KR102229751B1 - 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템 - Google Patents

축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

양열 기반 계간 축열조, 히트펌프 연계 축열조와 다양한 에너지 프로슈머 및 컨슈머로 구성되어 있는 마이크로 열 네트워크에서 프로슈머와 컨슈머간의 양방향 열거래를 가능하게 하는 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템이 제공된다. 본 발명의 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 방법은, 양방향 열거래 운영 시스템이, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하는 단계; 및 양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 단계;를 포함한다. 이에 의해, 열 에너지를 판매할 프로슈머가 축열조 허브에 판매할 에너지를 입력하고 열 에너지를 구매할 프로슈머가 축열조 허브에서 에너지를 출력하는 형태의 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지를 통해 네트워크에 연결되어 있는 프로슈머간의 열거래량의 계량과 거래 운영을 용이하게 수행할 수 있다.

Description

축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템{Two-way heat trading operating method and system between prosumer and consumer in a star topology thermal network centered on the storage tank hub}
본 발명은 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양열 기반 계간 축열조, 히트펌프 연계 축열조와 다양한 에너지 프로슈머 및 컨슈머로 구성되어 있는 마이크로 열 네트워크에서 프로슈머와 컨슈머간의 양방향 열거래를 가능하게 하는 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템에 관한 것이다.
종래의 열거래는 대형 열병합 또는 복합화력발전과 같은 대형 발전소를 보유하여 특정 지역을 대상으로 지역난방을 공급하고 있는 집단에너지 사업자간의 광역망 열거래가 대부분을 차지하고 있다.
따라서 다양한 분산열원(계간축열조, 마이크로 열병합, 히트펌프, 신재생에너지 배열, 열저장장치등)을 소유한 프로슈머(에너지 생산자이자 소비자)가 다수 분포되어 있는 마이크로 열 네트워크에서 이러한 프로슈머간의 양방향 P2P 열거래에 대한 운영 방법은 거의 전무한 상황이다.
이러한 마이크로 열 네트워크에서 프로슈머간의 정밀한 열거래 운영을 하기 위해서는 마이크로 열 네트워크에서 공급망을 따라 흐르는 공급수 온도와 동일한 온도를 가진 열을 프로슈머가 공급할 수 있는 설비를 갖추어야 하며 해당 프로슈머가 공급하는 열을 측정할 수 있는 열량계가 각 프로슈머의 공급단에 설치되어 있어야 한다.
그러나 기존의 열거래 방식은 아래의 그림과 같이 열 배관을 따라 한 방향으로 흐르는 열의 특성상 하나의 프로슈머가 열 네트워크에 연결 되어 있는 이웃한 프로슈머에게 열을 전달 할 경우 단 방향의 순열 조합만이 가능할 수 있는 구조이다.
도 1에서와 같이 순열 조합 형태의 프로슈머간 열거래에서 프로슈머 A는 프로슈머 B, C, D, E에게만, 프로슈머 B는 프로슈머 C, D, E에게만, 프로슈머 C는 프로슈머 D, E에게만 열을 전달할 수 있으며 마지막으로 프로슈머 D는 프로슈머 E에게만 열을 전달할 수 있는 구조이기 때문에, 열 네트워크에서의 프로슈머의 위치에 따라 열거래가 가능한 대상 프로슈머의 수가 정해지는 구조로 열 네트워크에 연결되어 있는 모든 프로슈머간의 양방향 열거래에 대한 제약이 발생한다.
따라서, 이러한 모든 프로슈머간의 양방향 열거래에 대한 제약을 극복하기 위한 방안의 모색이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 열 에너지를 입력 또는 출력할 수 있는 축열조 허브를 열 네트워크에 배치하여 열을 판매하고자 하는 프로슈머가 축열조에 열 에너지를 저장하도록 하고, 열을 구매하고자 하는 프로슈머가 축열조를 통해 열 에너지를 전달 받는 형태의 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지를 적용하여 열 네트워크에 연결되어 있는 모든 프로슈머간의 양방향 열거래가 가능하도록 하는 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른, 양방향 열거래 운영 방법은, 양방향 열거래 운영 시스템이, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하는 단계; 및 양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 단계;를 포함한다.
여기서, 열 네트워크는, 태양열 집열기로부터 수집된 열 에너지가 저장되어, 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되는 계간 축열조; 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브; 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머; 및 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머;를 포함할 수 있다.
그리고 프로슈머는, 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브로 보내며, 열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시킬 수 있다.
또한, 목적함수(Cost)는,
Figure 112020059313052-pat00001
가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산량이고,
Figure 112020059313052-pat00002
가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산 가격이며,
Figure 112020059313052-pat00003
가, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격이고,
Figure 112020059313052-pat00004
가, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프의 가동률이며,
Figure 112020059313052-pat00005
가, 승온용 히트 펌프의 소비전력이고,
Figure 112020059313052-pat00006
가, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률이며,
Figure 112020059313052-pat00007
가, 하수열원 히트 펌프의 소비전력이고,
Figure 112020059313052-pat00008
가, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프의 가동률이며,
Figure 112020059313052-pat00009
가, 지열원 히트 펌프의 소비전력인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 생성될 수 있다.
(수식 1)
Figure 112020059313052-pat00010
그리고 기설정된 제약 조건이 적용된 목적함수는,
Figure 112020059313052-pat00011
가, 제약 조건 위반 횟수인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 정의될 수 있다.
(수식 2)
Figure 112020059313052-pat00012
또한, 열 네트워크는, 기설정된 제약 조건 중 하나인 열 에너지 수요 불충족 조건에 따라 모든 타임 슬롯에서 저장된 열 에너지와 모든 열 에너지와 공급량의 합이 에너지 수요의 모든 합보다 크거나 같아야 하며, 열 에너지 수요 불충족 조건은,
Figure 112020059313052-pat00013
가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 에너지 수요이고,
Figure 112020059313052-pat00014
가, 타임슬롯 i에서 컨슈머 k의 열 에너지 수요이며,
Figure 112020059313052-pat00015
가, 승온용 히트 펌프의 정격출력이고,
Figure 112020059313052-pat00016
가, 하수열원 히트 펌프의 정격출력이며,
Figure 112020059313052-pat00017
가, 지열원 히트 펌프의 정격출력이고,
Figure 112020059313052-pat00018
가, 타임슬롯 i에서 태양열 집열기에서 생산한 열 에너지량이며,
Figure 112020059313052-pat00019
가, 타임슬롯 i에서 계간 축열조의 잔여 열 에너지이고,
Figure 112020059313052-pat00020
가, 타임슬롯 i에서 축열조 허브의 잔여 열 에너지인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 정의될 수 있다.
(수식 3)
Figure 112020059313052-pat00021
그리고 열 네트워크는, 기설정된 제약 조건 중 하나인 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건에 따라 프로슈머와 히트 펌프의 잉여 열 에너지가 축열조 허브에 저장될 때, 축열조 허브의 용량을 초과하면 안되며, 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 현재 축열조 허브에 저장된 열 에너지의 합 역시 축열조 허브의 용량을 초과하면 안되고, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건은,
Figure 112020059313052-pat00022
가, 축열조 허브의 열 에너지 용량인 경우, 하기 수식 4 내지 수식 5를 이용하여 정의될 수 있다.
(수식 4)
Figure 112020059313052-pat00023
(수식 5)
Figure 112020059313052-pat00024
또한, 축열조 허브와 계간 축열조의 열 에너지의 변화는, 프로슈머와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지의 합이 현재 열 에너지 수요보다 큰 경우, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건을 만족하면, 하기 수식 6 내지 7을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 6)
Figure 112020059313052-pat00025
(수식 7)
Figure 112020059313052-pat00026
그리고 축열조 허브와 계간 축열조의 열 에너지의 변화는, 히트 펌프와 프로슈머에서 생산된 열 에너지, 축열조 허브와 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지 및 계간 축열조의 열 에너지를 모두 사용해야 하는 경우, 하기 수식 8 내지 9를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 8)
Figure 112020059313052-pat00027
(수식 9)
Figure 112020059313052-pat00028
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 양방향 열거래 운영 시스템은, 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브; 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머; 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머; 및 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 양방향 열거래 운영 엔진;을 포함한다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른, 양방향 열거래 운영 방법은, 양방향 열거래 운영 시스템이, 프로슈머의 열거래 정보를 생성하는 단계; 양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하는 단계; 및 양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 양방향 열거래 운영 시스템은, 