(Enabling Distributed Generation and Demand Response With Enterprise Energy Management Systems)

Schneider Electric_Rene Jonker and Patrick Dijak
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개요

점진적인 전력수요 증가에 따라 에너지업계는 두가지 도전에 직면하게 됐다.
첫 번째 문제는 발전전력의 부족이다. 2011년이 되면 기존의 송전, 배전계통이 한계 상황에 봉착할 수 있다(미국의 예). 수요반응(Demand Response)을 통해 단기간(년간 20~100시간 정도)의 문제를 해결할 수는 있지만, 분산전원만이 발전전력의 부족 및 송배전 계통의 한계를 극복할 수 있는 유일한 방법이다. 수요반응 및 분산전원 프로그램은 EEM(Enterprise Energy Management)과 태양광발전, 풍력발전 등과 같은 대체에너지 분야의 기술적 진보에 의해 현실화 됐다.
그 다음 문제는 점차 많은 발전사업자가 시장에 참여하고, 에너지 거래가 더 많은 실시간 정보를 요구함에 따라 에너지 및 전기품질에 대한 분산처리방식의 모니터링 및 제어가 가장 중요한 요구사항으로 발전하고 있다. 또한 전력계통에 대한 에너지측면의 정보가 거의 빛과 같은 속도로 공유되고, 시장에 참여한 모든 사업자가 그에 상응하는 속도로
대응할 것을 요구하고 있다. 이것이 'Demand Response'를 가능케하고, ' Micro Grid'가 다수 포함된 'Smart Grid'의 요구사항이다.

The Drive Towards Distributed Generation

디지털 경제에의 대응, 환경 및 시장 자유화는 전력공급 사업자에게 요구되는 새로운 임무이다. 이 임무는 Local Food와 같이 수용가 근처에서 직접 전력을 생산, 공급하는 분산전원 또는 분산전원 시스템에 의해 제공될 수 있다. 분산전원은 특정 부하에 전력을 공급할 수도 있고, 계통에 연계해 지역 급전 또는 국가단위의 급전에 사용될 수 있다. 분산 전원 설비는 전력회사, 에너지 서비스 공급자, 최종 사용자 또는 독립적 발전사업자가 소유하거나 임대형태로 운영될 수 있다. 분산전원 기술의 사용화 및 점진적 보급 확대에 따라 에너지 판매 가격은 점차 경쟁력을 확보하고 있으며, 데이터 통신 및 제어와 관련된 기술은 점차 지능화 되고 있다.

