KR102656297B1 - 수자원 운영기관에 특화된 re100 운영시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 관한 것이다. 개시된 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 따르면, 수자원 운영자 서버, 취배수 사업자 서버 및 정수사업자 서버로 구성된 복수의 사용자를 대상으로 RE100 달성 정도, 전력시장 참여 수익, 전력 사용량, 용수 의무 공급량 달성량을 도출하며 최적화하고, 도출된 최적화 결과를 기반으로 계약전력을 도출하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템에 있어서, 활용 목적별 수자원의 수요에 대한 예측 혹은 전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측하는 예측부, 상기 예측부로부터의 결과값 및 입력된 운영변수에 기반하여 최적화를 진행하는 최적화부, 국가별 계통운영기관별 시장 내 정산단가를 적용하여 정산금을 계산하는 정산부 및 상기 최적화부의 결과를 사전 도출된 성능 계수를 반영하여 실질적 참여 가능성을 검토하는 되먹임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 수자원 운영을 하는 사업자의 관점에서 수자원 운영신뢰성 요건인 용수공급량, 도*송수관 압력 및 유속 제약조건, 설비별 예방정비 일정 및 전력시장 운영규정 등을 반영하여 운영계획을 수립할 수 있도록 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 이점이 있다.

Description

수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PARTICIPATION IN RE100 SPECIALIZED FOR WATER RESOURCES MANAGEMENT ENTITY}

본 발명은 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자원 운영 총괄기관, 취수 및 정수사업자가 함께 활용 가능하며, 각 구매 기관의 목적에 따라 신뢰성 제약요소를 이해관계에 맞게 재구축하여 최적 운영 Scheduling 방안을 도출하도록 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시 예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

현재 기후변화에 대한 경각심이 증가하면서 저탄소 및 저전력 운영체계 개발에 대한 수요가 급증하고 있다. 현재 지구 내 탄소 배출원의 40%는 발전설비로부터 생성되는 점을 고려할 때, 저전력 운영계획이 가능한 운영체계는 곧 탄소배출 저감에 기여가 가능하다. 현재 전력 설비 중 가장 높은 전력 사용량을 발생시키는 산업군은 제철 및 수자원 운영으로, 이는 24시간 가동해야 하는 설비들이 유달리 많기 때문이다.

수자원 운영설비는 국내에서 제철업계 다음으로 가장 높은 전력을 사용하는 설비로서, 24시간 운영되지 않는 경우 도*송수관로 내 오염물질 축적으로 인한 수질 변질과 더불어 관로의 부식과 같이 운영 신뢰성에 영향을 미친다. 그러나, 저전력 및 저탄소 운영이 당면 과제로 떠오른 현재 단순히 용수공급 시간대에만 맞추어 운영되는 논리로만으로는 저탄소 및 저전력 운영이 불가능하다. 또한 종래 기술에 따른 운영체계의 경우, 전력 저감을 고려한 전력 소비 형태를 유도하기 위한 시장적 제약조건은 고려하지 않고 Excel 수준에서 운영되고 있다.

현재 국가 차원에서 전력수요를 관리하기 위한 수단으로는 가격 규제가 대표적이며, 규제적 관점보다 진일보한 시장 관점에서의 전력수요 조절을 적용한 수요반응(DR, Demand Response) 혹은 수요자원(DR, Demand Resource) 거래시장이 주목받고 있으며 수요반응시장은 전력의 안정적 수급과 기업의 효율적인 전력관리를 목적으로 지난 2014년 출범했다. 현 정부 역시 공급 위주 전력수급 정책을 탈피하고 수요관리에 중점을 두면서 수요반응시장의 역할과 중요성은 더욱 커지고 있다. 수요반응(DR)은 ‘아낀 전기만큼 전기사용자에게 돈으로 돌려주는 제도’이다. 기업들은 용량 발굴과 감축 관리를 하는 수요관리사업자를 통해 수요반응시장에 참여한다. 정부가 전력 감축을 요청하면 전력 사용을 줄이고, 그에 따른 정산금(기본급+실적금)을 수령하는 방식이다. 이를 통하여, 상수도 운영자뿐만 아니라 본 기술의 사용자들은 얼만큼의 탄소배출과 전력 사용량을 저감 하였는지 체계적 확인이 가능하며 발생하는 수익으로 인하여 RE100 이행시 발생할 수 있는 부채를 다소 완화할 수 있을 것이 기대된다.