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브; 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머; 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머; 및 프로슈머의 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 양방향 열거래 운영 엔진;을 포함한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 열 에너지를 판매할 프로슈머가 축열조 허브에 판매할 에너지를 입력하고 열 에너지를 구매할 프로슈머가 축열조 허브에서 에너지를 출력하는 형태의 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지를 통해 네트워크에 연결되어 있는 프로슈머간의 열거래량의 계량과 거래 운영을 용이하게 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 태양열 집열기와 연계되어 있는 계간축열조를 열 네트워크의 에너지 공급원으로 활용함으로써, 축열조 허브의 저장 에너지가 충분하지 않을 경우 에너지 수급 밸런싱을 유지할 수 있는 보조적인 기능을 부과할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예들에 따르면, 히트펌프 연계형 축열조 허브를 제안함으로써, 네트워크에 연결되어 있는 컨슈머의 수요량 변화에 비용 최적화 측면을 고려한 히트펌프의 능동적 운영을 통해 축열조 허브에 열 에너지를 공급함으로써 계간축열조와 함께 에너지 수급 밸런싱을 유지할 수 있는 보조적인 기능을 부과할 수 있다.
도 1은, 기존의 순열 조합 형태의 프로슈머간 열거래 방법의 제공된 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 시스템의 설명에 제공된 도면,
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 엔진의 구성 설명에 제공된 도면,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로슈머의 열거래 정보의 설명에 제공된 도면, 그리고
도 5는, 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법의 설명에 제공된 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머(200)와 컨슈머(300)간 양방향 열거래 운영 시스템(이하에서는 '양방향 열거래 운영 시스템'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 엔진(100)의 구성 설명에 제공된 도면이며, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 프로슈머(200)의 열거래 정보의 설명에 제공된 도면이다.
본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템은, 열 에너지를 입력하고 출력할 수 있는 축열조 허브(600)를 열 네트워크에 배치하여 열을 판매하고자 하는 프로슈머(200)가 축열조에 열 에너지를 저장하고 열을 구매하고자 하는 프로슈머(200)가 축열조를 통해 열 에너지를 전달 받는 형태의 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지를 적용하여 열 네트워크에 연결되어 있는 모든 프로슈머(200)간의 양방향 열거래가 가능하도록 할 수 있다.
구체적으로, 양방향 열거래 운영 시스템은, 태양열 기반 계간 축열조(500), 히트펌프 연계 축열조 허브(600)와 다양한 에너지 프로슈머(200) 및 컨슈머(300)로 구성되어 있는 마이크로 열 네트워크에서 프로슈머(200)와 컨슈머(300)간 양방향 열거래를 하기 위해 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지를 적용하여, 기존 열 네트워크에의 열거래 제한 요인을 극복하여 열 네트워크에 존재하는 모든 프로슈머(200)간의 열거래가 가능하도록 하며 다음날 24시간에 대한 1시간 단위의 프로슈머(200)간의 열거래에 대해 거래 완료 시점에서의 총 비용 최적화 관점에서 운영할 수 있다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템은, 양방향 열거래 운영 엔진(100), 프로슈머(200), 컨슈머(300), 태양열 집열기(400), 계간 축열조(500), 축열조 허브(600), 승온용 히트 펌프(700), 하수열 히트 펌프(800) 및 지열원 히트 펌프(900)를 포함할 수 있다.
양방향 열거래 운영 엔진(100)은, 열 에너지를 입력하고 출력할 수 있는 축열조 허브(600)를 열 네트워크에 배치하여 열을 판매하고자 하는 프로슈머(200)가 축열조에 열 에너지를 저장하고 열을 구매하고자 하는 프로슈머(200)가 축열조를 통해 열 에너지를 전달 받는 형태의 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지를 적용하여 열 네트워크에 연결되어 있는 모든 프로슈머(200)간의 양방향 열거래가 가능하도록 하기 위한 제반사항을 처리할 수 있다.
구체적으로, 양방향 열거래 운영 엔진(100)은, 프로슈머(200)의 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 함으로써, 프로슈머(200)간 양방향 열거래가 가능하도록 할 수 있다.
프로슈머(200)는, 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자이다.
구체적으로, 프로슈머(200)는, 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브(600)로 보내며, 열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머(200)에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기(400)에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조(500)에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시키는 역할을 수행한다.
예를 들면, 본 실시예에 따른 열 네트워크에서는, 흡수식 히트 펌프를 이용하여 자가 열 생산이 가능한 고등학교가 프로슈머(200)로 설정될 수 있다.