1. Digital Economy
데이터센터, 콜 센터, 반도체 제조공장 및 컴퓨터 시스템으로 제어되는 디지털 경제 기반의 기업은 전력에너지 소비가 가장 급증하는 부분이다. 그런데 불행하게도 현재의 산업 기반은 이 분야에서 요구되는 전력의 양과 질을 모두 만족시키지 못한다. 이런 기업은 거의 100%의 가동률(Uptime or Reliability)을 요구하고 있지만 실제 전력회사에서는 99.9% 수준의 전력(99.9%의 가동률은 연간 8시간 정도의 정전을 의미)을 공급하고 있다. 신뢰도를 99.9% 이상 향상시키는 것은 매우 어려운 일이며 비용 또한 과다하게 소요된다. 왜냐하면 장거리 송전선로는 동물, 나무, 낙뢰 또는 다른 침입으로부터 완벽하게 보호될 수 없기 때문이다.
이런 형태의 외란(Disruption)에 대해 조명 시스템, 산업용 모터, 공조 시스템은 큰 피해를 보지 않지만, 디지털 경제 기반인 데이터 통신 그리고 점차 증가하고 있는 아날로그 경제 기반의 자산인 프로세스 제어 부분은 큰 영향을 받는다. 이제 99.9999%(6 Nine) 또는 99.9999999%(9 Nine)급의 신뢰도에 대한 기대감이 커지고 있지만, 이런 수준의 신뢰도 조건도 아주 민감하게 작동되는 프로세스 장비의 전력품질 신뢰도 수준에 비하면 충분하지 않다. 마이크로 프로세스 기반의 디바이스는 특히 Sag(순간 전압 강하), Swell(순간 전압상승), 스파이크(Spike) 또는 정전에 아주 민감하게 반응한다. 이런 전력품질 이벤트가 발생하면 데이터의 왜곡, 장비의 손상 및 프로세스의 가동 중지 등을 야기하기 때문이다.
전력품질을 관리하는 유일한 방법은 전압, 전류파형을 지속적으로 감시하고, 순간적인 이벤트 정보를 포착해 나중에 분석할 수 있도록 해주는 EEM 시스템을 활용하는 것이다.
최종 사용자와 직접 또는 단거리 송전선로를 통해 연결되는 분산전원은 '9 Nine'신뢰도를 확보하기 위한 근본적인 소스이다. EEM 시스템은 이런 분산전원의 운전 상황을 감시하고 제어하며, 실시간 발전과 소비에 관련된 데이터 통신을 담당한다. 또한 전력품질을 검증하고, 전력품질 이벤트의 근본 원인이 어디에 있는지 추적한다.
분산전원 설비는 또한 전력회사로부터 전력공급이 불충분한 경우에 대한 대책을 제공한다. 자체전력공급 수요는 급증하고 있다. 미국에서 인터넷은 전체 전력 수요의 10% 정도를 차지하고 있는데, 10년 후면 약 50% 정도를 차지할 것으로 전망된다. 아날로그 또는 디지털 경제 기반의 기업은 상시적으로 Supply Chain Management에 접속하기 위해 점점 더 인터넷에 의존하고 있다. 통신업체, 호텔, 데이터 센터 등의 전력밀도는 단위 면적(Square Foot) 당 100~150㎾에 육박하고 있으며, 가장 전력밀도가 높은 산업 분야의 2배 수준이다.
인터넷 의존도의 증가와 함께 에너지 비용이 증가한다. 대기업의 경우 이미 연간 수천만 달러의 전기에너지 비용을 지불하고 있다. 인터넷이 전력에너지의 10%를 사용한다는 것은 이미 무시할 수 없는 수준에 도달했음을 의미한다. 기업은 EEM을 사용해 부하상황(Load Profile)을 감시하고, 자체적으로 보유하고 있는 발전기(On-site Generator)를 피크부하 동안 운전하도록 제어함으로써 전력에너지 비용을 최소화 할 수 있다(<그림 1> 참조).

 

2. New Approach under Deregulation
전력시장 자유화(Deregulation)의 한 단면은 발전 및 송전사업자들이 전력부하 성장률이 불확실하거나, 경쟁이 계속 심화되고 있거나, 전력계통의 요구사항이 지속적으로 변동하고 있는 상황에서 투자위험을 감수하려 하지 않는다는 것이다. 부하 감축(Load Curtailment)은 이웃하는 발전사업자로부터 전력을 구매하든지, 추가적인 발전설비를 확보하는 것과 같이 높은 비용을 수반하는 것보다 항상 매력적인 대안으로 여겨졌다. 특히 건설하는 데 수년이 소요되는 반면에 완공 후에는 대부분 Idle 상태로 있게 되는 대형 발전설비의 경우와 비교하면 더욱 매력적인 방책이었다. 그런데 오늘날 급증하는 전력수요를 고려하면 앞서 언급한 부하 감축, 장기간의 건설이 소요되는 대형 발전설비의 건설과 같은 수단은 충분한 대안이 될 수 없다. 지난 10년간 캘리포니아의 전력수요가 거의 30% 정도 증가했지만 실제적인 발전설비의 신규 도입은 없었다. 뉴욕주의 전력수요는 지난 5년간 2,700㎿ 정도 증가했지만 발전설비는 겨우 1,060㎿ 정도 증가했다. 이런 이유로 최종 소비자 근처에 위치한 소형 규모의 분산전원에 대한 수요는 점차 증가하고 있다. 분산전원이 마이크로 그리드(Micro Grid)에 도입될수록 송전계통의 병목현상 해소 및 손실 감소에 기여할 것이다. 중앙집중식 발전의 경우 통상적인 발전효율과 송배전 손실률을 고려하면 원래 100%의 리소스가 보유한 에너지의 68% 정도가 사라지고, 최종 수용단계에서는 32% 정도만 사용된다. 역으로 생각하면 최종 소비자가 에너지 절약 및 효율적 사용을 통해 에너지를 1 unit 줄이면 발전에 소요되는 석탄, 석유와 같은 자원은 3 unit 덜 사용하게 되는 것이다. 산업용 또는 상업용 에너지 소비자 역시 마이크로 그리드의 출현에 기여하고 있다. 마이크로 그리드 내의 전력계통은 수십 개가 서로 연결된 발전설비로 구성된다. 각 설비의 감시, 스위칭 및 통신은 진보된 EEM 기술을 통해 가능하다. 마이크로 그리드는 특정 지역 내에 존재하는 수십 개의 발전소 내 각각의 발전기 출력을 하나로 묶어 가상의 전력회사(Utility)를 형성하여, 기존의 Utility와 연계 또는 소비자와의 연계를 통해 운전된다.

