KR102247711B1 - Method and server for deriving investment and design plans through milp model within national-level complex renewable energy supply system - Google Patents

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Abstract

컴퓨팅 시스템 상에서 복합 재생 에너지 공급 시스템의 동작과 관련된 시뮬레이션을 수행하는 방법이 도시된다. 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법은, 분석 대상으로 선정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하고, 분석 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 단계; 에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 중 적어도 하나를 포함하는 경제 요소 정보를 수집하는 단계; 상기 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집하는 단계; 상기 복수의 세부 지역에 대해서, 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리 중 적어도 하나를 포함하는 지역 정보를 수집하는 단계; 에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 중 적어도 하나를 포함하는 기술경제 요소 정보를 수집하는 단계; 및 수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.A method of performing a simulation related to the operation of a hybrid renewable energy supply system on a computing system is shown. A method of performing a simulation for a complex renewable energy supply system includes: classifying a specific area selected as an analysis target into a plurality of detailed areas, dividing a period set as an analysis period into a random time interval; Collecting economic factor information including at least one of a tax rate, a discount rate, an interest rate, and a capital cost coefficient related to an energy source; Collecting energy demand information for a period set as the analysis period; Collecting area information including at least one of resource holding status, land cost, and distance between the detailed areas for the plurality of detailed areas; Collecting technology and economy factor information including at least one of energy conversion efficiency, energy storage capacity, facility life, investment cost, and operating cost; And, based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, the total net flow (TNF) is calculated to maximize the NPV (Net Present Value). It may be configured including the step of.

Description

국가 단위의 복합 재생 에너지 공급 시스템 내에서 혼합 정수 선형 프로그래밍을 통해 투자 및 디자인 계획을 도출하는 방법 및 이를 수행하는 서버{METHOD AND SERVER FOR DERIVING INVESTMENT AND DESIGN PLANS THROUGH MILP MODEL WITHIN NATIONAL-LEVEL COMPLEX RENEWABLE ENERGY SUPPLY SYSTEM}METHOD AND SERVER FOR DERIVING INVESTMENT AND DESIGN PLANS THROUGH MILP MODEL WITHIN NATIONAL-LEVEL COMPLEX RENEWABLE ENERGY SUPPLY SYSTEM}

본 발명의 다양한 실시예는 국가 단위의 복합 재생 에너지 공급 시스템 내에서 혼합 정수 선형 프로그래밍을 통해 투자 및 디자인 계획을 도출하는 기술에 관한 것이다. Various embodiments of the present invention relate to a technology for deriving an investment and design plan through mixed integer linear programming within a national-level complex renewable energy supply system.

화석 연료의 고갈과 화석 연료의 사용이 환경에 미치는 영향에 대한 우려로 인해 재생 에너지원의 사용에 의존하는 지속 가능한 에너지 시스템에 대한 연구가 점차 각광받고 있다.Due to concerns about the depletion of fossil fuels and the impact of fossil fuel use on the environment, research on sustainable energy systems that rely on the use of renewable energy sources is becoming increasingly popular.

재생 에너지 생산 시설과 시스템과 관련된 시장 규모는 계속하여 성장하고 있으며, 이와 관련한 대규모 투자들 또한 계속해서 이루어지고 있다. The market size for renewable energy production facilities and systems continues to grow, and large investments in this regard continue to be made.

재생 에너지를 주된 에너지원으로 하는 에너지 공급 시스템은 화석 연료를 메인으로 하는 에너지 공급 시스템과 비교하였을 때에, 환경적인 부분과 에너지 안보의 측면에서 이점이 존재한다.The energy supply system using renewable energy as the main energy source has advantages in terms of environmental aspects and energy security when compared to the energy supply system mainly using fossil fuels.

다만, 재생 에너지원을 기반으로 한 공급 시스템을 성공적으로 구현하기에는 우선적으로 해결되어야 할 장애물들이 존재하였다. 기존에 존재하던 기반 시설과의 통합뿐 아니라, 에너지를 생산하고 저장하고 운송할 새로운 기반 시설의 확충도 필요하였을뿐 아니라, 재생 에너지가 간헐적으로만 이용 가능하다는 점도 문제가 될 수 있었다.However, in order to successfully implement a supply system based on a renewable energy source, there were obstacles to be solved first. Not only was it necessary to integrate with existing infrastructure, but also to expand new infrastructure to produce, store, and transport energy, as well as the fact that renewable energy was only available intermittently.

따라서, 이와 같은 문제점들을 분석하고자, 신재생 에너지원과 관련된 다양한 연구가 진행되었다. 다만, 연구들은 풍력 발전, 태양력 발전 또는 바이오매스와 같이 각각의 에너지원에 대한 분석에 초점을 맞추거나, 이를 통해 발생되는 에너지의 종류인 전기, 수소 또는 액체 연료 중 하나에 대한 분석에 초점을 맞춘 경우가 대부분이었다. 따라서, 이와 같은 연구들은 투자 시기 결정, 에너지 생산 계획 최적화 또는 설비의 건설 위치 결정 등과 같은 세부적인 주제를 개별적으로 다루어왔다.Therefore, in order to analyze these problems, various studies related to renewable energy sources have been conducted. However, the studies focus on the analysis of each energy source such as wind power, solar power, or biomass, or on the analysis of one of electricity, hydrogen or liquid fuel, which is the type of energy generated through this. In most cases. Therefore, these studies have individually addressed detailed topics such as determining the timing of investments, optimizing energy production plans, or determining the construction location of facilities.

이와 같은 환경에서, 어떤 기술을 선택할 것인지, 시설의 설치 장소는 어디가 적합할 것인지, 투자는 어떤 타이밍에 진행하는 것이 최적인지 등을 종합적으로 결정할 수 있는 종합적인 의사 결정 접근 방식이 필요하였다.In such an environment, a comprehensive decision-making approach was needed that could comprehensively determine which technology to choose, where the installation location of the facility would be suitable, and at what timing is the best investment to proceed.

한국등록특허 제10-1993421호Korean Patent Registration No. 10-1993421

본 발명의 다양한 실시예는 복합 재생 에너지 공급 시스템의 동작과 관련된 시뮬레이션을 수행하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of various embodiments of the present invention to perform a simulation related to the operation of a hybrid renewable energy supply system.

본 발명의 다양한 실시예는 수집된 정보들을 기초로 하여 경제적 효율이 최대인 형태로 결과가 도출되기 위한 에너지 관련 시설에 대한 투자 타이밍, 설치 위치 등에 대한 정보를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide information on investment timing, installation location, and the like for energy-related facilities in order to derive results in the form of maximum economic efficiency based on collected information.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다양한 실시예에 중 하나에 따르면, 컴퓨팅 시스템 상에서 수행되는 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법은, 분석 대상으로 선정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하고, 분석 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 단계; 에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 중 적어도 하나를 포함하는 경제 요소 정보를 수집하는 단계; 상기 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집하는 단계; 상기 복수의 세부 지역에 대해서, 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리 중 적어도 하나를 포함하는 지역 정보를 수집하는 단계; 에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 중 적어도 하나를 포함하는 기술경제 요소 정보를 수집하는 단계; 및 수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.According to one of various embodiments of the present invention for solving the above-described problem, a method of performing a simulation for a complex renewable energy supply system performed on a computing system is to classify a specific area selected as an analysis target into a plurality of detailed areas. And dividing the period set as the analysis period into a random time interval and classifying the period; Collecting economic factor information including at least one of a tax rate, a discount rate, an interest rate, and a capital cost coefficient related to an energy source; Collecting energy demand information for a period set as the analysis period; Collecting area information including at least one of resource holding status, land cost, and distance between the detailed areas for the plurality of detailed areas; Collecting technology and economy factor information including at least one of energy conversion efficiency, energy storage capacity, facility life, investment cost, and operating cost; And, based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, the total net flow (TNF) is calculated to maximize the NPV (Net Present Value). It may be configured including the step of.

상기 에너지 수요 정보는, 전기, 수소 및 액체 연료 각각에 대한 에너지 수요 정보를 포함할 수 있다.The energy demand information may include energy demand information for each of electricity, hydrogen, and liquid fuel.

상기 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산하는 단계는, 혼합 정수 선형 프로그래밍(MILP: Mixed Integer Linear Programming)을 통해 수행되는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of calculating the TNF to maximize the NPV may be characterized in that it is performed through mixed integer linear programming (MILP).

상기 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 활용하는 것을 특징으로 할 수 있다.The step of calculating TNF to maximize the NPV may be characterized by using the following equation.

Figure 112019073368078-pat00001
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(Ω = 세율, Λ = 감가상각률, r = 금리) (Ω = tax rate, Λ = depreciation rate, r = interest rate)

상기 TNF는 다음과 같은 수학식들을 통해 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.The TNF may be characterized in that it is calculated through the following equations.

Figure 112019073368078-pat00002
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Figure 112019073368078-pat00003
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Figure 112019073368078-pat00004
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(TB = 총 이익, TC = 총 비용, TSP = 에너지 판매 이익, TSC = 시설의 잔존가액, TBC = CO2 판매 이익, FIC = 시설 투자 비용, TIC = 운송 투자 비용, FOC = 시설 운영 비용, TOC = 운송 운영 비용, TFC = 공급 원료 비용, TLC = 토지 비용)(TB = gross profit, TC = total cost, TSP = profit from energy sales, TSC = residual value of the facility, TBC = profit from sales of CO 2 , FIC = cost of facility investment, TIC = cost of transportation investment, FOC = cost of facility operation, TOC = Transportation operating cost, TFC = feedstock cost, TLC = land cost)

상기 TSP의 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.The TSP may be calculated through the following equation.