컨슈머(300)는, 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행한다.
예를 들면, 본 실시예에 따른 열 네트워크에서는, 자가 열생산 능력이 없어 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 하는 경우의 도서관, 어린이집, 문화센터 또는 보건소 등이 컨슈머(300)로 설정될 수 있다.
태양열 집열기(400)는 열 에너지를 수집하기 위해 마련된다.
구체적으로, 태양열 집열기(400)는 진공관형 태양열 집열기(400) 또는 평판형 태양열 집열기(400)로 구현되어, 열 에너지를 생산하고, 생산된 열 에너지가 계간 축열조(500)에 저장되도록 할 수 있다.
계간 축열조(500)는, 수집된 열 에너지를 계간 축열조(500)에 저장하고, 저장된 열 에너지를 열 네트워크에 공급할 수 있다. 즉, 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지 구조에서의 계간 축열조(500)의 역할은, 태양열 집열기(400)를 통해 생산된 열 에너지를 저장하여 네트워크에 공급하는 것이다.
축열조 허브(600)는, 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머(200)의 잉여 열 에너지를 저장할 수 있다.
그리고 열 네트워크 상에서의 계간 축열조(500)의 운영 전략은 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되며 열 네트워크상의 프로슈머(200)의 에너지 구매는 축열조 허브(600)의 저장 에너지를 우선적으로 구매하게 되고 축열조 허브(600)의 저장 에너지가 충분하지 않을 경우에 계간 축열조(500)에 저장된 에너지를 구매하는 형태이다.
승온용 히트 펌프(700)는, 축열조 허브(600)와 연결되어 난방 열 에너지만을 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
하수열 히트 펌프(800)는, 축열조 허브(600)와 연결되어 하수열의 배열을 활용해 냉난방 에너지를 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
지열원 히트 펌프(900)는, 축열조 허브(600)와 연결되어 지열원을 이용해 냉난방 에너지를 공급하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 양방향 열거래 운영 엔진(100)은, 프로슈머(200)의 열 생산량과 열 에너지 수요의 차이 값이 포함된 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하기 위해, 통신부(110), 저장부(120) 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
통신부(110)는, 프로슈머(200)와 컨슈머(300)의 통신 수단 및 마이크로 열 네트워크 자원인 태양열 집열기(400), 계간 축열조(500), 축열조 허브(600), 승온용 히트 펌프(700), 하수열 히트 펌프(800) 및 지열원 히트 펌프(900)의 통신 수단과 연결되어, 프로세서(130)가 동작함에 있어 필요한 데이터들을 주고 받을 수 있으며, 저장부(120)는, 프로세서(130)가 동작함에 있어 필요한 프로그램 및 데이터를 저장하는 저장매체이다.
프로세서(130)는, 프로슈머(200)간 양방향 열거래가 가능하도록 하기 위해, 프로슈머(200)의 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는, 프로슈머(200)의 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 함으로써, 프로슈머(200)가 네트워크 내에서 공급자와 소비자의 역할을 동시에 수행하며 자신의 수요를 우선적으로 충족시키고 잉여 열 에너지가 발생하는 경우에만 해당 열 에너지를 네트워크에 공급하도록 할 수 있다.
이때, 현재 타임 슬롯에서의 열 네트워크가 필요로 하는 에너지는, 컨슈머(300)의 수요를 합한 것과 프로슈머(200)가 자신의 수요를 자신의 열 생산량으로 만족하지 못한 부족량들의 합이며, 프로세서(130)는, 이 수요가 우선 다른 프로슈머(200)의 잉여 열에너지와 히트 펌프가 생산한 열 에너지와 축열조 허브(600)에 저장된 열 에너지로 우선 충당되도록 할 수 있다.
그리고 프로세서(130)는, 나머지 부족분이 태양열 집열기(400)에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조(500)에 저장된 열 에너지가 소모되도록 하며, 만약 현재 타임 슬롯에서 프로슈머(200)와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지가 네트워크 내의 수요를 충족시키고 잉여 열 에너지가 발생하면 해당 열 에너지는 축열조 허브(600)에 저장되며, 이 때 태양열 집열기(400)를 통해서 생산된 열 에너지가 계간 축열조(500)에 저장되도록 할 수 있다.
구체적으로, 시간에 따른 각 프로슈머(200)의 열거래 정보는, 도 4에 예시된 바와 같이 생성될 수 있다.
여기서, 프로슈머(200)의 특정 타임슬롯에서 열 생산량에 열 에너지 수요량을 뺀 값을 열거래량이라 정의하고, 양수 값의 경우, 열 네트워크에 대한 열 에너지 공급을 의미하고, 음수 값의 경우, 열 에너지 수용을 의미한다.
그리고 목적함수(Cost)는, 하루 단위의 전체 에너지 비용을 최소화하는 것으로 설정되며, 프로슈머(200)와 컨슈머(300)의 열 에너지 수요를 전부 만족시키는 조건에서의 프로슈머(200)의 열 생산 비용과 히트 펌프 가동 비용을 합산하여 생성될 수 있다.
구체적으로, 목적함수는, 하기 수식 1을 이용하여 생성될 수 있다.
(수식 1)
Figure 112020059313052-pat00029
여기서, 각 모형 기호의 정의는 아래와 같다.
Figure 112020059313052-pat00030
는, 타임슬롯 i에서 프로슈머(200) j의 열 생산량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00031
는, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프(700)의 열 생산량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00032
는, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 열 생산량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00033
는, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프(900)의 열 생산량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00034
는, 타임슬롯 i에서 집열기(400)에서 생산한 열 에너지량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00035
는, 타임슬롯 i에서 프로슈머(200) j의 열 에너지 수요를 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00036
는, 타임슬롯 i에서 컨슈머(300) k의 열 에너지 수요를 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00037
는, 타임슬롯 i에서 계간 축열조(500)의 잔여 열 에너지를 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00038
는, 타임슬롯 i에서 축열조 허브(600)의 잔여 열 에너지를 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00039
는, 축열조 허브(600)의 열 에너지 용량을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00040
는, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프(700)의 가동률을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00041
는, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00042
는, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프(900)의 가동률을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00043
는, 승온용 히트 펌프(700)의 정격출력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00044
는, 하수열원 히트 펌프의 정격출력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00045
는, 지열원 히트 펌프(900)의 정격출력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00046
는, 승온용 히트 펌프(700)의 소비전력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00047
는, 하수열원 히트 펌프의 소비전력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00048
는, 지열원 히트 펌프(900)의 소비전력을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00049
는, 타임슬롯 i에서 프로슈머(200) j의 열 생산 가격을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00050
는, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격을 의미한다.
Figure 112020059313052-pat00051
는, 제약 조건 위반 횟수를 의미한다.
이때, 프로세서(130)는, 히트 펌프를 전체 가동 시켰을 경우와 모든 프로슈머(200)가 최대 열 생산을 했을 경우의 총 비용에 제약 조건 위반 횟수를 곱한 값을 실제 비용에 더해서 목적 함수를 설정할 수 있다.
즉, 프로세서(130)는, 열 생산 비용을 기반으로 기설정된 제약 조건을 적용하여 페널티를 합산한 목적함수를 하기 수식 2를 이용하여 정의되도록 할 수 있다.
(수식 2)
Figure 112020059313052-pat00052
여기서, 본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템에 의해 구성되는 열 네트워크는, 기설정된 제약 조건 중 하나인 열 에너지 수요 불충족 조건에 따라 모든 타임 슬롯에서 저장된 열 에너지와 모든 열 에너지와 공급량의 합이 에너지 수요의 모든 합보다 크거나 같아야 한다.
열 에너지 수요 불충족 조건은,
Figure 112020059313052-pat00053
가, 타임슬롯 i에서 프로슈머(200) j의 열 에너지 수요이고,
Figure 112020059313052-pat00054
가, 타임슬롯 i에서 컨슈머(300) k의 열 에너지 수요이며,
Figure 112020059313052-pat00055
가, 승온용 히트 펌프(700)의 정격출력이고,
Figure 112020059313052-pat00056
가, 하수열원 히트 펌프의 정격출력이며,
Figure 112020059313052-pat00057
가, 지열원 히트 펌프(900)의 정격출력이고,
Figure 112020059313052-pat00058
가, 타임슬롯 i에서 태양열 집열기(400)에서 생산한 열 에너지량이며,
Figure 112020059313052-pat00059
가, 타임슬롯 i에서 계간 축열조(500)의 잔여 열 에너지이고,
Figure 112020059313052-pat00060
가, 타임슬롯 i에서 축열조 허브(600)의 잔여 열 에너지인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 정의될 수 있다.
(수식 3)
Figure 112020059313052-pat00061
즉, 본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템에 의해 구성되는 열 네트워크는, 열 에너지 수요 불충족 조건에 따라 모든 타임 슬롯에서 프로슈머(200)와 컨슈머(300)의 열 에너지 수요의 합이 히트 펌프의 열 생산량, 프로슈머(200)의 열 생산량, 태양열 집열기(400)에서 수집된 열 에너지, 계간 축열조(500)와 축열조 허브(600)에 저장된 열에너지의 합을 초과해서는 안된다.
