Application and Characterization of Pyrrolinium-based Ionic liquids as Electrolytes for Lithium Ion Batteries

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 공과대학 화학생물공학부, 2017. 8. 김영규.Lithium ion batteries (LIBs) have been used as a battery of portable electronic device and concerned as a one of the most promising energy conversion/storage systems for large-scale devices such as electric vehicles (EVs) and energy storage systems (ESSs). However, the need for the high energy density of current LIBs have been increased, which results that many research have been focus on the advanced electrode materials for high working voltage, a large specific capacity to enhance overall energy density of the lithium ion cells. In other words, the relatively low safety of current organic electrolyte should be overcome to catch up with the enhancement of the energy density for reaching the high level of LIBs. For increasing the safety performance of the conventional electrolyte, many attempts have been studied to apply ionic liquids as alternative electrolyte or additive. Ionic liquids are ionic species that remain in liquid phase at room temperature even if they are composed of ionic species, cations and anions. Due to ionic interaction, they have unique properties such as high ionic conductivity, non-volatility, and non-flammability as well as a wide liquid range and wide electrochemical stability window. In spite of these advantages, the ILs are not useful as electrolytes for LIBs owing to somewhat defect such as decomposition or high viscosity. As already reported, the well-known ILs such as imidazolium-based ILs have been investigated to allow them apply the LIBs, which is not carried on its acidic proton of C-2 position in imidazolium structure. To exclude the active proton, pyrrolidnium and piperidinium-based ILs have been researchedhowever, their relatively high viscosity is the obstacle to facilitate in LIBs. To enhance both the mobility of Li+ and the safety performance of LIBs, we suggest the pyrrolinium-based ILs with multifunctional groups such as a planar sp2 carbon of C=N double bond, a C-O ether linkage, and no unstable C-H bond, which would be beneficial to improve the physical properties as well as electrochemical performances. Among the prepared pyrrolinium-based ILs, the N-ethyl-2-methoxypyrrolinium bis(fluorosulfonyl)imide (E(OMe)Pyrl-FSI) exhibit the highest value of ionic conductivity, and the N-allyl-2-methoxypyrrolinium bis(fluorosulfonyl)imide (A(OMe)Pyrl-FSI) shows the best electrochemically performance and lithium ion mobility. To obtain the synergetic effect of pyrrolinium-based ILs and carbonate solution, we prepared the binary electrolytes systems composed of two type electrolytes. Among the prepared pyrrolinium-based ILs, the E(OMe)Pyrl-FSI is chosen as the one of the binary electrolytes systems due to its highest value of ionic conductivity. In ionic conductivity of these binary electrolytes, the optimum compositions are 40 wt% and 60 wt% of pyrrolinium-based ILs. Additionally, when the 60 wt% of E(OMe)Pyrl-FSI (E60) is in binary system, the SET (self extinguish time, s g-1) is outstandingly reduced. In electrochemical performance, all of the binary electrolytes exhibit the similar results that of the conventional carbonate. It should be noted that the E 60 binary system is the best synergetic effect on both the electrochemical performance and fire-retarding characteristic.Introduction.. 1 1. 1. Lithium Ion Batteries.. 1 1.1. Introduction of lithium ion batteries 1 1.2. Safety issue of LIBs . 