Figure 112019073368078-pat00005
Figure 112019073368078-pat00005

(IE = 전기, IH = 수소, IF = 액체 연료, JEP = 전기 생산 시설, JHP = 수소 생산 시설, JFP = 액체 연료 생산 시설, G = 지역, Φ = 판매 가격, Pijgt = t 기간 동안 g 지역의 j 시설로부터 생산된 i의 양)(I E = electricity, I H = hydrogen, I F = liquid fuel, J EP = electricity production facility, J HP = hydrogen production facility, J FP = liquid fuel production facility, G = area, Φ = Sales price, P ijgt = amount of i produced from facility j in region g during period t)

풍력을 통한 전력 생산에 관한 Pijgt 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다. Calculation of P ijgt for power generation through wind power may be characterized by being calculated through the following equation.

Figure 112019073368078-pat00006
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(Cp(vt) = 전력 계수, ρh = h 높이에서의 공기 밀도, βj = 블레이드가 스윕하는 영역, vgt = t 시각에 g 지역의 풍속, ηj = 전력 생산 효율, Nijgt = t 기간 동안 g 지역에 설치된 풍력 터빈의 개수)(Cp(v t ) = power factor, ρ h = air density at height h, β j = area the blade sweeps, v gt = wind speed in g area at time t, η j = power production efficiency, N ijgt = number of wind turbines installed in area g during period t)

바이오매스를 통한 전력 생산에 관한 Pijgt 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다. Calculation of P ijgt for power generation through biomass may be characterized by being calculated through the following equation.

Figure 112019073368078-pat00007
Figure 112019073368078-pat00007

i = 바이오매스의 HHV(High heating value: 고위발열량, ξi = 바이오매스 건조에 필요한 에너지량, γi = 바이오매스의 수분 함량, oi = 바이오매스를 건조시킬 타겟 수분 함량, θi = 기생 인자, Qijlg'gt = t 기간 동안 l 운송 모드를 통해 g' 지역에서 g 지역의 j 생산 시설로 운송되는 바이오매스의 운송 속도)i = HHV of biomass (High heating value: high heating value, ξ i = energy required for drying biomass, γ i = moisture content of biomass, o i = target moisture content for drying biomass, θ i = Parasitic factor, Q ijlg'gt = transport rate of biomass transported from region g'to region j production facility in region g via l transport mode during t)

상기 TIC의 계산은 다음과 같은 수학식들을 통해 계산되는 것을 특징으로 할 수 있다.The TIC may be calculated through the following equations.

Figure 112019073368078-pat00008
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Figure 112019073368078-pat00009
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t = t 기간 내의 날짜수, δl = l 운송 모드의 이용가능률, χl = l 운송 모드의 용량, κgg' = g와 g' 간의 운송 거리, Φl = l 운송 모드의 평균 속도, λl = l 운송모드에서 적재 / 하역에 대한 소요 시간, Qi(j)lgg't = t 시간 동안 l 운송 모드를 통해 g' 지역에서 g 지역의 j 시설로 에너지 또는 바이오매스가 운송되는 속도)t = number of days in t period, δ l = l availability of transport mode, χ l = l capacity of transport mode, κ gg' = transport distance between g and g', Φ l = l average speed of transport mode , λ l = l The time required for loading/unloading in the mode of transport, Q i(j)lgg't = during the time of t, the energy or biomass is transported from the g'area to the j facility in the g area through the mode of transportation. speed)

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복합 재생 에너지 공급 시스템의 동작과 관련된 시뮬레이션을 수행하는 관리 서버는, 분석 대상으로 선정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하고, 분석 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 분석 준비 수행부; 에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 중 적어도 하나를 포함하는 경제 요소 정보를 수집하는 경제 요소 관리부; 상기 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집하는 에너지 수요 관리부; 상기 복수의 세부 지역에 대해서, 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리 중 적어도 하나를 포함하는 지역 정보를 수집하는 지역 정보 관리부; 에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 중 적어도 하나를 포함하는 기술경제 요소 정보를 수집하는 기술경제 요소 관리부; 및 수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산하는 시뮬레이션 수행부를 포함하여 구성될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the management server performing a simulation related to the operation of the complex renewable energy supply system classifies a specific area selected as an analysis target into a plurality of detailed areas, and sets a period set as the analysis period to an arbitrary An analysis preparation performing unit that divides into time intervals and classifies; An economic factor management unit that collects economic factor information including at least one of a tax rate, discount rate, interest rate, and capital cost factor related to an energy source; An energy demand management unit collecting energy demand information for a period set as the analysis period; An area information management unit collecting area information including at least one of resource holding status, land cost, and distances between the detailed areas for the plurality of detailed areas; A technology economy factor management unit that collects technology economy factor information including at least one of energy conversion efficiency, energy storage capacity, facility life, investment cost, and operation cost; And, based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, the total net flow (TNF) is calculated to maximize the NPV (Net Present Value). It may be configured to include a simulation performing unit.

본 발명의 실시예에 따르면, 의사결정자는 각각의 에너지 관련 시설의 비율을 어떠한 기준으로 선택하여야 하는지, 특정 에너지를 생산하기 위한 다양한 기술 중 어느 것을 선택하여야 하는지, 투자 타이밍과 지역은 어떻게 선택하여야 하는지와 관련하여 다양한 시뮬레이션 결과를 제공받을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the decision maker should select the ratio of each energy-related facility based on what criteria, which of various technologies for producing specific energy should be selected, how should the investment timing and region be selected? In relation to this, various simulation results can be provided.

본 발명의 실시예에 따르면, 다양한 변수에 대한 설정 및 제한과 더불어 혼합 정수 선형 프로그래밍이 활용됨에 따라, 보다 정확하고 종합적인 시뮬레이션 결과를 제공받을 수 있다.According to an exemplary embodiment of the present invention, as mixed integer linear programming is utilized in addition to setting and limiting various variables, a more accurate and comprehensive simulation result may be provided.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 재생 에너지 공급 시스템이 동작하는 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버에 의해 추정되는 CRES 내에서의 한국의 교통관련 에너지 수요 지도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버의 시뮬레이션에 의해서 생성되는, CRES의 에너지 공급 네트워크의 최적화된 설정 결과를 나타낸 지도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버의 시뮬레이션에 의해서 생성되는, CRES 내에서 특정 기간 간격별로 각 지역에 설치되어야 하는 기반 시설의 규모를 나타낸 결과이다.
1 is a view for explaining a process of operating a hybrid renewable energy supply system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically showing the configuration of a management server according to an embodiment of the present invention.
3 is a map of Korea's traffic-related energy demand within a CRES estimated by a management server according to an embodiment of the present invention.
4 is a map showing the result of an optimized setting of an energy supply network of CRES, generated by a simulation of a management server according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a result of showing the scale of infrastructure to be installed in each area for each specific period within the CRES, generated by simulation of the management server according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.The terms used in the present specification are for describing exemplary embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” do not exclude the presence or addition of one or more other elements other than the mentioned elements. Throughout the specification, the same reference numerals refer to the same elements, and "and/or" includes each and all combinations of one or more of the mentioned elements. Although "first", "second", and the like are used to describe various elements, it goes without saying that these elements are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. Therefore, it goes without saying that the first component mentioned below may be the second component within the technical idea of the present invention.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.When a part of the specification is said to "include" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit" and "module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented as hardware or software or a combination of hardware and software. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 재생 에너지 공급 시스템이 동작하는 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a process of operating a hybrid renewable energy supply system according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따르면, 복합 재생 에너지 공급 시스템과 관련된 제반 정보의 수집과 분석은 별도의 관리 서버를 통해 이루어질 수 있다. 이와 같은 관리 서버는 복합 재생 에너지 공급 시스템 내부에 포함될 수도 있지만, 복합 재생 에너지 공급 시스템의 외부에 위치할 수도 있다.According to an embodiment, the collection and analysis of all information related to the complex renewable energy supply system may be performed through a separate management server. Such a management server may be included inside the complex renewable energy supply system, but may be located outside the complex renewable energy supply system.

관리 서버에서는 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 자료 수집 및 이에 대한 분석이 이루어질 수 있으며, 상세하게는 시스템 내의 각종 선택 사항에 대한 최적화 분석이 이루어질 수 있다.In the management server, data collection and analysis for the complex renewable energy supply system may be performed, and in detail, optimization analysis for various options within the system may be performed.

이하, 본 명세서 상에서 설명의 편의를 위해, 복합 재생 에너지 공급 시스템은 CRES로, 재생 가능한 에너지원은 RES로 기술하기로 한다.Hereinafter, for convenience of description in the present specification, the composite renewable energy supply system will be described as CRES, and the renewable energy source will be described as RES.

RES 기반의 시스템은 시스템 내의 에너지에 대한 변환, 저장 및 운반을 각각 수행하기 위해 다양한 기술적 프로세스에 의존하기 때문에 이에 대한 분석이 매우 복잡해질 수 있다. 게다가, 국가 레벨의 시스템에 대한 계획은 장거리 운송이나 시간적으로 장기적인 계획을 고려하여야 하며 커버되어야 할 지역 또한 거대하기 때문에 매우 어려운 도전이 될 수 있다.RES-based systems rely on various technological processes to perform conversion, storage, and transport of energy in the system, respectively, so the analysis can be very complicated. In addition, planning for a system at the national level can be a very difficult challenge as long-distance transport or long-term planning must be considered, and the area to be covered is also huge.

이와 같은 분석을 보다 용이하게 수행하기 위해, 몇가지 단순화가 수행될 수 있다. 예를 들어, 분석을 위한 대상 기간은 임의의 시간 간격으로 나뉘어 분류될 수 있으며, 분석 대상으로 선정된 특정 지역은 복수의 세부 구역으로 나뉘어 분류될 수 있다. 각각의 시간 간격에 대해, 의사 결정권자는 다양한 종류의 에너지 관련 시설과 운송 플랫폼을 여러 지역 중 적어도 일부에 건설할 수 있다.To make this analysis easier to perform, several simplifications can be performed. For example, the target period for analysis may be divided and classified at arbitrary time intervals, and a specific region selected as the analysis target may be divided into a plurality of sub-regions and classified. For each time interval, decision makers can build various types of energy-related facilities and transport platforms in at least some of the different locations.

