연중무휴 저탄소 에너지를 위한 혁신: 하이브리드 에너지 시스템의 힘

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연중무휴 저탄소 에너지를 위한 혁신: 하이브리드 에너지 시스템의 힘

엠마 미글리

통합 에너지 시스템은 발전이 원자력 또는 재생 에너지원에서 나오는지 여부에 관계없이 일관된 그리드 수요 충족을 보장할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. (이미지 : IAEA)

모든 저탄소 에너지원의 배치는 에너지 부문의 배출량을 줄이는 데 중요합니다. 연중무휴 24시간 저탄소 에너지 공급을 보장하기 위해 전력망에서 간헐적 재생 가능 시스템의 비중이 증가함에 따라 원자력 발전소는 하이브리드 에너지 시스템(HES)에 사용되어 태양광 및 풍력 전기 생산으로 인한 격차를 메우고 있습니다.

원자력은 변화하는 에너지 수요에 적응할 수 있는 파견 가능한 에너지 생성원이며, 24시간 내내 엄청난 양의 신뢰할 수 있는 저탄소 전력을 생성할 수 있습니다. 이러한 안정성은 원자력이 일반적으로 기저부하(출력 변동이 거의 없이 지속적으로 작동)로 사용되는 이유입니다. 재생에너지와 함께 원자력은 재생에너지원의 간헐적인 출력을 뒷받침함으로써 전력망의 안정성에도 기여합니다. 예를 들어, 미국의 일부 원자력 발전소는 전기 수요의 일반적인 변화와 재생 에너지의 간헐적인 기여를 반영하기 위해 정기적으로 용량을 약 10~15% 조정합니다.

“원자력 재생 가능 HES는 원자력의 신뢰성과 기본 부하 용량을 간헐적 재생 가능 에너지원과 결합하여 강력한 시너지 효과를 제공합니다. 이러한 통합적 접근 방식은 기후 변화를 완화하면서 증가하는 수요를 충족할 수 있는 회복력 있는 저탄소 에너지 미래의 열쇠를 쥐고 있습니다.”라고 IAEA 원자로 기술 개발 팀 리더인 Tatjana Jevremovic이 말했습니다.

매시간 에너지 소비를 탈탄소화하려면 모든 탄소 없는 기술을 활용해야 합니다. 이러한 에너지 자원 간의 시너지 효과 잠재력은 아직 완전히 활용되지 않았으며 전문가들은 이러한 시스템 대안을 직접 통합하는 전략적 이점을 조사하고 있습니다. 원자력-재생 가능 HES는 각각의 이점을 활용하여 원자력과 재생 가능 에너지원을 결합하려고 합니다. 목표는 신뢰할 수 있고 지속 가능한 전력을 그리드에 공급하는 동시에 다양한 에너지 소비 부문에 저탄소 에너지를 제공하는 것입니다.

 원자력 재생 가능 HES는 원자력의 신뢰성과 기본 부하 용량을 간헐적 재생 가능 에너지원과 결합하여 강력한 시너지 효과를 제공합니다. Tatjana Jevremovic, IAEA 원자로 기술 개발 팀 리더

결합 시스템

하이브리드 시스템은 두 가지 방식으로 여러 에너지 발전기를 통합합니다. 첫 번째는 느슨하게 결합된 시스템을 통해 다양한 에너지원의 출력을 결합하여 전체 시스템 성능과 신뢰성을 향상시키는 것입니다. 두 번째(아직 원자력 재생 가능 HES에 대해 실현되지 않은)는 보다 통합되고 긴밀하게 결합된 시스템을 통한 것입니다. 이러한 유형의 시스템은 각 구성 요소의 고유한 장점을 활용하여 최적화된 에너지 생산과 환경적 이점을 달성합니다.

“보다 통합된 에너지 시스템으로의 전환은 발전이 원자력, 풍력, 수력, 태양열, 바이오매스 또는 지열 소스에서 나오는지 여부에 관계없이 일관된 그리드 수요 충족을 보장할 수 있는 잠재력을 보유합니다. 이상적으로 이러한 시스템은 에너지 저장 솔루션을 통합하여 순 전력 수요의 변동을 효과적으로 관리할 수도 있습니다.”라고 Jevremovic은 말했습니다. "또한, 원자력 재생 가능 HES 채택에 대한 경제적 평가에 탄소세를 포함하면 잠재적으로 기존 화석 연료 에너지원과 관련된 운영 비용보다 훨씬 낮은 운영 비용을 제공할 수 있습니다."

미래에는 긴밀하게 결합된 HES가 실시간 조건에 따라 시너지 효과를 극대화하고 발전을 최적화하도록 설계될 것입니다. 예를 들어, 재생 가능 에너지원은 원자력 발전소와 보다 긴밀하게 통합되어 피크 수요 동안 보충 전력을 제공하고, 출력을 신속하게 변경하는 원자력의 비유연성을 보완할 수 있습니다. 또 다른 예로, 원자력이 수력 발전 시스템과 통합된다면, 사용량이 적은 시간 동안 원자로에서 나오는 잉여 에너지는 물을 높은 저수지로 펌핑하는 데 사용될 수 있으며, 이 물은 나중에 수요가 많은 기간에 수력 발전 터빈을 구동하기 위해 방출될 수 있습니다.

원자력 재생 가능 HES는 병원이나 운송 창고와 같은 중요 인프라에 대한 전기 공급을 보장하기 위해 원격 또는 독립형 위치에서 발전을 관리하고 조정하는 데에도 사용할 수 있습니다. 아이다호 국립 연구소(Idaho National Laboratory)는 최근 '박스 안의 마이크로그리드'라고 불리는 독립형 시스템을 선보였습니다. 이 시나리오에서는 소형 모듈식 원자로를 수력, 태양광 또는 풍력과 통합하여 정전이나 광범위한 전력 중단이 발생할 경우 전력을 공급하게 됩니다.

IAEA의 역할

IAEA는 최근 원자력 재생 가능 HES의 기술 평가 및 최적화에 대한 공동 연구 프로젝트를 시작했습니다. 목표는 현재와 미래의 에너지 시스템에서 원자력 재생 가능 HES가 수행할 수 있는 역할을 평가하기 위한 방법론을 개선하고, 기회를 식별하고, 국제 협력을 촉진하며, 국가가 순 제로 목표를 달성하도록 돕는 주제에 대한 지식을 공유하는 것입니다. 파키스탄은 프로젝트 참여 국가 중 하나입니다. 파키스탄 공학 및 응용과학 연구소(PIEAS)의 수석 엔지니어이자 조교수인 Haseeb ur Rehman은 "파키스탄의 에너지 수요와 글로벌 환경 문제를 고려할 때 원자력-재생 통합 전략이 빛을 발합니다"라고 말했습니다. “햇빛과 바람이 풍부하고 원자력은 안정적인 핵심을 추가합니다. 이 혼합은 배출을 줄이고 에너지 안보를 강화합니다.”

IAEA는 PIEAS의 IAEA 협력 센터와 협력하여 온라인 원자력 발전소 부분 작업 시뮬레이터(HOPS)를 위한 허브 라는 플랫폼을 개발했습니다. HOPS에는 핵풍력 HES와 핵태양광 HES를 기반으로 한 두 개의 시뮬레이터가 포함되어 있습니다. 이러한 온라인 시뮬레이터를 통해 사용자는 원자력 발전소 시스템 및 하위 시스템의 운영 성능에 대한 교육을 수행할 수 있습니다. 시뮬레이터 및 관련 문서는 요청 시 전 세계 원자력 전문가에게 무료로 배포됩니다.