RE100은 '재생에너지(Renewable Electricity) 100%'의 약자로, 기업이 사용하는 전력량의 100%를 2050년까지 풍력·태양광 등 재생에너지 전력으로 충당하겠다는 목표의 국제 캠페인이다. 2014년 영국 런던의 다국적 비영리기구인 '더 클라이밋 그룹'에서 발족된 것으로, 여기서 재생에너지는 석유화석연료를 대체하는 태양열, 태양광, 바이오, 풍력, 수력, 지열 등에서 발생하는 에너지를 말한다.

RE100은 정부가 강제한 것이 아닌 글로벌 기업들의 자발적인 참여로 진행되는 일종의 캠페인이라는 점에서 의미가 깊다는 평가를 받고 있다. RE100을 달성하기 위해서는 크게 태양광 발전 시설 등 설비를 직접 만들거나, 재생에너지 발전소에서 전기를 사서 쓰는 방식이 있다. RE100 가입을 위해 신청서를 제출하면 본부인 더 클라이밋 그룹의 검토를 거친 후 가입이 최종 확정되며, 가입 후 1년 안에 이행계획을 제출하고 매년 이행상황을 점검받게 된다.

탄소중립 달성을 위하여 추진되는 주요 전략 중 신*재생전력원으로부터 생산된 전력의 사용을 권장하기 위한 목적인 RE100의 이행 수단으로는 직접 PPA(Power Purchase Agreement) 및 자가발전이 주목받고 있다. 전력수요에 대한 제어와 더불어 RE100 이행을 위해서는 신*재생 발전설비들이 대거 투입되는데, 이에 의해 해당 설비들로부터 발생하는 불확실성을 효율적으로 제어할 방안이 필요하게 된다. 국내 신*재생발전원의 종류 및 규모가 중앙관제소에서 일괄적으로 제어 불가능한 수준이기 때문에, 한국산업통상자원부에서는 현재 사업자별로 체계적 관리체계를 구축하여 중앙급전 발전설비 1기와 맞먹는 용량으로 매집하여 참여할 것을 명령하였다. 따라서, RE100 이행에 있어 기존 설치하였던 발전설비를 효과적으로 운영할 운영체계가 필요한 상태이지만, 이를 이행하기 위하여 제안된 종래의 기술들은 다양한 산업군의 특성의 고려를 전혀 하지 않은 상태에서 최적 운영계획을 도출하고 있다.

현 수요반응시장 운영상태를 살펴보면, 1990년도에서 지속적으로 시행되는 직접부하제어 참여 설비가 시장에 참여하는 것과 별반 차이가 없다. 또한, 최근 수요관리사업자의 운영 능력에 관하여 법적으로 의문이 제기되고 있는 현실이며 해외 기업들 역시 체계적인 운영방안이 전무한 상태에서 상당히 비효율적인 운영을 하고 있다.

수자원 운영 산업 특성을 고려할 시, 종래기술에 의한 수자원 운영체계는 아래와 같은 문제점이 존재한다.

첫째, 현재 수자원 운영은 동적계획법을 주로 활용하는데 이는 수자원 운영자가 운영하는 설비 및 이에 따른 운영 특성이 제대로 반영하기 어렵다. 현재는 설비 종류가 다양해지는 가운데, 이를 효과적으로 전산모의 상에 반영할 수 있는 기술이 부재하다. 또한 기존 연구되었던 기술들의 경우, 실질적 도*송수 지연시간에 대하여 고려하지 않은 상태에서 운영계획을 도출하는 방식으로 설계되어 있다. 더 나아가, 현재 국내 수자원 운영 기관이 사용하고 있는 미국산 도*송수 계획 S/W의 경우 수자원 운영자 특성을 고려한 전력시장 입찰 논리가 부재하며, 직접 PPA(Power Purchase Agreement)와 같이 RE100의 이행 목적을 고려한 제약조건이 반영되어있지 않다.

둘째, 현재 개발된 수자원 운영체계의 경우 단순히 도*송수 계획만을 고려하고, 운영설비의 다양성을 고려한 전력 및 Energy 저감에 대한 기능이 전무하다. 이는 RE100을 이행하는 데 있어 이행기관의 관점에서 심각한 재정적 비효율성을 초래한다. 특히 국내를 비롯하여 국외 수자원 운영설비들의 경우 대부분 Excel 수준에서 국한되어 고도화된 운영체계 도입이 아직 이루어지지 않고 있다. 수자원 운영기관에서 현재 개발되고 있는 S/W들의 경우, 실질적 설비 가동 여부를 반영하고 있지 않다. 현재 다양한 최적화 방안을 탑재한 S/W들이 운영 중이나, 수자원 운영기관에서 사용되지 못하는 이유로는 말단 시설에서 요구되는 일정 또는 근무일정이 전혀 고려되지 않고, 사고 발생 시 실시간 최적화에서 이를 단계별로 선택 가능한 유연성이 전혀 없는 S/W이기 때문이다.

