석탄가스 없이 재생에너지로 전력 시스템 완성

📝 Abstract

Fossil gas is sometimes presented as an enabler of variable solar and wind generation beyond 2050, despite being a primary source of greenhouse gas emissions from methane leakage and combustion. We find that balancing solar and wind generation with pumped hydro energy storage eliminates the need for fossil gas without incurring a cost penalty. However, many existing longterm electricity system plans are biased to rely on fossil gas due to using temporal aggregation methods that either heavily constrain storage cycling behaviour or lose track of the state-ofcharge, failing to consider the potential of low-cost long-duration off-river pumped hydro, and ignoring the broad suite of near-optimal energy transition pathways. We show that a temporal aggregation method based on ‘segmentation’ (fitted chronology) closely resembles the full-series optimisation, captures long-duration storage behaviour (48-and 160-hour durations), and finds a near-optimal 100% renewable electricity solution. We develop a new electricity system model to rapidly evaluate millions of other near-optimal solutions, stressing the importance of modelling pumped hydro sites with a low energy volume cost (<US $50 per kilowatt-hour), long economic lifetime (~75 years), and low real discount rate akin to other natural monopolies (≤3%). Almost every region of the world has access to sufficient 50-5000 gigawatt-hour off-river pumped hydro options that enable them to entirely decarbonise their future electricity systems.

💡 Analysis

본 논문은 화석 가스가 2050년 이후 재생에너지 발전의 변동성을 조절하는 데 필요한 것으로 제시되는 상황을 분석하고, 이를 대체할 수 있는 방법론과 모델을 제안합니다. 연구진은 태양광과 풍력 발전을 균형 있게 유지하기 위해 수력 축전지 저장 시스템을 활용하면 화석 가스에 대한 의존성을 완전히 해소하면서도 비용 증가 없이 전력을 공급할 수 있음을 발견했습니다. 기존의 장기 전력 계획은 저장 주기를 제약하거나 충전 상태를 추적하지 못하는 시간 집약적인 방법론을 사용하여 저렴한 장시간 오프강 수력 축전지의 잠재력을 간과하고 있습니다.

본 연구에서는 ‘세분화’ 기반의 새로운 시간 집약적인 방법론을 제안하며, 이는 전체 시리즈 최적화와 유사하게 긴 주기 저장 동작을 포착하여 100% 재생 에너지 전력 솔루션에 가까운 근접 최적해를 찾는다는 것을 보여줍니다. 또한 저 비용 부피당 에너지 비용(<US $50/ kWh), 긴 경제 수명(~75년) 및 다른 자연 독점과 같은 낮은 실질 할인율을 갖춘 오프강 수력 축전지 사이트를 모델링하는 새로운 전력 시스템 모델을 개발하여, 거의 모든 세계 지역이 50-5000 GWh의 오프강 수력 축전지 옵션에 접근 가능하며 미래 전력 시스템의 완전 탈탄소화를 가능하게 합니다. 이러한 연구는 재생에너지 중심의 에너지 전환을 위한 기술적, 경제적 가능성과 실현성을 입증하는 중요한 결과를 제시하고 있습니다.

📄 Content

화석 가스는 때때로 2050년 이후 태양광과 풍력 발전의 변동성을 조절하는 데 필요한 것으로 제시되지만, 메탄 누출 및 연소로 인해 온실가스 배출의 주요 원인이기도 합니다. 본 연구에서는 태양광과 풍력 발전을 수력 축전지 저장 시스템으로 균형을 맞추면 화석 가스 없이도 비용 증가 없이 전력을 공급할 수 있음을 발견했습니다. 그러나 기존의 장기 전력 계획은 저장 주기를 제약하거나 충전 상태를 추적하지 못하는 시간 집약적인 방법론에 의존하여 저렴한 장시간 오프강 수력 축전지의 잠재력을 간과하고 있습니다.

본 연구에서는 ‘세분화’ 기반의 시간 집약적인 방법론이 전체 시리즈 최적화와 유사하게 긴 주기 저장 동작을 포착하며, 100% 재생 에너지 전력 솔루션에 가까운 근접 최적해를 찾는다는 것을 보여줍니다. 또한 저 비용 부피당 에너지 비용(<US $50/ kWh), 긴 경제 수명(~75년) 및 다른 자연 독점과 같은 낮은 실질 할인율을 갖춘 오프강 수력 축전지 사이트를 모델링하는 새로운 전력 시스템 모델을 개발하여, 거의 모든 세계 지역이 50-5000 GWh의 오프강 수력 축전지 옵션에 접근 가능하며 미래 전력 시스템의 완전 탈탄소화를 가능하게 합니다.

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