마이크로그리드 사이트와 수요반응의 긴밀한 연계 필요
마이크로그리드 사업은 2015년까지 아시아·태평양 지역을 중심으로 크게 성장할 전망이며, 수요반응사업(DR) 시장 또한 꾸준한 성장이 예상되고 있다. 여기서는 마이크로그리드에 적용되는 DR의 주요 기술과 운영 사례에 대해 김진철 한전KDN 전력IT연구원이 발표한 내용을 요약했다.
마이크로그리드 사업은 2015년까지 아시아·태평양 지역을 중심으로 크게 성장할 전망이며, 수요반응사업(DR) 시장 또한 꾸준한 성장이 예상되고 있다.
미 연방에너지규제위원회는 DR(Demand Response, 수요반응)을 전기 소비자가 전기 소비 절감에 따른 인센티브 또는 시간대별 전기 요금제도 등의 유인 동기에 반응해, 자신의 평상시 전기 사용 소비 패턴을 변경하는 것이라고 정의하고 있다.
전력회사는 예비력의 부족 등 전력 계통 신뢰도 저하 혹은 시장가격 급등 예상 시, 피크전력이 감소하는 방향으로 소비자의 수요반응을 유도해 신뢰도를 개선하고 전력 구입비를 절감할 수 있다.
또한, 전기 소비자 입장에서는 전기요금이 비싼 시간대를 피해 전기를 사용함으로써, 전력회사로부터 인센티브를 받을 수 있다.
DR 프로그램 종류
DR은 크게 가격 기반 DR과 인센티브 기반 DR로 나뉜다. 가격 기반 DR은 소비자가 지불하는 전력 가격을 시간별로 차등 적용하고, 이에 소비자가 반응해 전력의 사용 패턴을 변화시키는 방식이다.
가격 기반 DR의 요금제는 세 가지로 나뉜다.
계시별 요금제(TOU, Time of Use Pricing)는 시간대별로 미리 정해진 단위 요금을 적용하는 방식이다. 인프라 투자가 다른 요금제에 비해 작고 소비자가 쉽게 알 수 있다는 장점이 있는 반면, 전력 시장 상황을 실시간으로 반영하지 못한다는 단점이 있다.
다음은 피크 요금제(CPP, Critical Peak Pricing)로, 전력 계통의 신뢰도에 문제가 있거나 도매가격 급등 시, 공급자가 피크 요율을 적용할 수 있는 요금제다. 비교적 확실한 전력 수요 감축이 가능하지만, 자동화된 수요 반응 기기 등이 필요하다는 한계가 존재한다.
마지막은 실시간 요금제(RTP, Real Time Pricing)다. 실시간으로 결정되는 전력 시장의 도매요금을 반영한 요금제로, 전력 시장의 상황을 그대로 반영한다. 하지만 일반 소비자의 경우 전력 가격의 실시간 모니터링이 불가능하다는 문제가 있다.
인센티브 기반 DR은 전력 공급자 또는 전력 시스템 운영자에 의해 운용되는 제도로, DR 프로그램에 참여할 소비자를 미리 모집해, 필요할 경우 참여자로 하여금 전력 사용을 줄이게 하고 이에 대한 인센티브를 제공한다.
만약 참여자가 미리 약속한 전력 부하를 줄이지 못하면 패널티를 지불해야 한다. 때문에 일반 소비자보다는 일정 용량 이상을 사용하는 C&I 고객을 주 대상으로 한다.
인센티브 기반 DR에는 여섯 가지의 프로그램이 있다.
직접 부하 제어(Direct Load Control)는 전력 계통 신뢰도 및 안정성에 문제가 발생할 경우, 단기 통보를 통해 원격으로 참여자의 부하를 차단하고 이에 대한 인센티브를 지불하는 프로그램이다.
다음은 차단 가능 서비스(Interruptible/Curtailable Service)로, 전력 계통의 상정 사고 동안 부하를 절감하는 대신 요금을 감면하거나 보상금을 지급한다.
세 번째는 수요 입찰(Demand Bidding)로, 부하를 절감하는 참여자가 절감 시 지급받기 원하는 가격과 절감 가능 부하량을 낙찰 받는 프로그램이다.
네 번째는 최대 수요 시간에 부하를 줄인 고객에게 인센티브를 제공하는 비상시 DR(Emergency Demand Response)이다.
다음은 용량 시장(Capacity Market)이다. 이는 보험 개념의 서비스로, 일정 용량을 필요 시에 줄일 수 있도록 하는 프로그램이며, 실제 이벤트가 발생하지 않아도 비용을 지불해야 한다.
마지막으로 보조 서비스 시장에 부하 절감을 입찰하는 보조 서비스(Ancillary Service) 프로그램이 있다.