2 2. Ionic Liquids . 6 2.1. Introduction of ionic liquids.. 6 2.2. Species of ionic liquids.. 7 2.3 Application of ionic liquids 10 2.3.1 Reaction solvent in organic synthesis . 10 2.3.2 Lubricants. 14 2.3.3 Electrolytes for LIBs 15 Results and discussion .. 19 1. Synthesis and Properties of N-alkyl-2-methoxypyrrolinium bis(fluorosulfonyl)imide .. 19 1.1. Strategy . 19 1.2. Preparation. 24 1.3. Thermal behaviors. 26 1.4. Physical properties. 29 1.5. Electrochemical stability . 31 1.6. Electrochemical performance .. 34 1.7. Summary ... 42 2. Preparation and Properties of Binary Electrolytes . 44 2.1. Strategy . 44 2.2. Preparation . 46 2.3. Flammability test 47 2.4. Physical properties . 51 2.5. Electrochemical stability 54 2.6. Electrochemical performance . 57 2.7. Summary . 63 Conclusions.. 66 Experimental Details. 69 1. General... 69 2. General Procedure for the Preparation of the Pyrrolinium-based Ionic Liquids .. 72 2.1. General procedure for the preparation of N-alkyl-2-pyrrolidinone 72 2.2. General procedure for the preparation of N-alkyl-2-methoxypyrrolinium methyl sulfates . 73 2.3. General procedure for the anion metathesis - Preparation of N-alkyl-2-methoxypyrrolinium bis(fluorosulfonyl)imides . 75 2.4. Preparation of the binary electrolytes of E(OMe)Pyrl-FSI. 77 3. Electrochemical Performance.. 77 3.1. Preparation of electrode and cell fabrication 77 3.2. Electrochemical characterization 78 REFERENCES.. 80 APPENDICES. 84 ABSTRACT IN KOREAN 105Docto

Structural Safety Assessment of Offshore Jacket Structure for Response to Climate Change and Earthquake

The purpose of this study is to present a structural safety assessment of offshore jacket structure against the increasing environmental load. Due to climate change, sea-level rise and strengthening of typhoon power have caused abnormal high-wave phenomenon, and recent earthquake frequency and magnitude are increasing in Korea. Since the offshore jacket structures is generally located in the water space, environmental loads predominate. The RSR values were derived from the pushover analysis for wind, wave, and tidal load, and the structural safety was evaluated by comparing with the pushover analysis for seismic load. Concluded that the jacket structure is vulnerable to seismic loads and based on this, nonlinear time history analysis was performed. The results of the nonlinear time history analysis of the jacket structure were evaluated using KBC2016 and Perform 3-D. Based on the results, a weakening part of the jacket structure was found and a reinforcement model was proposed to minimize damage. The conclusion is as follows 1) The example model of the jacket structure were modeled using the commercial analysis program MIDAS Gen and the earthquake analysis program Perform 3-D, and the safety and behavior were analyzed by performing the pushover analysis and the nonlinear dynamic analysis. 2) As a result of the pushover analysis, the structure was stable for wind, wave, and algae, and the RSR value was 2.56, indicating that the degree of damage was “middle”, However, as a result of the pushover analysis for the seismic load, the leg structure collapsed due to the heavy load on the upper structure, and the weak behavior against the earthquake load was show, and. the RSR value was 1.633, indicating that the degree of damage was “high”. 3) The results of the nonlinear dynamic analysis show that the El Centro earthquake has a stable behavior but the Mexico earthquake has resonance and it is very weak. The structure does not cause the whole plastic behavior and stress concentration phenomenon, and some member local failure mechanism occurred. 