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차세대 발전분야 신기술 개발동향과 에너지·전력산업 디지털화 동향분석

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342000
제조사
지식산업정보원
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규격
636쪽 (A4)
ISBN
979-11-5862-162-9 (93500)
발간일
2021-01-05
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탄소중립은 화석연료 사용 등 인간 활동에서 배출하는 온실가스를 최대한 줄이는 것이 핵심이다. 우리의 경우, 에너지원 구성 측면에서 석탄발전 비중이 2019년 기준 40.4%로, 미국 24%, 일본 32%, 독일 30% 등 주요국보다 높은 상황이다. 경제성장을 주도했던 철강, 석유화학 등 주력산업이 탄소 다 배출 업종인데, 국내 제조업 비중은 2019년 기준 28.4%로 16.4%인 EU, 11%인 미국보다 높다. 선진국보다 후발주자로 산업화가 된 우리의 경우, 온실가스 정점 이후 탄소중립까지 기간이 상대적으로 촉박한 상황이다. 이 같은 어려움에도 불구하고 정부는 우리 경제·사회의 생존을 위해 2050년 탄소중립을 목표로 나아가겠다는 계획을 2020년 12월에 발표하였다.

 

 국가 온실가스 배출의 36%는 발전 부문이 차지하고 있으며, 산업·수송·건물 등에서 직접 소비하는 에너지까지 포함하면 국가 온실가스의 87%가 에너지에서 비롯된다. 탄소중립을 위해서는 에너지 공급에서 전달, 소비에 이르기까지 기존 에너지시스템의 대전환이 필요하다. ‘공급’측면에서는 그린뉴딜을 통해 재생에너지 보급을 가속화한다. 2050년 온실가스 배출 제로를 목표로 이산화탄소 포집·전환·저장(CCUS) 기술 개발과 함께 석탄발전은 혁신적 감축을 위해 기술고도화가 진행되고 있다. ‘계통’측면에서는 재생에너지 변동성에 대응하기 위해 전력망을 보강하고, 마이크로그리드 구축 등과 같은 분산형 전원체계를 더욱 확대하기로 하였으며, ‘산업’측면에서는 수소경제를 조기에 활성화하고, IT기술을 활용한 에너지 신산업 창출에 적극 지원하기로 하였다.

 

 에너지전환과 디지털 변환으로 대표되는 기술혁신으로 전력산업의 패러다임이 바뀌고 있으며 발전분야 또한 변화를 맞이하고 있다. 이에 본원 R&D정보센터에서는 에너지 혁신에 따른 패러다임 변화를 제시해 관련 사업에 진출하고, 다양한 신사업 수익모델 창출을 모색하고자 「차세대 발전분야 신기술 개발동향과 에너지ˑ전력산업 디지털화 동향분석」 을 발간하였다. 본서는 총 2편으로 구성되어 있으며 1편에서는 ‘발전산업의 기술고도화’란 주제로 발전산업의 최신기술과 CCUS 개발현황을 다루었고, 2편에서는 ‘에너지기술 디지털화’란 주제로 다양한 신기술을 접목한 에너지·전력망의 스마트화 기술 개발동향을 다루었다. 본서가 학계ˑ연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.

 

 

제 Ⅰ편 발전 산업 기술 고도화

제 1장 발전산업 신기술 개발동향 및 전망

 

1. 국내외 발전 플랜트산업 주요동향

1) 세계 전력산업 수요 전망

2) 발전용량 전망

(1) 세계 발전용량 전망

(2) 발전원별 발전용량 전망

가. 석탄

나. 가스

다. 원자력

라. 수력

마. 태양광

바. 풍력

사. 담수

(3) 이슈 및 트렌드

가. 탈탄소화(Decarbonization)

