파트3-100% 태양열, 풍력 및 배터리 – RethinkX 제한 시나리오  

 

 

목적

 

기술 융합과 파괴는 새로운 가능성의 공간을 만든다. 이전에는 가능하지 않았던 제품, 서비스, 비즈니스 모델, 프로세스 및 아이디어가 가능해지며 종종 피할 수 없다. 예를 들어 스마트폰 (GPS 내장)과 클라우드 컴퓨팅의 융합으로 차량 호출이 가능해졌다. 따라서 Uber가 iPhone 출시 2년 후, Amazon Web Services 출시 3년 후 설립된 것은 우연이 아니다.

 

태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리는 유사한 수렴의 중심점에 도달했으며 에너지 부문에 새롭고 근본적으로 다른 가능성 공간을 열 예정이다. 100% SWB 전력 시스템이 물리적으로나 경제적으로 실행 가능한지 여부에 대한 질문은 학계, 민간 및 비영리 부문에 걸쳐 상당한 연구의 주제였다 (문헌 및 관련 토론에 대한 포괄적인 검토는 다음을 참조하라. Brown et al. 2018).

 

우리의 분석은 이 연구에 기여하고 있으며 – 우리는 – 우리가 믿는 – 위의 질문에 대한 답이 분명하고 분명하게 그렇다는 것을 보여준다.

 

100% SWB 시스템은 2030년까지 물리적으로 가능하고 경제적으로 저렴하다. 이 분석에서 살펴보는 한계 시나리오의 목적은 SWB가 기존의 예비 용량 또는 전기 수입의 지원없이 모든 전력 수요의 100%를 충족해야 한다는 가장 까다로운 가정에서도 기존 석탄, 천연 가스 및 원자력 발전 기술의 붕괴는 달성 가능할 뿐만 아니라 불가피하다는 것을 보여준다. 특히, 일조량과 풍력 자원이 상대적으로 열악한 뉴 잉글랜드에서도 이것이 사실임을 입증함으로써 미국 뿐만 아니라 전 세계적으로 거의 모든 인구 밀집 지역에서 100% SWB 시스템이 실현 가능함을 보여준다.

 

 

 

세 가지 지역 사례 연구

 

일조량과 육지 풍력의 이용 가능성은 미국 대륙에 따라 상당히 다르다. 우리는 캘리포니아, 텍사스 및 뉴 잉글랜드를 다른 유사한 지역에 대한 우리의 결과를 일반화할 수 있는 세 가지 대표적인 지역 사례로 선택했다. 캘리포니아는 풍부한 햇살을 즐기지만 비교적 바람이 거의 없는 곳, 텍사스는 햇살과 바람이 모두 풍부하며 뉴 잉글랜드는 두 가지 자원을 더 많이 보유하고 있다.

 

우리의 결과를 더 광범위하게 일반화하기 위해 전 세계 인구의 대다수가 지역에 살고 있다는 점에 유의하는 것이 중요하다. 뉴 잉글랜드보다 햇빛이 훨씬 더 풍부한 곳이다.

 

 

 

데이터

 

우리 모델은 2017년 7월 1일부터 2019년 6월 30일까지 2년 동안 각 지역의 시간당 전력 수요, 시간당 태양광 발전 및 시간당 풍력 발전을 입력으로 사용한다. 캘리포니아 지역의 경우 분석은 캘리포니아의 원시 데이터를 사용한다. ISO (CAISO)는 서비스 지역이 주 전력 수요의 79%와 네바다의 일부를 제공하고 전체 주를 대표하도록 비례적으로 조정한다.

 

텍사스 지역의 경우, 우리의 분석은 서비스 지역이 주 전력 수요의 90%를 제공하는 텍사스 전기 신뢰성위원회 (ERCOT)의 원시 데이터를 가져와 전체 주를 나타내도록 비례적으로 조정한다.

 

뉴 잉글랜드 지역의 경우, 우리의 분석은 코네티컷, 메인, 매사추세츠, 뉴햄프셔,로드 아일랜드 및 버몬트 주에 그리드 규모의 전력 생산을 100% 제공하는 ISO-NE (ISO New England) 서비스 지역에 적용된다. 이러한 데이터의 하이라이트는 표2에 요약되어 있다.

 

 

 

표 2. 지역 수요 하이라이트

 

 

다른 지역의 전기 수입, 옥상 태양광 PV 설치의 분산 발전 용량, 분산 배터리 저장 용량, 난방 및 냉방 요구를 상쇄하는 지열 히트 펌프, 현장 발전기 및 빌딩 자동화가 있는 상업용 및 산업용 건물과 같은 능동적 수요 대응 자원 요청 시 전력 수요를 줄일 수 있는 에너지 부하를 조정할 수 있는 시스템은 모두 표2의 데이터에서 제외된다.

 

또한 수요는 모든 최종 사용자의 요구를 충족하기 위해 시스템이 생성해야 하는 전력량 또는 부하로 정의되지만, 이는 전송 손실로 인해 최종 사용자의 전력 소비량보다 반드시 더 크다. 미국에서는 평균 5%이다 (아래의 제약 가정 참조).

 

원시 시간별 태양열 및 풍력 발전 데이터를 정규화하고 결과 데이터가 매년 0%에서 100% 범위가 되도록 용량 추가를 조정한다. 설치된 태양열 및 풍력 용량의 실제 전기 출력을 기반으로 한 이 접근 방식은 자연 변동성 프로필에 대한 정확한 프록시를 제공하므로 세 지역 각각에서 햇빛과 풍력 자원을 사용할 수 있다.

 

일단 정규화 되면 값을 조정하여 필요에 따라 태양열 및 풍력 발전량을 시뮬레이션 할 수 있다. (자세한 내용은 www.rethinkx.com에서 방법론 문서를 참조하라).

 

 

 

그림9. CAISO 정규화 된 태양열 및 풍력 자원 프로필 – 2017년 7월 1일부터 2019년 6월 30일까지

 

 

이 차트는 캘리포니아의 태양광(금색) 및 풍력(파란색) 자원 가용성을 시간 간격으로 0-100% 척도로 보여준다. 분석의 2년 기간은 2017년 7월 1일에 시작되어 2019년 6월 30일에 종료된다. 계절 패턴이 눈에 띄지만 지역 기상 조건으로 인해 매일 상당한 변동이 있다.

 

 

 

그림10. ERCOT 정규화 된 태양열 및 풍력 자원 프로필 – 2017년 7월 1일부터 2019년 6월 30일까지

 

 

이 차트는 텍사스의 태양광(금색) 및 풍력(파란색) 자원 가용성을 시간 간격으로 0-100% 척도로 보여준다. 분석의 2년 기간은 2017년 7월 1일에 시작되어 2019 년 6월 30일에 종료된다. 계절 패턴이 눈에 띄지만 지역 기상 조건으로 인해 매일 상당한 변동이 있다.