4) In order to investigate the plastic behavior of the model against the seismic waves of Mexico, Brace reinforced model was analyzed. As a result, plastic deformation occurred at 50% of the Mexico earthquake acceleration but the seismic performance was IO grade. 5) Through the seismic analysis, it can be seen that the example structure is vulnerable to the long-period wave, and it is desirable to reinforce it with brace to secure the safety of the structure.제 1 장 서 론 1 1.1 연구 배경 및 목적 1 1.2 연구 동향 5 1.3 연구 범위 및 방법 8 제 2 장 해양자켓구조물의 주요 환경하중 10 2.1 개요 10 2.2 파랑하중 10 2.2.1 파랑이론 10 2.2.2 모리슨 방정식 11 2.2.3 파랑의 설계파고 12 2.3 지진하중 12 2.3.1 개요 12 2.3.2 응답스펙트럼 13 2.3.3 비선형 지진해석의 원리 14 제 3 장 해양자켓구조물의 푸쉬오버해석 15 3.1 개요 15 3.2 푸시오버해석이론 15 3.3 해양자켓구조물의 위험도 평가방법 17 3.3.1 손상도평가 17 3.3.2 위험도 기반 조사 계획 18 3.4 예제구조물 및 모델링 개요 18 3.4.1 예제구조물 개요 18 3.4.2 모델링 개요 19 3.4.2.1 부재 Group별 제원 20 3.4.2.2 Perform 3-D 부재별 물성치 27 3.5 예제구조물의 풍, 파랑, 조류에 대한 푸쉬오버해석 29 3.6 예제구조물의 지진하중에 대한 푸시오버해석 30 제 4 장 해양자켓구조물의 비선형 시간이력해석 34 4.1 비선형 시간이력 해석법 34 4.2 모델링 개요 34 4.3 적용 지진파의 종류 36 4.4 자켓구조물의 내진성능평가 방법 37 4.5 예제구조물의 El Centro 지진파에 대한 해석 및 결과 40 4.5.1 기본모델의 해석 40 4.5.2 보강모델의 해석 44 4.5.3 El centro 지진파에 대한 해석결과 48 4.6 예제구조물의 Mexico 지진파에 대한 해석 및 결과 43 4.6.1 기본모델의 해석 48 4.6.2 보강모델의 해석 53 4.6.3 Mexico 지진파에 대한 해석결과 58 4.7 모델링별 지진파에 대한 해석결과 61 제 5 장 결론 61 참고문헌 63Maste

A Study on the Effect Analysis of Korean Coastal Cargo-Ship and enhancing Profitability

A Study on the Effect Factors of Korean Coastal Cargo-Ship’s Return on Invested Capital and enhancing Profitability Kim, Hyung-Tae Department of Shipping & Port Logistics Graduate School of Global Logistics Korea Maritime and Ocean University The Korean shipping industry, the world's fifth- and sixth-largest, has weakened its global competitiveness since the global financial crisis, as it has been pushed out of the top 10 due to the bankruptcy of Hanjin Shipping Co., the only global shipping line in the world. Backing up the export and export competitiveness is the domestic logistics industry, while Korea is showing a high-cost, low-efficiency, anti-environmental logistics structure centered on land transport, making its logistics competitiveness weak. In the era of the Fourth Industrial Revolution, the logistics industry needs to be overhauled into a national logistics system centered on low-cost, high-efficiency, eco-friendly inland shipping However, the average age of the number of people on board is increasing as over-feeble competition has been intensifying in most routes, and the average age of those on board is increasing as the vessel is aging and the crew is also avoiding to sail due to the lack of capacity to replace the vessel. Such problems have also contributed to the Sewol ferry disaster. The excessive strengthening of ship safety in the wake of the Sewol ferry disaster is making it all the more difficult for domestic cargo carriers, which are already suffering from a shortage of cargo and falling freight revenues.These problems are also demonstrated to some extent by the results of this study. First, according to the 2016 BCG analysis of the domestic transport industry market, domestic freight volume is only 7-8% of the Korean transport market, and it is currently decreasing to sales growth rate due to a prolonged slump in the global economy, along with a slowdown in shipbuilding, heavy machinery and major manufacturing industries, showing