단순화가 수행되는 항목을 살펴보면, 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수와 같은 경제 요소가 분석을 위한 대상 기간 동안 일정한 것으로 설정될 수 있다. 또한, 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요에 대한 정보도 미리 설정될 수 있으며, 세부 지역으로 분류된 각각의 지역에 대해서, 해당 지역의 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리와 같은 지역 정보가 설정될 수 있다.Looking at the items for which simplification is performed, economic factors such as tax rates, discount rates, interest rates, and cost of capital coefficients can be set to be constant during the target period for analysis. In addition, information on the energy demand for the period set as the analysis period can be set in advance, and for each area classified as a detailed area, regional information such as the resource holding status of the area, land cost, and distance between detailed areas. Can be set.

추가적으로, 에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 에너지 관련 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 등의 기술경제 요소 또한 분석 대상 기간 동안 일정한 것으로 미리 설정될 수 있다. 전력, 수소, 액체연료, 이산화탄소에 대한 기준 시장 가격도 설정되어야 하며, 추가적으로 이산화탄소의 시장 가격에 대한 변동이 고려될 수 있다. 산업 시설으로부터 배출되는 이산화탄소의 양 또는 기타 활동으로 인해 배출되는 이산화탄소의 양 또한 일정한 수치로 설정될 수 있다. In addition, technological and economic factors such as energy conversion efficiency, energy storage capacity, lifespan of energy-related facilities, investment costs, and operating costs may also be preset to be constant during the period to be analyzed. Reference market prices for power, hydrogen, liquid fuel, and carbon dioxide must also be set, and additionally, fluctuations in the market price of carbon dioxide may be considered. The amount of carbon dioxide emitted from industrial facilities or the amount of carbon dioxide emitted from other activities can also be set to a certain value.

상기 전술된 파리미터들의 조건이 만족되면, 관리 서버는 CRES에 대해서 시뮬레이션을 수행하여 다양한 항목에 대한 분석 결과를 도출할 수 있다. 예를 들면, 분석 결과가 도출되는 항목들은 일차 에너지로 활용되는 RES의 종류, 위치 수량에 대한 RES 활용 전략을 포함할 수 있으며, 설치되어야 하는 에너지 관련 시설의 위치, 숫자 및 종류 정보를 포함할 수 있다. 또한, 운송되어야 하는 에너지의 종류와 양 및 운송에 사용되어야 하는 운송 모드와 같은 에너지 분배 및 운영 전략이 도출될 수 있으며, 각 기간 및 각 지역의 투자 시기와 규모에 대한 자본 투자 전력 또한 도출될 수 있다.When the conditions of the above-described parameters are satisfied, the management server may derive analysis results for various items by performing a simulation on the CRES. For example, items from which the analysis result is derived may include the type of RES used as primary energy and the RES utilization strategy for the number of locations, and may include information on the location, number, and type of energy-related facilities to be installed. have. In addition, energy distribution and operation strategies such as the type and amount of energy to be transported and the mode of transport to be used for transport can be derived, and the capital investment power for each period and the timing and scale of investments in each region can also be derived. have.

CRES는 일차 에너지원으로부터 최종 에너지 수요까지 도달하는 다양한 에너지 공급 경로를 포함할 수 있다. 이와 같은 경로는 다양한 에너지의 변환 기술, 저장 기술, 운송 기술 등의 조합을 통해 구현될 수 있다.CRES can cover a variety of energy supply pathways from the primary energy source to the final energy demand. Such a route may be implemented through a combination of various energy conversion technologies, storage technologies, and transportation technologies.

도 1을 참조하면, CRES 내에서 주요 기술 프로세스와 에너지 및 원료 등의 흐름이 표시되는 네트워크 다이어그램이 표시되어 있다. Referring to FIG. 1, a network diagram showing the flow of major technological processes and energy and raw materials within the CRES is shown.

각 기술은 하나의 상자로 표시되지만, 단일 작업으로 한정되지 않을 수 있다. 예를 들어, 열분해 기술은 (i) 공급된 바이오매스의 파쇄 및 세척, (ii) 가수 분해를 위한 전처리, (iii) 액체 연료 생산을 위한 열분해, (iv) 액체 연료 생산을 위한 수소화분해의 과정을 통해 이루어질 수 있다.Each skill is presented as a box, but may not be limited to a single task. For example, pyrolysis techniques include (i) crushing and cleaning of supplied biomass, (ii) pretreatment for hydrolysis, (iii) pyrolysis for liquid fuel production, and (iv) hydrocracking for liquid fuel production. It can be done through.

도 1을 참조하면, 본 발명을 통한 CRES의 분석 과정에서, 세가지 형태의 일차 에너지원이 고려될 수 있다. 고려되는 일차 에너지원은 풍력, 태양력 및 바이오매스로 설정될 수 있으며, 이와 같은 에너지원들은 전기 또는 수소의 형태로 변환되거나 다양한 기술적 프로세스를 거쳐 액체 연료의 형태로 변환될 수도 있다. Referring to FIG. 1, in the process of analyzing CRES through the present invention, three types of primary energy sources may be considered. The primary energy sources to be considered may be wind, solar and biomass, and such energy sources may be converted into electricity or hydrogen or converted into liquid fuel through various technological processes.

도 1에는 에너지원의 종류 및 이를 통한 에너지 생산 과정, 에너지 저장 과정 및 에너지 수요에 대한 표시가 개별 항목으로 표시되었으며, 에너지 운송의 과정은 각 항목들을 연결하는 화살표의 형태로 표시되었다. In FIG. 1, the type of energy source and the energy production process through it, energy storage process, and energy demand are indicated as individual items, and the energy transport process is indicated in the form of arrows connecting each item.

도 1을 참조하면, 기술과 이를 통해 생산되는 에너지의 관계를 파악할 수 있다. 에를 들어, 풍력 터빈, 태양열 또는 바이오매스를 통해 생산되는 전기 에너지는 EES(Electrical Energy Storage: 전기 에너지 저장소)에 저장되었다가 전기 에너지의 수요가 있는 곳으로 공급될 수도 있으며, 전기 분해를 수행하는 장소로 공급될 수도 있다.Referring to FIG. 1, it is possible to grasp the relationship between technology and energy produced through it. For example, electric energy produced through wind turbines, solar heat, or biomass may be stored in EES (Electrical Energy Storage) and then supplied to a place where there is a demand for electric energy, and a place where electrolysis is performed. It can also be supplied as.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 관리서버에서 수행되는 CRES 분석에 의해 운송 관련 분석 결과가 도출될 수 있으며, 운송과 관련된 분석 결과는 에너지 또는 에너지원들이 운송되어야 하는 양과, 다양한 운송 모드의 종류와 숫자 등에 의해 영향을 받을 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a transport-related analysis result may be derived by a CRES analysis performed in a management server, and the transport-related analysis result includes an amount of energy or energy sources to be transported, types of various transport modes, and It can be influenced by numbers, etc.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(100)의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing the configuration of the management server 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 관리 서버(100)는 분석 준비 수행부(110), 경제 요소 관리부(120), 에너지 수요 관리부(130), 지역 정보 관리부(140), 기술경제 요소 관리부(150), 시뮬레이션 수행부(160), 통신부(170), 저장부(180) 및 제어부(190)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 2, the management server 100 includes an analysis preparation execution unit 110, an economic factor management unit 120, an energy demand management unit 130, a regional information management unit 140, a technology economy factor management unit 150, and a simulation. It may be configured to include the execution unit 160, the communication unit 170, the storage unit 180, and the control unit 190.

관리 서버(100)는 외부의 사용자 단말기 및 외부 서버로부터 각종 정보 및 설정값 등을 수신할 수 있다. 외부의 사용자 단말기는 관리 서버(100)의 관리 주체에 의해 동작하는 단말기로 구성될 수 있으며, 관리 주체는 자신의 사용자 단말기를 통해 CRES의 시뮬레이션을 위해 필요한 설정값 등을 입력할 수 있다. 이와 같은 사용자 단말기는 휴대폰, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC, 개인용 컴퓨터(데스크탑, 노트북 등) 등과 같이 메모리 수단을 구비하고 마이크로 프로세서를 탑재하여 연산 능력을 갖춘 디지털 기기 중 하나일 수 있다. The management server 100 may receive various types of information and setting values from an external user terminal and an external server. The external user terminal may be configured as a terminal operated by the management entity of the management server 100, and the management entity may input setting values necessary for the simulation of CRES through its own user terminal. Such a user terminal may be one of digital devices equipped with a memory means such as a mobile phone, a smart phone, a PDA, a tablet PC, and a personal computer (desktop, notebook, etc.) and equipped with a microprocessor to have computing power.

분석 준비 수행부(110)는 시뮬레이션이 수행되기 전에 설정되어야 하는 세부 사항에 대한 관리를 수행할 수 있다.The analysis preparation execution unit 110 may manage details that must be set before the simulation is performed.

일 실시예에 따르면, 분석 준비 수행부(110)는 분석 대상으로 특정 지역을 설정하고, 설정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류할 수 있다. 또한, 분석 준비 수행부(110)는 분석의 대상이 되는 기간을 설정하고, 분석의 대상 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류할 수 있다.According to an embodiment, the analysis preparation execution unit 110 may set a specific area as an analysis target and classify the set specific area into a plurality of detailed areas. In addition, the analysis preparation execution unit 110 may set a period to be an analysis target, and divide the period set as the analysis target period into arbitrary time intervals and classify it.