 

 

 

그림 11. ISO-NE 정규화 된 태양열 및 풍력 자원 프로필 – 2017년 7월 1일부터 2019년 6월 30일까지

 

 

이 차트는 뉴 잉글랜드의 태양광(금색) 및 풍력(파란색) 자원 가용성을 시간 간격으로 0-100% 범위로 보여준다. 분석의 2년 기간은 2017년 7월 1일에 시작되어 2019년 6월 30일에 종료된다. 계절 패턴이 눈에 띄지만 지역 기상 조건으로 인해 매일 상당한 변동이 있다.

 

 

 

제약 가정

 

우리의 한계 시나리오는 100% SWB 시스템에서 가능한 것을 강조하기 위해 여러 가지 엄격하게 제한적인 가정을 한다. 청정 에너지에 대한 기준은 대부분의 지역에서 그다지 높지 않다.

 

 

 

가정 1: 전기 수입 없음

 

지역이 이웃과 전기를 거래하는 것은 일반적인 관행이다. 더욱이 모든 지역에 100% SWB 시스템이 있더라도 인접한 지역은 자연적으로 다른 기상 조건을 경험하기 때문에 전기를 수입하고 수출하는 데 여전히 상당한 이점이 있다. 현재 캘리포니아와 뉴 잉글랜드는 평균 전기의 약 25%를 수입하고 있다. 텍사스의 ERCOT는 더 고립되어 있으며 긴급 상황을 제외하고는 일상적으로 전기를 수입하지 않는다.

 

 

 

가정 2: 기존 운영 예비금 없음

 

100% 한도에 가까워 짐에 따라 기존 (신규가 아닌) 기존 발전 자산에서 적당한 예비 용량을 유지하면 많은 지역에서 자본 비용을 줄일 수 있다. 그 이유는 피커 역할을 하는 작은 기존 예비비가 불균형 적으로 많은 양의 SWB 생성 및/또는 저장 용량 요구 사항을 상쇄하기 때문이다. 그러나 이러한 단기 절감액은 결국 한계 비용이 높은 시설을 계속 운영하는 비용으로 초과될 것이며 불균형적으로 많은 양의 슈퍼파워 출력을 상실하게 되므로 대부분의 경우 차선책이 될 것이다.

 

 

 

가정 3: 다른 재생 에너지 없음

 

일부 지역에는 지역 지리적 조건으로 인해 이미 수력, 지열 또는 기타 재생 가능 발전 용량이 설치되어 있다. 우리의 분석은 이러한 다른 재생 에너지를 제외하지만 가까운 시일 내에 이러한 종류의 기존 발전 용량은 새로운 태양열 및 풍력에 대한 요구 사항을 일시적으로 상쇄할 것이다.

 

 

 

가정 4: 분산 생성 또는 저장 없음

 

옥상 태양광 PV 및 현장 배터리와 같은 분산 발전 및 저장은 전력망을 훨씬 더 견고하고 탄력적으로 만든다. 자가 발전이 GOD (Generation on Demand) 패리티로 알려진 전송 비용 아래로 떨어지는 지점은 많은 주거, 상업 및 산업 고객이 순전히 경제적인 이유로 현장 태양광 PV 및 배터리를 채택할 수 있게 한다. 그러나 여기에서 분석한 한계 시나리오에서 이러한 분산 에너지 자원 (DER)의 추가 복잡성을 제외했다.

 

그러나 실제로 DER의 채택은 기하급수적으로 증가하고 있다. 대규모 중앙집중식 생성 및 스토리지에 지대한 영향을 미칠 것이다. 또한 100% SWB 시스템의 일부가 중앙집중화 되거나 분산되어 있는지 여부에 관계없이 청정 에너지 U-커브 및 청정 에너지 슈퍼파워의 광범위한 의미는 여전히 유효하다.

 

 

 

가정 5: 전기 자동차 에너지 저장으로 인한 영향 없음

 

2017년 보고서 Rethinking Transportation 2020-2030에서, TaaS (Transportation-as-a-Service)를 제공하는 전기 및 자율주행차량이 2020년대에 기존의 도로 운송을 방해할 것이라는 점을 보여주었다.

 

전기자동차는 그리드를 보다 견고하고 탄력적으로 만드는 동시에 차량 대 그리드 에너지 서비스를 제공하여 시스템 고정 스토리지의 용량 (및 비용) 요구 사항을 줄인다. 그러나 여기에 제시된 분석에서 전기 자동차가 에너지 저장에 미치는 영향은 제외했다.

 

 

 

가정 6: 수요 응답 없음, 부하 이동, 에너지 차익 거래 또는 피크 쉐이빙 주거, 상업 및 산업 사용자 모두가 전기를 사용하는 시간을 조정할 수 있는 범위가 있다. 전기 시장이 잘 작동하는 지역에서는 고급 "스마트"계량 기술로 촉진되는 가격 신호를 통해 공급과 수요가 조정될 것이며, 그 결과 전체 전력 수요는 태양열과 풍력 자원이 풍부한시기에 따라 하루 종일 재분배될 것이다. 이러한 메커니즘은 분석에서 제외되지만 실제로는 최대 수요를 낮추고 100% SWB 시스템에 설치해야 하는 최소 전력 생산 및 저장 용량을 줄이는 데 도움이 된다.

 

 

 

가정 7: 기술 혁신 없음

 

우리의 분석은 SWB 기술에 돌파구가 있을 것이라고 가정하지 않는다. 하지만, 많은 주요 발전이 실제로 이미 상업적 개발 단계에 있다. 이중 층 페로브스카이 트 또는 양면 모듈과 같은 태양광 PV 패널에 상당한 개선을 가져오고 고체 또는 반고체 전해질, 실리콘 양극 및 그래 핀 음극과 같은 리튬 이온 배터리에 대한 매우 큰 개선을 가져올 준비가 되어 있다.

 

이러한 임박한 발전은 중단을 가속화하고 확장만으로 달성할 수 있는 인상적인 개선을 넘어서는 전력 시스템의 전체 비용을 낮출 것이다. 우리의 분석은 또한“냉 융합”과 같은 획기적인 에너지 기술이 2030년 이전에 시장에 출시되지 않을 것이라고 가정한다.

 

 

 

가정 8: 보조금, 탄소세 또는 기타 금융 혁신 없음 우리의 분석은 SWB 기술을 지원하기위한 보조금, 탄소세 또는 기타 금융 혁신이 있을 것이라고 가정하지 않는다. 그러나 SWB에 대한 투자 및 배포를 장려하는 정책은 이미 미국의 여러 지역과 전 세계에 존재한다.

 

현존하는 화석 연료와 핵분열 기술의 사회적 면허가 계속해서 약화됨에 따라 이들은 2020년대에 걸쳐 확장될 가능성이 매우 높다. 위에 나열된 각 가정은 제한 시나리오를 인위적으로 제한한다. 실제로 이러한 각 요소는 향후 10년 동안 100% SWB 시스템으로의 궤도를 가속화할 것이다.