나. 국가 온실가스 감축계획과 전환(발전) 부문 감축수단

A) 국가 및 전환(발전)부문 온실가스 감축계획

B) 전환(발전)부문 온실가스 감축수단에 대한 평가

다. 전환(발전)부문 온실가스 감축을 위한 배출권거래제

A) 전환(발전)부문의 온실가스 감축을 유도하는 제도 및 정책

B) 배출권거래제에서 전환(발전)부문 감축수단 평가

라. 발전부문에서의 배출권거래제의 한계 및 과제

A) 배출권거래제의 한계 및 문제점

B) 과제 및 대응방안

3) 주요국 발전플랜트 산업 현황 및 전망

(1) 동남아시아

가. 베트남

나. 인도네시아

다. 방글라데시

(2) 중동·북아프리카

가. UAE

나. 사우디아라비아

다. 이라크

4) 주요 사업자 및 기업 동향

(1) 사업주

(2) EPC

2. 발전분야 금속 3D 프린팅 기술 활용 및 동향

1) 가스 터빈 엔진 성능 개선을 위한 3D 프린팅 기술

(1) 가스 터빈 엔진 발전 동향 및 3D 프린팅 기술의 활용

(2) 가스 터빈 엔진 3D 프린팅 기술 활용 연구 개발 사례

(3) 기술적 난제 및 극복을 위한 고려 사항

2) 금속 적층 기술의 가스 터빈 부품 적용 사례와 전망

3) 3D 프린팅을 활용한 가스 터빈 고온 부품 냉각 기술 개발

(1) 가스 터빈 고온 부품 냉각 기술 개발의 필요성

(2) 3D 프린팅을 활용한 가스 터빈 고온 부품 개발 동향

(3) 3D 프린팅을 활용한 고온 부품 냉각 기술 연구 사례

4) PBF 방식 금속 3D 프린팅 공정을 활용한 발전용 연소기 노즐 팁 제작기술

(1) 제작하고자 하는 형상에 따른 적층 한계 정밀도 검증을 통한 디자인룰 도출 

(2) 금속 3D 프린팅 공정을 활용한 발전용 연소기 노즐 팁 제작 사례

5) 대면적 금속 3D 프린팅 공정 개발

(1) 대면적 선택적 레이저 용융 공정 장비 현황

(2) 대면적 선택적 레이저 용융 공정 장비

(3) 대면적 선택적 레이저 용융 공정 개발

(4) 레이저 경계선 영역의 기계적 물성

6) 3D프린팅 기술의 원전 적용을 위한 고찰

(1) 국내외 3D프린팅 개발 현황

(2) 국내외 3D프린팅 기술기준 개발 현황

(3) 국내외 3D프린팅 시장동향 및 전망

(4) 3D프린팅 주요기업 분석

(5) 3D프린팅 기술의 원전 적용 요건

가. 원전 기기 및 부품 적용 체계

나. 원전 적용 선결 요건

다. 3D프린팅 제조품의 원전 적용

7) 가스터빈 관련 국내기술 자립현황

(1) 한국형 가스터빈 독자모델 국산화 개발

가. LNG 복합발전 확대에 따른 미세먼지 및 온실가스 저감 효과

나. 현 기술 추격자에서 Top Tier로의 성장 방안

다. 가스터빈 기술자립 특허분석

(2) 수소 가스터빈 관련 특허출원 현황

(3) 국내 최초 가스터빈 발전설비 진단 센서 개발

3. 발전소의 스마트화·디지털화·지능화 구현기술 동향

1) 스마트 플랜트 기술동향 및 사례분석

(1) 스마트플랜트

가. 스마트플랜트 배경 및 정의

나. 스마트플랜트의 구성 및 특성

(2) 스마트플랜트 관련 기술 동향

가. IoT(Internet of Things)

나. AI(Artificial Intelligence) / 빅데이터

다. Digital twins / CPS(Cyber Physical System)

