일사 예측을 감지하는 지표 태양광 발전의 안정 운용에 기여

일사 예측을 감지하는 지표 태양광 발전의 안정 운용에 기여

출처 : 유튜브

산업 기술 종합 연구소의 태양광 발전 연구 센터는 2018 년 7월, 츠쿠바 대학, 기상청과 공동으로 일사량 예측이 크게 벗어나는 상황을 감지하는 '대외감지지표'를 고안했다고 발표했다. 

　일사량 예측은 태양광 발전 전력량을 예측하고 전력 수급하여 운용하기 위해 필요하며, 예측이 크게 빗나 가면 전력의 잉여 나 부족으로 이어진다. 이번에 고안한 검출 지표는 세계 4개의 기상 예보 기관이 제공하는, 지구 전체를 예측하는 전 지구 앙상블 예측 정보를 병용하여 평가한 지표로, 예를 들어 일년에 수십 번 밖에 발생하지 않도록 예측이 극단적으로 크게 벗어나는 사태를 사전에 예측하는 것이다. 이 지표는 향후 더욱 가속화 해나갈 태양광 발전 시스템의 대량 도입 시대의 전력의 안정 공급과 효율적인 운영에 기여가 기대된다. 

　태양광 발전 전력량은 날씨에 달려있다. 그래서 일사량 예측 정보 등을 이용하여 발전 전력량을 예측하고 예측 된 발전 전력량 및 예상 수요에 따라 수력이나 화력 발전기 등의 기동 정지를 계획하고 태양광 발전 변화의 과부족을 조정하고 보충한다. 그러나 일사량 예측 정보가 크게 벗어난 경우, 이 조정용 전원에 잉여 또는 부족이 발생되고 수급의 균형이 무너지고 정전이 발생 할 수있다. 현재 전력 수급 운용에 대한 결정론적 예측 (단일 예측 정보)가 이용되고 있지만, 예측이 크게 빗나가는 가능성을 고려하여 조정의 전원 용량에 여유를 갖도록 운용 되어 있기 때문에, 보다 효율적인 운용 연료비 절감으로 이어진다. 따라서 일사량 예측의 고정밀화와 크게 어긋나는 사태에 대한 대책이 매우 중요한 과제가 되고있다.

출처 : 유투브

　산업 기술 종합 연구소는 기상청의 일사량 예측 정보의 태양광 발전 분야에의 응용 기상 예측 모델과 기계 학습을 이용한 태양광 발전의 출력 추정 및 예측 기술의 연구 개발을 해 왔다. 전력 수급 운용에서는 그 제어를 어렵게 하는 일사량 예측이 크게 벗어나는 사태를 어떻게 줄일 것인가가 과제이다. 또한 일본 국내의 각종 일사량 예측은 기상청의 예측이 토대로 되어있는 경우가 많으며, 기상청의 예측에 큰 예측 오차가 있을 때 어떤 방법을 사용해도 일사량 예측이 크게 빗나가게 된다. 그래서 기상청의 일사량 예측이 크게 벗어나는 사태를 예측할 수 있는 지표의 개발에 임해왔다. 

　단일 예보 기관에서는 예측에 편향이 발생하기 때문에, 이번 지표는 일본 · 유럽 · 미국 · 영국의 4가지 예보 기관의 일사량 예측 정보에 관해서 최대 51 개의 전 지구 앙상블 예측 (지구 전체를 같은 시간에 조금씩 다른 조건에서 예측을 여럿 실시)의 표준 편차 (앙상블 스프레드)를 구하고, 가중 평균 한 것을 예측이 크게 벗어나는 상황을 감지하는 대 분리 검출 지표로했다. 이 지표는 개별 예보 기관의 앙상블 예측이 예측의 신뢰성 정보를 포함하는 것을 이용한 것이다. 1 ~ 6 일 대상 앙상블 예측을 이용하여 최대 6일 전부터 다음날 일사량 예측이 크게 벗어나는 사태를 사전에 감지 할 수 있는지 평가했다. 

　일본에서는 기상청 메조 수치 예보 모델의 일사량 예측 값 (MSM-GPV)이 수력과 화력 발전기 등의 기동 정지 계획의 작성에 이용된다. 지난 3년간 도쿄 전력 관내의 MSM-GPV를 대상으로 이번에 고안한 검출 지표의 평가를 실시했다. 2015년 10월 MSM-GPV (매일 3시간마다 제공되는 5km 사방의 평균적인 기상 예측 정보) 일 평균 예측 오차와 일사예측 감지 지표는 통계적으로 유의 한 상관 계수(0.68)를 보여 주었다. 마찬가지로, 매달 상관 계수를 평가한 결과, 일사예측 감지 지표는 특히 겨울철 예측 오차와 높은 상관 계수를 보여 주었다.

　이번 고안 한 대 분리 검출 지표를 ROC 곡선 (적중률과 오 탐지율로 나타낸 곡선)과 ROC 점수를 이용하여 평가 하였다. 감지 대상은 MSM-GPV의 하루를 대상으로 한 예측으로 3년간 (2014 년 ~ 2016 년)의 예측 오차의 상위 10,5,1 % (각각 오차가 큰에서 109, 54, 10 일)의 날을 대상으로 했다. 1일간 예측 상위 5%의 예측 오차의 검출 결과 중 오검출율이 0.71 (71 %의 확률로 오진하는 것을 허용 한 경우)의 경우, 상위 5 %의 일사예측 검출 지표의 목표 중간 율은, 12 개월에서 90 %이며, 겨울철 5 개월 동안은 96 %였다. 

　이 검출 지표를 1 ~ 6 일간 예측에 관하여 평가 한 결과, 개별 예보 기관의 앙상블 예측 정보만으로 일사예측을 감지 한 경우보다 이번에 고안한 지표처럼 여러 예보 기관을 이용한 경우가 더 이른시기 (최대 6 일 전)에서도 예상이 크게 벗어나는 사태를 정밀하게 검출 할 수 있는 것으로 나타났다. 

　앞으로는 일사예측 감지 지표를 이용한 전력 수급 운용 시뮬레이션을 실시한다. 그러면 일사예측을 사전에 예측할 수 있는 경우에 어느 정도 수급 균형을 개선 할 수 있으며, 예측의 신뢰성이 높은 경우 조정 전원 절약 등에 의한 경제적인 운영이 가능 하게 될지 등을 평가하고 이번에 고안한 지표의 실용화를 목표로 하고있다.