 

 

 

중단 대 통합

 

우리의 분석은 발전과 저장에만 적용된다. 상호 연결, 전송 및 배포를 의도적으로 제외한다. 그 이유는 상호 연결, 전송 및 배포 요구 사항이 위의 제한 가정에 나열된 각 요인과 SWB 자산 자체의 추가에 의해 크게 영향을 받기 때문이다.

 

이러한 요소 중 일부는 인프라 요구 사항 및 관련 상호 연결, 전송 또는 배포 비용을 높이는 데 기여하고 다른 요소는 이를 줄이는 역할을 한다. 지역마다 크게 다를 수 있는 이러한 요소를 자세히 모델링하지 않으면 향후 인프라 요구 사항 및 비용에 대해 의미 있는 추정을 할 수 없다.

 

 

그러나 여기에서 SWB 중단이 기존 전기 시스템과의 명확하고 원활한 통합 경로 없이는 발생할 수 없다고 가정하는 것은 오류라는 점에 유의해야한다. 본질적으로 파괴는 기존 시스템을 근본적으로 변화시킨다. 우리는 수십 년에 걸쳐 점진적인 소모를 통해 기존 발전소의 비례적인 1대 1단계를 기반으로 하는 느리고 원활하거나 선형적인 에너지 전환에 직면하지 않는다.

 

따라서 기존 시스템이 수용되어야 한다고 가정하는 것은 SWB가 실제로 중단을 일으키지 않을 것이라고 가정하는 것과 같다. 역사는 기존 시스템이 실제로 대폭 변형 및 확장되거나 완전히 사라진 (즉, 파괴된) 수십 년의 전환 기간 동안 새로운 기술이 천천히 점진적으로 채택될 것이라고 기존 사람들이 믿었던 유사한 상황으로 가득 차 있다. 예를 들어, 20세기 초 미국의 현행 말 기반 도로 운송 산업은 포장 도로가 거의 없었고 석유 산업이 초기 단계였으며 주유소가 없었기 때문에 자동차에 대해 회의적이고 노골적으로 무시했다. 제조 능력과 공급망이 제한되어 있었고 도로 규칙이 아직 개발되지 않았으며 운전 방법을 아는 사람이 거의 없었다. 그럼에도 불구하고 자동차는 15년 이내에 도로 운송을 완전히 중단했다.

 

유사하게, 1992년에 현직 통신, 미디어 및 기타 정보 기반 산업은 유사한 이유로 인해 초기 인터넷에 회의적이었다. 컴퓨팅 성능과 전송 인프라가 제한되었고 보안, 신뢰성 또는 사용자 친화성을 위해 규칙과 프로토콜이 완전히 개발되지 않았다. 아무도 온라인 상태에 있지 않았고 웹 사이트와 브라우저가 아직 존재하지 않았으며 한계 비용 정보가 거의 0에 가깝게 전환하는 데 필요한 비즈니스 모델과 규정이 무엇인지 명확하지 않았다.

 

그럼에도 불구하고 인터넷은 15년 만에 미디어 및 통신 산업을 완전히 혼란에 빠뜨리는 동시에 글로벌 경제를 근본적으로 변화시키고 수십 조의 다른 기존 및 새로운 산업 전반에 걸쳐 새로운 가치로 수 십조 달러를 창출했다. 현직자들이 이 가치를 포착하지 못했고 5대 대기업이 현재 시가 총액 기준으로 미국에서 – Amazon, Apple, Alphabet/Google, Microsoft 및 Facebook – 모두 외부 신생 기업이었다.

 

 

 

결과

 

우리의 분석은 미국의 3개 지역 (캘리포니아, 텍사스, 뉴 잉글랜드)을 다룬다. 이 지역은 함께 미국 대륙 전체를 지리적으로 대표하는 그림을 제공하며, 확장하면 인구가 밀집된 다른 많은 지역도 제공한다. 여기에서는 각 지역의 청정 에너지 U-커브, 시스템 비용 및 슈퍼 파워 출력에 대한 결과를 제시한다.

 

태양열, 풍력 및 배터리 용량의 다양한 조합은 물리적으로 각 지역의 전력 수요를 100% 충족할 수 있다. 청정 에너지 U-커브의 논리를 기반으로 지역별 최저 비용 100% SWB 시스템을 보여준다.

 

가장 저렴한 100% SWB 시스템의 구성은 태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리의 비용이 모두 다른 속도로 개선되고 있기 때문에 시간이 지남에 따라 달라진다는 점을 인식하는 것이 중요하다. 따라서 2030년 각 지역의 최저 비용 100% SWB 시스템은 시스템이 2020년에 하룻밤 사이에 구축된 경우와 크게 다를 것이다. 미래의 100% SWB 시스템에서 대부분의 발전 용량은 태양열이 될 것이다. 2020년대에는 풍력보다 훨씬 저렴해질 것이기 때문이다.

 

우리의 분석은 이러한 비용 역학을 고려하며 정책 입안자, 투자자 및 기타 의사 결정권자들은 현재 비용이 아닌 미래에 대한 분석을 하지 않으면 잘못된 결과가 나오기 때문에 동일한 작업을 수행한다.

 

우리는 각 지역에 대한 세 가지 슈퍼파워 결과를 보고 한다: 최저 비용 100% SWB 시스템, 최저 비용 100% SWB 시스템 + 10% 투자, 최저 비용 100% SWB 시스템 + 20% 투자. 이러한 10% 및 20%의 추가 자본 투자는 각각 슈퍼파워에서 불균형적으로 큰 증가를 가져오고 일부 지역에서는 에너지 과잉의 이점이 이 추가 투자를 정당화한다고 결정할 수 있다.

 

 

 

사례 연구 1. 캘리포니아

 

캘리포니아는 풍부한 일조량을 가지고 있지만 상대적으로 적당한 육상 풍력 자원을 보유하고 있다. 전 세계의 많은 인구가 밀집된 지역, 특히 저소득 및 중간 소득 국가의 경우 비슷한 양의 햇빛과 바람을 받는다. 이주는 청정 기술의 적극적인 얼리어답터였고 그와 관련이 있다는 점에서 다른 지역에 비해 특별하다. 일반적으로 수십 년 동안의 공공 정책, 특히 태양광 PV에 대한 정책이다. 이러한 미래 지향적인 입장은 캘리포니아를 에너지 부문의 SWB 파괴에서 리더로 자리 매김했으며, 리더십 위치를 차지하려는 다른 지역은 이전에 혜택을 받았으며 주의 사례를 통해 지속적으로 혜택을 받을 것이다.

 

 

 

캘리포니아 청정 에너지 U-커브

 

그림12는 캘리포니아의 청정 에너지 U-커브를 보여준다. 이는 발전 용량이 최대 전력 수요를 충족하는 데 현재 필요한 양의 3.8배인 3.8배 이하로 감소함에 따라 비용이 급격히 증가함을 나타낸다. 이는 100% SWB 시스템의 배터리 에너지 저장 요구 사항이 발전 용량이 감소함에 따라 급격히 증가하기 때문이다.