(3) 스마트플랜트 구축사례 

가. 생산성 향상

나. 에너지 최적화

다. 안전관리

2) 국내 발전산업 스마트플랜트 추진현황 및 전망

(1) 스마트플랜트 추진방향 

(2) 스마트 운영 사례

가. 드론/로봇 활용 발전·위험설비 원격점검

나. 모바일 스마트 점검 시스템

다. VR 가상훈련시스템

라. 증강현실(AR) 설비 점검 시스템 

마. 3D프린팅 발전 기자재 생산·실증

(3) 미래 스마트플랜트 기술- 인공지능 예측진단

(4) 발전 회사별 운영사례

가. 한전-전력그룹사

나. 동서발전

다. 중부발전

라. 남동발전

3) 지능형 디지털 발전소(IDPP) 동향과 사례 

(1) 지능형 디지털 발전소

(2) 발전 디지털변환 기술동향

(3) 지능형디지털발전소(IDPP) 개발 현황

(4) 지능정보연계 스마트플랜트 기술개발

가. SK이노베이션 

나. 두산중공업

다. GE

라. DNV-GL

마. Schneider-Electric

(5) 국내 실증 기술개발

4) 원자력발전 4차산업기술 활용사례와 자율운전 개발현황

(1) 4차 산업혁명의 원전 적용

(2) 자율운전 원전의 개발 현황

가. 원전 자율운전의 개념

나. 자율운전 기술개발 현황

다. 국내외 기술개발 사례

(3) 자율운전 원전의 핵심기술

가. 지능형 원전진단 기술

A) 원자로 상태 감시 기술 

B) 기기 고장 감지기술

C) 구조물 크랙 탐지 기술

D) 고 방사선 노출 재료 평가·예측 기술

E) 원전 위험인자 감지기술

나. 지능형 원전제어 기술

A) 지능형 운전지원 기술

B) 지능형 기기제어 기술

C) 원자로 통합 시뮬레이션 기술

D) 자율운전 빅데이터 관리 기술

다. 자율운전 원전 관련 보조지원기술

A) 인공지능 소프트웨어 검증 기술

B) 지능형 사이버보안 기술

C) 3D 프린팅 기반 기기 제작 기술 

D) 방사선 환경 작업 로봇 기술

E) 물리적 방호기술

F) 방사선 방재 대응 기술

G) 가상‧증강현실 기술

(4) 우리나라의 자율운전 원전 핵심기술 개발전략 방향

가. 국가 주도의 기술개발 추진

나. 기술 성숙도에 따른 단계별 자율운전 기술 개발

다. 교류‧협력을 통한 자율운전 원전의 기술역량 강화체계 구축

5) 스마트 모니터링 시스템 기술

(1) 태양광 발전시스템 효율향상을 위한 스마트 모니터링 시스템

가. 국내외 기술 현황

A) 국외 기술현황

B) 국내 기술현황

나. 스마트 모니터링 시스템을 위한 기술요소 분석

A) 고효율 운용 요소 개발

B) 태양광 발전 최적 유지보수 시스템 개발

C) 고효율 PCS 개발

다. 태양광 발전시스템 효율향상을 위한 스마트 모니터링 시스템 개발

A) 전체시스템 운전을 실시하며, 신재생전원과 계통의 관계 및 부하 연동성을 평가

B) PCS 시스템 운용 중 계통연계와 관련한 기능의 적합성 검증

C) 운용 상태를 분석하고 평가하며 유용성과 신뢰성을 진단

(2) IoT 기반 발전소 이상원인 감지 모니터링 시스템 개발

가. 연구 목표

나. 연구 내용

A) 주관기관(부산대학교-IoT 연구팀)

B) 참여기관 1(맥스포)

C) 참여기관 2(부산대학교-데이터마이닝 연구팀)

D) 참여기관 3((주)지오네트)

E) 참여기관 4(한국동서발전(주))

다. 기대 효과

A) 기술적 측면

B) 경제적 측면

C) 활용 방안

6) AI 기술을 활용한 이상진단 및 예측 시스템

(1) 산업시스템 고장 진단 및 예지 기술

(2) 가스터빈 고장 진단 및 예지 기술

(3) AI 기술을 활용한 가스터빈 이상진단 및 예측 기술

(4) 해결과제

7) AR·VR 기술을 이용한 유지보수 기술

(1) AR・VR 기술 현황

(2) VR을 활용한 전력기기 유지보수 기술

(3) AR을 활용한 전력기기 유지보수 기술

(4) 전력설비 AR・VR 기술 관련 표준화 동향

 

제 2장 에너지전환에 따른 이산화탄소 관련 기술현황

 

1. 세계 발전산업의 패러다임 변화 

1) 세계 발전산업의 패러다임 전환

(1) 석탄발전의 쇠퇴

(2) 신재생에너지의 부상

2) 세계 발전산업 패러다임 전환 배경

(1) 지구온난화

(2) 신재생에너지의 경쟁력 강화

가. 중국

나. 미국

다. 일본

라. 인도

마. 독일

(3) 에너지기술의 발전

가. 에너지저장(Energy Storage Syste)

나. 가상발전소(Virtual Power Plant)

3) 국내 화력발전소 건설·운영실태

(1) 점검 배경

(2) 점검 대상

(3) 점검 결과

가. 화력발전소 건설과정에서 법령을 위반한 주요 사례

나. 부적절한 설계변경 등 사업비를 과다지급한 주요 사례

다. 안전, 품질관리를 부실하게 한 주요 사례

(4) 조치 요구

(5) 제도 개선

가. 민간 화력발전소 추진체계 개선

나. 전력 매매기준 개선

다. 설계 관련 대가산정기준 및 입찰제도 개선

라. 발전소 안전 등 관리 개선

(6) 향후 계획

2. 청정화력발전 기술동향 및 사례

1) 청정화력발전 기술과 기존 연구동향

(1) 청정화력발전 기술

(2) 고효율 청정화력발전 기술 동향

(3) 테스트베드 및 선행연구

가. 테스트베드

A) 국내

B) 스페인 CIUDEN

나. 선행연구 검토

2) 해외 청정화력발전 기술동향

(1) 생존을 위한 석탄 발전의 요구 조건

(2) 석탄 발전소의 유연 운전기술

(3) 발전운영 기술의 디지털화 전망

3. 이산화탄소 포집·저장·자원화 기술동향

1) CO₂ 포집․저장 및 활용(자원화) 산업 및 사업화

(1) 국내

가. CO₂ 포집․저장 및 활용(자원화) 기술

나. 활용 산업 및 사업화

(2) 해외

가. CO₂ 포집․저장 및 활용(자원화) 기술

나. 활용 산업 및 사업화

2) 국내외 시장현황 및 전망

(1) 글로벌 시장현황 및 전망

(2) 국내 시장현황 및 전망 

3) 국내외 기술 및 특허 동향

(1) 기술 동향

가. 미국

나. 일본

다. 중국

라. 한국

(2) 특허 동향

4) 국내외 표준화 동향

(1) ISO TC265 현황

(2) ISO TC265 작업범위

(3) 국제 표준화 현황

(4) 국내 표준화 현황

(5) 현안 사항

5) 기후변화 대응 기술 ‘CCUS’

(1) CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage)