 

3. Environmental Concerns
대규모의 발전 및 송전 시스템을 건설하고자 하는 개발자(Developer)는 정부의 승인을 받거나 자기지역 내에 전통적인 발전소 건립을 반대하는 다양한 그룹을 설득하는 데 더 많은 비용이 수반됨을 알고 있다. 중앙 및 지방정부는 다양한 환경오염원에 대해 배출량 기준을 설정해 놓고 있으며, 대형 발전소에 대해서는 더 까다로운 규제를 하고 있다. 새로운 기준을 만족하도록 기존 발전설비에 대한 개수 및 보수를 하는 경우에도 그 비용은 경우에 따라 천문학적으로 소요된다. 소형 규모의 발전설비에 대한 승인 과정은 상대적으로 쉽다. 이미 정의된 배출량 기준을 만족하는 소형 발전설비는 승인과정이 필요 없으며, 배출량 허용 기준 또한 상당히 낮다.
태양광 발전 또는 연료전지 발전의 경우엔 오염물질 배출량이 거의 제로에 가깝다. 정부는 친환경적인 발전 소스의 개발을 독려하도록 재정적인 인센티브를 부여함과 동시에 오염원 배출이 많은 기존의 다른 발전설비에 대해서는 강력한 환경적 규제를 가함으로써 발전을 중단하도록 압력을 가하고 있다. 향후 수년간 오염원 배출이 많은 석탄 화력발전소는 문을 닫게 될 것이며, 이를 빨리 대체할 수 있는 유일한 수단이 분산전원이다.
결과적으로 작고, 깨끗하며, 경제적인 발전소가 기존의 크고, 상당한 투자가 소요되며, 오염원 배출이 많은 발전소를 대체할 것이다. 연료전지 발전, 태양광 발전, 마이크로 터빈 등과 같은 마이크로 발전소는 친환경적이며, 점차 감소 추세에 있는 건설비용 또한 이를 뒷받침한다. 이러한 마이크로 발전설비에 지능형 감시 및 제어 시스템을 결합하면 비용을 줄임과 동시에 전력계통에 미치는 환경적 영향을 상당부분 줄일 수 있다.

Real-Time Management of The Power Grid

전기에너지는 아주 독특한 특성을 갖고 있다. 저장할 수 없기 때문에 발전, 송배전 및 소비가 실시간으로 관리돼야 한다. 그렇지 않으면 가격 및 신뢰도는 극단적으로 불안정하게 된다. 지난 수년간 실시간 감시, 통신 및 제어기능은 주로 ISO(Independent System Operator) 및 RTO(Regional Transmission Organization) 레벨에서 발전설비에 대한 중앙집중제어의 목적으로 사용됐다. 이제 분산전원을 갖는 전력계통은 시장에 참여한 모든 사업자, 즉 ISO 레벨에서 최종 소비자에 이르는 모든 계층에게 도움을 줄 수 있으며, 가격을 안정화 시키며, 전체 전력계통의 안정도를 유지하는 데 도움이 되는 새로운 에너지관리 도구를 요구하고 있다.

1. Stabilizing Demand and Price
전력에너지 수급(Supply and Demand)상의 불균형은 기업의 운용에 악영향을 미치며 글로벌 경제시대에 경쟁력 악화를 초래한다. 뉴욕(NE ISO) 및 Pacific Northwest(PJM ISO)는 최근 수년간 최소의 예비 전력으로 운전하고 있으며, 캘리포니아(CalPx)는 산업 및 상업용 부하에 대한 부하 감축으로도 부족해 순차적인 제한송전을 한 것으로 보고하고 있다. 선물시장에서의 가격 또한 상당히 급변하여 피크 타임에는 천문학적인 가격을 기록하기도 했다(<그림 3> 참조).