 

 

그림 12. 캘리포니아를 위한 청정 에너지 U-커브

 

 

캘리포니아의 청정 에너지 U-커브는 발전 용량과 배터리 에너지 저장 사이에 비선형 상충 관계가 있음을 보여준다. 현재까지 대부분의 기존 분석에서는 1.5배 이상의 발전 용량을 구축하는 것은 불가능하며 결과적으로 막대한 비용으로 몇 주 동안 배터리 에너지를 저장해야 한다고 가정했다. Clean Energy U-Curve를 사용한 분석에 따르면 캘리포니아에서 이러한 기술의 최저 비용 100% SWB 시스템 조합은 3.8배의 발전 용량과 37시간의 배터리 에너지 저장으로 구성되며 총 시스템 자본은 1,150억 달러이다. 이것은 대부분의 기존 분석이 주장한 것보다 훨씬 저렴하다. 

 

오늘날 캘리포니아에는 이미 28기가와트의 태양광 PV와 6기가와트의 풍력이 설치되어 있다. 따라서 최저 비용의 100% SWB 시스템은 각각 총 213기가와트와 25기가와트에 대해 185기가 와트의 추가 태양광 PV와 19기가와트의 추가 육상 풍력을 필요로 한다. 이 두 기술의 뚜렷한 차이점은 태양광 PV가 2020년대까지 육상 풍력 발전보다 훨씬 저렴해질 것이며 필연적으로 새로운 발전 용량에 선호되는 선택이 될 것이라는 사실을 반영한다.

 

 

 

캘리포니아 최저 비용 100% 태양열, 풍력 및 배터리 시스템

 

그림 13의 시계열 히트 맵은 캘리포니아의 최저 비용 100% SWB 시스템에서 태양열과 풍력의 조합이 시간이 지남에 따라 어떻게 변하는 지 보여준다. 2010년에 최적의 조합은 주로 풍력으로 구성되었을 것이다. 그러나 태양광 PV의 비용이 지난 10년 동안 풍력 비용보다 훨씬 더 빨리 떨어졌기 때문에 오늘날 가장 저렴한 100% SWB 시스템은 풍력 전력이 훨씬 적고 2030년에는 훨씬 더 적을 것이다.

 

 

 

그림 13. 캘리포니아에서 100% SWB 시스템의 자본 비용

 

 

이 시계열 히트 맵은 태양열과 태양열의 조합을 보여준다. 캘리포니아의 풍력 용량은 더 비싸고(빨간색) 더 저렴(녹색)하다.

 

 

 

가장 저렴한 조합은 흰색으로 강조 표시된다. 자본 비용에는 태양열 및 풍력 용량 자체 뿐만 아니라 이를 지원하는 데 필요한 배터리 양도 포함된다. 태양광 PV, 육상 풍력 및 리튬 이온 배터리의 비용이 각각 다른 비율로 감소하기 때문에 가장 저렴한 조합은 시간이 지남에 따라 변경된다.

 

풍력이 상대적으로 저렴했던 2010년에는 값 비싼 조합은 훨씬 적은 태양광 PV를 포함했을 것이다. 그러나 2030년에는 풍력에 비해 비용이 급격히 떨어지기 때문에 가장 저렴한 조합은 압도적으로 태양광 PV일 것이다.

 

 

 

2021년부터 기하급수적으로 증가한다고 가정하면 특정 최저 비용

 

캘리포니아의 100% SWB 시스템은 다음으로 구성된다.

 

»213기가와트의 태양광 PV 발전 용량

 

»25기가와트의 풍력 발전 용량

 

»현재 최대 전력 수요 대비 3.8배의 시스템 생성 용량

 

»1194기가와트시(평균 수요 시간 37시간)의 배터리 에너지 저장 용량

 

 

 

캘리포니아 시스템 자본 비용

 

태양광 PV, 육상 풍력 및 리튬 이온 배터리의 자본 비용 (capex)이 극적으로 향상되어 10년 전에는 경제적으로 생각할 수 없었던 것이 10년 후에는 경제적으로 불가피 할 것이다.  2010년 이후 태양광 PV, 풍력 및 배터리의 총 자본 비용은 85% 하락했으며 2030년까지 75% 더 감소할 것이다 (그림 14). 이는 불과 20년 만에 96.5% 감소 또는 30배 개선되었음을 나타낸다.

 

 

 

그림 14. 캘리포니아 100% 태양열, 풍력 및 배터리 시스템 자본 비용 2010-2030

 

 

캘리포니아에서 100% SWB 시스템의 자본 비용은 2010년 이후 85% 감소했으며 2030년까지 75% 감소할 것이다. 이러한 기술이 가파른 디플레이션 비용 궤도에 있지만 캘리포니아는 태양광, 풍력 및 배터리에 대한 투자를 시작하기 위해 2030년까지 기다릴 필요가 없다.

 

지금 구축을 시작하는 것과 2030년까지 기다리는 것의 차이는 상대적으로 미미하다. 모델의 가정에서는 28%에 불과하다. 비용이 가장 낮은 마지막 해에 대량의 새로운 용량 추가가 추가될 것이기 때문이다.

 

에너지 독립성, 일자리 창출, 새로운 기업가적 기회, 기존 화석 인프라의 운영 및 유지 관리를 피하여 비용을 절감하고, 환경에 미치는 영향을 줄이며, 이 추가 비용을 보충하는 것보다 더 많은 인간 건강 혜택과 같은 조기 채택의 이점이 있다.

 

그림15는 2021년부터 시작되는 기하급수적 구축에 대한 연간 시스템 자본 지출을 보여주며, 이는 총 비용 1,150억 달러로 2030년 캘리포니아의 최저 비용 100% SWB 시스템에 도달한다. 비교를 위해 캘리포니아는 이미 현재까지 태양광 PV에 670억 달러를 투자했다.

 

 

 

그림 15. 캘리포니아 100% SWB 시스템 Capex 기하급수적 구축

 

 

캘리포니아에서 총 1,150억 달러에 달하는 최저 비용의 100% SWB 시스템을 기하급수적으로 구축하기위한 연간 투자는 태양열에 의해 지배된다. 초기에는 태양광과 풍력, 후기에는 태양광과 배터리를 사용한다.

 

 

 

캘리포니아 시스템 전기 비용

 

100% SWB 시스템에 대한 완전한 재무 상황을 파악하기 위해 캘리포니아, 운영 비용도 고려해야한다. 태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리 설치는 모두 기존 기술에 비해 고정 작동 및 유지 보수 비용이 매우 낮으며 특히 태양광 PV는 가변 작동 및 유지 보수 비용이 거의 제로에 가깝다. 물론 태양광, 풍력, 배터리는 연료를 소비하지 않는다.

 

결과적으로 100% SWB 시스템에 대한 총 운영 비용(시스템 운영 비용)과 해당하는 전기 단위당 한계 비용은 석탄, 천연 가스 또는 원자력에 비해 매우 낮다. 더욱이 SWB 시스템은 화석 및 핵연료와 그 공급망의 완전한 사회적, 정치적, 환경 적 외부성을 고려할 때 더욱 경쟁적이다.