국외 표준 및 기술 동향
DR과 관련해 사실상의 표준으로 통용되고 있는 것은 Open ADR(Open Automated Demand Response)이다. Open ADR은 C&I 에너지 관리 시스템 또는 가정용 전력 수요 컨트롤 시스템을 이용해 자동화된 DR을 구현하기 위한 통신 규격으로, 35개 이상의 업체들이 Open ADR 신호 체계에 따르는 제품을 개발 혹은 시판하고 있다.
DR을 구동하기 위해서는 C&I 사업자의 설비를 자동으로 DR 프로그램에 참여시킬 방안이 필요하다.
기존의 전화나 이메일 등의 수단으로는 빠르고 신뢰성 있는 결과를 얻을 수 없기 때문이다.
또한, 기존 설비 제어 장치를 최대한 이용할 수 있도록 설계해야 하며, DR 신호의 생성과 수신 등이 명확해야 하고, DR 중계자의 역할을 확실히 할 필요가 있다. 중계 시스템을 통한 DR 신호 전달 방식은 그림 1과 같다.
그림 1. 중계 시스템을 통한 DR 신호 전달 방식
국외 DR 운영 사례를 살펴보면, 우선 미국의 SCE가 전자식 전력량계 사용자들을 위해 AMI와 DR을 연계한 서비스를 운영하고 있다.
SCE는 고객에게 적합한 프로그램을 다양하게 준비해 고객들이 원하는 DR 프로그램을 자유롭게 선택하고 활용할 수 있도록 했다.
미국의 PG&E 또한 SmartMeter™라는 AMI 인프라를 통해 DR과 에너지 관리가 가능한 수용가를 대상으로 수요반응 프로그램과 에너지 절감 프로그램을 등록·관리하고 있다.
PG&E의 수요반응 프로그램은 주거용, 상업용, 산업용, 농사용 고객을 위해 다양한 종류로 나뉜다. 하지만 2010년도 시행 결과를 보면 아직까지 가시적인 경제적 효과는 나타나지 않는 것으로 나타났다.
미국은 또한, 북미 대정전 이후 전력 공급의 신뢰성 및 안전도를 확보하기 위한 연구인 ‘MG 프로젝트’를 진행했다. 기존 전력 계통에 마이크로그리드를 광역으로 연계해 테러 등의 비상 사태 발생 시에도 전력 공급을 유지하기 위해서다.
이를 위해 2008년부터 DOE(미국 에너지부, Department of Energy)에서 8개의 프로젝트에 5,500만 달러를 투자해 실증 단지를 구축한 바 있다.
EU는 업계, 전력회사, 연구소 등 100여 개의 단체가 참여해 그리스, 스페인, 독일 등 8개의 마이크로그리드 실증 시험 시스템을 운영하는 ‘R&D Cluster, Integration of RES＋DG’를 구성했다. 또한, 마이크로그리드 보급을 위한 네트워크 디자인과 제어 전략의 대안을 개발하는 ‘More 프로젝트’를 진행했다.
국내 마이크로그리드 운영 사례
국내 마이크로그리드 사업은 DG 확대 수용을 위한 투자 재원이 제도화되고 있으며, 디젤발전기 위주의 도서 지역 전력 공급 시스템에서 신재생에너지 기반의 고립 지역 전력 공급 시스템으로 변화하고 있다. 또한, 분산자원의 통합 운영을 통해 배전망의 안정화, 효율화 및 공급 신뢰도 향상을 꾀하고 있다.
국내 마이크로그리드 실증 사이트는 독립형과 능동배전망 및 연계형으로 나뉜다. 독립형 마이크로그리드 실증 사이트는 전남 진도군의 가사도에 구축되었다.
발전연료비 연간 50% 절감, 신재생에너지 도입율 평균 부하 대비 100%, 상시 전압·주파수 유지율 99% 등을 실증 목표로 한다.
능동배전망 및 연계형 마이크로 그리드는 신안지사에서 관할하고 있다. 암자, 비도, 장하·신안 파워, 해오름에 안좌변전소가 설치되었다. 선로별 부하는 300kW∼7,000kW이며, 최대 부하는 21,000kW이다.
DMS 통합운영센터와 배전 기기 등이 추가로 설치되었으며, 선로가 보강된 바 있다. 능동배전망 및 연계형 실증 사이트는 신재생 수용율 200% 이상 증대를 목표로 한다.
또한, 적정 전압 유지율 95% 이상, 정전 시간 1분 이내, 마이크로그리드 독립 운전 최소 30분 이상 유지 등도 주요 목표다.
정리 이솔이 기자(npnted@hellot.net)
