시작했지만, 정책 입안자, 투자자 및 일반 대중 사이에서 전체 의미는 여전히 거의 인식되지 않는다.

 

 

 

청정 에너지 슈퍼파워

 

분석 결과 주요 결과는 SWB 용량 조합이 비용에 맞게 최적화될 때 이 가장 저렴한 시스템이 오늘날의 그리드보다 3~5배 더 많은 발전 용량을 갖게 된다는 것이다. 결과적으로 모든 100% SWB 시스템은 우리가 청정 에너지 슈퍼파워라고 부르는 거의 0에 가까운 한계 비용으로 극히 많은 양의 잉여 전기를 생산할 것이다.

 

 

슈퍼파워는 모든 100% SWB 시스템의 자연스러운 특징이다. 햇빛과 바람이 가장 적을 때 전력 수요를 충족시키기 위해 충분한 태양열 및 풍력 발전 용량을 구축해야 하는 필요성은 시스템이 연중 다른 시기에 훨씬 더 많은 전기를 생산할 수있는 능력을 제공한다. (기계와 유기체를 포함한 많은 시스템에서 동일한 패턴이 발견된다. 이러한 시스템은 드물게 발생하는 스트레스 나 역경을 처리할 능력이 있어야하기 때문이다.)

 

 

 

초능력의 세 가지 측면은 특히 반 직관적이다.

 

1. 가용성

 

상대적으로 일조량과 풍력 자원이 부족한 뉴 잉글랜드와 같은 지역에서도 초 전력은 연중 대부분의 날에 하루 중 몇 시간 동안 사용할 수 있다. 예를 들어, 우리의 분석에 따르면 최저 비용의 100% SWB 시스템은 뉴 잉글랜드의 모든 날짜의 64%, 캘리포니아의 모든 날짜의 93%, 텍사스의 모든 날짜의 93%에서 슈퍼 파워를 생성한다 (결과 참조). 이하).

 

 

 

2. 규모

 

초 전력은 연중 대부분의 날에 사용할 수 있기 때문에 100% SWB 시스템에서 생산되는 총 수량은 기존 전력 수요에 비해 매우 크다. 예를 들어 캘리포니아와 텍사스에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템은 오늘날의 총 연간 전력 수요보다 더 많은 슈퍼 전력을 생산한다 (아래 결과 참조).

 

 

 

3. 불균형

 

슈퍼파워는 용량 투자와 함께 선형적으로 성장하지 않는다. 이것은 한계 비용 산출물이 거의 0에 가까운 시스템의 직관적이지 않은 기능이다. 예를 들어, 시스템 자본 지출을 20%만 늘리면 캘리포니아와 텍사스에서는 슈퍼파워 출력이 두 배로 증가하고 뉴 잉글랜드에서는 슈퍼파워 출력이 세 배로 늘어난다 (아래 결과 참조).

 

 

 

슈퍼파워 애플리케이션

 

슈퍼파워의 잠재적인 응용 분야는 대단하다. 연중 대부분의 날에 이용할 수 있는 한계 비용이 거의 0에 가까운 청정 전기의 풍부함은 광범위한 산업에 걸쳐 새로운 비즈니스 모델의 출현을 가능하게 할 것이다. 애플리케이션의 예로는 도로 운송 및 난방의 전기화, 물 담수화 및 처리, 폐기물 처리 및 재활용, 금속 제련 및 정제, 화학 처리 및 제조, 암호화폐 채굴, 분산컴퓨팅 및 통신, 연료 생산, 탄소 제거 및 태양 전지판 제조, 풍력 터빈 및 배터리 자체가 있다.

 

초능력의 영향이 얼마나 큰지 과장하기는 어렵다. 역사는 풍부한 에너지가 가장 넓은 의미에서 사회 및 경제 발전을 가능하게 하고 지원한다는 것을 보여준다. 따라서 사회적 또는 환경적 외부 효과가 거의 또는 전혀 없는 극히 저렴한 에너지의 과잉은 100% SWB 시스템을 채택하기로 선택한 모든 지역에 전례 없는 기회를 창출할 것이다. 저개발국과 선진국 모두에서 마찬가지이다.

 

 

 

슈퍼파워 투자에 대한 불 균형적인 수익

 

100% SWB 시스템의 주목할 만한 특징은 초능력에 대한 투자 수익이 불균형하다는 것이다. 그 이유는 그림 8과 같이 U-커브의 바닥이 상대적으로 얕기 때문이다.

 

 

 

그림 8. 추가 시스템 Capex 투자에 따른 불 균형적인 슈퍼파워 수익

 

 

작은 투자 프리미엄 (: 10-20%)의 경우 정책 입안자와 투자자는 매우 광범위한 발전 용량 및 초 전력 옵션 중에서 선택할 수 있다 (4, 6 및 표8 참조). 슈퍼파워가 수십 개의 산업에 영향을 미치고 전체 경제에 변형적인 영향을 미칠 수 있는 엄청난 이차적 이점을 가지고 있다는 점을 감안할 때 대부분의 지역에서 SWB 시스템에 이러한 추가 투자를 하는 것이 합리적일 것이다.

 

 

 

기존의 분석은 초능력을 이해하지 못함

 

청정 에너지 시스템이 90% 이하의 SWB를 목표로 해야 한다고 가정하는 기존의 분석은 초 전력의 가치를 인식하지 못한다. 거의 0에 가까운 한계 비용으로 잉여 청정 에너지를 생산하는 태양열 및 풍력 발전 자산의 능력은 오랫동안 문제로 잘못 인식되어 왔다.

 

“과잉 생산문제에 대한 기존의해결책은 과잉 공급으로 그리드가 불안정 해지는 것을 방지하고 기존의 발전소가 중단되는 것을 방지하기 위해 초 전력 출력을 인위적으로 억제하는 축소이다.

 

그러나 거의 0에 가까운 한계 비용으로 생산된 엄청난 양의 청정 에너지를 의도적으로 낭비하는 것은 합리적이지 않으며 기존 시스템이 파괴적인 신기술 도입에 성공적으로 적응할 수 있는 능력이 부족함을 나타낸다재임자들이 음악과 영화의 디지털 혼란을 가속화할 뿐인 CD DVD에 대한 복사 방지 조치를 시행하려했던 것처럼 역사는 이런 종류의 행동 패턴은 이전 시스템이 극적으로 다른 아키텍처를 가진 새로운 시스템으로 대체될 준비가 되었음을 나타낸다.

 
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