분석 준비 수행부(110)의 이와 같은 지역 분류와 기간 분류는 관리 서버(100)의 관리 주체의 입력에 의해 선택될 수 있다.The region classification and period classification of the analysis preparation execution unit 110 may be selected by an input of a management subject of the management server 100.

분석 준비 수행부(110)가 분석 대상으로 특정 지역을 설정하고, 설정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하는 예를 살펴보면, 분석 대상으로는 대한민국의 전 지역이 설정될 수 있고, 대한민국의 각 행정구역이 세부 지역으로 분류될 수 있다. 후술될 도 3 내지 도 5를 살펴보면, 대한민국의 영토가 인천, 서울, 경기, 충남, 대전, 전북, 광주, 전남, 강원, 충북, 경북, 대구, 경남, 울산, 부산의 세부 지역으로 분류된 예시를 확인할 수 있다.Looking at an example in which the analysis preparation execution unit 110 sets a specific region as an analysis target and classifies the set specific region into a plurality of detailed regions, all regions of the Republic of Korea may be set as the analysis target, and each administration of the Republic of Korea Zones can be classified into sub-regions. 3 to 5 to be described later, the territory of the Republic of Korea is classified into sub-regions of Incheon, Seoul, Gyeonggi, Chungnam, Daejeon, Jeonbuk, Gwangju, Jeonnam, Gangwon, Chungbuk, Gyeongbuk, Daegu, Gyeongnam, Ulsan, and Busan. You can check.

분석 준비 수행부(110)가 분석 대상이 되는 기간을 설정하고, 분석의 대상 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 예시를 살펴보면, 분석 준비 수행부(110)는 2014년부터 2050년까지의 36년간을 분석 대상 기간으로 설정하고 이를 3년 단위로 분류하여 13개의 분석 기간으로 분류 할 수 있다.Looking at an example in which the analysis preparation execution unit 110 sets a period to be analyzed and divides the period set as the analysis target period into arbitrary time intervals, the analysis preparation execution unit 110 is from 2014 to 2050. It is possible to set up to 36 years as an analysis target period, and classify it into three-year increments, which can be classified into 13 analysis periods.

경제 요소 관리부(120)는 에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 등을 설정할 수 있다. 이와 같은 설정은 사용자 단말기를 통한 관리 주체의 입력에 의해 설정될 수도 있으며, 특정 시점에 대한 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수를 외부 서버로부터 수신하여 이를 분석 대상 기간 동안의 수치로 설정할 수도 있다.The economic factor management unit 120 may set a tax rate, discount rate, interest rate, and capital cost coefficient related to an energy source. Such a setting may be set by input of a management entity through a user terminal, and a tax rate, discount rate, interest rate, and capital cost coefficient for a specific time may be received from an external server and set as a value for the period to be analyzed.

에너지 수요 관리부(130)는 분석 준비 수행부(110)에 의해 분석 대상 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집할 수 있다. 에너지 수요 정보는 기간별, 지역별 에너지 수요 정보를 포함할 수 있으며, 전기, 수소 및 액체 연료 각각에 대한 에너지 수요 정보 또한 포함할 수 있다.The energy demand management unit 130 may collect energy demand information for a period set as an analysis target period by the analysis preparation execution unit 110. The energy demand information may include energy demand information for each period and region, and may also include energy demand information for each of electricity, hydrogen, and liquid fuel.

에너지 수요 관리부(130)는 분석 대상 기간으로 설정된 기간에 대해 기간별, 지역별, 종류별 에너지 수요 정보를 설정함에 있어, 과거의 에너지 수요 정보를 활용하여 예측값을 생성하고 생성한 예측값을 활용할 수 있다.The energy demand management unit 130 may generate a predicted value using past energy demand information and utilize the generated predicted value in setting energy demand information for each period, region, and type for a period set as an analysis target period.

지역 정보 관리부(140)는 분석 준비 수행부(110)가 분석 대상으로 특정 지역을 설정하고 설정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하면, 각각의 세부 지역에 대해 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리에 대한 설정을 수행할 수 있다.When the analysis preparation execution unit 110 sets a specific area as an analysis target and classifies the set specific area into a plurality of detailed areas, the area information management unit 140 provides the status of resource possession, land cost, and detailed area for each detailed area. You can set the distance between them.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 지역 정보 관리부(140)가 관리하는 세부 지역 간의 거리는 같은 세부 지역 간이더라도 각 지역에 설치된 에너지 관련 시설의 위치에 따라 상이하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 하나의 세부 지역에도 다양한 종류의 발전 시설이 다양한 위치에 존재할 수 있으며, 저장 시설과 수요가 존재하는 위치 또한 다양한 위치에 존재할 수 있으므로, 세부 지역 간의 거리는 발전 시설, 저장 시설, 에너지원, 수요의 위치에 따라 상황에 맞게 설정될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the distance between the detailed areas managed by the area information management unit 140 may be set differently according to the location of the energy-related facilities installed in each area, even if they are between the same detailed areas. For example, various types of power generation facilities may exist in various locations in one sub-region, and locations where storage facilities and demand exist may also exist in various locations, so the distance between sub-regions is power generation facilities, storage facilities, and energy sources. In addition, it can be set according to the situation according to the location of the demand.

기술경제 요소 관리부(150)는 에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용과 같은 기술경제 요소에 대한 설정을 수행할 수 있다.The technology economy factor management unit 150 may set technology economy factors such as energy conversion efficiency, energy storage capacity, lifespan of a facility, investment cost, and operation cost.

에너지 전환 효율성은 에너지가 전환되는 형태 별로 효율성 수치가 관리될 수 있으며, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용 및 운영 비용 또한 각 에너지 관련 시설의 상황에 따라 상이하게 결정될 수 있다.As for the energy conversion efficiency, efficiency figures can be managed for each type of energy conversion, and the energy storage capacity, life of the facility, investment cost, and operation cost can also be determined differently depending on the situation of each energy-related facility.

시뮬레이션 수행부(160)는 CRES 내에서 결정되어야 하는 각종 사항들에 대한 시뮬레이션을 수행할 수 있으며, 이 과정에서 다양한 중간 변수들이 설정되고 계산될 수 있다.The simulation performing unit 160 may perform simulation on various items to be determined within the CRES, and various intermediate variables may be set and calculated during this process.

시뮬레이션 수행부(160)는 전기 생산 시스템에서 생산되는 전력을 에너지원별로 계산할 수 있다. 상세하게는, 시뮬레이션 수행부(160)는 풍력, 태양광 및 바이오매스 등을 통해 생산되는 전력량을 계산할 수 있다.The simulation execution unit 160 may calculate power generated by the electricity production system for each energy source. In detail, the simulation performing unit 160 may calculate the amount of power produced through wind, solar, biomass, and the like.

시뮬레이션 수행부(160)가 수행하는 풍력을 통한 전력 생산에 관한 계산은 다음과 같은 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.Calculation of power generation through wind power performed by the simulation performing unit 160 may be calculated through Equation 1 as follows.

Figure 112019073368078-pat00010
Figure 112019073368078-pat00010

상기 수학식 1에서, 좌변은 풍력을 통해 생산되는 전력량을 의미하고, 우변의 변수들은 Cp(vt) = 전력 계수, ρh = h 높이에서의 공기 밀도, βj = 블레이드가 스윕하는 영역, vgt = t 시각에 g 지역의 풍속, ηj = 전력 생산 효율, Nijgt = t 기간 동안 g 지역에 설치된 풍력 터빈의 개수와 같이 대응될 수 있다.In Equation 1, the left side refers to the amount of electricity produced through wind power, and the variables on the right side are Cp(v t ) = power coefficient, ρ h = air density at height h, β j = area that the blade sweeps, v gt = wind speed in g area at time t, η j = power production efficiency, N ijgt = This can be matched with the number of wind turbines installed in the g area during the t period.

시뮬레이션 수행부(160)가 수행하는 바이오매스를 통한 전력 생산에 관한 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산될 수 있다.Calculation of power generation through biomass performed by the simulation performing unit 160 may be calculated through the following equation.

Figure 112019073368078-pat00011
Figure 112019073368078-pat00011

상기 수학식 2에서, 좌변은 바이오매스를 통해 생산되는 전력량을 의미하고, 우변의 변수들은 μi = 바이오매스의 HHV(High heating value: 고위발열량, ξi = 바이오매스 건조에 필요한 에너지량, γi = 바이오매스의 수분 함량, oi = 바이오매스를 건조시킬 타겟 수분 함량, θi = 기생 인자, Qijlg'gt = t 기간 동안 l 운송 모드를 통해 g' 지역에서 g 지역의 j 생산 시설로 운송되는 바이오매스의 운송 속도와 같이 대응될 수 있다.In Equation 2, the left side means the amount of electricity produced through the biomass, and the variables on the right side are μ i = HHV (High heating value: high heating value, ξ i = the amount of energy required for biomass drying, γ) i = moisture content of the biomass, o i = target moisture content to dry the biomass, θ i = parasitic factor, Q ijlg'gt = during the t period l from the g'area to the j production facility in the g area via transport mode It can be matched such as the transport speed of the biomass being transported.

시뮬레이션 수행부(160)는 전력 생산이 아닌, 수소 생산과 액체 연료 생산에 관련하여서도 이와 같이 복수의 에너지원 각각으로부터 생산되는 양을 계산할 수 있다.The simulation performing unit 160 may calculate the amount produced from each of the plurality of energy sources in this manner in relation to hydrogen production and liquid fuel production, not electricity production.

시뮬레이션 수행부(160)는 CRES 내의 네트워크를 최적화하는 모델을 시뮬레이션 하기 위해, 다양한 항목 및 변수에 대한 제한 및 설정을 수행할 수 있다.The simulation performing unit 160 may limit and set various items and variables in order to simulate a model for optimizing a network in the CRES.