 

종합하면, 전체 시스템 자본 지출과 시스템 운영 지출은 주어진 기간 동안 100% SWB 시스템이 공급하는 모든 킬로와트-시에 걸쳐 평균을 내어 시스템 전력 비용 (SEC)에 도달할 수 있다.

 

이 측정 항목의 측정 단위는 킬로와트 시 당 센트이므로 SEC가 전체 시스템에 적용되지만 비용 지표를 제공한다. 이는 후자의 메트릭의 심각한 결함에도 불구하고 개별 재래식 발전소의 균등화 에너지 비용 (LCOE)과 직접 비교할 수 있다.

 

SEC는 사용된 전력의 모든 킬로와트 시에 걸쳐 모든 비용을 평균하기 때문에 계산은 실제로 초 전력의 비율에 따라 결정된다. 최종 사용자가 소비한다 (아래 캘리포니아 청정 에너지 슈퍼파워 참조).

 

표3은 캘리포니아에 있는 100% SWB 시스템의 SEC와 이 값이 초 전력 투자 및 사용률에 따라 어떻게 달라지는 지 보여준다. 캘리포니아에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템의 SEC는 초 전력이 전혀 사용되지 않더라도 킬로와트 시 당 3.1 센트에 불과하다.

 

 

 

표3. 슈퍼파워 투자 및 활용에 따른 캘리포니아 시스템 전력 비용

 

 

캘리포니아 청정 에너지 슈퍼파워

 

우리의 모델링은 캘리포니아에서 100% SWB 시스템이 놀랍게도 적당한 계절적 변동으로 연중 93% 이상에서 슈퍼 파워를 생성한다는 것을 보여준다. 슈퍼파워 없이 며칠 이상 연장된 기간은 드물게 발생하며 초겨울에만 발생한다 (그림16).

 

 

 

그림 16. 가장 저렴한 100% SWB 시스템의 캘리포니아 슈퍼 파워 (2018년 시간별)

 

 

2018년의 이 시간별 차트는 캘리포니아에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템이 놀랍도록 적당한 계절적 변동으로 일년 내내 초강력 전력을 생산할 것임을 보여준다.

 

SWB 용량에 대한 추가 투자는 캘리포니아에서 불균형적으로 많은 슈퍼파워 수익을 가져온다. 예를 들어, 시스템 자본 지출이 20% 증가하면 연간 슈퍼파워 생산량이 309테라와트에서 592테라와트시로 거의 두 배 증가하는 동시에 초 전력 가용성이 연중 93%에서 98%로 증가한다 (표 4).

 

 

 

표 4. 캘리포니아 슈퍼파워 – 조사 결과 요약

 

 

최저 비용의 100% SWB 시스템에서도 초 전력은 캘리포니아의 모든 도로 운송에 전기를 공급할 수 있는 충분한 에너지를 제공한다 (차량의 전기화 가정). 또는 모든 화석 연료보다 더 많은 양의 에너지이다.  주거 및 상업 부문의 에너지 사용을 합친 것이다 (그림 17).

 

 

 

그림 17. 캘리포니아 슈퍼파워 – 부문 별 에너지 사용 비교

 

 

이 차트는 캘리포니아의 초 전력 생산량이 주에서 다른 모든 에너지 사용의 상당 부분을 상쇄할 수 있을 만큼 충분히 클 것이며 자본 투자의 소폭 증가로 인해 초능력이 불균형 적으로 크게 증가한다는 것을 보여준다. 캘리포니아가 100% SWB 시스템에 추가로 20%를 투자하기로 선택한 경우, 슈퍼 파워 출력은 주거용, 상업용 및 도로 운송 부문을 결합한 모든 화석 연료 사용을 대체하는 데 사용될 수 있다(차량의 전기화 및 난방 가정).

 

 

 

사례 연구 2. 텍사스

 

텍사스는 햇빛과 풍력 자원이 모두 풍부한 지리적 지역이다. 지구상에서 이렇게 풍부한 청정 에너지를 보유한 인구가 많은 지역은 거의 없다. 텍사스는 또한 미국의 다른 지역에 비해 엄청나게 크고 에너지 집약적인 산업 부문을 가지고 있기 때문에 주정부는 전력 부문 외부에서만 화석 연료 에너지 사용을 깨끗하게 중단할 수 있는 탁월한 기회를 제공한다.

 

 

 

텍사스 청정 에너지 U-커브

 

그림18은 텍사스의 U-커브를 보여준다. 곡선은 비대칭이며, 발전 용량이 4.9배 이하로 감소함에 따라 비용이 급격히 증가한다는 것을 나타낸다. 즉, 최대 전력 수요를 충족하는 데 현재 필요한 양의 4.9배이다. 이는 100% SWB 시스템의 배터리 에너지 저장 요구 사항이 발전 용량이 감소함에 따라 엄청나게 증가하기 때문이다.

 

 

 

 

그림 18. 텍사스를 위한 청정 에너지 U-커브

 

 

텍사스의 청정 에너지 U-커브는 발전 용량과 배터리 에너지 저장 사이에 비선형 트레이드 오프 관계가 있음을 보여준다. 지금까지 대부분의 기존 분석에서는 1.5 배 이상의 발전 용량을 구축하는 것은 불가능하다고 가정했다. 결과적으로 막대한 비용으로 몇 주 동안 배터리 에너지를 저장해야 한다.

 

Clean Energy U-Curve를 사용하여 분석에 따르면 텍사스에서 이러한 기술의 가장 저렴한 조합은 4.9배의 발전 용량과 49시간의 배터리 에너지 저장으로 구성되며 총 시스템 자본은 1,970억 달러이다. 이것은 대부분의 기존 분석이 주장한 것보다 훨씬 저렴하다.

 

현재 텍사스에는 29.4기가와트의 풍력 발전에 비해 4.6기가와트의 태양광 PV 만 설치되어 있으므로 시나리오에서 새로운 태양광 PV 용량은 357기가와트에 달한다. 그리고 새로운 풍력 용량은 각각 총 362기가와트와 40기가와트에 불과한 11 기가와트에 불과하다. 캘리포니아의 경우와 마찬가지로 텍사스의 두 기술 간의 차이는 태양광 PV가 더 저렴해 2020년대까지 선호되는 옵션이라는 사실을 반영한다.

 

 

 

텍사스 최저 비용 100% 태양열, 풍력 및 배터리 시스템

 

그림 19의 시계열 히트 맵은 텍사스의 최저 비용 100% SWB 시스템이 어떻게 변경되었고 시간이 지남에 따라 계속 변경될 것인지를 보여준다.

 

2010년에 최적의 조합은 주로 풍력으로 구성되었을 것이며 실제로 오늘날의 비용으로도 마찬가지이다. 그러나 2020년대에는 논리가 태양광 PV를 선호하여 변경되어 2030년에는 최저 비용 100% SWB 시스템의 풍력 전력량이 실제로 29기가와트 용량보다 적다 (6기가 와트). 이것은 텍사스에 이미 설치되어 있다.