셋째, 2023년 기준 기후변화로 인하여 가뭄 또는 운영 가능 수자원의 부족이 주기적으로 발생하는 가운데, 수자원 거래소의 설립 추진이 제기되고 있다. 국가별 환경부는 기존 수자원 운영 계통을 전력 계통과 유사하게 촘촘한 도*송수관로로 구성할 것을 추진 중이며, 이를 가능케 하기 위해서는 운영 논리의 복잡성이 상당한 전력시장 운영자와 마찬가지로 선형 기반의 최적 운영계획 논리를 탑재한 운영체계가 필요하다.

2023년 기준 국내 수자원 운영 사업으로부터 발생하는 전력요금은 적게는 3,000억에서 많게는 4,000억원으로 집계 가능한 것으로 판단된다. 또한 향후 전기요금의 폭등이 예상되는 점을 고려할 시, 향후 최소 3배 이상의 규모로 커질 것이 예상되는 잠재력이 높은 시장이다. 최근 수요관리사업자의 CBL 조작 가능성 의혹을 품은 사건이 국내 전력 계통운영기관과의 분쟁으로 발생한바, 이를 체계적으로 운영할 수 있는 운영체계가 필요한 시점이다.

이에, 본 발명에서는, 전술한 기술적 제약을 해소하게 할 수 있는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법 을 제안하고자 한다.

한국공개특허공보 10-2013-0074187호, 2013년7월04일(명칭 : 건물 에너지 관리에 대한 주파수 조정 수용반응 자원운용 시스템 및 이를 이용한 주파수 조정 수요반응 자원 운용 방법) 한국등록특허공보 제10-1724685호, 2017년 4월 3일 공개(명칭: 참여고객과 수요관리 사업자가 함께 사용가능한 수요자원 통합관리시스템)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 아래와 같은 수자원 운영설비의 활용법을 제언하며 일일 수자원 판매 및 운영으로부터 발생한 수익과 각소별 발전원들로부터 발생한 수익과 수자원 공급 의무량 달성 여부, 사고 도*송수관 및 예방 정비 일정과 재무적 및 물리적 RE100 달성 여부를 %로 표현하는 것을 포함하는 운영체계이다.

본 발명은 수자원 운영을 하는 사업자의 관점에서 수자원 운영신뢰성 요건인 용수공급량, 도*송수관 압력 및 유속 제약조건, 설비별 예방정비 일정 및 전력시장 운영규정 등을 반영하여 운영계획을 수립할 수 있도록 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 수자원 운영 설비 설치 진행 시, 1차적으로 수자원 운영 기관 자력으로 전산모의를 통하여 경제성 평가가 가능한 운영 논리를 제공하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

해당 일정 및 조건을 준수하여 운영된 일정 및 전력 사용 기록을 보유한 사업자는 기계학습 (ML, Machine Learning) 또는 인공지능을 활용하여 비용 함수 및 출력 함수의 계수 산정에 활용 가능하다.

또한 본 발명의 다른 목적은 수자원 설비 운영자가 RE100 또는 친환경 정책을 고려한 수자원 운영을 이행하는 데 있어 발생할 수 있는 이윤을 극대화하는 것으로, 수자원 취수, 정제, 정화 및 판매로부터 발생할 수 있는 수익과 더불어 수자원 운영설비를 전력시장에 전력 사용량 저감 또는 전력 판매 행위에 기반을 둔 방식으로 이윤극대화 목적의 참여 일정을 도출할 수 있는, 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 모든 수자원 운영설비들에 적용할 수 있다. 국내 시장뿐만 아니라 국외 시장에서 역시 적용할 수 있다. 국외의 경우 통상적으로 해당 운영체계를 도입한 경우 1개의 정수사업소에서 단순히 산업용 Pump 2기로만 수요반응자원으로서 전력시장에 참여할 경우에도 대략 연간 5천만원에서 최대 1억 정도의 전력요금 절감효과를 볼 수 있다.