가. IEA 시나리오에서 CCUS의 역할

나. IRENA 시나리오에서 CCUS의 역할

다. 글로벌 현황

(2) 산업부문 이산화탄소 배출과 CCUS의 역할

가. 산업에서 이산화탄소 감축의 어려움

나. 시멘트, 철강, 화학 산업에서 CCUS의 역할

(3) 국내 산업 이산화탄소 배출과 CCUS 기술개발 현황

가. 국내 산업부문 이산화탄소 배출 현황

나. 국내 CCUS 개발 계획

다. 한국 CCUS R&D 현황

6) 이산화탄소 자원화 기술

(1) 저에너지형 염수 전기분해 공정(Chlor-alkali process) 연계 CO₂ 자원화 기술

가. 한전 전력연구원 CO₂ 자원화 기술

나. 염수 전기분해 공정(Brine electrolysis or Chlor-alkali process)

A) 제로갭(Zero gap) 염수 전기분해 시스템 개발

B) 저에너지형 염수 전기분해용 분리막 개발 

C) 고효율 염수전기분해 전극개발

D) 염수 전기분해 시스템 구축

다. 고효율 CO₂ 탄산화 공정(CO₂ Carbonation process)

A) CO₂ 탄산화공정 파일럿 플랜트

B) CO₂ 자원화 기술·경제성·환경성 분석 및 사업화

(2) 전기화학적 이산화탄소 전환을 통한 고부가가치 화합물 생산

가. 전기화학적 이산화탄소 전환

나. 연구개발 이슈

(3) CO₂ 전환 메탄화 기술 추진현황

(4) 전기화학적 이산화탄소 전환기술 특허출원

7) 이산화탄소 지중저장 기술과 환경관리 연구현황

(1) 이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술 국내현황

(2) CCS 기술의 토양 및 생태계 위해성 평가 해외 동향

(3) CCS 기술의 토양 및 생태계 위해성 평가 국내 동향

A) 발아 실험

B) 식물 생장 실험

C) 야외 토양 인위누출 실험을 통한 이산화탄소 누출 모니터링

 

제 3장 이산화탄소 포집 및 전환기술 현황

 

1. 이산화탄소(CO₂) 포집/저장/배출원관리 기술

1) 이산화탄소 포집기술

(1) 연소 후 포집기술(Post-combustion technology)

(2) 연소 전 포집기술(Pre-combustion technology)

(3) 순 산소연소기술(Oxy-fuel combustion technology)

(4) 개발 동향

(5) CCS 허브와 클러스터(Hubs and Clusters)

2) 이산화탄소 수송기술

(1) 파이프라인 수송기술

(2) 선박 수송기술

3) 이산화탄소 저장기술

4) 이산화탄소 전환기술

5) 주요 기업 현황

(1) 세계 주요 업체 현황

(2) 국내 주요 업체 현황

가. 한국전력

나. 포스코

다. 현대중공업

라. KC코트렐

마. 에스코넥

바. 에코프로

사. 자연과 환경

2. 이산화탄소 포집용 흡착제 최신 연구개발 동향

1) 건식 흡착제 연구개발 동향

(1) 건식 흡착제의 종류 및 특징

가. 물리적 흡착제

나. 화학적 흡착제

(2) 흡착제별 연구동향

가. 제올라이트

나. 다공성 실리카

다. 금속유기골격체

라. 탄소 소재

2) 새로운 탄소 기반 흡착제 개발

(1) 아민 표면 개질화

(2) 기공 개발을 통한 다공성 구조화

3. 이산화탄소 분리막 기술개발 동향

1) 이산화탄소 분리막 기술동향

(1) 고분자 분리막

가. 고분자 분리막 투과 메커니즘

나. 고분자 소재 분리막의 연구 동향

(2) 그래핀 기반 분리막

가. 그래핀 기반 분리막 투과 메커니즘

나. 그래핀 기반 소재 분리막의 연구 동향

(3) 이온성 액체 분리막

(4) 혼합 기질막

2) 이산화탄소 포집용 초박형 액체 효소(enzymatic liquid) 분리막 기술

4. 순산소연소 이산화탄소 포집 연구동향

1) 순산소연소 초임계 CO₂ 가스터빈 발전기술

(1) 순산소 가스터빈 기술

(2) 국외 기술동향

(3) 국내 순산소연소 sCO₂ 가스터빈 개발

(4) 향후 전망

2) 순산소연소 CO₂ 포집을 적용한 발전시스템 산소공급방식 변경 효율향상 연구

(1) CO₂ 포집을 적용한 SCOC IGCC 발전시스템 산소공급방식 변경에 의한 효율향상 분석

(2) 시스템 구성 및 모델링

가. 시스템 구성

나. 모델링

(3) 결과 및 고찰

가. 산소공급 장치 교체에 따른 성능 변화

나. 최적 압력비 선정

다. ITM 작동 조건에 따른 성능 분석

(4) 결론

3) 100 kWth급 순환유동층 시스템에서 무연탄 순산소연소 연구

(1) 실험

가. 연료 및 유동사

나. Oxy-CFBC 시스템

다. 실험 조건

(2) 결과 및 고찰

가. 순환유동층 운전 특성

나. CO₂ 순도

다. 대기오염물질 배출 특성

라. 연소효율

(3) 결론

5. 친환경 발전기술 개발현황

1) 친환경 저탄장 자연발화 방지기8

(1) 자연발화 방지기술 구성

(2) 자연발화 예측 시뮬레이터

(3) 친환경 발화방지제 배합기술

(4) 발화탄의 소화기술

(5) 발화방지기술 현장 적용

(6) 친환경 발전플랜트 전문기업 ‘비디아이’