 

 

 

그림 19. 텍사스에서 100% SWB 시스템의 자본 비용

 

 

이 시계열 히트 맵은 텍사스의 태양열 및 풍력 용량 조합이 더 비싸고 (빨간색) 더 비싸지 (녹색) 보여준다. 가장 저렴한 조합은 흰색으로 강조 표시된다. 자본 비용에는 태양열 및 풍력 용량 자체뿐만 아니라 이를 지원하는 데 필요한 배터리 양도 포함된다. 태양광 PV, 육상 풍력 및 리튬 이온 배터리의 비용이 각각 다른 비율로 감소하기 때문에 가장 저렴한 조합은 시간이 지남에 따라 변경된다. 풍력이 비교적 저렴했던 2010년에 가장 저렴한 조합은 태양광 PV를 훨씬 적게 포함했을 것입이다. 그러나 2030년에는 풍력에 비해 비용이 급격히 떨어지기 때문에 가장 저렴한 조합은 압도적으로 태양광 PV일 것이다.

 

2021년부터 기하급수적으로 증가한다고 가정할 때 텍사스의 특정 최저 비용 100% SWB 시스템은 다음과 같이 구성된다.

 

»362기가와트의 태양광 PV 발전 용량

 

»40기가와트의 풍력 발전 용량

 

»현재 최대 전력 수요 대비 4.9배의 시스템 생성 용량

 

»2325기가와트 시 (평균 수요 시간 49시간)의 배터리 에너지 저장 용량

 

 

 

텍사스 시스템 자본 비용

 

태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리의 자본 비용(capex)은 너무나 극적이어서 10년 전에는 경제적으로 생각할 수 없었던 것이 10년 후에는 경제적으로 불가피 할 것이다. 2010년 이후 태양광 PV, 풍력 및 배터리의 총 자본 비용은 85% 감소했으며 2030년까지 75% 더 감소할 것이다(그림20). 이는 불과 20년 만에 96.5% 감소 또는 30배 개선되었음을 나타낸다.

 

 

 

그림 20. 텍사스 1 00% 태양열, 풍력 및 배터리시스템 자본 비용 2010-2030

 

 

텍사스에서 100% SWB 시스템의 자본 비용은 2010년 이후 85% 감소했으며 2030년까지 75% 더 감소할 것이다. 이러한 기술이 가파른 디플레이션 비용 궤도에 있지만 텍사스는 태양광, 풍력 및 배터리에 대한 투자를 시작하기 위해 2030년까지 기다릴 필요가 없다. 지금 구축을 시작하는 것과 시작을 2030년까지 기다리는 것의 차이는 상대적으로 미미하다. 우리 모델의 가정 하에서는 28%에 불과하다. 비용이 가장 낮은 마지막 해에 대량의 새로운 용량 추가가 추가될 것이기 때문이다.

 

에너지 독립성, 일자리 창출, 새로운 기업가적 기회, 기존 화석 인프라의 운영 및 유지 관리를 피하여 비용을 절감하고, 환경에 미치는 영향을 줄이며, 이 추가 비용을 보충하는 것보다 더 많은 인간 건강 혜택과 같은 조기 채택의 이점이 있다.

 

그림 21은 2021년부터 시작하여 총 1,970억 달러의 비용으로 텍사스의 최저 비용 100% SWB 시스템으로 절정에 이르는 기하급수적 구축에 대한 연간 시스템 자본 지출을 보여준다.

 

 

 

그림 21. 텍사스 100% SWB 시스템 Capex (연도 별) 지수 빌드 아웃 용

 

 

텍사스에서 총 1,970억 달러에 달하는 최저 비용의 100% SWB 시스템의 기하 급수적 구축에 대한 연간 투자는 초기에는 태양광 PV와 풍력 발전, 후기에는 태양광 PV와 배터리에 의해 지배된다.

 

 

 

텍사스 시스템 전기 비용

 

텍사스의 100% SWB 시스템에 대한 완전한 재정적 그림을 얻으려면 운영 비용도 고려해야한다. 태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리 설치는 모두 기존 기술에 비해 고정 작동 및 유지 보수 비용이 매우 낮으며 특히 태양광 PV는 가변 작동 및 유지 보수 비용이 거의 제로에 가깝다. 물론 태양광, 풍력, 배터리는 연료를 소비하지 않는다.

 

결과적으로 100% SWB 시스템에 대한 총 운영 비용(시스템 운영 비용)과 해당하는 전기 단위당 한계 비용은 석탄, 천연 가스 또는 원자력에 비해 매우 낮다. 더욱이 SWB 시스템은 화석 및 핵연료와 그 공급망의 완전한 사회적, 정치적, 환경적 외부 성을 고려할 때 더욱 경쟁적이다.

 

종합하면, 전체 시스템 자본 지출과 시스템 운영 지출은 주어진 기간 동안 100% SWB 시스템이 공급하는 모든 킬로와트-시에 걸쳐 평균을 내어 시스템 전력 비용 (SEC)에 도달할 수 있다.

 

이 측정 항목의 측정 단위는 킬로와트 시 당 센트이다. 따라서 SEC가 전체 시스템에 적용되더라도 후자의 메트릭의 심각한 결함에도 불구하고 개별 재래식 발전소의 에너지 평준화 비용 (LCOE)과 직접 비교할 수 있는 비용 지표를 제공한다.

 

SEC는 사용된 전력의 모든 킬로와트 시에 걸쳐 모든 비용을 평균하기 때문에 계산은 최종 사용자가 실제로 소비하는 초 전력의 비율에 따라 달라진다 (아래 텍사스 청정 에너지 초 전력 참조).

 

표 5는 텍사스의 100% SWB 시스템의 SEC와이 값이 초 전력 투자 및 사용률에 따라 어떻게 달라지는 지 보여준다. 텍사스에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템의 SEC는 초 전력을 전혀 사용하지 않더라도 킬로와트 시 당 3.5센트에 불과하다.

 

 

 

표 5. 슈퍼파워 투자 및 활용에 따른 텍사스 시스템 전기 비용

 

 

텍사스 청정 에너지 슈퍼파워

 

우리의 모델링은 텍사스에서 100% SWB 시스템이 놀랍도록 적당한 계절적 변동으로 연중 93% 이상에서 슈퍼파워를 생성한다는 것을 보여준다. 초 겨울 뿐만 아니라 늦여름과 가을에 초강력이 없는 며칠 이상의 장기간이 발생한다(그림 22).

 

 

 

그림 22. 최저 비용의 100% SWB 시스템을 갖춘 텍사스 슈퍼파워 (2018년 시간별)

 

 

2018년의 이 시간별 차트는 텍사스에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템이 놀랍도록 적당한 계절적 변동으로 일년 내내 슈퍼파워를 생산할 것임을 보여준다.