안정적 용수공급을 목적으로 둔 수자원 운영설비들이 전력시장에 참여하는 경우, 수질 및 기타 운영신뢰성에 관한 문제가 발생할 것으로 우려된다. 그러나, 본 발명에서 제언하는 운영 논리는 운영신뢰성 제약조건을 반영하여 운영 계획을 수립하는 점을 고려할 시, 최대 수요반응자원 보유자임에도 불구하고 기존 분산전원 또는 수요관리사업자가 파악하지 못하여 사실상 수행 능력이 없었던 기술적 사항을 보완할 수 있다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 해결하고자 하는 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상은, 수자원 운영자 서버, 취배수 사업자 서버 및 정수사업자 서버로 구성된 복수의 사용자를 대상으로 RE100 달성 정도, 전력시장 참여 수익, 전력 사용량, 용수 의무 공급량 달성량을 도출하며 최적화하고, 도출된 최적화 결과를 기반으로 계약전력을 도출하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템에 있어서, 활용 목적별 수자원의 수요에 대한 예측 혹은 전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측하는 예측부; 상기 예측부로부터의 결과값 및 입력된 운영변수에 기반하여 최적화를 진행하는 최적화부; 국가별 계통운영기관별 시장 내 정산단가를 적용하여 정산금을 계산하는 정산부; 및 상기 최적화부의 결과를 사전 도출된 성능 계수를 반영하여 실질적 참여 가능성을 검토하는 되먹임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템을 제공한다.

본 발명의 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 의하면, 용수공급을 본질적 운영 목적으로 삼고 있는 수자원 운영자의 관점에서 기존 발전사업자, 전력중개사업자, 가상발전소 사업자 및 수요관리사업자가 해결하지 못 하였던 수자원 운영에 특화된 운영논리를 제공하여, 국가를 떠나 전력 사용량이 높은 수자원 운영자들에게 RE100 이행을 가능하게 만드는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 기존 발전사업자, 전력중개사업자, 가상발전소 사업자 및 수요관리사업자들이 공정 및 설비의 특성을 역량 부족 또는 태만하게 경영하여 이를 고려하지 못했던 이유로 인하여, 수자원 운영자 스스로 공정 스케쥴링 전산모의를 통해 경제성 평가가 가능한 알고리듬을 제공하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

도*송수 계획의 경우 현재 국내 도*송수 계획을 외국산 S/W에 의존하여 진행하는데, 해당 외국산 S/W 역시 발전원 입찰계획 및 수요반응자원 입찰계획 생성 기능은 존재하지 않는다. 또한 현재 동적계획법 기반의 수자원 운영 논리는 수자원 운영설비가 다양화되는 시점에서 한계점이 명확하다. 더불어 기후변화로 인하여 현재 수자원 거래소 설립을 국가별로 고려하는 시점에서 다양한 설비로부터 발생하는 제약조건을 반영할 수 있는 선형계획법이 아닌, 동적계획법 또는 기존의 외국산 수자원 운영 S/W의 한계가 명확하다.

특히 서울특별시상수도사업본부 산하 서울물연구소에서 위탁*용역으로 연구*개발 중인 선형계획법 기반의 수자원설비 운영체계의 경우, 근로자들과 소/설비별 예방정비 여부를 반영하지 않아, 실질적 적용에 난항을 겪고 있는 현실이다. 또한 하루전 운영계획만을 수립하는 S/W임에 다양한 상정사고에 대응 가능한 조건의 논리가 부재하다.