또한, 본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템에 의해 구성되는 열 네트워크는, 기설정된 제약 조건 중 하나인 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건에 따라 프로슈머(200)와 히트 펌프의 잉여 열 에너지가 축열조 허브(600)에 저장될 때, 축열조 허브(600)의 용량을 초과하면 안되며, 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 현재 축열조 허브(600)에 저장된 열 에너지의 합 역시 축열조 허브(600)의 용량을 초과하면 안된다.
이때, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건은,
Figure 112020059313052-pat00062
가, 축열조 허브(600)의 열 에너지 용량인 경우, 하기 수식 4 내지 수식 5를 이용하여 정의될 수 있다.
(수식 4)
Figure 112020059313052-pat00063
(수식 5)
Figure 112020059313052-pat00064
즉, 본 실시예에 따른 양방향 열거래 운영 시스템에 의해 구성되는 열 네트워크는, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건에 따라, 우선적으로 프로슈머(200)에서 생산된 열 에너지가 소모되고, 다음에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 축열조 허브(600)의 열 에너지를 소모되며, 이후 태양열 집열기(400)에서 생상된 열 에너지, 계간 축열조(500)에 저장된 열 에너지 순서로 소모된다.
만약 어떤 타임 슬롯에서 열 에너지의 수요가 프로슈머(200)에서 생산된 열 에너지와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지의 합보다 작은 경우, 잉여 열 에너지 중 태양열 집열기(400)의 열 에너지는 계간 축열조(500)에 그대로 저장되게 되며 프로슈머(200)와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지 중 잉여분은 축열조 허브(600)에 저장되게 된다.
그리고 프로슈머(200)와 히트 펌프의 잉여 열 에너지가 축열조 허브(600)에 저장될 때 축열조 허브(600)의 용량을 초과해서는 안되며, 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 현재 축열조 허브(600)에 저장된 열 에너지의 합 역시 축열조 허브(600)의 용량을 초과해서는 안된다.
이때, 축열조 허브(600)와 계간 축열조(500)의 열 에너지의 변화는, 프로슈머(200)와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지의 합이 현재 열 에너지 수요보다 큰 경우, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건을 만족하면, 하기 수식 6 내지 7을 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 6)
Figure 112020059313052-pat00065
(수식 7)
Figure 112020059313052-pat00066
다른 예를 들면, 축열조 허브(600)와 계간 축열조(500)의 열 에너지의 변화는, 히트 펌프와 프로슈머(200)에서 생산된 열 에너지, 축열조 허브(600)와 태양열 집열기(400)에서 생산된 열 에너지 및 계간 축열조(500)의 열 에너지를 모두 사용해야 하는 경우, 하기 수식 8 내지 9를 이용하여 산출될 수 있다.
(수식 8)
Figure 112020059313052-pat00067
(수식 9)
Figure 112020059313052-pat00068
도 5는, 양방향 열거래 운영 시스템을 이용하는 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머(200)와 컨슈머(300)간 양방향 열거래 운영 방법(이하에서는 '양방향 열거래 운영 방법'으로 총칭하기로 함)의 설명에 제공된 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 양방향 열거래 운영 방법은, 우선, 열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머(200)와 열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머(300)를 구성할 수 있다(S510).
그리고 양방향 열거래 운영 방법은, 프로슈머(200)와 컨슈머(300)가 구성되면, 마이크로 열 네트워크 자원인, 태양열 집열기(400), 계간 축열조(500), 축열조 허브(600), 승온용 히트 펌프(700), 하수열 히트 펌프(800) 및 지열원 히트 펌프(900) 등을 구성할 수 있다(S520).
양방향 열거래 운영 방법은, 프로슈머(200), 컨슈머(300) 및 마이크로 열 네트워크 자원들이 구성되면, 양방향 열거래 운영 엔진(100)을 이용하여, 프로슈머(200)의 열 생산량과 열 에너지 수요의 차이 값이 포함된 열거래 정보를 생성하고(S530), 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고(S540), 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 할 수 있다(S550).
이를 통해, 열 에너지를 판매할 프로슈머(200)가 축열조 허브(600)에 판매할 에너지를 입력하고 열 에너지를 구매할 프로슈머(200)가 축열조 허브(600)에서 에너지를 출력하는 형태의 축열조 허브(600) 중심의 스타 토폴로지를 통해 네트워크에 연결되어 있는 프로슈머(200)간의 열거래량의 계량과 거래 운영을 용이하게 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 장치와 방법의 기능을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 양방향 열거래 운영 엔진
110 : 통신부
120 : 저장부
130 : 프로세서
200 : 프로슈머
300 : 컨슈머
400 : 태양열 집열기(PVT, Photovoltaic/Thermal Solar System)
500 : 계간 축열조(STES, Seasonal Thermal Energy Storage)
600 : 축열조 허브
700 : 승온용 히트 펌프
800 : 하수열 히트 펌프
900 : 지열원 히트 펌프