 

SWB 용량에 대한 추가 투자는 텍사스에서 불균형적으로 큰 전력 수익을 가져온다. 예를 들어, 시스템 자본 지출이 20% 증가하면 연간 슈퍼 전력 생산량이 504 테라와트에서 983테라와트 시로 거의 두 배 증가하는 동시에 초 전력 가용성이 연중 93%에서 97%로 증가한다(표 6).

 

 

 

표 6. 텍사스 슈퍼 파워 – 조사 결과 요약

 

 

최저 비용의 100% SWB 시스템에서도 슈퍼 파워는 텍사스의 모든 도로 교통에 전기를 공급하기에 충분한 에너지를 제공한다 (차량의 전기화 가정). 또는 주거 및 상업 부문에서 사용되는 모든 화석 연료 에너지 사용량을 합친 것보다 더 많은 에너지 양이다(그림 23).

 

 

 

그림 23. 텍사스 슈퍼 파워 – 부문 별 에너지 사용 비교

 

 

이 차트는 텍사스의 슈퍼파워 출력이 주에서 다른 모든 에너지 사용의 상당 부분을 상쇄할 수 있을 만큼 충분히 클 것이며 자본 투자의 소폭 증가로 인해 슈퍼 파워가 불균형 적으로 크게 증가할 수 있음을 보여준다. 텍사스가 100% SWB 시스템에 추가로 20%를 투자하기로 선택한 경우, 슈퍼파워 출력은 주거용, 상업용 및 도로 운송 부문을 결합한 모든 화석 연료 사용을 대체하는 데 사용될 수 있다(차량의 전기화 및 난방 가정).

 

 

 

사례 연구 3. 뉴 잉글랜드

 

뉴 잉글랜드는 미국 대륙에서 일조량과 풍력 자원이 가장 빈약한 지역이다. 전 세계적으로 유사한 자원이 있는 지역에는 북유럽, 일본, 러시아 일부 및 중국 일부 국가가 포함된다. 그럼에도 불구하고 우리의 분석에 따르면 이러한 영역에서도 2030년까지 100% SWB 시스템이 가능하고 저렴하며 인상적인 초 전력 혜택도 제공한다.

 

 

 

뉴 잉글랜드 청정 에너지 U-커브

 

그림 24는 뉴 잉글랜드의 U자 곡선을 보여준다. 곡선은 비대칭으로 발전 용량이 최대 전력 수요를 충족하는 데 현재 필요한 양의 4.4배 또는 4.4배 미만으로 감소함에 따라 비용이 급격히 증가함을 나타낸다. 이는 100% SWB 시스템의 배터리 에너지 저장 요구 사항이 발전 용량이 감소함에 따라 엄청나게 증가하기 때문이다.

 

 

그림 24. 뉴 잉글랜드의 청정 에너지 U-커브

 

 

뉴 잉글랜드의 청정 에너지 U-커브는 발전 용량과 배터리 에너지 저장 사이에 비선형 상충 관계가 있음을 보여준다.

 

현재까지 대부분의 기존 분석에서는 1.5배 이상의 발전 용량을 구축하는 것은 불가능하며 결과적으로 막대한 비용으로 몇 주 동안 배터리 에너지를 저장해야 한다고 가정했다. Clean Energy U-Curve를 사용한 분석에 따르면 뉴 잉글랜드에서 이러한 기술의 가장 저렴한 조합은 총 시스템 자본이 910억 달러에 불과한 89 시간의 배터리 에너지 저장 용량과 4.4배의 발전 용량으로 구성된다. 이것은 대부분의 기존 분석이 주장한 것보다 훨씬 저렴하다.

 

뉴 잉글랜드에는 현재 1.5기가와트의 태양광 PV가 설치되고 1.5기가와트의 풍력이 설치되어 있다. 최저 비용의 100% SWB 시스템 시나리오에서 새로운 태양광 PV 발전 용량은 85.5기가와트에 달하고 새로운 풍력은 25.5기가와트에 달한다. 총 87기가와트와 27기가와트이다.

 

태양광 PV는 과정 동안 풍력에 대한 비용 리드를 확장할 것이지만 2020년대 뉴 잉글랜드 지역의 상대적으로 열악한 일조 자원은 뉴 잉글랜드의 최적 발전 혼합이 캘리포니아나 텍사스의 경우보다 비례적으로 더 많은 풍력을 포함한다는 것을 의미한다.

 

 

 

뉴 잉글랜드 최저 비용 100% 태양열, 풍력 및 배터리 시스템

 

그림 25의 시계열 히트 맵은 뉴 잉글랜드의 최저 비용 100% SWB 시스템이 어떻게 변경되었고 계속해서 변경될 것인지를 보여준다. 2010년에 최적의 조합은 주로 풍력으로 구성되었을 것이다. 오늘날 최적의 조합은 대략 동일한 양의 태양열과 풍력으로 구성된다. 그러나 2020년대에는 논리가 태양광 PV에 유리하게 바뀌어 2030년에는 최적의 혼합이 주로 태양광이 될 것이다.

 

 

 

그림 25. 뉴 잉글랜드에서 100% SWB 시스템의 자본 비용

 

 

이 시계열 히트 맵은 뉴 잉글랜드의 태양열 및 풍력 용량 조합이 더 비싸고(빨간색) 덜 비싼(녹색)것을 보여준다. 가장 저렴한 조합은 흰색으로 강조 표시된다. 자본 비용에는 태양열 및 풍력 용량 자체 뿐만 아니라 이를 지원하는 데 필요한 배터리 양도 포함된다. 태양광 PV, 육상 풍력 및 리튬 이온 배터리의 비용이 각각 다른 비율로 감소하기 때문에 가장 저렴한 조합은 시간이 지남에 따라 변경된다. 풍력이 비교적 저렴했던 2010년에 가장 저렴한 조합은 태양광 PV를 훨씬 적게 포함했을 것이다. 그러나 2030년에는 풍력에 비해 비용이 급격히 떨어지기 때문에 가장 저렴한 조합은 압도적으로 태양광 PV일 것이다.

 

 

 

2021년부터 기하급수적으로 증가한다고 가정할 때 뉴 잉글랜드의 최저 비용 100% SWB 시스템은 다음과 같이 구성된다.

 

»87기가와트의 태양광 PV 발전 용량

 

»27기가와트의 풍력 발전 용량

 

»현재 최대 전력 수요 대비 3.8배의 시스템 생성 용량

 

»1,232기가와트 시 (평균 수요 시간 89시간)의 배터리 에너지 저장 용량

 

 

 

뉴 잉글랜드 시스템 자본 비용

 

태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리의 자본 비용(capex)은 너무나 극적이어서 10년 전에는 경제적으로 생각할 수 없었던 것이 10년 후에는 경제적으로 불가피 할 것이다. 2010년 이후 태양광 PV, 풍력 및 배터리의 합산 자본 비용은 85% 하락했으며 2030년까지 추가로 75% 하락할 것이다 (그림 26). 이는 불과 20년 만에 96.5% 감소 또는 30배 개선되었음을 나타낸다.