시뮬레이션 수행부(160)는 우선적으로 특정 세부 지역에 대한 시간별 에너지 수요가 만족되도록 변수를 설정할 수 있다. 에너지의 종류는 전기, 수소 및 액체 연료 등으로 구분될 수 있다. 시뮬레이션 수행부(160)는 특정 기간에 특정 지역에 대해 특정한 종류의 에너지 수요가, 타 지역으로부터 다양한 종류의 운송 모드를 통해 해당 지역으로 전달되는 에너지의 양과 동일하게 변수 및 항목들을 설정할 수 있다.The simulation performing unit 160 may preferentially set a variable such that the energy demand for a specific detailed region by time is satisfied. The types of energy can be classified into electricity, hydrogen, and liquid fuel. The simulation performing unit 160 may set variables and items equal to the amount of energy transferred from other regions to the corresponding region through various types of transport modes in the specific type of energy demand for a specific region during a specific period.

시뮬레이션 수행부(160)는 에너지와 에너지 원료에 대한 흐름을 계산할 수 있다. 전기 에너지를 예를 들면, 시뮬레이션 수행부(160)는 특정 지역에서 특정 기간 동안 생산되는 전기 에너지의 총량이, EES 시설을 충전하는데 사용되는 전기 에너지의 양과 전기 분해를 통해 수소를 생산하는데 사용되는 전기 에너지의 양의 합과 동일하다고 가정할 수 있다.The simulation performing unit 160 may calculate flows of energy and energy sources. For example, electric energy, the simulation execution unit 160, the total amount of electric energy produced during a specific period in a specific area, the amount of electric energy used to charge the EES facility, and electricity used to produce hydrogen through electrolysis. It can be assumed to be equal to the sum of the amounts of energy.

시뮬레이션 수행부(160)는 특정 기간에 특정 지역의 수소 생산 시스템에 의해 생산되는 총 수소의 양이 해당 지역에서 다른 지역의 수소 탱크로 이동되는 양과 동일하도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다. 이와 유사하게, 시뮬레이션 수행부(160)는 전체 CRES 내에서 생산되는 액체 연료의 양이 사용되는 양과 동일하도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있으며, 각각의 에너지 생산에서 배출되는 이산화탄소의 총합이 전체 CRES 내에서 배출되는 이산화탄소의 양과 동일하도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 수행부(160)는 각 지역에서 배출되는 이산화탄소의 총량이 CRES 내의 이산화탄소 포집 시설에서 포집되는 양과 동일하도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다.The simulation performing unit 160 may set the simulation model such that the total amount of hydrogen produced by the hydrogen production system in a specific region during a specific period is the same as the amount transferred from the region to the hydrogen tank in another region. Similarly, the simulation execution unit 160 may set a simulation model so that the amount of liquid fuel produced in the entire CRES is the same as the amount used, and the total amount of carbon dioxide emitted from each energy production is discharged within the entire CRES. The simulation model can be set to be the same as the amount of carbon dioxide produced. In addition, the simulation performing unit 160 may set the simulation model so that the total amount of carbon dioxide discharged from each region is the same as the amount collected by the carbon dioxide capture facility in the CRES.

시뮬레이션 수행부(160)는 바이오매스와 관련하여, 사용가능한 바이오매스의 총량이 총 바이오매스의 소비량보다 같거나 크도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다. In relation to the biomass, the simulation performing unit 160 may set the simulation model such that the total amount of usable biomass is equal to or greater than the consumption amount of the total biomass.

시뮬레이션 수행부(160)는 에너지와 에너지원들의 유량은 에너지 관련 시설의 최소 및 최대 용량에 제한되도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다. 또한, 시뮬레이션 수행부(160)는 에너지 저장 시스템에 저장된 에너지의 양이 시설의 최소 및 최대 저장 용량에 의해 제한되도록 시뮬레이션 모델을 설정할 수 있다.The simulation performing unit 160 may set a simulation model such that the flow rate of energy and energy sources is limited to the minimum and maximum capacity of an energy-related facility. In addition, the simulation performing unit 160 may set a simulation model such that the amount of energy stored in the energy storage system is limited by the minimum and maximum storage capacity of the facility.

시뮬레이션 수행부(160)는 이와 같이, 시뮬레이션 모델을 설정함에 있어 에너지 및 에너지원들에 대한 다양한 제한을 설정할 수 있으며 이와 같은 제한은 수학식을 통해 구현될 수 있다.As described above, the simulation performing unit 160 may set various limits for energy and energy sources in setting a simulation model, and such limitations may be implemented through an equation.

시뮬레이션 수행부(160)는 CRES 내에서 고려되는 각종 에너지 관련 시설과 관련하여, 시설의 수명에 대한 관리 또한 수행할 수 있다. 예를 들어, 수명이 다한 시설은 에너지 생산, 저장, 사용 등에 있어 존재하지 않는 것과 같이 간주될 수 있다.The simulation performing unit 160 may also manage the life of the facility in relation to various energy-related facilities considered within the CRES. For example, a facility that has reached the end of its life can be considered as non-existent for energy production, storage, use, etc.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 시뮬레이션 수행부(160)는 수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, the simulation performing unit 160 has a maximum net present value (NPV). The TNF (Total Net Flow: Net Cash Flow) can be calculated.

이 과정에서, 시뮬레이션 수행부(160)는 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산함에 있어, 혼합 정수 선형 프로그래밍(MILP: Mixed Integer Linear Programming)을 사용할 수 있다. 혼합 정수 선형 프로그래밍이란, 시뮬레이션 모델에서 사용되는 변수 중 일부가 정수인 모델의 해를 도출하기 위한 방법이다. 즉, 혼합 정수 선형 프로그래밍은 유한개의 제약조건인 선형부등식 또는 선형방정식을 만족하면서, 선형 함수가 최소 또는 최대를 갖도록하는 변수들을 결정하는 문제를 해결하기 위한 기법으로 설명될 수 있다.In this process, the simulation execution unit 160 may use Mixed Integer Linear Programming (MILP) to calculate TNF for the NPV to be maximized. Mixed-integer linear programming is a method for deriving a model solution in which some of the variables used in the simulation model are integers. That is, mixed-integer linear programming may be described as a technique for solving a problem of determining variables that cause a linear function to have a minimum or maximum while satisfying a linear inequality or a linear equation, which is a finite number of constraints.

시뮬레이션 수행부(160)는 다음과 같은 수학식 3을 활용하여 NPV가 최대가 되는 TNF를 계산할 수 있다.The simulation performing unit 160 may calculate the TNF at which the NPV is maximum by using Equation 3 as follows.

Figure 112019073368078-pat00012
Figure 112019073368078-pat00012

상기 수학식 3의 우변의 변수들은 Ω = 세율, Λ = 감가상각률, r = 금리와 같이 대응될 수 있다.The variables on the right side of Equation 3 may correspond to Ω = tax rate, Λ = depreciation rate, and r = interest rate.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수학식 3에서 TNF는 다음과 같은 수학식 4를 통해 계산될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in Equation 3, TNF may be calculated through Equation 4 as follows.

Figure 112019073368078-pat00013
Figure 112019073368078-pat00013

Figure 112019073368078-pat00014
Figure 112019073368078-pat00014

Figure 112019073368078-pat00015
Figure 112019073368078-pat00015

상기 수학식 4에 포함되는 각종 변수들은 TB = 총 이익, TC = 총 비용, TSP = 에너지 판매 이익, TSC = 시설의 잔존가액, TBC = CO2 판매 이익, FIC = 시설 투자 비용, TIC = 운송 투자 비용, FOC = 시설 운영 비용, TOC = 운송 운영 비용, TFC = 공급 원료 비용, TLC = 토지 비용와 같이 대응될 수 있다.Various variables included in Equation 4 above are TB = total profit, TC = total cost, TSP = energy sales profit, TSC = residual price of the facility, TBC = CO 2 sales profit, FIC = facility investment cost, TIC = transportation investment. Cost, FOC = facility operating cost, TOC = transport operating cost, TFC = feedstock cost, TLC = land cost.

상기 수학식 4에서, 에너지 판매 이익에 해당하는 TSP의 계산은 다음과 같은 수학식 5를 통해 계산될 수 있다.In Equation 4, the calculation of the TSP corresponding to the energy sales profit may be calculated through Equation 5 below.

Figure 112019073368078-pat00016
Figure 112019073368078-pat00016

상기 수학식 5에서, 우변의 변수들은 각각 IE = 전기, IH = 수소, IF = 액체 연료, JEP = 전기 생산 시설, JHP = 수소 생산 시설, JFP = 액체 연료 생산 시설, G = 지역, Φ = 판매 가격, Pijgt = t 기간 동안 g 지역의 j 시설로부터 생산된 i의 양과 같이 대응될 수 있다.In Equation 5, the variables on the right side are respectively I E = electricity, I H = hydrogen, I F = liquid fuel, J EP = electricity production facility, J HP = hydrogen production facility, J FP = liquid fuel production facility, G = Area, Φ = Sales price, P ijgt = can be matched such as the amount of i produced from the j facility in the g area during the t period.

상기 수학식 5에서, 풍력을 통한 전력 생산에 관한 Pijgt 계산은 전술된 수학식 1을 통해 계산될 수 있으며, 바이오매스를 통한 전력 생산에 관한 Pijgt 계산은 전술된 수학식 2를 통해 계산될 수 있다.In Equation 5, P ijgt calculation for power generation through wind power may be calculated through Equation 1 described above, and P ijgt calculation for power production through biomass may be calculated through Equation 2 above. I can.

상기 수학식 4에서, 운송 투자 비용에 해당하는 TIC의 계산은 다음과 같은 수학식 6을 통해 계산될 수 있다.In Equation 4, the calculation of the TIC corresponding to the transport investment cost may be calculated through Equation 6 as follows.