2) 매체순환 연소기술(chemical looping combustion: CLC)

(1) 매체순환 연소기술

(2) 배기가스 재순환 공정 포함된 Oxy-CFBC

3) 석탄가스화 복합화력 발전소(IGCC)의 가스화기 제어 기법

(1) 기존 가스화기 제어 기법의 문제점

(2) 가스화기 제어를 위한 다중루프제어

(3) 가스화기 추론제어를 위한 모델예측제어 기법

(4) 결론

6. 발전설비 종합정밀진단 기술

1) 발전설비 진단기술개발 착수(1980년~1990년)

2) 기계설비 수명평가기술 개발(2000년~2009년)

3) 종합정밀진단기술 체계구축(2010년~2020년)

 

 

제 Ⅱ편 에너지 기술 디지털화

제 1장 에너지 디지털화 동향 -AI·빅데이터·블록체인·IoT-

 

1. 에너지 디지털화(Digitalization) 분야별 주요동향

1) 에너지 산업으로 다가온 디지털 혁명

(1) 에너지 디지털화

(2) 에너지 시장의 디지털화 적용분야

2) 에너지 디지털화 시장동향

(1) 에너지 디지털화의 시장현황

(2) 에너지 디지털화의 부문별 진행단계 및 발전방향

3) 에너지 디지털화가 에너지 수요에 미치는 영향

(1) 리바운드 효과(rebound effect)와 에너지 수요의 변화

가. 수송 부문

나. 건물 부문

다. 산업 부문

4) 에너지 디지털화가 에너지 공급에 미치는 영향

(1) 디지털화와 에너지 공급의 변화

가. 화석연료 생산 부문

나. 전력 부문

5) 에너지 디지털화가 에너지 공급에 미치는 영향

6) 에너지 디지털화로 인한 4가지 리스크

(1) 사이버 공격

(2) 프라이버시 침해

(3) 데이터 소유권에 대한 분쟁

(4) 업무상 환경의 변화

2. 국내외 에너지 플랫폼/신비즈니스 모델 사례현황

1) 에너지부문 디지털 플랫폼

(1) 플랫폼 및 에너지 플랫폼 개념

(2) 에너지 플랫폼 등장배경

(3) 에너지 플랫폼 유형

가. 디지털 비즈니스 지원 플랫폼

나. 에너지 플랫폼 유형

(4) 해외 에너지부문 플랫폼 구축 현황

가. 데이터 공유 플랫폼 : Share My Data

나. 마켓플레이스 플랫폼 : Marketplace

다. DER 플랫폼 : CONnectED Homes Platform

라. IRENA의 Sustainable Energy Marketplace

(5) 국내 에너지플랫폼 사례

가. 산업통상자원부의 스마트 E-Market

나. 한국전력 공사

A) Open P-Meter 플랫폼 : 전력 빅데이터 공유 플랫폼

B) EV 플랫폼

C) 파워플래너 : ‘우리집 맞춤형 전력서비스’

D) 전기가계부

다. LG 유플러스

A) 에너지절감 솔루션(U+Biz EMS) : 건물/공장 에너지관리 플랫폼

B) 홈 IoT 플랫폼(IoT@home)

라. KT

A) 통합 에너지관리 플랫폼 : KT-MEG

B) 기가 에너지 매니저(GiGA energy manager) : 건물에너지 절감 서비스플랫폼

C) 기가 에너지 DR

D) 기가 에너지 Gen : 재생에너지 발전소, ESS 구축·운영

E) 기가 에너지 충전: EV 충전 플랫폼(Charging Mate)

F) IoT 홈서비스 : 스마트 홈 및 미터링

2) 해외 에너지 신서비스 비즈니스 모델

(1) 전기차 및 충전소 관련 비즈니스 모델

(2) EMS 관련 Business Model

(3) ESS 관련 Business Model

(4) 수요반응 관련 Business Model

(5) 스마트그리드 관련 Business Model

(6) 전력빅데이터 관련 Business Model

(7) VPP 유형의 Business Model

가. 제공가치(수익기회)에 의한 VPP 유형화

나. IoT로 분산자원이 연결된 가상발전소

(8) V2G Business Model

(9) 이웃 간 전력거래 플랫폼: P2P 플랫폼

가. 영국의 Piclo(피클로)

나. Vandebron(반데브론)

다. Sonnenbatterie(소넨배터리)