 

 

 

그림 26. 뉴 잉글랜드 100% 태양열, 풍력 및 배터리 시스템 자본 비용 2010-2030

 

 

뉴 잉글랜드의 100% SWB 시스템의 자본 비용은 2010년 이후 85% 감소했으며 2030년까지 75% 더 감소할 것이다.

 

 

 

이러한 기술이 가파른 디플레이션 비용 궤도에 있지만, 뉴 잉글랜드는 태양광, 풍력 및 배터리에 대한 투자를 시작하기 위해 2030년까지 기다릴 필요가 없다. 지금 구축을 시작하는 것과 2030년까지 대기하는 것의 차이는 상대적으로 미미하다. 모델 가정에서는 27%에 불과하다. 비용이 가장 낮은 마지막 해에 대량의 새로운 용량 추가가 추가될 것이기 때문이다.

 

에너지 독립성, 일자리 창출, 새로운 기업가적 기회, 기존 화석 인프라의 운영 및 유지 관리를 피하여 비용을 절감하고, 환경에 미치는 영향을 줄이며, 이 추가 비용을 보충하는 것보다 더 많은 인간 건강 혜택과 같은 조기 채택의 이점이 있다.

 

그림 27은 2021년부터 시작되는 기하급수적 구축에 대한 연간 시스템 자본 지출을 보여주며, 총 비용은 총 910억 달러로 2030년 뉴 잉글랜드의 최저 비용 100% SWB 시스템에 도달한다.

 

 

 

그림 27. 기하급수적 구축을 위한 연도 별 뉴 잉글랜드 100% SWB 시스템 Capex

 

 

뉴 잉글랜드에서 총 910억 달러에 달하는 최저 비용의 100% SWB 시스템의 기하급수적 구축에 대한 연간 투자는 초기에는 태양광 PV와 풍력, 후기에는 태양광 PV와 배터리가 주도한다.

 

 

 

뉴 잉글랜드 시스템 전기 비용

 

뉴 잉글랜드의 100% SWB 시스템에 대한 완전한 재정적 상황을 파악하려면 운영 비용도 고려해야한다. 태양광 PV, 풍력 및 리튬 이온 배터리 설치는 모두 기존 기술에 비해 고정 작동 및 유지 보수 비용이 매우 낮으며 특히 태양광 PV는 가변 작동 및 유지 보수 비용이 거의 제로에 가깝다. 물론 태양광, 풍력, 배터리는 연료를 소비하지 않는다. 결과적으로 100% SWB 시스템에 대한 총 운영 비용 (시스템 운영 비용)과 해당하는 전기 단위당 한계 비용은 석탄, 천연 가스 또는 원자력에 비해 매우 낮다. 더욱이 SWB 시스템은 화석 및 핵연료와 그 공급망의 완전한 사회적, 정치적, 환경적 외부 성을 고려할 때 더욱 경쟁적이다.

 

종합하면, 전체 시스템 자본 지출과 시스템 운영 지출은 주어진 기간 동안 100% SWB 시스템이 공급하는 모든 킬로와트-시에 걸쳐 평균을 내어 시스템 전력 비용(SEC)에 도달할 수 있다. 이 측정 항목의 측정 단위는 킬로와트 시 당 센트이다.

 

따라서 SEC가 전체 시스템에 적용되더라도 후자의 메트릭의 심각한 결함에도 불구하고 개별 재래식 발전소의 에너지 평준화 비용 (LCOE)과 직접 비교할 수 있는 비용 지표를 제공한다.

 

SEC는 사용된 전력의 모든 킬로와트 시에 걸쳐 모든 비용을 평균하기 때문에 계산은 최종 사용자가 실제로 소비하는 초 전력의 비율에 따라 달라진다 (아래의 뉴 잉글랜드 청정 에너지 초 전력 참조).

 

표 7은 뉴 잉글랜드의 100% SWB 시스템의 SEC와이 값이 초 전력 투자 및 사용률에 따라 어떻게 달라지는 지 보여준다. 뉴 잉글랜드에서 가장 저렴한 100% SWB 시스템을 제공하는 SEC는 초 전력을 전혀 사용하지 않더라도 킬로와트 시 당 6.1센트로 여전히 상당히 경쟁력이 있다.

 

 

 

표 7. 슈퍼파워 투자 및 활용에 따른 뉴 잉글랜드 시스템 전력 비용

 

 

뉴 잉글랜드 청정 에너지 슈퍼파워

 

우리의 모델링은 뉴 잉글랜드에서 100% SWB 시스템이 연중 64% 이상에서 슈퍼 파워를 생산한다는 것을 보여준다. 초능력을 사용하는 모든 시간의 총 비율은 캘리포니아와 텍사스에서와 같이 뉴 잉글랜드에서 약 30%로 거의 동일하지만 이 시간은 다른 두 지역보다 더 적은 일로 압축되고 더 적은 잉여를 생성한다. 뉴 잉글랜드에서는 계절에 따른 보다 명확한 슈퍼파워 가용성 패턴이 분명해질 것이며, 슈퍼파워가 가을에 더 보편화되고 봄까지 겨울 내내 지속되지 않고 며칠 이상 연장된 기간이 있을 것이다(그림 28).

 

 

 

그림 28. 최저 비용 100% SWB 시스템의 뉴 잉글랜드 슈퍼파워 (2018년 시간별)

 

 

2018년의 이 시간별 차트는 뉴 잉글랜드에서 가장 낮은 비용의 100% SWB 시스템이 상대적으로 계절적 변동이 있는 연중 놀라울 정도로 많은 부분에 대해 슈퍼 파워를 생산할 것임을 보여준다. SWB 용량에 대한 추가 투자는 뉴 잉글랜드에서 불균형적으로 큰 슈퍼파워 수익을 가져온다. 예를 들어, 시스템 자본 지출이 20% 증가하면 연간 초 전력 생산량이 61테라와트에서 189테라와트 시로 3배 이상 증가하는 동시에 초 전력 가용성이 연중 모든 날짜의 64%에서 89%로 증가한다 (표8 ).

 

 

 

표 8. 뉴 잉글랜드 슈퍼파워 – 조사 결과 요약

 

 

그림 29. 뉴 잉글랜드 슈퍼파워 – 부문 별 에너지 사용 비교

 

 

이 차트는 뉴 잉글랜드의 초 전력 생산량이 주에서 다른 모든 에너지 사용의 상당 부분을 상쇄할 만큼 충분히 클 것이며 자본 투자의 소폭 증가로 인해 초능력이 불균형적으로 크게 증가한다는 것을 보여준다. 예를 들어 뉴 잉글랜드가 100% SWB 시스템에 추가로 20%를 투자하기로 선택한 경우, 슈퍼 파워 출력은 주거 및 도로 운송 부문을 결합한 대부분의 화석 연료 사용을 대체하는 데 사용될 수 있다. (차량의 전기 화 및 난방 가정).