 

1998년, 1999년의 여름 동안 미국의 어떤 지역에서는 ㎿h당 1,000~6,000달러에 거래됐는데 이는 정상 가격의 약 200배 수준이었다.
가장 큰 문제는 소비자가 시장에 참여할 수 없었다는 것이다. 경쟁적인 시장환경은 보통 생산과 소비 사이에 강력한 상호 작용을 요구한다. 그런데 전력 시장에서는 이런 경우가 없었다. 최근까지 소비자는 실시간 에너지 가격에 대응해 소비를 조절할 수 없었고, 그 결과 불필요한 에너지 가격 상승, 부하의 증가, 전력공급의 신뢰도 저하를 초래하게 된 것이다. 미국의 전력에너지 시장이 약 2,500억 달러임을 감안하면 이런 비효율 문제를 해결함으로써 얻을 수 있는 이득은 상당할 것이다.
이제 EEM 기술은 최종 소비자가 의사결정을 할 수 있도록 올바른 정보를 제공하고, 소비자의 의사결정이 제대로 발휘되도록 하는 실시간 도구를 제공하게 됐다. 전력회사로부터 부하 감축에 대한 협조 요청을 받기까지 기다리는 것이 아니라 실시간 시장 가격에 기초해 소비자가 직접 부하 감축을 결정하게 된다. 이러한 소비자의 행동은 결국 피크 타임대의 시장 가격을 낮춰주고, 그 시간대에 에너지를 구매하는 모든 사업 영역에 이득을 주게 된다. 최종 소비자가 스스로 전력수요를 줄일 수 있고, 에너지 가격 변동을 완화시킬 수 있기 때문에 효과적으로 전력 도매시장에 참여할 수 있다. 많은 ISO와 RTO가 수요반응(Demand Response) 프로그램을 통해 이런 전력 도매시장에 참여하고 있는데, 이 프로그램에서 부하 감축 Credit는 실시간 가격에 기초한다. 수요반응 프로그램은 통상 부하 감축량이 100㎾~5,000㎾ 이상인 고객을 대상으로 한다. 만약 소용량의 고객이 시장에 참여하고자 하는 경우에는 Energy Service Provider 또는 Load Aggregator를 통해 다른 소비자의 부하 감축량까지 함께 모아서 시장에 참여할 수 있다. 수요반응 프로
그램은 공급자 측면에서도 많은 이득을 준다. 미국연방에너지규제위원회(FERC : Federal Energy Regulatory Commission) 규칙에 의하면, 모든 ISO는 피크 시간대에 전력계통의 정상적인 운전이 유지되도록 적절한 예비력을 확보할 것을 요구하고 있다. 이러한 예비력은 순동 예비력 (Spinning Reserve) 또는 보조 예비력(Complementary Reserve : Online 또는 Idle Generator)의 형태, 다른 공급자와의 공급계약 형태, 수요반응 또는 부하감축 프로그램의 형태로 존재하게 된다.
순동 예비력 대신 수요반응을 선택함으로써 Regional Operator는 많은 돈을 절약할 수 있다. 예를 들어 뉴잉글랜드의 ISO는 3,500㎿의 발전설비를 확보해야 하는데, 약 3천만 달러 정도가 소요된다. 수요반응을 활용하면 이 비용을 줄일 수 있다.