(10) 태양광 플랫폼

가. E.ON의 SolarCloud

나. Sunplug

(11) 스마트홈 플랫폼

가. Enel의 e-goodlife

나. Innogy의 SmartHome

다. Bidgely의 HomeBeat

3. 에너지 빅데이터(E-빅데이터) 동향 및 활용전략

1) 에너지 빅데이터 정의 및 사업 성공요인

(1) E-빅데이터 정의

(2) 디지털 데이터의 분류

(3) E-빅데이터 플랫폼 성공요인

2) 수요부문 국내외 E-빅데이터 구축·활용 현황

(1) 국내 현황

(2) 해외 현황

가. 미국

나. 유럽

(3) 소비데이터 제공 효과

3) E-빅데이터 표준 및 이슈 분석

4) 수요부문 E-빅데이터 기술개발 방향

(1) 목표

(2) 시장 예시

(3) 기술개발 추진

5) 에너지 빅데이터 활용방안 및 활성화를 위한 과제

(1) 에너지 빅데이터 활용방안

(2) 빅데이터 활성화를 위한 에너지부문의 과제

4. 블록체인 기술을 통한 에너지·기후·환경 가치창출 사례 및 현황

1) 블록체인 기술 (Blockchain Technology)

(1) 분산 원장(Distributed Ledger)

(2) 블록체인 (Blockchain) 정의 및 종류

(3) 블록체인과 합의 알고리즘(Consensus Algorithm)

(4) 스마트 계약(Smart Contract)

(5) 토큰화(Tokenization)

2) 국내외 에너지 블록체인 사례

(1) 에너지 블록체인

(2) 블록체인의 도입 추진배경

(3) 에너지 블록체인 사례

가. 미국 ‘브루클린 마이크로 그리드’

나. 중국 ‘에너고’

다. 호주 ‘파워 레저’

라. 미국 ‘솔라 코인’

마. 오스트리아 그리드 ‘싱귤러리티’

바. 남아프리카 공화국 ‘뱅키문’

사. 덴마크 ‘M-PAYG’

아. 중국 ‘IBM & Energy Blockchain Labs’

자. 한국전력공사 에너지 블록체인

차. 이젠파트너스 블록체인 에너지 서비스 플랫폼

카. 클린 코발트 캠페인

3) 탄소배출권 시장과 블록체인 기술

(1) 탄소배출권 시장과 블록체인 기술의 결합

(2) 건물 분야 탄소시장 접근을 위한 블록체인 에너지모니터링, 보고 및 검증시스템연구

가. 건물 에너지 사용 MRV

A) 자발적 시장에서 요구하는 MRV

B) 건물 에너지 사용 MRV 사례

C) 블록체인 에너지 사용 MRV

나. 블록체인 에너지 사용 MRV와 탄소 시장

다. 건물 에너지 블록체인 MRV 시스템 연구

A) 건물 에너지 블록체인 MRV 아키텍처(Architecture)

B) 데이터 획득(Data Acquisition) 단계

C) 데이터 처리(Data Processing) 단계

D) 데이터 등록 (Data Registration) 단계

E) 사용자 서비스 (User Service)

F) Case Study

5. 국내외 에너지스타트업 투자동향

1) 해외 스타트업 현황 및 투자동향

2) 국내 스타트업 현황 및 투자동향

3) 해외 에너지 관련 스타트업

4) 국내기업의 국내 스타트업 투자사례

 

제 2장 전력산업 디지털화와 신재생E 계통연계 기술동향

 

1. 2020년 전력산업 정책·기술 동향

1) 정책 동향

(1) 원자력

(2) 석탄

(3) 천연가스

(4) 재생에너지

(5) 에너지효율

(6) 에너지비용

2) 기술 전망

(1) 기술 트렌드

(2) 발전

(3) 송배전

(4) BTM

2. 국내외 가상발전소 제도 및 현황

1) 국내 전력시장의 변화

(1) 에너지전환과 분산형 전원 확대 정책

(2) 분산에너지자원(DER)의 확산과 전력시장 변화

(3) 분산에너지자원 증가에 따른 문제점(가상발전소의 필요성)

2) 가상발전소(Virtual Power Plant)