a contrast with the meat and aviation industries. Meanwhile, according to the 2016 BCG analysis by class of domestic freight carriers, cargo ships account for more than half of the total inland port market with 56.5 percent, but the sales growth rate is also decreasing significantly to –5.8 percent. In the inland cargo ship market, sales growth rate of sand vessels is 17.6 percent, while the rest of the line is either flat or falling. Second, the results of the panel multivariate regression model's review of factors affecting the return on investment in the inland freight carrier indicate that in order for the inland cargo ship to increase its profitability, it is very necessary to create a stable freight demand that can increase the actual cash flow and to depreciate the ship. The total asset turnover rate is to increase sales by increasing the utilization of key assets (such as ships), which requires institutional support and cargo creation to increase the fraction of domestic vessels. Third, based on the current status analysis, BCG analysis and empirical analysis results, there can be four major strategic options for developing the nation's inland freight and shipping industries, which are suffering from overcapacity due to the current ship registration system. 1) SO strategy (selection and concentration strategy). This strategy is a strategy to enhance competitiveness and profitability in the domestic and international inland cargo ship markets by taking full advantage of the strong factors of Korea's inland cargo carriers and to explore new freight demand in connection with the fourth industrial revolution and the strategy of developing low-cost, eco friendly inland cargo ship.2) ST strategy (threat response strategy). This strategy is to actively cope with external threats of the external environment by taking full advantage of the strength of Korea's domestic and foreign cargo carriers and to increase competitiveness and profitability in the domestic and international inland cargo market. The strategy is to establish supply-demand chain management (SDCM) strategy in the inland cargo market, build a shippers and cooperative network, market/ logistics support strategy, and strengthen the market situation analysis and forecasting power.3) WO strategy (defensive or exploratory strategy). This strategy is to identify opportunities for external environment by reinforcing weak factors of domestic cargo carriers, including railroads and trucks, strategies for enhancing business diversification/scale increase, strategies for strengthening network construction at home and abroad, and strategies for strengthening the brand.4) WT strategy (happy or withdrawal strategy). This strategy can be seen as a strategy to establish win-win strategies with shippers, to explore niche markets, to enhance cost competitiveness, to enhance brand image, and to support the government's financial and tax support. Fourth, summarizing the difficulties and difficulties that are currently troubling the inland cargo ship market and summarizing the response strategies are as follows. 1) Coastal cargo ships and Ferry vessels do not have an effective cargo target in accordance with the cargo handling guidelines. Unnecessary space is required by loading the cargo at a distance greater than 60 centimeters before and after loading the cargo, and empty space poses risks such as pulling cargo while operating the ship. For outbound cargo ships, cargo is loaded and operated in a tight capacity without any empty space on the left or right side of the ship. In addition, cargo should be loaded only according to the drawings approved by the Korean shipping company, and the regulations, such as "no horizontal loading of long-furnace goods," are not consistent with the situation of coastal cargo handling a variety of products, and thus are subject to many constraints in transportation, which requires institutional supplementation. 