Claims (12)

  1. 양방향 열거래 운영 시스템이, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하는 단계; 및
    양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 단계;를 포함하고,
    열 네트워크는,
    태양열 집열기로부터 수집된 열 에너지가 저장되어, 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되는 계간 축열조;
    심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브;
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머; 및
    열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머;를 포함하며,
    프로슈머는,
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브로 보내며,
    열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시키고,
    목적함수(Cost)는,
    Figure 112021026442713-pat00102
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산량이고,
    Figure 112021026442713-pat00103
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산 가격이며,
    Figure 112021026442713-pat00104
    가, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격이고,
    Figure 112021026442713-pat00105
    가, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00106
    가, 승온용 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00107
    가, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00108
    가, 하수열원 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00109
    가, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00110
    가, 지열원 히트 펌프의 소비전력인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 생성되고,
    (수식 1)
    Figure 112021026442713-pat00111

    기설정된 제약 조건이 적용된 목적함수는,
    Figure 112021026442713-pat00112
    가, 제약 조건 위반 횟수인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 2)
    Figure 112021026442713-pat00113

  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    열 네트워크는,
    기설정된 제약 조건 중 하나인 열 에너지 수요 불충족 조건에 따라 모든 타임 슬롯에서 저장된 열 에너지와 모든 열 에너지와 공급량의 합이 에너지 수요의 모든 합보다 크거나 같아야 하며,
    열 에너지 수요 불충족 조건은,
    Figure 112021026442713-pat00081
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 에너지 수요이고,
    Figure 112021026442713-pat00082
    가, 타임슬롯 i에서 컨슈머 k의 열 에너지 수요이며,
    Figure 112021026442713-pat00083
    가, 승온용 히트 펌프의 정격출력이고,
    Figure 112021026442713-pat00084
    가, 하수열원 히트 펌프의 정격출력이며,
    Figure 112021026442713-pat00085
    가, 지열원 히트 펌프의 정격출력이고,
    Figure 112021026442713-pat00086
    가, 타임슬롯 i에서 태양열 집열기에서 생산한 열 에너지량이며,
    Figure 112021026442713-pat00087
    가, 타임슬롯 i에서 계간 축열조의 잔여 열 에너지이고,
    Figure 112021026442713-pat00088
    가, 타임슬롯 i에서 축열조 허브의 잔여 열 에너지인 경우, 하기 수식 3을 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 3)
    Figure 112021026442713-pat00089

  7. 청구항 6에 있어서,
    열 네트워크는,
    기설정된 제약 조건 중 하나인 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건에 따라 프로슈머와 히트 펌프의 잉여 열 에너지가 축열조 허브에 저장될 때, 축열조 허브의 용량을 초과하면 안되며, 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 현재 축열조 허브에 저장된 열 에너지의 합 역시 축열조 허브의 용량을 초과하면 안되고,
    잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건은,
    Figure 112020059313052-pat00090
    가, 축열조 허브의 열 에너지 용량인 경우, 하기 수식 4 내지 수식 5를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 4)
    Figure 112020059313052-pat00091

    (수식 5)
    Figure 112020059313052-pat00092

  8. 청구항 7에 있어서,
    축열조 허브와 계간 축열조의 열 에너지의 변화는,
    프로슈머와 히트 펌프에서 생산된 열 에너지의 합이 현재 열 에너지 수요보다 큰 경우, 잉여 열 생산 에너지의 축열조 저장 용량 조건을 만족하면, 하기 수식 6 내지 7을 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 6)
    Figure 112020059313052-pat00093

    (수식 7)
    Figure 112020059313052-pat00094

  9. 청구항 7에 있어서,
    축열조 허브와 계간 축열조의 열 에너지의 변화는,
    히트 펌프와 프로슈머에서 생산된 열 에너지, 축열조 허브와 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지 및 계간 축열조의 열 에너지를 모두 사용해야 하는 경우, 하기 수식 8 내지 9를 이용하여 산출되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 8)
    Figure 112020059313052-pat00095

    (수식 9)
    Figure 112020059313052-pat00096

  10. 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브;
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머;
    열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머; 및
    열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 양방향 열거래 운영 엔진;을 포함하고,
    양방향 열거래 운영 시스템은,
    태양열 집열기로부터 수집된 열 에너지가 저장되어, 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되는 계간 축열조;를 더 포함하고,
    프로슈머는,
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브로 보내며,
    열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시키고,
    목적함수(Cost)는,
    Figure 112021026442713-pat00114
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산량이고,
    Figure 112021026442713-pat00115
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산 가격이며,
    Figure 112021026442713-pat00116
    가, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격이고,
    Figure 112021026442713-pat00117
    가, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00118
    가, 승온용 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00119
    가, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00120
    가, 하수열원 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00121
    가, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00122
    가, 지열원 히트 펌프의 소비전력인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 생성되고,
    (수식 1)
    Figure 112021026442713-pat00123

    기설정된 제약 조건이 적용된 목적함수는,
    Figure 112021026442713-pat00124
    가, 제약 조건 위반 횟수인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 시스템.
    (수식 2)
    Figure 112021026442713-pat00125