(1) VPP 개념과 유형

가. 개념

나. 유형

3) 수요자원 거래시장

(1) 수요자원 거래시장 제도 정의 및 운영구조

가. 정의

나. 운영

(2) 수요자원 거래시장 현황

가. 시장 운영현황 및 거래실적

나. 소규모 수요자원 거래(국민DR) 추진

4) 소규모 전력중개시장

(1) 소규모 전력중개시장 개설의 법적 근거 및 운영구조

(2) 소규모 전력중개시장 현황

가. 시장 운영현황 및 거래실적

나. 현재 소규모 전력중개시장의 한계와 과제

(3) 국내외 소규모 전력 중개시장 제도 분석

가. 독일

A) 중개사업자의 업무 범위 및 수익구조

B) Market premium 및 Management premium

나. 호주

A) 전력시장 및 관련 제도 동향

B) SGA(Small Generation Aggregator) 제도

C) SGA제도의 소규모 전력 중개시장 기여

다. 미국

A) 캘리포니아 DERP 및 SC 제도

B) 소규모 전력중개시장의 활성화 장애요인

라. 국내

(4) 소규모 전력중개시장의 향후 발전방향

가. 개요

나. 향후 전력중개사업의 성장성 검토

A) 에너지 컨설팅 모델

B) 전력공급 안정화 모델

C) 전력수요 감축 모델

다. 시사점

3. 신재생에너지 계통연계 현황 및 대응방법

1) 태양/풍력발전 최신기술 동향

(1) 태양광·열(Photovoltaic Thermal, PVT) 시스템 기술동향 및 표준화 방안

가. 국내외 기술개발 현황

A) 국외 기술현황

B) 국내 기술현황

나. PVT 컬렉터의 표준화 방안

다. 결론

(2) 풍력발전 기술 동향 및 트렌드

가. 풍력발전 터빈 블레이드 관련 기술

A) 공기역학적 설계 정교화, 최적화 

B) 블레이드 대형화

C) 기타 기술-멀티형 풍력발전 장치

나. 터빈 및 터빈 부품 관련 기술

A) 풍력터빈 성능 평가 지표

B) 증속기(Gearbox) 관련 기술

다. 부유식 해상풍력 기술

라. 국내 주요 풍력발전 현황 및 추진계획

마. 국내외 주요업체

바. 풍력발전 기술 고도화 및 LCOE 개선을 위한 전략

2) 태양광 및 풍력발전의 전력계통 영향과 시사점

(1) 교류 전력계통의 운영 방식

가. 교류 발전기와 전력계통 운영

A) 교류 발전기의 특성

B) 정상적 상태의 계통운영 방식

나. 비정상적 상태의 전력계통 대응 

A) 비정상적 상태의 전력계통

B) 전력계통의 대응 방식

(2) 태양광 및 풍력 발전의 특성 및 현황

가. 태양광 발전의 특성과 현황 및 계획

A) 태양광 발전의 특성

B) 태양광 발전의 현황 및 계획

나. 풍력 발전의 특성과 현황 및 계획

A) 풍력 발전의 특성

B) 풍력발전의 현황 및 계획

(3) 태양광 및 풍력 발전의 전력계통 영향과 대응 방식

가. 태양광 및 풍력 발전의 전력계통 영향

A) 전력수급 불균형의 심화

B) 전력품질 유지의 문제

C) 전력시스템의 관성 약화

D) 대규모 정전의 위험성 가중

나. 사고 발생 시 전력계통의 대응 방식

A) 비정상 주파수 대응

B) 비정상 전압 대응

다. 국내 전력계통 영향 사례

A) 태양광 및 풍력 발전의 출력제한

B) 배전계통의 과전압 문제

C) 대형 발전기 탈락 또는 송전선로 고장에 따른 주파수 하락폭 확대

3) 주요국 신재생발전 간헐성 대응 동향

(1) 독일

가. 발전 및 계통

A) 석탄화력의 유연성 개선

B) 인접국과 전력망연계 확대

C) 신재생 예측시스템 향상

D) 계통연계기준(Grid Code) 개선

나. 전력시장

A) 당일시장의 급전주기 단축 : 1시간 → 15분

B) 보조서비스 참여조건 완화 : DR·ESS 등 신자원의 진입 촉진

(2) 덴마크

가. 발전 및 계통

A) CHP(열병합발전)-신재생 연계운전

B) 인접국과 전력망연계 확대 : 4개국(6.5GW, 2017년) → 6개국(9.1GW, 2020년)

C) 석탄화력 Retrofit

D) 신재생 예측시스템 향상

나. 전력시장

A) Nordic Pool : 인접국과 전력시장 연계

B) 보조서비스시장 강화

(3) 미국 CAISO(캘리포니아)

가. 발전 및 계통

A) 가스화력의 유연성 확보

B) ESS 설치 의무화제도

C) 예비력 확보 강화 : Flexible Ramping Product 도입

나. 전력시장

A) 실시간시장 강화

B) 인접州와 시장연계 : 인근 4개 Utility와 EIM 운영

C) 보조서비스 조건완화 및 보상강화 : 유연성자원의 계통참여 유인

(4) 국내 현황 및 시사점

4) 주요국 재생에너지 배전망 접속 원활화 방안 분석

(1) 주요국 계통 접속 대기 분석

(2) 자가소비형 설비현황 및 제도

가. 독일

나. 캘리포니아州

다. 일본

라. 국내

(3) 접속대기 완화를 위한 기술적 정책

가. 독일

나. 일본

다. 캘리포니아州

라. 영국

5) 계통복원력(Grid Resilience) 현황

(1) 검토 배경

(2) 계통 복원력(Grid Resilience)

(3) 복원력 향상을 위한 미국의 기관별 동향

가. 에너지부(DOE)

나. 연방에너지규제위원회(FERC)

다. 북미신뢰도위원회(NERC)

라. 유틸리티(Utility)

마. 국립재생에너지연구소(NREL)

(4) 국내 복원력 대응현황

가. 국내 규제체계 및 복원력 관련 논의 현황

나. 국내 전력관제 체계

다. 재해/재난 대응체계 현황

6) 계통연계를 위한 인프라 구축동향

(1) 직류배전 기술개발 동향

가. 국내외 직류배전 동향

나. 한전의 직류배전 개발 및 구축 현황

(2) Virtual Power Lines 추진 동향

가. Virtual Power Lines(VPL) 개념

나. 전력부문 개선을 위한 VPL의 핵심 역할

A) 변동성 재생에너지(VRE)의 출력제한 감소

B) 전력망 보강보다 더 신속하고 유연한 해결책

C) ESS를 활용하여 계통에 추가 서비스 제공

다. VPL 도입을 위한 필수 조건

A) ESS 소유 및 운영에 대한 규제체계 수립

B) ESS를 활용한 멀티-서비스 시행

C) VPL로 활용하기 위한 ESS의 디지털화

라. PL 프로젝트 추진 현황

 