2) In the case of Ferry cargo shippers, the temporary passenger system allows them to board only within a dozen passengers outside the crew, causing difficulties in managing and attracting freight. In the case of refrigerated, frozen and dangerous goods handling vehicles, cargo management must be carried on the same boat as in the case of a freight manager. The number of passengers on board must be limited to 12 people, which creates difficulties in managing the cargo if the cargo and the driver move separately. 3) Coastal cargo ships are relatively ranked in priority and importance rankings compared to outbound or coastal passenger ships. It is also experiencing operational difficulties due to poor dock access facilities and lack of fixed seating.4) Coastal passenger ships are supported for the operation of ships due to tax reduction effects from the supply of duty-free oil, but they are excluded from the duty-free list for cargo ships. In addition, if the shipping company has to operate the ship by receiving low sulfur oil from 2020 due to environmental regulations under the IMO Convention, the shipping company will have to bear more burden and thus need policy support. Although the above difficulties are being addressed through improvement and research services (freight fastening guidelines, temporary passenger systems), significant conclusions and policy planning are considered to take a considerable time to develop. As a way to vitalize the inland shipping market, there are measures to check the real-time freight location through upgrading the logistics system, provide a door to door service to shippers to reduce overlapping logistics costs, and secure freight competitiveness by adjusting cargo volume in advance. Also, new cargo demand can be explored by introducing eco-friendly high-speed lines that meet the upward environmental regulations. |우리나라 내항화물선업체의 투자수익률 영향분석과 수익성 제고방안에 관한 연구 김 형 태 한국해양대학교 글로벌물류대학원 해운항만물류학과 세계 5-6위의 한국 해운산업은 글로벌 금융위기이후 세계경제의 장기 침체와 더불어 유일한 글로벌 해운선사인 한진해운의 파산으로 10위권 밖으로 밀려나면서 글로벌 경쟁력이 취약해졌다. 수출입 경쟁력을 뒷받침하는 것이 국내 물류산업인데 우리나라는 육상운송 중심의 고비용 저효율 반친환경적인 후진적 물류구조를 보이고 있어 물류경쟁력이 취약하다. 4차 산업혁명시대에 국가 경쟁력에 가장 크게 영향을 미치는 산업이 물류산업으로서 저비용 고효율 친환경적인 내항해운 중심의 국가물류체계로 정비할 필요가 있다. 하지만 선박 등록제 시행이후 과당경쟁이 치열해져 대부분 항로에서 수익성이 낮아지고 있으며, 이로 인하여 선박을 대체할 여력이 없어 선박이 노후화되고 선원 역시 내항선박 승선을 기피하고 있어 승선인원의 평균연령이 높아지는 문제점이 나타나고 있다. 이러한 문제는 세월호 사태의 한 원인이 되기도 하였다. 세월호 사태 이후 지나친 선박안전 강화로 인해 비효율적인 화물 고정화 등 가뜩이나 화물부족과 운임수입 감소에 시달리는 내항 화물선업체를 더욱 더 힘들게 하고 있다. 이러한 문제점은 본 연구의 검정결과에서도 어느 정도 입증되고 있다. 첫째로, 2016년도 국내운송업시장 BCG분석결과에 의하면, 내항화물선규모는 우리나라 운송시장의 7-8% 에 지나지 않아 매우 영세한 시장이며, 최근에는 세계경제의 장기 침체와 더불어 조선․중공업산업 및 주력 제조산업의 침체로 매출성장율로 감소되고 있어 육송업이나 항공산업과 대조적인 양상을 보이고 있다. 한편, 2016년도 내항화물선 선종별 BCG분석결과에 의하면, 내항시장 전체 중 화물선 비중이 56.5%로 절반이상을 차지하고 있지만 역시 매출성장율은 –5.8%로 크게 화물수요가 감소되어 위기를 맞이하고 있다. 내항화물선 시장에서는 유일하게 모래선의 매출성장율이 17.6%로 나타나고 있고 나머지 선종은 답보상태이거나 감소하고 있는 형편이다. 둘째로, 패널 다변량 회귀분석모형에 의하여 내항화물선업체 투자수익성에 영향을 미치는 요인에 대한 연구가설을 검정한 결과에 의하면, 내항화물선이 수익성을 제고하기 위해서는 실제 현금흐름을 증대시킬 수 있는 안정적인 화물수요를 창출하는 영업전략과 선박의 감가상각정책이 매우 필요한 것으로 지적되고 있다. 총자산회전율은 보유하고 있는 주요 자산(선박 등)의 활용도를 높여 매출을 증대시키는 것인데 이를 위해서는 내항선박의 소석률을 높이는 제도지원과 화물창출이 필요시 되고 있다. 