Figure 112019073368078-pat00017
Figure 112019073368078-pat00017

Figure 112019073368078-pat00018
Figure 112019073368078-pat00018

상기 수학식 6에 포함되는 각종 변수들은 각각 ζt = t 기간 내의 날짜수, δl = l 운송 모드의 이용가능률, χl = l 운송 모드의 용량, κgg' = g와 g' 간의 운송 거리, Φl = l 운송 모드의 평균 속도, λl = l 운송모드에서 적재 / 하역에 대한 소요 시간, Qi(j)lgg't = t 시간 동안 l 운송 모드를 통해 g' 지역에서 g 지역의 j 시설로 에너지 또는 바이오매스가 운송되는 속도와 같이 대응될 수 있다.Various variables included in Equation 6 are ζ t = number of days within t period, δ l = l availability efficiency of transport mode, χ l = l capacity of transport mode, κ gg' = transport distance between g and g' , Φ l = l average speed of transport mode, λ l = l time required for loading/unloading in transport mode, Q i(j)lgg't = during t time l from region g'to region g via transport mode j Can be responded to, such as the rate at which energy or biomass is transported to the facility.

상기 수학식 4에 포함되는 각종 변수들은 수학식 1, 2, 5 및 6을 통해 참조할 수 있는 것과 같이 다양한 방식으로 계산될 수 있다.Various variables included in Equation 4 may be calculated in various ways as can be referred to through Equations 1, 2, 5, and 6.

시뮬레이션 수행부(160)는 전술된 수학식들을 활용하여 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산할 수 있으며, 이 과정에서 다양한 변수들이 가져야 하는 값을 도출할 수 있다.The simulation performing unit 160 may calculate the TNF that maximizes the NPV by using the above-described equations, and in this process, it is possible to derive values that various variables must have.

이와 같이 시뮬레이션 수행부(160)에 의해 도출된 최적화 해에 따라, CRES의 관리자는 에너지 관련 시설의 종류, 설치 시기, 설치 장소, 설치 규모, 운송 방법, 투자 규모 등을 합리적인 근거에 따라 결정할 수 있게 된다.In this way, according to the optimization solution derived by the simulation performing unit 160, the CRES manager can determine the type of energy-related facilities, installation time, installation location, installation scale, transportation method, investment scale, etc. on a reasonable basis. do.

통신부(170)는 관리 서버(100)가 복합 재생 에너지 공급 시스템, 기타 사용자 단말기 또는 외부 서버와의 통신을 수행할 수 있도록 한다. 통신부(170)가 통신을 수행하기 위해서 사용하는 통신망은 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 예를 들면, 근거리 통신망(LAN: Local Area Network), 도시권 통신망(MAN: Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN: Wide Area Network) 등 다양한 통신망으로 구현될 수 있다.The communication unit 170 enables the management server 100 to communicate with a complex renewable energy supply system, other user terminals, or an external server. The communication network used by the communication unit 170 to perform communication may be configured regardless of its communication mode such as wired or wireless, for example, a local area network (LAN) or a metropolitan area network (MAN: Metropolitan). Area Network) and a wide area network (WAN).

저장부(180)는 관리 서버(100)의 각종 구성부 내에서 수집되고, 생성되고, 운용되는 정보들을 저장하는 역할을 수행한다. 즉 저장부(180)에는 각종 에너지 관련 시설에 대한 정보, 세부 지역에 대한 지역적 특징에 대한 정보, 에너지 종류에 따른 지역별 에너지 수요 정보, 경제 요소나 기술경제 요소에 대한 정보 등이 저장될 수 있다. 이러한 저장부(180)는 예를 들어, 메모리(memory), 캐시(cash), 버퍼(buffer) 등을 포함할 수 있으며, 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들 중 적어도 둘 이상의 조합으로 구성될 수 있다.The storage unit 180 serves to store information collected, generated, and operated in various configuration units of the management server 100. That is, the storage unit 180 may store information on various energy-related facilities, information on regional characteristics of detailed regions, information on energy demand for each region according to energy types, and information on economic factors or technological and economic factors. The storage unit 180 may include, for example, a memory, a cache, a buffer, and the like, and may be formed of software, firmware, hardware, or a combination of at least two or more of them.

제어부(190)는 분석 준비 수행부(110), 경제 요소 관리부(120), 에너지 수요 관리부(130), 지역 정보 관리부(140), 기술경제 요소 관리부(150), 시뮬레이션 수행부(160), 통신부(170) 및 저장부(180) 간의 데이터 흐름을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(190)는 분석 준비 수행부(110), 경제 요소 관리부(120), 에너지 수요 관리부(130), 지역 정보 관리부(140), 기술경제 요소 관리부(150), 시뮬레이션 수행부(160), 통신부(170) 및 저장부(180)에서 각각 고유한 기능을 수행하도록 제어할 수 있다.The control unit 190 includes an analysis preparation execution unit 110, an economic element management unit 120, an energy demand management unit 130, a regional information management unit 140, a technology and economy element management unit 150, a simulation execution unit 160, and a communication unit. A function of controlling the data flow between the 170 and the storage unit 180 may be performed. That is, the control unit 190 according to an embodiment of the present invention includes an analysis preparation execution unit 110, an economic element management unit 120, an energy demand management unit 130, a regional information management unit 140, and a technology economy element management unit 150. ), the simulation execution unit 160, the communication unit 170, and the storage unit 180 can be controlled to perform their own functions, respectively.

도 2에서 분석 준비 수행부(110), 경제 요소 관리부(120), 에너지 수요 관리부(130), 지역 정보 관리부(140), 기술경제 요소 관리부(150), 시뮬레이션 수행부(160) 및 통신부(170)는 제어부(190)를 기능적으로 분류한 구성이므로 하나의 제어부(190)로서 통합되어 구성될 수도 있다.In FIG. 2, the analysis preparation execution unit 110, the economic factor management unit 120, the energy demand management unit 130, the regional information management unit 140, the technology and economy factor management unit 150, the simulation execution unit 160, and the communication unit 170 ) Is a configuration that functionally classifies the control unit 190, and thus may be integrated and configured as one control unit 190.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(100)에 의해 추정되는 CRES 내에서의 한국의 교통관련 에너지 수요 지도이다.3 is a map of Korea's traffic-related energy demand within the CRES estimated by the management server 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 도 2를 통해 설명된 관리 서버(100)의 시뮬레이션 결과에 따라 에너지 수요에 관한 최적화 모델이 도출될 수 있다.Referring to FIG. 3, an optimization model for energy demand may be derived according to the simulation result of the management server 100 described through FIG. 2.

도 3은 2050년에 예상되는 한국의 운송 관련 에너지 수요를 나타내고 있으며, 도 3은 세가지 종류의 에너지 형태인 전기, 수소 및 액체 연료에 대해 그 결과를 나타내고 있다.FIG. 3 shows the energy demand for transportation in Korea expected in 2050, and FIG. 3 shows the results for three types of energy: electricity, hydrogen, and liquid fuel.

일 실시예에 따르면, 관리 서버(100)는 도 3과 같은 에너지 수요 지도를 생성하기 위하여 내연기관차(ICEV), 전기자동차(EV), 연료자동차(FCV)의 시장점유율 정보 및 각 에너지원과 관련된 세율 정보 등을 기초로 시뮬레이션을 수행할 수 있다. According to an embodiment, the management server 100 includes market share information of an internal combustion locomotive (ICEV), an electric vehicle (EV), and a fuel vehicle (FCV) and related to each energy source in order to generate an energy demand map as shown in FIG. 3. Simulation can be performed based on tax rate information and the like.

관리 서버(100)는 도 3에 나타난 각 세부 지역에 대한 에너지 수요를 계산하기 위해 지역적 특성을 반영할 수 있다. 관리 서버(100)가 반영하는 지역적 특성은 인구, 등록된 운송 수단의 숫자, 연간 평균 주행거리 등을 포함할 수 있다.The management server 100 may reflect regional characteristics in order to calculate the energy demand for each detailed region shown in FIG. 3. The regional characteristics reflected by the management server 100 may include a population, the number of registered transportation means, an average annual mileage, and the like.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(100)의 시뮬레이션에 의해서 생성되는, CRES의 에너지 공급 네트워크의 최적화된 설정 결과를 나타낸 지도이다.4 is a map showing the result of the optimized setting of the energy supply network of CRES generated by the simulation of the management server 100 according to an embodiment of the present invention.

도 4는 2050년의 한국을 그 분석 대상으로 하고 있으며, 도 4를 참조하면 2050년 한국에서는 7935개의 대형 풍력 터빈이 설치되어 연간 10,408 GWh의 전력을 생산하는 것으로 결과가 도출될 수 있다.FIG. 4 is an analysis target of Korea in 2050, and referring to FIG. 4, the results can be derived as 7935 large wind turbines are installed in Korea in 2050 to produce 10,408 GWh of electric power per year.

도 4를 참조하면, 풍력 터빈은 한국 내의 세부 지역 중 R9 지역인 강원 지역에만 설치된 것을 확인할 수 있으며, 이는 풍속이 높은 지역적 특성으로 인한 것일 수 있다. CRES 내에서, 태양광과 바이오 시스템은 전력 생산의 수단을 선택되지 않을 수 있으며 이는 풍력 발전과 비교하였을 때 상대적으로 높은 생산 비용, 운송 비용 및 투자 비용에 의한 것일 수 있다.Referring to FIG. 4, it can be seen that the wind turbine is installed only in the Gangwon region, which is the R9 region among the detailed regions in Korea, which may be due to a regional characteristic with high wind speed. Within CRES, solar and bio-systems may not be the means of generating electricity, which may be due to relatively high production costs, transportation costs and investment costs compared to wind power generation.

