| 연구개발개요 |
■ 2020년 12월 환경부 발표에 따르면, 2017년 온실가스 총배출량 대비 24.4%를 감축하는 목표치를 유엔기후변화협약 사무국에 제출하였음. 또한 대한민국 정부는 2020년 7월 2050년까지 탄소중립(net-zero) 목표달성을 선언하고 ‘한국판 그린 뉴딜’을 비롯한 다양한 정책적 지원을 기획하고 있음 ■ 2020년 환경부가 발표한 ‘2019 국가 온실가스 인벤토리 보고서’에 따르면, 대한민국의 2017년 온실가스 총배출량은 709.1백만톤(이산화탄소환산량, CO2eq.)이며, 이는 전년대비 2.4%증가한 값임. 2017년 총 배출량 중 에너지(615.8백만톤, 86.8%)분야의 비중이 가장 크며, 에너지분야 중에서는 전기, 난방 등 에너지산업의 비중이 가장 높았음■ 이러한 시각에서, 도시철도에서 발생하는 전동차 회생전력을 유효하게 활용하게 되면, 전력을 발생시키기 위한 1차 에너지의 소비를 절감할 수 있으며, 특히 고부하시간대의 발전 필요량 감소는 화력발전에서 발생하는 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있음■ 1MW용량의 회생에너지 시스템이 설치될 때 회생에너지시스템이 하루에 회수하는 전력은 1~1.2MWh 수준이며, 상기 시스템의 운전을 통해 연간 319~388톤의 온실가스를 감축할 수 있으며, 2020년 현재 구축된 도시철도 변전소(260개소)에서 최대 11만톤의 온실가스를 절감할 수 있음■ 본 신청과제에서의 사업화 대상기술은 통상 지하철 변전소에 설치되어 전동차가 정차할 때 발생하는 회생에너지(회생전력)를 회생컨버터를 통해 회수하여 이를 다시 지하철 역사의 전력계통에 공급하는 시스템으로, 전차선 가선전압의 상승을 억제시킴으로써 전력설비의 고장발생을 줄일 뿐 아니라 기존에 버려지던 에너지를 회수하여 활용함으로써 전력소비를 절감하는 효과를 얻을 수 있음.■ 회생에너지시스템은 전차선 가선으로부터 전력을 회수하기 위한 회생컨버터와 회수된 직류전력을 전력계통에 연계하기 위한 회생인버터, 전동차의 속도 및 진입 신호 등을 수신하여 회생에너지 발생여부 및 발생량을 판단하고 회생컨버터와 회생인버터를 제어하기 위한 PMS 등으로 구성됨■ 회생에너지시스템은 가선전압을 입력받는 Capacitor Bank부와 DC/DC 전력변환을 담당하는 회생컨버터부, 그리고 DC/AC 변환하여 전력계통에 연계하는 회생인버터부, 그리고 이들 전체를 제어하는 상위제어시스템(PMS)부 등으로 구성됨
|
| 최종목표 |
○ 하루 1MWh 이상의 회생전력 회수를 통하여 연간 CO2 발생량 320 ton 이상을 저감시킬 수 있는 1MW급 전동차 회생에너지시스템을 개발하여 상용화하는 것을 목표로 함. - 직렬 구성방식의 모듈화 제품개발을 통한 도시철도 및 경전철, 중전철 등에 모두 적용 가능한 제품의 개발 - 병렬 구성방식의 모듈화 제품개발을 통한 용량 변동성을 가지는 회생에너지시스템 제품의 개발 - 차세대 반도체 소자를 적용한 회생전력 변환장치의 사이즈 축소 및 효율향상을 실현한 제품의 개발 - 국산화 비중 60% 이상의 회생에너지시스템 개발 - 재생에너지 및 ESS 시스템 연계가 가능한 분산전원 연계형 시스템 개발 - IoT 기술의 융합을 통하여 실시간 원격운영 및 모니터링이 가능한 시스템 개발 - 실증운영을 위한 테스트 베드 구축 및 장기간 실증운영 - 장기간의 실증데이터를 통한 성능 및 운영효과 검증
|
| 연구내용 및 범위 |
○ 실증 사이트 분석 - 실증 사이트 후보지 분석 ○ 공간, 송배전 계통도 분석○ 실증 사이트 도면 설계, 환경 조성공사 - 가선 및 계통 접속점 전기 도면 설계 - 실증 사이트 - 시스템 배치 도면 설계 - 회생에너지 시스템 > 내부 설비 및 안전 설비 설계 > 전기, AUX, 통신, 화재, 화기 시스템 설계 - 실증 사이트 ？ 전기 및 기초 토목 공사 실시○ 회생에너지 시스템 설계 - 회생에너지 시스템 > 전체 시스템 상세 도면 설계 - 회생에너지 시스템 > 사양 및 구조 설계 - 각 시스템별 장비 기구 도면 설계○ 회생 전력 변환장치 설계 제작, 모듈 샘플 제작 및 시험 - 회생에너지 시스템 > 각 Part별 시뮬레이션 진행 - 회생에너지 시스템 > 각 Part별 사양 및 상세 설계 - 회생에너지 시스템 > 각 Part별 샘플 제작 - 회생에너지 시스템 > 각 Part별 샘플 Test○ 원격 모니터링 설계 - 원격 모니터링 시스템 구성도 설계 - 각 Part별 통신 프로토콜 및 통신 사양 설계 ○ 회생에너지 시스템 제작 - 1MW급 회생에너지 시스템 Converter Part 제작 및 시험 - 1MW급 회생에너지 시스템 Inverter Part 제작 및 시험 - Converter & Inverter Part 연계 운전 FAT 시험○ 회생에너지 실증사이트 구축 - 회생에너지 시스템 현장 구축 공사 - 회생에너지 시스템 가선전압(수전) 및 변전소(송전) 연결○ 가선 전압 연계 실증 시험 - 실증 사이트 가선전압 변동성 분석 - 회생에너지 시스템 > 운전 Level 설정 - 가선 전압 연동 100kW 단위 유닛 발전 시험 - 가전 전압 연동 1MW 시스템 발전 시험○ 장기 운전 시험 - 시간,요일,월별 회생에너지 발생량 패턴 분석 - 회생에너지 발전량 ？ 경제성 분석○ 원격 모니터링 및 진단 시험 - 실증 운전 원격 모니터링 및 원격 운전 시험○ 안전 및 유지보수 매뉴얼 작성안 도출○ 장기 운전 시험 시스템 최적화 - 장기 운전 실증 시험 - 시스템 운영 알고리즘 및 하드웨어 최적화 ○ 원격 모니터링 시스템 최적화 - 상위제어기 운영 알고리즘 최적화 - 원격 모니터링 시스템 최적화○ 안전 및 유지보수 매뉴얼 개발 - 시스템 설치, 운전, 안전, 유지보수 매뉴얼 개발○ 성능인증 기준 도출 및 평가 - 계통 연계 기술 기준 접합성 인증서 획득 - 전기 안전용품 인증서 획득 > KC 인증○ 경제성 분석 - 시간,요일,월별 회생에너지 발생량 패턴 분석 - 에너지 발전량에 따른 경제성 및 탄소 저감량 분석
|
이 누리집은 대한민국 공식 전자정부 누리집입니다.