셋째로, 현황분석과 BCG분석 그리고 실증분석 결과를 토대로 현재 선박등록제로 선복과잉으로 채산성이 악화되고 있는 우리나라 내항화물선산업을 발전시킬 수 있는 전략대안은 다음과 같이 크게 네 가지로 정리할 수가 있다. 1) SO전략(선택과 집중전략) : SO 전략은 우리나라 내항화물선업체의 강점요인을 십분 발휘하여 외부환경의 기회요인을 포착하여 국내외 내항화물선시장에서 경쟁력과 수익성을 제고하는 전략으로 저비용․친환경 내항화물선 개발 전략과 4차 산업혁명과 관련하여 신규 화물수요를 개척하는 전략이다. 2) ST전략(위협대응전략) : ST 전략은 우리나라 내항화물선업체의 강점요인을 십분 발휘하여 외부환경의 위협요인에 적극적으로 대처하여 국내외 내항화물선시장에서 경쟁력과 수익성을 제고하는 전략으로 내항화물시장의 공급-수요사슬관리(SDCM) 전략, 화주와 협력 네트워크 구축전략, 고객맞춤형 마케팅/물류지원전략 그리고 시황분석 및 예측력 강화 전략방안이다. 3) WO전략(방어 또는 탐구전략) : WO 전략은 우리나라 내항화물선업체의 취약요인을 보강하여 외부환경의 기회요인을 포착하는 전략으로 철도, 트럭 등 육상과 항공업체와 연계강화전략, 사업다각화/규모증대 전략, 국내외 네트워크 구축 강화전략 및 홍보 및 브랜드 강화전략 등이다. 4) WT전략(회피 또는 철수전략) : WT 전략은 우리나라 내항화물선업체의 취약요인을 보강하면서 외부환경의 위협요인에 회피 또는 상쇄시키는 전략으로 화주업체와 상생전략 구축 전략, 틈새시장 개척전략, 원가경쟁력 제고전략, 브랜드 이미지 제고전략 그리고 정부의 금융 및 세제지원 등으로 볼 수 있다. 넷째로, 현재 내항화물선 시장에서 문제가 되고 있는 고충 및 애로사항을 요약하고 이에 대한 대응전략을 정리하면 다음과 같다. 1) 연안화물선 및 카페리 선박의 경우 화물고박지침에 의거 효율적 화물 적치가 이뤄지지 못하고 있다. 화물적재시 전후좌우 60 센치 이상의 거리를 이격하여 화물을 적재함으로 불필요한 공간이 소요되며, 비어있는 공간은 선박 운항중 화물 쏠림 등의 위험성이 내포되어 있다. 외항화물선의 경우에는 선박좌우 빈공간 없이 화물을 적재, 고박하여 운항하고 있다. 이외에도 한국선급에서 승인하는 도면대로만 화물을 적재하여야 하며, 장축화물의 가로적재 불가 등의 규정은 획일화된 제품이 아닌 다양한 제품을 취급하는 연안화물 실정에 맞지 않아 운송에 많은 제약요인으로 작용하고 있어 제도적인 보완이 필요하다. 2) 카페리 화물선사의 경우 임시승선자 제도에 의해 선원외 여객인원 12인 이내에서만 승선이 가능하여 화물관리 및 유치에 애로사항이 발생하고 있다. 냉장, 냉동 제품 및 위험물 취급 차량의 경우 화물을 관리하는 기사가 차량과 같이 승선을 해야 화물 관리가 가능한데, 현행과 같이 승선인원을 12인으로 제한을 두어 화물과 기사가 따로 떨어서 이동할 경우 화물 관리에 어려움이 발생하고 있는 실정이다. 3) 연안화물선의 경우 외항선이나, 연안여객선에 비해 우선순위 및 중요도 순위에서 상대적으로 열위에 있다. 또한 부두접안시설이 열악하고 고정선석이 배정되지 않아 운영상 어려움을 겪고 있다. 4) 연안여객선의 경우 면세유 공급에 따른 세제 절감효과로 선박운영에 지원을 받고 있으나, 화물선의 경우 면세 대상에서 제외되어 있다. 또한 IMO 협약에 의한 환경규제로 2020년부터 저유황유를 공급받아 선박운항을 해야 할 경우 선사의 부담은 더 커질 것이므로 정책적 지원이 필요한 실정이다. 상기와 같은 어려움은 제도개선과 연구용역을 통해 해결하려 노력중이나(화물고박지침, 임시승선자 제도) 유의미한 결론 및 정책이 입안되기까지 상당한 시일이 소요될 것으로 판단된다. 내항 화물선시장의 활성화 방안으로 물류시스템 고도화를 통한 실시간 화물위치확인, 화주에게 Door to Door 서비스를 제공하여 중복 물류비를 절감하고 선사 자율적으로 선제적 선복량을 조절을 통한 운임경쟁력을 확보하는 방안이 있다. 또한 상향하는 환경규제에 맞는 친환경 고속선 도입으로 신규화물 수요를 개척할 수 있다.제1장 서 론 1 제1절 연구의 배경과 필요성 1 제2절 연구의 목적 2 제3절 연구의 방법과 내용 2 제2장 우리나라 내항화물선 업체 운영현황과 시장규모 5 제1절 일반현황 5 1. 지역별 업체수․선박척수․총톤수 5 2. 선종별 선령 및 총톤수 현황 6 제2절 운영현황과 시장규모 8 1. 선종별 자본금 규모 8 2. 선종별 매출액 규모 9 3. 총톤수기준 시장규모(외항산업과 비교) 9 4. 주요 운송업과 매출규모 비교 11 제3절 내항화물선 BCG분석 12 1. 국내 운송업시장 BCG분석 12 2. 내항화물선 선종별 BCG분석 13 3. 내항화물선산업 SWOT분석과 활성화전략 도출 15 4. SWOT분석을 통한 전략대안 도출 21 제3장 이론적 배경과 선행연구 고찰 23 제1절 수익성과 재무구조 관련 기업가치이론 23 제2절 선행연구 고찰 28 제3절 본 연구 관련변수의 이론적 근거와 의미 33 1. 경제적 부가가치(EVA)와 투자수익률(ROIC)의 의미와 중요성 33 2. 경제적 부가가치(EVA)와 투자수익률(ROIC)의 산출 34 3. 경제적 부가가치(EVA)와 투자수익률(ROIC)의 유용성 36 제4장 내항화물선 S사의 경영실태분석과 진단 39 제1절 경영실태분석과 진단 39 1. 재무상태 구조분석 39 2. 손익 구조분석 42 3. 운항수지 분석 45 4. 수익성 분석 49 5. 유동성 및 재무안정성 분석 50 6. 자산․자본 효율성 분석 52 7. 성장성 분석 53 8. 생산성 분석 54 9. 경영분석 진단 요약 55 제5장 내항화물선 투자수익률 영향분석 57 제1절 연구설계와 연구가설 설정 57 1. 연구모형과 연구변수 57 2. 연구가설 59 제2절 연구방법과 가설검정모형 60 제3절 분석결과와 가설검정 62 1. 최소자승 패널모형(OLS) 분석결과 62 2. 고정효과 패널모형(FE) 분석결과 65 3. 확률효과(Random Effect) 패널모형(RE) 분석결과 67 4. 분석결과의 요약 70 제6장 결 론 71 제1절 연구결과의 요약 71 제2절 연구결과의 시사점과 공헌 72 제3절 연구의 한계점 및 향후 연구방향 75 참고 문헌 76 76 79Maste

Color Image Enhancement Based on Adaptive Windowing

Maste

서울市 老年人口와 老人亭 施設 分布에 對한 考察

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :사회교육과 지리전공,1997.Maste

An Economic Analysis of Load Leveling with Battery Energy Storage Systems(BESS) in an Electricity Market Environment : The Korean Case