이와 같이, 도 4에 나타난 시뮬레이션 결과에서는 수소 생산 및 액체 연료 생산과 관련하여서도 하나의 방식만이 선택될 수 있다. 예를 들어, 수소 생산에 있어서는 전기 분해의 방식이 선택될 수 있으며, 액체 연료 생산에 있어서는 바이오매스의 열분해 방식이 선택될 수 있다.As such, in the simulation result shown in FIG. 4, only one method may be selected in relation to hydrogen production and liquid fuel production. For example, in hydrogen production, an electrolysis method may be selected, and in liquid fuel production, a biomass pyrolysis method may be selected.

도 4의 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 수소 생산과 관련하여서는 대용량의 전기 분해 시설이 다양한 지역에 분포되도록 설치될 수 있다. 이는 수소의 운송 비용이 크기 때문에 수소 생산 시설이 일정 지역에 집중해서 설치되는 것보다 다양한 지역에 분포되는 것이 경제적으로 효율적이기 때문일 수 있다. Looking at the simulation results of FIG. 4, in relation to hydrogen production, a large-capacity electrolysis facility may be installed to be distributed in various regions. This may be because the transport cost of hydrogen is high, so it is economically efficient to distribute hydrogen production facilities in various areas rather than concentrated in a certain area.

일부 지역은 수요보다 많은 양의 수소를 생산할 수 있으며, 마찬가지로 일부 지역은 수요보다 적은 양의 수소를 생산할 수 있다. 도 4를 참조하면, R9으로 분류된 세부 지역은 수소에 대해 상대적으로 낮은 수요를 가질 수 있지만, 낮은 토지 비용으로 인하여 가장 많은 수소 분해 시설이 설치되는 것으로 시뮬레이션 결과가 도출될 수 있다. 유사하게, R2로 분류된 세부 지역은 수소에 대한 수요가 크지만 매우 높은 토지 비용으로 인해 수소 생산 시설이 설치되지 않는 것으로 시뮬레이션 결과가 도출될 수 있다.Some regions can produce more hydrogen than demand, and likewise, some regions can produce less hydrogen than demand. Referring to FIG. 4, a detailed area classified as R9 may have a relatively low demand for hydrogen, but a simulation result can be derived that the most hydrogen cracking facilities are installed due to low land costs. Similarly, a simulation result can be derived that a sub-region classified as R2 has a high demand for hydrogen, but no hydrogen production facilities are installed due to very high land costs.

도 4를 참조하면, 액체 연료 생산에 있어서 바이오매스를 통한 열분해 시설은 운송 비용이 작아 토지 비용이 낮은 R9에 모든 시설이 설치될 수 있다.Referring to FIG. 4, in the production of liquid fuel, the pyrolysis facility through biomass can be installed in R9, where transportation cost is low and land cost is low.

관리 서버(100)는 CRES에 대한 시뮬레이션 결과를 도출함에 있어 전술된 수학식들을 기초로 계산 및 분석을 수행할 수 있으며, 이 과정에서 혼합 정수 선형 프로그래밍이 사용될 수 있다.The management server 100 may perform calculation and analysis based on the above-described equations in deriving a simulation result for CRES, and mixed integer linear programming may be used in this process.

관리 서버(100)는 CRES에 대한 시뮬레이션 결과를 도출함에 있어, 세부 지역들의 수요 레벨에 대한 자원 가용성, 토지 비용 및 거리 기반 운송 비용 등의 지역적 특성을 고려할 수 있다.In deriving the simulation result for the CRES, the management server 100 may consider regional characteristics such as resource availability, land cost, and distance-based transportation cost for the demand level of detailed regions.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 관리 서버(100)의 시뮬레이션에 의해서 생성되는, CRES 내에서 특정 기간 간격별로 각 지역에 설치되어야 하는 기반 시설의 규모를 나타낸 결과이다.FIG. 5 is a result of showing the scale of infrastructure to be installed in each area for each specific period in CRES, generated by simulation of the management server 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 관리 서버(100)는 설정된 분석 기간에 대해서 투자의 타이밍과 장소 등에 대한 투자 전략을 수립할 수 있다. 도 5에서는 한국의 2014년부터 2050년까지에 대해 수립된 투자 전략의 일부가 표시되어 있다. 도 5에서 2014년부터 2050년의 시간 간격은 3년의 간격을 두고 13개의 시간 간격으로 분류되었다. 즉, 도 5에서 T1은 2014년을 의미하고 T13은 2050년을 의미할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the management server 100 may establish an investment strategy for the timing and location of the investment for the set analysis period. 5 shows some of Korea's investment strategies established for 2014 to 2050. In FIG. 5, the time intervals from 2014 to 2050 were classified into 13 time intervals with an interval of 3 years. That is, in FIG. 5, T1 may mean 2014 and T13 may mean 2050.

도 5에서는 시뮬레이션 결과에 따라 6년마다 한국의 각 지역에 설치되는 에너지 관련 시설 및 각 지역의 에너지 수요가 나타나 있다. 에너지 관련 시설 규모는 설치되고 폐쇄되는 시설들의 현황을 종합하여 계산될 수 있다.In FIG. 5, energy-related facilities installed in each region of Korea every six years and energy demand of each region are shown according to the simulation result. The size of energy-related facilities can be calculated by synthesizing the status of installed and closed facilities.

도 5의 예시를 살펴보면, 전기와 액체 연료에 대한 생산 시설은 세부 지역 중 R9에만 설치될 수 있다. 이는 전기와 액체 연료에 대한 운송 비용은 기존의 기반 시설을 바탕으로 시설 투자 비용 없이 운영 비용만이 소요된다고 가정되었기 때문일 수 있다. 이와 달리, 수소 공급 네트워크의 경우에는 운송 시스템에 대한 시설 투자 비용이 필요하기 때문에 집중화되지 않고 다양한 세부 지역에 분포될 수 있다.Looking at the example of FIG. 5, production facilities for electricity and liquid fuel may be installed only in R9 among the detailed areas. This may be due to the assumption that transportation costs for electricity and liquid fuel are based on the existing infrastructure, and that only operating costs are required without facility investment costs. In contrast, in the case of a hydrogen supply network, it is not centralized and can be distributed in various sub-regions because the facility investment cost for the transport system is required.

도 5에서, 설치된 에너지 관련 시설의 숫자는 특정 시간 간격의 에너지 수요에 따라 상이하게 계산될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 관리 서버(100)의 시뮬레이션 결과에서 풍력 에너지가 전기 생산의 주를 담당하는 것으로 선택될 수 있으며, 풍력 발전을 통해 생산되는 전기 에너지는 일반적인 전력 수요를 충족시키는 것뿐 아니라 수소를 생산하기 위한 전기 분해 생산 시설의 전력 수요를 충족시키는 데에도 사용될 수 있다. 따라서, 풍력 발전을 위해 설치되어야 하는 풍력 터빈의 수는 전기 수요뿐만 아니라 수소에 대한 수요에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 도 5를 참조하면, 노란색 선으로 표시된 전력 생산량이 노란색 영역으로 표시된 전력 수요량과 시간이 지날수록 차이가 나는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 5, the number of installed energy-related facilities may be calculated differently according to energy demand at a specific time interval. According to an embodiment, from the simulation result of the management server 100, wind energy may be selected to be in charge of electricity production, and the electric energy produced through wind power generation meets the general power demand as well as hydrogen. It can also be used to meet the electric power demand of electrolysis production facilities to produce. Thus, the number of wind turbines that must be installed for wind power generation can be affected not only by the demand for electricity but also by the demand for hydrogen. Referring to FIG. 5, it can be seen that the amount of power produced by the yellow line is different from the amount of power demanded by the yellow area as time passes.

이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면 복합 재생 에너지 공급 시스템 내에서 투자 및 디자인 계획을 수행하기 위한 시뮬레이션 결과가 도출될 수 있으며, 이와 같은 시뮬레이션 결과는 다양한 제한 조건 설정과 혼합 정수 선형 프로그래밍을 통해 수행될 수 있다. 의사결정자는 시뮬레이션 결과를 통해 최적화된 수치에 기반하여 시스템 설계 및 투자에 대한 결정을 수행할 수 있다.As described above, according to various embodiments of the present invention, simulation results for carrying out investment and design planning in the complex renewable energy supply system can be derived, and such simulation results are performed by setting various constraint conditions and mixed integer linear programming. It can be done through. Decision makers can make decisions about system design and investment based on the optimized numerical values through simulation results.

본 발명의 실시예와 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계들은 하드웨어로 직접 구현되거나, 하드웨어에 의해 실행되는 소프트웨어 모듈로 구현되거나, 또는 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM), 플래시 메모리(Flash Memory), 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 잘 알려진 임의의 형태의 컴퓨터 판독가능 기록매체에 상주할 수도 있다.The steps of a method or algorithm described in connection with an embodiment of the present invention may be implemented directly in hardware, implemented as a software module executed by hardware, or a combination thereof. Software modules include Random Access Memory (RAM), Read Only Memory (ROM), Erasable Programmable ROM (EPROM), Electrically Erasable Programmable ROM (EEPROM), Flash Memory, hard disk, removable disk, CD-ROM, or It may reside on any type of computer-readable recording medium well known in the art to which the present invention pertains.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.In the above, embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features. You will be able to understand. Therefore, the embodiments described above are illustrative in all respects, and should be understood as non-limiting.