  11. 양방향 열거래 운영 시스템이, 프로슈머의 열거래 정보를 생성하는 단계;
    양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하는 단계; 및
    양방향 열거래 운영 시스템이, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 단계;를 포함하고,
    열 네트워크는,
    태양열 집열기로부터 수집된 열 에너지가 저장되어, 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되는 계간 축열조;
    심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브;
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머; 및
    열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머;를 포함하며,
    프로슈머는,
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브로 보내며,
    열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시키고,
    목적함수(Cost)는,
    Figure 112021026442713-pat00126
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산량이고,
    Figure 112021026442713-pat00127
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산 가격이며,
    Figure 112021026442713-pat00128
    가, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격이고,
    Figure 112021026442713-pat00129
    가, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00130
    가, 승온용 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00131
    가, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00132
    가, 하수열원 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00133
    가, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00134
    가, 지열원 히트 펌프의 소비전력인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 생성되고,
    (수식 1)
    Figure 112021026442713-pat00135

    기설정된 제약 조건이 적용된 목적함수는,
    Figure 112021026442713-pat00136
    가, 제약 조건 위반 횟수인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 방법.
    (수식 2)
    Figure 112021026442713-pat00137

  12. 심야의 경부하 시간대에 히트 펌프를 가동해 열 에너지가 저장되어 해당 열 에너지를 열 네트워크에 공급하는 역할과 동시에 히트 펌프에서 생산된 열 에너지와 프로슈머의 잉여 열 에너지를 저장하는 축열조 허브;
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자인 프로슈머;
    열 네트워크 내에서 소비자의 역할만을 수행하는 컨슈머; 및
    프로슈머의 열거래 정보를 생성하고, 생성된 생성된 열거래 정보를 기반으로, 열 네트워크 상의 전체 열 생산 비용을 산출하기 위한 목적함수를 생성하고, 생성된 목적함수에 기설정된 제약 조건이 적용되도록 하는 양방향 열거래 운영 엔진;을 포함하고,
    양방향 열거래 운영 시스템은,
    태양열 집열기로부터 수집된 열 에너지가 저장되어, 열 네트워크에 열 에너지의 공급만을 하는 형태로 운영되는 계간 축열조;를 더 포함하고,
    프로슈머는,
    열 에너지 소비자인 동시에 열 에너지 생산자로써, 자신의 열 에너지 수요를 자가 열 생산량으로 우선 할당하고, 잉여 열 에너지를 열 네트워크의 축열조 허브로 보내며,
    열 에너지의 해당 수요를 충족시키지 못하는 경우, 부족분을 열 네트워크 내의 다른 열 생산 자원 또는 프로슈머에게서 수용하고, 나머지 부족분을 태양열 집열기에서 생산된 열 에너지와 계간 축열조에 저장된 열 에너지를 소모하여 충족시키고,
    목적함수(Cost)는,
    Figure 112021026442713-pat00138
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산량이고,
    Figure 112021026442713-pat00139
    가, 타임슬롯 i에서 프로슈머 j의 열 생산 가격이며,
    Figure 112021026442713-pat00140
    가, 타임슬롯 i에서 히트 펌프 운전 시의 전력 가격이고,
    Figure 112021026442713-pat00141
    가, 타임슬롯 i에서 승온용 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00142
    가, 승온용 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00143
    가, 타임슬롯 i에서 하수열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00144
    가, 하수열원 히트 펌프의 소비전력이고,
    Figure 112021026442713-pat00145
    가, 타임슬롯 i에서 지열원 히트 펌프의 가동률이며,
    Figure 112021026442713-pat00146
    가, 지열원 히트 펌프의 소비전력인 경우, 하기 수식 1을 이용하여 생성되고,
    (수식 1)
    Figure 112021026442713-pat00147

    기설정된 제약 조건이 적용된 목적함수는,
    Figure 112021026442713-pat00148
    가, 제약 조건 위반 횟수인 경우, 하기 수식 2를 이용하여 정의되는 것을 특징으로 하는 양방향 열거래 운영 시스템.
    (수식 2)
    Figure 112021026442713-pat00149
KR1020200069784A 2020-06-09 2020-06-09 축열조 허브 중심의 스타 토폴로지 열 네트워크에서의 프로슈머와 컨슈머간 양방향 열거래 운영 방법 및 시스템 KR102229751B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170087313A (ko) * 2016-01-20 2017-07-28 주식회사 케이티 사용자 불편과 에너지 비용을 최소화하는 에너지 운용 장치 및 에너지 운용 방법
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