분산자원 확대 따른 시장.계통 서비스 관련 연구 활발

<그림1></div> 배터리와 부하관리 조합에 의한 피크 절감(30%) 효과, Tiago Sousa.
<그림1> 배터리와 부하관리 조합에 의한 피크 절감(30%) 효과, Tiago Sousa.

분산자원의 확대에 따른 송전계통운영자(TSO)와 배전계통운영자(DSO) 간의 상호운영기술, 이를 활용한 시장 및 계통 서비스 등과 관련된 다양한 연구 결과가 제시됐다.

덴마크기술대학의 Tiago Sousa 박사는 ‘Provision of flexibility services through energy communities’라는 주제로 발표하면서 ‘에너지커뮤니티(Energy Communities)’를 통해 지역 내 개별 프로슈머를 시스템에 통합하고, 피크 절감(Peak Shaving), 전원 백업 등의 계통유연성 서비스를 제공해 분산자원의 확산과 계통혼잡을 방지하기 위한 방법론을 제시했다. 또 사례연구를 통해 에너지커뮤니티들이 이러한 서비스를 실제 계통에 제공할 수 있음을 확인했으며 이를 통한 지역 내 사회적 복지를 향상시켰다는 연구결과를 제시했다. 실제로 태양광 및 풍력 발전량이 적은 하계 평일 기간에 배터리와 부하관리(유연 부하)를 통합 운영한 서비스를 통해 피크부하를 약 30% 절감했다. 절감된 피크부하 중 약 80%는 부하관리를 통해 다른 시간대로 이전했으며, 나머지 20%는 배터리에 저장해 에너지로 공급했다. <그림1>

전 세계적으로 분산자원의 모델링 관련 연구는 빠르게 증가하고 있는 분산자원의 수만큼이나 다양하게 진행되고 있다. 미국의 경우 2023년까지 약 51GW의 분산자원이 설치될 것으로 예측되고 있으며, 현재의 추세대로 라면 전체 전력계통에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이러한 문제에 대응하기 위해 북미권에서는 정상상태와 동적상태에서의 분산자원 모델링과 관련된 다양한 연구가 진행되고 있다. 북미신뢰도위원회(NERC)의 Ryan Quint 박사는 다양한 분산자원의 확대에 따른 북미 전력계통의 신뢰도 문제를 해석하기 위한 분산자원 모델링 방안을 소개하고, 이 모델링을 활용해 미국 캘리포니아 지역에 대한 사례연구 결과를 발표했다.

미래의 분산자원 보급률 증가를 가정해 2020년 하계 피크에 대한 정상상태 및 동적 시뮬레이션을 수행하고, 분산자원 증감, 전압 트립, 유·무효전력 영향 등 민감도를 분석했다.

분산자원 최적화 관련 논의도 활발했는데 에너지저장장치를 활용한 연구가 가장 많았으며, 이외에도 기타 분산발전자원이나 전기자동차에 대한 연구들이 주를 이뤘다.

미국 EPRI의 Jouni Pappanen 박사는 미국 캘리포니아 남부지역의 분산자원 밀집 지역에 ESS가 설치됐을 때의 효과와 제공서비스 (역조류 제한, 전압조정 등) 등에 대해 발표했다. 발표에서 도매시장에 입찰하는 것이 ESS 운영자 입장에서는 큰 수익모델이 될 수 있으며, EPRI에서 보유하고 있는 StorageVET(Storage Value Estimation Tool) 등을 활용해 비용관점에서 ESS에 대한 투자여부와 가치를 판단했다. 하지만 이러한 결과가 유의미하기 위해서는 정확한 데이터를 활용한 시스템 모델링이 선행돼야 한다고 덧붙였다.

다음 그림에선 11.5MW의 태양광이 설치된 남부 캘리포니아의 한 계통을 대상으로 7개월간의 부하지속곡선으로, 약 40%의 기간에 7MW 이상의 역조류가 흐른 것으로 파악됐다. 이는 과도한 역조류에 의한 계통 영향에 대응하기 위해 태양광과 ESS가 통합 운영돼야 함을 시사하는 사례이다.

<그림2></div> 높은 태양광 보급에 의한 역조류 발생의 예, Jouni Pappanen.
<그림2> 높은 태양광 보급에 의한 역조류 발생의 예, Jouni Pappanen.

김동주 한전 전력연구원 연구원

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