100: 관리 서버
110: 분석 준비 수행부
120: 경제 요소 관리부
130: 에너지 수요 관리부
140: 지역 정보 관리부
150: 기술경제 요소 관리부
160: 시뮬레이션 수행부
170: 통신부
180: 저장부
190: 제어부
100: management server
110: analysis preparation execution unit
120: Economic Factors Management Department
130: Energy demand management department
140: Regional Information Management Department
150: Technology and Economy Factors Management Department
160: simulation execution unit
170: communication department
180: storage unit
190: control unit

Claims (10)

컴퓨팅 시스템 상에서, 복합 재생 에너지 공급 시스템의 동작과 관련된 시뮬레이션을 수행하는 방법에 있어서,
분석 대상으로 선정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하고, 분석 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 단계;
에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 중 적어도 하나를 포함하는 경제 요소 정보를 수집하는 단계;
상기 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집하는 단계;
상기 복수의 세부 지역에 대해서, 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리 중 적어도 하나를 포함하는 지역 정보를 수집하는 단계;
에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 중 적어도 하나를 포함하는 기술경제 요소 정보를 수집하는 단계; 및
수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산하는 단계를 포함하며,
상기 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 활용하는 것을 특징으로 하며,
Figure 112021019194944-pat00033

(Ω = 세율, Λ = 감가상각률, r = 금리)
상기 TNF는 다음과 같은 수학식들을 통해 계산되는 것을 특징으로 하고,
Figure 112021019194944-pat00034

Figure 112021019194944-pat00035

Figure 112021019194944-pat00036

(TB = 총 이익, TC = 총 비용, TSP = 에너지 판매 이익, TSC = 시설의 잔존가액, TBC = CO2 판매 이익, FIC = 시설 투자 비용, TIC = 운송 투자 비용, FOC = 시설 운영 비용, TOC = 운송 운영 비용, TFC = 공급 원료 비용, TLC = 토지 비용)
상기 TSP의 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는,
Figure 112021019194944-pat00037

(IE = 전기, IH = 수소, IF = 액체 연료, JEP = 전기 생산 시설, JHP = 수소 생산 시설, JFP = 액체 연료 생산 시설, G = 지역, Φ = 판매 가격, Pijgt = t 기간 동안 g 지역의 j 시설로부터 생산된 i의 양)
복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법.
In a computing system, a method of performing a simulation related to the operation of a complex renewable energy supply system,
Classifying a specific area selected as an analysis target into a plurality of detailed areas, dividing a period set as an analysis period into a random time interval, and classifying it;
Collecting economic factor information including at least one of a tax rate, a discount rate, an interest rate, and a capital cost coefficient related to an energy source;
Collecting energy demand information for a period set as the analysis period;
Collecting area information including at least one of resource holding status, land cost, and distance between the detailed areas for the plurality of detailed areas;
Collecting technology and economy factor information including at least one of energy conversion efficiency, energy storage capacity, facility life, investment cost, and operating cost; And
Based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, it calculates the total net flow (TNF) that maximizes the NPV (Net Present Value). Includes steps,
The step of calculating TNF to maximize the NPV is characterized by utilizing the following equation,
Figure 112021019194944-pat00033

(Ω = tax rate, Λ = depreciation rate, r = interest rate)
The TNF is characterized in that it is calculated through the following equations,
Figure 112021019194944-pat00034

Figure 112021019194944-pat00035

Figure 112021019194944-pat00036

(TB = gross profit, TC = total cost, TSP = profit from energy sales, TSC = residual value of the facility, TBC = profit from sales of CO 2 , FIC = cost of facility investment, TIC = cost of transportation investment, FOC = cost of facility operation, TOC = Transportation operating cost, TFC = feedstock cost, TLC = land cost)
The TSP is characterized in that it is calculated through the following equation,
Figure 112021019194944-pat00037

(I E = electricity, I H = hydrogen, I F = liquid fuel, J EP = electricity production facility, J HP = hydrogen production facility, J FP = liquid fuel production facility, G = area, Φ = Sales price, P ijgt = amount of i produced from facility j in region g during period t)
How to conduct a simulation for a combined renewable energy supply system.
제1항에 있어서,
상기 에너지 수요 정보는,
전기, 수소 및 액체 연료 각각에 대한 에너지 수요 정보를 포함하는 것인, 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법.
The method of claim 1,
The energy demand information,
A method of performing a simulation for a hybrid renewable energy supply system that includes energy demand information for each of electricity, hydrogen and liquid fuel.
제1항에 있어서,
상기 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산하는 단계는,
혼합 정수 선형 프로그래밍(MILP: Mixed Integer Linear Programming)을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는, 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법.
The method of claim 1,
The step of calculating the TNF to maximize the NPV,
A method of performing a simulation for a complex renewable energy supply system, characterized in that it is performed through mixed integer linear programming (MILP).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
풍력을 통한 전력 생산에 관한 Pijgt 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는, 복합 재생 에너지 공급 시스템에 대한 시뮬레이션 수행 방법.
Figure 112021019194944-pat00024

(Cp(vt) = 전력 계수, ρh = h 높이에서의 공기 밀도, βj = 블레이드가 스윕하는 영역, vgt = t 시각에 g 지역의 풍속, ηj = 전력 생산 효율, Nijgt = t 기간 동안 g 지역에 설치된 풍력 터빈의 개수)
The method of claim 1,
A method of performing a simulation for a hybrid renewable energy supply system, characterized in that the calculation of P ijgt for power generation through wind power is calculated through the following equation.
Figure 112021019194944-pat00024

(Cp(v t ) = power factor, ρ h = air density at height h, β j = area the blade sweeps, v gt = wind speed in g area at time t, η j = power production efficiency, N ijgt = number of wind turbines installed in area g during period t)
삭제delete 삭제delete 복합 재생 에너지 공급 시스템의 동작과 관련된 시뮬레이션을 수행하는 관리 서버에 있어서,
분석 대상으로 선정된 특정 지역을 복수의 세부 지역으로 분류하고, 분석 기간으로 설정된 기간을 임의의 시간 간격으로 나누어 분류하는 분석 준비 수행부;
에너지원과 관련된 세율, 할인율, 금리, 자본 비용 계수 중 적어도 하나를 포함하는 경제 요소 정보를 수집하는 경제 요소 관리부;
상기 분석 기간으로 설정된 기간에 대한 에너지 수요 정보를 수집하는 에너지 수요 관리부;
상기 복수의 세부 지역에 대해서, 자원 보유 현황, 토지 비용, 세부 지역 간의 거리 중 적어도 하나를 포함하는 지역 정보를 수집하는 지역 정보 관리부;
에너지 전환 효율성, 에너지 저장 용량, 시설의 수명, 투자 비용, 운영 비용 중 적어도 하나를 포함하는 기술경제 요소 정보를 수집하는 기술경제 요소 관리부; 및
수집된 경제 요소 정보, 에너지 수요 정보, 지역 정보 및 기술경제 요소 정보를 기초로 하여, NPV(Net Present Value: 현재 순가치)가 최대가 되도록 하는 TNF(Total Net Flow: 순 현금 흐름)를 계산하는 시뮬레이션 수행부를 포함하며,
상기 NPV가 최대가 되도록 하는 TNF를 계산하는 단계는, 다음과 같은 수학식을 활용하는 것을 특징으로 하며,
Figure 112021019194944-pat00038

(Ω = 세율, Λ = 감가상각률, r = 금리)
상기 TNF는 다음과 같은 수학식들을 통해 계산되는 것을 특징으로 하고,
Figure 112021019194944-pat00039

Figure 112021019194944-pat00040

Figure 112021019194944-pat00041

(TB = 총 이익, TC = 총 비용, TSP = 에너지 판매 이익, TSC = 시설의 잔존가액, TBC = CO2 판매 이익, FIC = 시설 투자 비용, TIC = 운송 투자 비용, FOC = 시설 운영 비용, TOC = 운송 운영 비용, TFC = 공급 원료 비용, TLC = 토지 비용)
상기 TSP의 계산은 다음과 같은 수학식을 통해 계산되는 것을 특징으로 하는,
Figure 112021019194944-pat00042

(IE = 전기, IH = 수소, IF = 액체 연료, JEP = 전기 생산 시설, JHP = 수소 생산 시설, JFP = 액체 연료 생산 시설, G = 지역, Φ = 판매 가격, Pijgt = t 기간 동안 g 지역의 j 시설로부터 생산된 i의 양)
관리 서버.
In the management server that performs a simulation related to the operation of the complex renewable energy supply system,
An analysis preparation execution unit that classifies a specific area selected as an analysis target into a plurality of detailed areas, and divides a period set as an analysis period into arbitrary time intervals;
An economic factor management unit that collects economic factor information including at least one of a tax rate, discount rate, interest rate, and capital cost factor related to an energy source;
An energy demand management unit collecting energy demand information for a period set as the analysis period;
An area information management unit collecting area information including at least one of resource holding status, land cost, and distances between the detailed areas for the plurality of detailed areas;
A technology economy factor management unit that collects technology economy factor information including at least one of energy conversion efficiency, energy storage capacity, facility life, investment cost, and operation cost; And
Based on the collected economic factor information, energy demand information, regional information, and technology economy factor information, it calculates the total net flow (TNF) that maximizes the NPV (Net Present Value). It includes a simulation execution unit,
The step of calculating TNF to maximize the NPV is characterized by utilizing the following equation,
Figure 112021019194944-pat00038

(Ω = tax rate, Λ = depreciation rate, r = interest rate)
The TNF is characterized in that it is calculated through the following equations,
Figure 112021019194944-pat00039

Figure 112021019194944-pat00040

Figure 112021019194944-pat00041

(TB = gross profit, TC = total cost, TSP = profit from energy sales, TSC = residual value of the facility, TBC = profit from sales of CO 2 , FIC = cost of facility investment, TIC = cost of transportation investment, FOC = cost of facility operation, TOC = Transportation operating cost, TFC = feedstock cost, TLC = land cost)
The TSP is characterized in that it is calculated through the following equation,
Figure 112021019194944-pat00042

(I E = electricity, I H = hydrogen, I F = liquid fuel, J EP = electricity production facility, J HP = hydrogen production facility, J FP = liquid fuel production facility, G = area, Φ = Sales price, P ijgt = amount of i produced from facility j in region g during period t)
Management server.
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