2. Stabilizing The Grid
수요반응은 수요와 공급 간의 불균형을 해소하는 일시적인 조치이지만, 장기간의 지속적 솔루션을 위한 실시간 기반의 기술적 인프라 개발을 독려하고 있다. 분산전원은 일종의 예비력으로 미국 전력에너지 공급의 10%를 점유하고 있지만 향후 10년 후에는 30%까지 확대될 것이다.
분산전원에 대한 하나의 문제는 전력공급의 안정도이다. 역사적으로 전력회사는 ISO가 전력계통의 신뢰도 유지에 대한 책임을 갖고 있었지만, 수많은 독립적인 발전사업자가 기존 전력계통에 합류할 때 그들에게도 전력공급 신뢰도 유지에 관한 부담이 주어져야 한다. 이 분야에서 EEM 기술이 필요하다.
모든 공급(발전) 및 수요(부하)설비가 그 기능을 제대로 발휘해야 하고, 전압도 규정 전압 범위 내에서 유지돼야 한다(보통 ±5%). 에너지 사업이 재편되면서 전압제어가 점점 복잡해지고 있으며, 이에 대한 책임이 다수의 발전, 송전, 마케팅 및 규제 위원회에 분산되어 있다. 실시간 EEM 시스템은 무효전력(Inductor 또는 Capacitor : 에너지를 저장하
고, 그 에너지의 일부를 변환해 발전기 측으로 보내는 부하에 의해 낭비되는 전력)을 자동적으로 제어함으로써 전압을 제어할 수 있어야 한다. 거의 모든 전력 시스템 구성 요소 및 최종 소비자의 설비들(가공선로, 지중선로, 변압기, 모터, 형광등 등)은 Inductor 또는 Capacitor 부하이기 때문에 전력 시스템에서는 유효전력과 무효전력을 함께 공급해야
한다. 송전선이나 변압기는 제한된 양의 전류만 감당할 수 있기 때문에 무효전류의 증가는 전체 시스템의 용량을 떨어뜨린다. 대부분의 발전사업자는 무효전력을 최소화하여 최대한의 전력을 판매할 수 있기를 희망한다.
일반적으로 문제의 원인은 솔루션에 대한 힌트를 제공하기도 한다. 동일한 송전선로에서 Inductor와 Capacitor에 흐르는 전류의 방향은 정반대이다. 소비자는 보통 Capacitor를 설치해 Inductive Load로 인한 무효전력을 보상한다.
유틸리티는 Capacitor Bank, 동기 조상기(Synchronous Condensers), 발전기 등을 송배전선로 곳곳에 설치해 무효전력을 생성하거나 소비하도록 해 전압을 조정한다(V-Q Control). 송전계통에서 무효성분(Reactive Component)에 대한 요구사항은 부하의 레벨, 발전 패턴, 발전기 사고 또는 선로 사고 등과 같은 상정사고(Contingencies)에 따라 지속적으로 변화한다. 실시간 기반의 EEM 시스템은 이러한 무효성분의 부하를 실시간으로 제어해 소비자에게 영향을 끼치지 않도록 한다.
분산전원 역시 EEM이 필요하다. EEM을 통해 지속적으로 변화하는 조건에 대응하고 일정량의 무효전력을 공급해야 한다. 그렇지 않으면 전력계통에 전압 조정의 문제를 야기하기 때문이다.
그러나 풍력발전, 태양광발전과 같은 유도발전기(Induction Generator)는 무효전력을 소비하기만 할 뿐 공급하지는 않는다. 게다가 그 출력마저도 변동이 심하기 때문에 여기서 소비되는 무효전력 또한 변동이 심하다. 그래서 전력계통 시스템의 전압을 제어하기 위해, 계통으로부터 분리되어 무효전력 출력을 모의하게 된다. 이런 방법은 또한 발전기의 주파수를 계통의 주파수와 독립적으로 생각해 제어하는 데에도 사용되는데, 가스화력 발전기를 아주 빠른 속도로 운전시켜 태양광발전 시스템이 계속 DC 전류를 출력하도록 한다.
주파수 제어는 전력계통 안정도에 있어서 전압제어와 함께 아주 중요한 이슈다. 전력의 주파수는 규정전압(60㎐)에 아주 근접하게 유지돼야 한다. 작은 범위의 주파수 변동은 수요(발전)와 공급(부하)사이에 약간의 불균형이 있을 때 발생한다. 큰 변동폭을 갖는 주파수 변동은 대형 발전기에 갑작스런 고장이 발생한 경우 발생한다. 주파수 변동이 허용범위 내에 유지되기 위해서 분산전원이 수 초 내에 즉각적으로 반응해야 한다. 그렇지 않으면 소비자측에서 정전이 발생할 수도 있다.
궁극적으로 EEM 시스템은 전압 및 주파수를 제어하고, 보호협조 체계를 원활하게 해 고장을 제거하고, 예비 전력을 자동적으로 활성화함으로써 배전계통 전반에 걸쳐 계통이 안정화 되도록 한다.
모든 운전이 실시간으로 이루어지기 때문에 모든 EEM 디바이스는 인터넷, 무선망과 같은 공공 통신망에 직접 연결돼야 한다.