제 3장 지능형 차세대 전력망기술 -AMI, ESS-

 

1. 차세대 전력망 기술

1) 스마트그리드

(1) 스마트그리드 기술의 구성 요소

(2) 스마트그리드의 보안 이슈

2) 마이크로그리드

(1) 배경 기술

가. 전력망

나. 발전 과정

다. 송전 과정

라. 배전 과정

(2) 기술 분석

가. 소규모 그리드 시스템

나. 기존 그리드와의 계통연계 여부에 따른 분류

다. 마이크로그리드의 주요 요소기술

A) 전력 품질보상을 위한 PCS(Power Conditioning System)

B) STS/IED(Static Transfer Switch/Intelligent Electronic Device)

C) Network Gateway

D) 에너지 생산을 제어하는 EMS(Energy Management System)

2. 국내외 원격검침 인프라 기술동향

1) 원격검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI)

(1) 기술 개요

(2) 원격검침 인프라의 구성 요소

가. 스마트미터

나. 데이터집중장치

다. 에너지정보표시장치

라. 수요반응 시스템

마. 지능형 전력정보관리시스템

바. 지능형 전력 서비스 네트워크

2) 원격검침 인프라 산업동향

(1) 원격검침 인프라 산업 특징과 가치 사슬

(2) 글로벌 원격검침 인프라 설치대수 및 설치율

(3) 세계 스마트 미터 시장 규모 및 전망

(4) 국내 전기공급계기 시장 규모 및 전망

(5) 국내 원격검침 인프라 보급 진척 현황

3) 원격검침 인프라 주요기업 동향

(1) 해외 원격검침 인프라 관련 주요 업체 동향

(2) 국내 원격검침 인프라 관련 주요 업체 동향

4) AMI 관련 주요국 동향 및 이슈

(1) 이탈리아

(2) 미국

(3) 일본

(4) 영국

(5) 독일

5) 스마트미터링 표준동향

(1) 국제표준 동향 및 특성

(2) 국내표준 동향 및 특성

6) 스마트미터링 특허분석

(1) 분석 개요

가. 특허 조건

나. 특허 유효데이터 선별기준 및 선별 결과

다. 분석 방법

(2) 국내특허 현황

(3) 해외특허 현황

3. 전력공급과 수요간 균형을 위한 에너지저장장치(ESS) 주요동향

1) 전기저장시스템(ESS)

2) ESS 핵심기술 및 개발동향

(1) 핵심 요소기술

가. ESS 저장 형태

나. 전력저장장치용 2차전지 - 리튬이온전지

A) ESS에 적합한 LiB 특성

B) iB-ESS 시스템 구조

다. 배터리의 내구성과 신뢰성 향상 연구

라. 파우치형 에너지 고밀도 향상 연구

(2) 발전 방향 및 개발 트렌드

가. 원천 부품소재 개발, 실증 사업을 통한 기술 개발 주력

나. ESS 활성화를 위한 신재생에너지 기술 개발

다. 다공성 전극을 활용한 ESS 성능 향상 기술

3) ESS 주요업체 동향

(1) 해외

(2) 국내

4) 국내 ESS 보급현황과 주요 이슈

(1) ESS 보급 현황

(2) ESS 보급 지원 정책

(3) ESS 보급 사업의 문제점 및 주요 이슈

가. 경제성에 대한 미고려

나. 다수의 화재 사고 발생

다. 전력계통에의 부정적 영향

라. 재생에너지 연계 ESS의 전력 수요관리 기능 미흡

(4) 개선방안

가. ESS 설치에 대한 사전 영향 평가 실시

나. ESS 가동 정지에 따른 합리적 대응 조치 강구

다. ESS 안전 관련 규제 정비

5) 국내외 ESS 인증제도 및 인프라 구축 사례

(1) 국내·외 인증제도 현황

가. 국내 ESS 인증현황

A) 인증제도

B) 시험평가현황

나. 국내의 ESS 인증 문제점

A) 평가 환경

B) 기업 현황

C) 문제점

다. 해외의 ESS 인증현황

A) 일본

B) 미국

C) 유럽

(2) ESS 인프라 구축 및 인증 센터 해외사례

가. 유럽

나. 미국

다. 중국

(3) ESS 융복합 전문평가센터 기반구축

가. ESS 융복합 전문평가센터 기반 목표

A) 신재생에너지+에너지저장

B) 에너지저장 소재평가

C) 융복합 실험, 인증, 표준

D) 시험생산

E) 사업화 및 기업지원

나. 운영방안

다. 전문평가센터 구축을 위한 지리적 환경적 요건

6) ESS 시장동향

(1) 해외

(2) 국내

 

 

 

도표/그림 목차


 

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