학위논문 (박사) -- 서울대학교 대학원 : 공과대학 전기·컴퓨터공학부, 2021. 2. 윤용태.Recently, there has been a significant global increase of renewable energy sources(RES) due to their carbon-reducing attributes compared to the traditional generation sources. However, since the power outputs of RESs, such as wind or solar, are variable, intermittent, and uncertain, it may pose a threat to the reliability of power systems if the traditional generation sources are unable to compensate for the rapid changes of the RESs outputs. In order to cope with the inherent characteristics of RESs, battery energy storage system(BESS) has been introduced to the power systems as a solution. Currently, there is an ongoing global effort to increase the integration of BESSs to power systems both in distribution and transmission scales, and it is also expected that the BESSs will act as a relief for the insecurity and instability of the power systems caused by RESs in South Korea. One of the major decision factor affecting integration of the BESS to power systems is its economic feasibility. Up until now, various researches have been conducted to analyze the economic feasibility of BESS for various applications in power systems, which can be categorized as follows: BESS operation strategy and size optimization while maximizing the net present value of integrated RESs BESS operation strategy optimization considering dynamic electricity pricing environment BESS bidding strategy optimization in wholesale power markets BESS peak shaving effect analysis under real-time electricity pricing environment Among various applications, economic and technical aspects of BESS for load leveling is analyzed since it is one of the major applications for RES integration in South Korea, and to aid in the decision making process of the policymakers. In this thesis, economic feasibility and technical effect of BESS for load leveling is analyzed under Korean power market/system environment, while varying the size of BESS. Aforementioned literatures do not take into account the changes in electricity prices when charge/discharge amount of BESS varies. Considering the widespread roll-out of BESS in the near future, the relationship between BESS charge/discharge amount and electricity price should be analyzed. Furthermore, in previous literatures, electricity price only is modeled as a function of total generation amount. However, under competitive market environments, electricity price may be significantly affected by the bidding strategy of market participants. Therefore, more precise modeling of the electricity price function is necessary. To overcome the limitations of previous literatures, in this thesis, electricity price function is modeled considering the charge/discharge amount of BESS. Furthermore, to account for bidding strategies of the market participants, real-time data of Korea Power Exchange(KPX) has been used to reflect the relationship between load and electricity price as a polynomial function.탄소 배출량 저감에 대한 전 세계적인 환경적 요구로 인해 탄소 배출이 기존 발전원 대비 상당히 적은 신재생 에너지 발전원의 확대가 급속도로 이루어지고 있으며, 이에 따라 국내에서도 신재생 에너지원에 대한 투자가 빠르게 증가하고 있다. 그러나 이러한 신재생 에너지원은 변동성(Variability), 간헐성(Intermittency), 불확실성(Uncertainty)이 존재하기 때문에 전력계통 연계에 단점을 지니고 있다. 즉, 태양광과 풍력으로 대표되는 신재생 에너지는 기상조건에 영향을 받기 때문에 발전량이 간헐적이며 발전량의 변동성이 높다. 또한 기상조건은 정확하게 예측하기 어렵기 때문에 불확실성 역시 높다. 신재생 에너지 발전량이 간헐적이고 변동성이 크며 예측이 어려울수록, 전체 수요와 공급을 맞추기 위해 이를 뒷받침해주는 나머지 발전원들의 발전량도 같이 급격히 변화해야 한다. 이렇게 되면 전력계통 안정성에 큰 부담이 될 뿐 아니라 심각한 경우 전력계통이 붕괴될 수도 있다. 이 단점에 대한 방안으로 BESS(Battery Energy Storage System)의 도입이 제시되고 있다. BESS가 도입되면 신재생 에너지원의 전력계통 연계에 발생하는 단점인 변동성(Variability), 간헐성(Intermittency), 불확실성(Uncertainty)이 극복될 수 있기 때문이다. 