Deploying Real-Time Technologies and Distributed Intelligence

분산전원, 수요반응의 성공을 위한 가장 기본적인 요소는 실시간 데이터 수집 및 통신 뒤에 숨어있는 기술이다. EEM 시스템은 수천 개소에 실시간으로 현물시장(Spot Market) 가격 정보를 제공해야 하고, 수 초 내에 원격운전을 수행해야 하며, 0.5초의 정밀도를 갖는 범위 내에서 모든 이벤트 정보를 수집해야 한다. EEM 시스템은 운전자가 계통의 안정도를 유지하고 적절한 보상 또는 합리적인 페널티(Penalty)를 부과 받도록 도움을 줘야 하므로 수요반응에 참여한 부하 감축량은 얼마인지 그리고 분산전원의 발전량은 얼마인지 즉시 정확하게 알려줄 수 있어야 한다.
이러한 모든 활동을 수행하기 위해서는 지능적인 감시 및 제어용 디바이스가 계통 간의 연계 포인트(Inter-tie), 발전기 및 소비자 인입단(Customer Service Entrance)에 설치돼야 한다. 또한 ISO로부터 소비자에 이르는 모든 관제 및 추적용 단말기(Workstation)에는 EEM이 설치돼야 시스템 전체 또는 국부적인 상황 분석, 부하수집(Load Aggregation), 원격제어 및 보고가 가능해진다.
이런 하드웨어와 소프트웨어의 결합만이 다음에 언급하는 에너지 업계의 가장 중요한 4가지 요구사항을 만족할 수 있다.

⑴ High Accuracy
국제적으로 통용되는 Revenue Metering 정밀도 기준으로 만족해야 한다. 왜냐하면 규제위원회, ISO, 소비자로 하여금 정확한 이벤트의 순서를 증명하고, 최종적으로는 금전적인 거래가 이루어지도록 감사를 해야 하기 때문이다.
⑵ Reliability
전력계통에 외란(Disturbance) 또는 통신장애가 발생한 경우에도 지속적으로 동작하고 데이터를 보존할 수 있어야 하므로 산업체 최강의 하드웨어 플랫폼을 구비해야 한다. 따라서 IEC나 ANSI에서 Revenue Meter에 대해 규정하는 다양한 조건을 만족해야 한다.
⑶ Affordability
구매하고 유지하는 데 있어 경제성이 있어야 한다. 또한 각 디바이스의 지능을 최대화하고, 개별적인 부품의 수는 최소화 돼야 하며, 인터넷 무선 위성 통신망 등을 통해 쉽게 데이터에 접근할 수 있어야 한다.
⑷ Instant Communication
각 디바이스는 미리 정의되고 분석된 데이터 또는 원시 데이터를 공공 통신망을 통해 자동적으로 송신할 수 있어야 하고, 용량 변동에 쉽게 대응할 수 있도록 기존의 인터넷 인프라를 제대로 활용해야 한다. 각 디바이스는 다른 기기에 제어 신호를 직접 내보낼 수 있어야 하고 시장에 참여한 모든 관계자가 같은 정보를 공유하도록 동시 데이터 전송 기능을 갖추어야 한다.

위의 4가지 기준은 Load Profile을 제공하고, 전기품질 분석, 제어 및 다중 통신 포트 및 프로토콜을 갖는 지능적인 Power Meter를 사용할 것을 요구한다.
물론 PC, RTU, PLC, External Modem 등을 각 사이트에 설치해서 인터그레이션(Integration)함으로써, 위에 언급한 기술적인 성능을 달성할 수도 있겠지만 다수의 개별적인 디바이스를 구매해 설치, 유지하는 데 소요되는 비용이 더 높아진다.
게다가 각 디바이스를 연결하고, 전원을 공급하며, 부품을 교환하는 데 더 많은 노력이 필요하게 되며 어떤 부분에 문제가 발생한 경우 정확한 원인을 파악하고 처리하는 데 더 많은 시간이 필요하게 된다.
또한 어떤 부품은 전력품질 이벤트가 발생한 경우 고장날 가능성이 더 커지게 되어 전체적인 신뢰도는 떨어진다.
지능형 Power Meter는 방화벽(Firewall)이 구축된 환경에서도 동작해야 하는데, 이때 미터는 이메일 메시지를 보내든지 데이터를 웹 페이지에 직접 제공함으로써 World Wide한 데이터 접근과 기업의 안전도(Security) 기준을 만족하게 된다.
소프트웨어 측면의 가치와 신뢰도를 최적화하기 위해 Front Line에서 하드웨어적으로 멀리 떨어진 위치에 Workstation을 설치해 산업용 미터만이 연결되도록 해야 한다.
또한 분석 또는 제어 능력을 요하지 않고 단지 정보만 원하는 유저인 경우에는 특수한 EEM 소프트웨어를 설치할 필요는 없다. 이런 유저들은 웹 브라우저나 이메일을 활용해 데이터에 접근함으로써 업무를 처리할 수 있다.
전력공급 전(全)단계─ISO, Load Aggregator, 최종 소비자─에 걸쳐 존재하는 Operator와 같은 일반적인 유저에게는 EEM 소프트웨어가 탑재된 Workstation이 필요하다. Operator는 이를 활용해 기업 전반에 걸친 감시, 급전(Dispatching), 보고기능 등을 수행하게 된다. Command-and-Control 소프트웨어 또한 ODBC(Open Database Connectivity), MV-90과 같은 다양한 표준 및 프로토콜을 지원해 기업 전반에 걸쳐 데이터를 수집하고, 분석하며, 보고하고, 결정된 제어 활동을 지원하기 위해 필요하다.
전력계통의 일부로서 제 기능을 수행하기 위해 모든 분산전원은 감시, 제어 및 통신을 위한 Power Meter를 구비해야 한다. Power Meter는 분산전원 이 ISO, 배전회사 또는 유틸리티와 연계되는 지점에 설치되어 현 상황에 대한 지속적인 데이터를 보내줌으로써 분산전원이 현재 정상적으로 가동되고 있는지, 그 출력은 얼마인지, 계통에 미치는 영향은 없는지 등을 판단하도록 한다. Power Meter는 또 한 제어 명령을 받을 수 있어 고장이 발생한 경우 분산전원을 계통에서 빨리 분리하도록 한다.
수요반응 프로그램의 경우, 소비자 측에 설치된 EEM 소프트웨어는 전력 도매시장과 인터넷으로 연결되어 실시간 전력에너지 가격을 수집한다.
EEM 소프트웨어는 빌딩의 에너지 사용량, 제조 현장의 작업 일정 또는 하수처리 시설 등의 기능을 에너지 관련 데이터와 비교한다. 만약 전력에너지의 가격이 고객이 미리 설정해 놓은 임계값을 벗어날 것으로 예상되고, 생산되는 제품의 마진을 확보하는 차원에서 부하 감축이 유일한 수단인 것으로 판단되면 EEM 시스템은 Power Meter를 통해 에너지 가격이 임계값에 들어올 때까지 특정 설비의 스위치를 Off 하거나 현장에 설치된 발전기가 Startup 되도록 신호를 보낸다. Power Meter는 수요(Demand)가 떨어진 것을 ISO 또는 유틸리티 측에 보여주기 위해 실시간 데이터를 지속적으로 보낸다. ISO 또는 유틸리티 측에 설치되어 있는 EEM 시스템은 모든 수요반응 참여자들의 반응(Response : 부하 감축 활동에 참여)을 추적해 실제 감축된 양이 얼마인지 검증하고, 참여자들이 감축한 실적에 따라 적절하게 보상받도록 한다. EEM 소프트웨어는 수요반응을 고려한 전력요금 계산서를 자동 생성하는데, 참여 고객이 받을 수 있는 Credit 또는 Penalties를 함께 고려한다.
EEM 소프트웨어와 미터는 각 고객별 수요반응 전, 수요반응 동안, 수요반응 후의 부하 데이터와 고객이 얻게 되는 이득을 함께 계산해 웹 페이지를 자동업데이트 한다. ISO는 모든 부하 감축을 고려해 전체적인 실시간 비용 절감액을 계산한다.