이러한 이유로 인해 BESS를 소규모 뿐 아니라 발전원 단위의 대규모로 도입하려는 시도들이 전 세계적으로 상당히 많이 이루어지고 있으며, 국내에서도ii BESS의 도입이 신재생 에너지의 확대로 인한 전력계통의 불안정성을 해소시켜줄 것이라고 기대되고 있다. 신재생 에너지가 확대 및 보급됨에 따라 전력계통의 신뢰성 및 안정성 측면에서 각광받고 있는 BESS 도입에 대해 경제적 타당성(Economic feasibility)을 따져보는 것은 BESS 관련 정책 결정에 있어서 주요 고려 사항이 된다. BESS는 전력계통 내에서 다양한 목적으로 활용될 수 있는데, 여러 목적으로 활용되는 BESS의 경제적 타당성(Economic feasibility)을 따지는 선행 연구들이 있다. 계통 연계 신재생 에너지의 순현재가치를 최대화하고 총 비용을 최소화하는 BESS의 충방전 전략을 BESS 크기와 연관시켜 분석하는 연구, 전력 가격이 동적으로 변화하는 환경에서 BESS의 용량을 정해 놓고 비용 최소화를 위한 BESS의 운영 전략 기법을 제시하는 연구, 전력 시장에서의 입찰 전략을 활용하여 BESS 사업자의 이익을 증가시키는 방법을 제시한 연구, 실시간 전력 요금제 환경에서 BESS를 활용한 첨두 부하 저감(Peak shaving)에 대한 경제적 효과를 분석한 연구 등이 있다. 본 논문에서는 BESS 활용의 여러 목적 중 부하 평준화(Load Leveling)의 용도로 활용될 때 얼만큼 평준화 효과가 있는지, 또 경제적 효과가 있는지, BESS의 크기에 따라서 그것들이 어떻게 변화하는지를 다룬다. 그 이유는 신재생 에너지가 확대 보급되는 상황에서 이를 연계할 BESS를 부하 평준화 수단으로써 활용하는 것이 현재 국내 주요 이슈이며, 이에 대한 효과 및 경제성 분석은 본 논문이 분석 대상으로iii 삼고 있는 범위에 한정하여 정부의 BESS 관련 정책 결정에 도움이 되는 일부 가이드라인을 제시할 수 있기 때문이다. 다시 자세히 기술하면, BESS가 부하 평준화 목적으로 활용될 때, BESS의 크기에 따른 부하 평준화 효과와 전력 판매업자 관점의 전력 구매 비용에 대한 경제적 효과를 정량적으로 분석한다. 위에서 언급한, BESS의 다양한 용도에 대한 경제성을 분석한 선행 연구들은 BESS의 충방전량에 따라 전력 가격이 변화하는 현상을 고려하지 않고 있다. 향후 전력계통 내 BESS의 보급이 확산될 것을 고려할 때, BESS의 충방전이 전력 판매업자의 전력 구매 가격 변화에 미치는 영향을 결코 무시할 수 없다. 또한 선행 연구들에서는 전력 가격을 단지 발전량의 함수로만 간주한다. 그러나 경쟁 시장 환경 하에서 전력 판매업자의 전력 구매 가격은 발전량의 함수로만 결정되는 것이 아니며, 전력 시장 참여자들 간의 입찰 전략이 영향을 크게 미치게 된다. 본 논문에서는 위에서 언급한 기존의 관련 연구들의 단점을 극복하기 위해 전력 도매 시장에서 결정되는 전력 구매 가격이 BESS의 충방전량에 따라 변화하도록 모델링하였으며, 단지 발전량의 함수로 가정하지 않고 전력 시장에서의 입찰 전략에 따라 가격이 변화하는 현상을 포함시키기 위해 한국 전력거래소(KPX, Korea Power eXchange)의 실 데이터를 기반으로 부하와 전력가격 간의 관계를 다항 함수로 회귀하여 활용하였다.제 1 장 서 론 ........................................................................................1 제 1 절 연구의 배경 ................................................................................1 제 2 절 연구의 내용 ................................................................................6 제 3 절 논문의 구성 ..............................................................................11 제 4 절 논문에서 사용된 파라미터 및 용어 정의...........................12 제 2 장 관련 기존 연구들 ......................................................................14 제 1 절 BESS의 다양한 활용에 대한 경제성 분석 연구...............14 제 2 절 BESS의 부하 평준화 활용에 대한 경제성 분석 연구.....25 제 3 장 한국 전력 시장 ..........................................................................33 제 4 장 BESS를 활용한 부하 평준화 모델링.....................................35 제 1 절 BESS를 통한 부하 평준화 모델링 및 목적함수...............35 제 2 절 BESS를 통한 부하 평준화 모델링 및 제약조건...............37 제 5 장 전력 가격 함수 모델링 ............................................................42 제 1 절 다항 회귀 기법을 이용한 전력 가격 추정 모델링...........42 제 2 절 다항 회귀 차수 결정 방법.....................................................43 제 6 장 사례 연구 설명 ..........................................................................46 제 1 절 부하평준화 목적으로 활용되는 BESS의 경제성 분석.....46 제 2 절 비용최소화 목적으로 활용되는 BESS의 효과 분석.........47 제 3 절 BESS의 경제성 분석 시뮬레이션 데이터 처리.................48 제 7 장 사례 연구 결과 ..........................................................................56 제 1 절 BESS를 활용한 부하 평준화 효과.......................................56 제 2 절 다항회귀기법을 이용한 전력가격 추정 및 결과 분석.....62 제 3 절 BESS를 활용한 부하 평준화의 경제성 분석.....................85 제 4 절 BESS를 활용한 비용 최소화의 효과 분석.........................91 제 8 장 연구 결과에 의거한 결론 ........................................................95 제 9 장 본 연구의 한계점 및 향후 연구 방향 ..................................99 참고 문헌 ..................................................................................................106 Abstract...................................................................................................... 111Docto