 

수요반응이 아닌 일반적인 부하 감축 방법의 경우, 소비자보다는 유틸리티의 운용센터에서 전력에너지의 가격, 부하 감축 가능성, 현재 및 미래의 수요를 계속 모니터링 한다. 운용센터의 운전자는 이런 모니터링 요소 및 일간 적절한 시간대를 고려해 수요와 공급의 균형을 맞출 수 있는지를 결정한다. 만약 수급 불균형이 예상되는 경우에는 소프트웨어를 가동해 수 천 싸이트의 고객에게 메일 또는 수용가에 설치된 미터에 이 상황을 알려준다. 첫 번째 접촉 후 수 분 후에 고객은 미리 약정한 만큼의 부하를 감축해야 한다. 그렇지 않으면 더 비싼 가격을 감수하면서 전력에너지를 구매해야 한다. 각각의 미터는 부하 감축 요청기간 동안 얼마만큼의 에너지를 구매했는지 결정하기 위해 미터값을 보관한다. 미터는 또한 전력요금계산 및 전력품질 감시 목적의 정보를 지속적으로 저장한다. 부하 감축 시간대가 끝난 후 EEM 소프트웨어는 미터로부터 부하 감축량 및 전력요금 계산에 필요한 데이터를 입수해 데이터베이스에 저장한다(<그림 4> 참조).

마무리

우리는 발전과 배전에 있어 새로운 시대의 선단에 있다. 기업형 에너지관리 시스템 기술의 눈부신 발전과 분산전원의 발전은 전력계통 운전을 기본부터 변화시키고 있다. 발전부분만 중앙 집중에서 분산되는 것이 아니라 데이터 수집, 분석, 제어 및 통신과 같은 다른 기능도 함께 분산되고 있다. 디지털 경제는 고품질의 전력을 요구하기 때문에 분산전원을 촉진하는 요소 중 하나이다. 결국 디지털 경제는 통신을 더욱 원활하게 하고 지능을 마이크로 칩 단위에 부여함으로써 자신의 문제를 풀고 있다. 모든 시장 참여자들은 전력 사용량, 예비전력량, 비용 및 비용의 지불 문제 등을 감시하고 제어하기 위해 EEM을 필요로 하고 있다.

⑴ End-User
최종 소비자는 전 영역에 걸쳐 에너지 소비 패턴 및 전력품질 패턴을 이해하고 부하 감축 프로그램에 참여할 지 또는 분산전원으로 구성된 마이크로그리드에 참여할 지를 결정해야 한다.
⑵ Energy Service Provider
에너지 서비스 제공사업자는 수요반응에 참여할 고객을 모으고(Load Aggregation), 에너지를 도매가격으로 구매하거나, 고품질의 전력을 원하는 고객에게 분산전원을 제공하고자 한다.
⑶ Application Service Provider
응용 서비스 제공사업자는 유틸리티, 에너지 서비스 제공사업자 또는 최종 소비자의 발전 관련 자산을 원격에서 유지 보수하고 제어하고자 한다.
⑷ Power Producers and ISOs
발전사업자 또는 ISO는 수요와 공급의 불균형을 해결하기 위해 단기적으로는 수요반응을 도입하고, 장기적으로는 분산전원을 도입하고자 한다.
미래의 전력 시스템은 오늘날의 전력 시스템에 비해 많이 복잡해지지만 더 효율적일 것이다. 에너지 공급자는 물론 소비자에게도 같은 이점을 제공하기 위해 EEM 시스템 및 서비스 프로그램은 더욱 발전할 것이다.

 

Rene Jonker & Patrick Dijak 슈나이더 일렉트릭 캐나다에서 전력사업부문 디렉터로 근무하고 있으며, 기업 에너지관리(EEM) 솔루션 개발을 담당하고 있다.

 

마이크로 그리드(Micro-Grids) 재생 가능 에너지, 에너지 저장, 건물 통제 시스템, 지역화된 전기배전망 등의 집합체를 말한다. 예를 들어 산업단지 또는 대학 캠퍼스, 빌딩 등에서 자체적으로 태양 패널, 연료전지, 폐열발전기 등을 이용해 전력을 생산하고 저장하는 형태.

<Energy News>