또한 국내 최대 수자원 운영 기업인 한국수자원공사의 경우, 자체적 논리가 없어 수도 운영에 대한 최적화를 외주 업체에 위탁하는 방식으로 운영하며, 외주 업체 역시 한국수자원공사가 국내 최대 신*재생발전원 보유 업체라는 사실을 고려하지 않은 도*송*배수계획을 수립하고 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템을 예시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부의 구성을 예시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력자원 예측부에서 수행되는 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전자원에 대한 발전량 예측 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부 입력값의 전처리 단계를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용수수요 예측부의 동작을 예시한 도면이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간단위별 방류 계획을 결정하는 논리의 적용 과정을 예시한 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 공급에 대한 위험 요소를 줄이기 위한 헤징(Hedging) 논리 적용 과정을 예시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 국가별 전력시장에 대한 종류 및 참여 가능 종류의 전력시장에서 요구되는 제약조건과 지정된 도*송수설비의 신뢰성 조건을 고려한 운영계획을 도출하는 과정을 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부의 구성을 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부 내 운영 신뢰성 충족 여부를 도출하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 신뢰성 제약조건에 따라 설비별 운영 가능 여부를 판단하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템에서 규정되는 1차 최적화부로부터 도출되는 운영 수익의 목적함수를 예시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 REC 거래 가능 설비들을 구분하는 논리흐름을 예시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 하루전 RE100 이행 가능 여부 및 % 예상 달성율 산정에 대한 운영 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 등록된 설비 중 수요반응자원으로 등록할 수 있는 설비를 선별하는 운영 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전설비별 기술적 특성을 고려하여 참여할 수 있는 시장을 선정하는 단계를 예시한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부에서 도출된 수자원 운영설비 및 발전설비의 운영 일정을 해당 전력시장운영자에게 전송하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 최적화부의 운영 논리를 예시한 도면이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 운영단계에서 각 스케쥴링 간격 별 하루 전 운영 계획과의 차이가 발생하였을 때 구동되는 논리 흐름을 예시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 운영단계에서 각 스케쥴링 간격 별 하루 전 운영 계획과의 차이가 발생하였을 때 전력설비들에게 적용되는 논리흐름을 예시한 도면이다.
도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 위약금 존재 및 비중복 참여 조건으로 구분된 설비들에 대한 2차 최적화부 내 운영 흐름도를 예시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서(특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 도면의 각 구성부들은 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에서 서로 다른 특징적인 기능들을 나타내기 위해 독립적으로 도시한 것으로, 각 구성부들이 분리된 하드웨어나 하나의 소프트웨어 구성단위로 이루어짐을 의미하지 않는다. 즉, 각 구성부는 설명의 편의상 각각의 구성부로 나열하여 포함한 것으로 각 구성부 중 적어도 두 개의 구성부가 합쳐져 하나의 구성부로 이루어지거나, 하나의 구성부가 복수개의 구성부로 나뉘어져 기능을 수행할 수 있고 이러한 각 구성부의 통합된 실시예 및 분리된 실시예도 본 발명의 본질에서 벗어나지 않는 한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

또한, 일부의 구성 요소는 본 발명에서 본질적인 기능을 수행하는 필수적인 구성 요소는 아니고 단지 성능을 향상시키기 위한 선택적 구성 요소일 수 있다. 본 발명은 단지 성능 향상을 위해 사용되는 구성 요소를 제외한 본 발명의 본질을 구현하는데 필수적인 구성부만을 포함하여 구현될 수 있고, 단지 성능 향상을 위해 사용되는 선택적 구성 요소를 제외한 필수 구성 요소만을 포함한 구조도 본 발명의 권리범위에 포함된다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 살펴보기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템을 예시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템(100)은 수자원 운영자 서버(200), 취배수 사업자 서버(300) 및 정수사업자 서버(100)로 구성된 복수의 사용자를 대상으로 RE100 달성 정도, 전력시장 참여 수익, 전력 사용량, 용수 의무 공급량 달성량을 도출하며 최적화하고, 도출된 최적화 결과를 기반으로 계약전력을 도출한다.

수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템(100)은 크게 예측부(110), 최적화부(130), 정산부(150), 되먹임부(170)으로 구성된다.

수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템(100)은, 우선 운영체계를 구동한 후, 하기 표 1과 같은 기본 변수정보를 입력한다.

분단위 유입/배출 가능 범위는 공정별 목적을 고려하여 설계된 설비별 최대/최소 유입 가능량을 나타낸다. 소별 시간 단위별 정/취/배수 수요는 소별로 할당된 취/정/배수 요구량을 나타내며, 운영 신뢰성 요건으로 고려된다.

공정별 슬러지 발생 유무 설비에 대한 설비에 대한 입력은 2진법인 1과 0으로 구분되며 슬러지 발생 가능 설비는 1로, 발생하지 않는 설비는 0으로 구분된다. 자연유하 사업소 유무 여부는 최적화 논리 내 Set으로 구분되며 자연유하 방식의 사업소로 구분이 된 경우, 도/송/배수 Pump가 없는 사업소이며 Pump 사용에 대한 제약조건이 제외된다.

[표 1]

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부의 구성을 예시한 도면이다.

예측부(110)는 용수수요 예측부(111) 및 전력자원 예측부(113)로 구성된다.

용수수요 예측부(111)는 활용 목적별 수자원의 수요에 대한 예측을 하고, 전력자원 예측부(113)는 전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측을 진행한다.

예측부(110)는 예측 논리를 구동하기 전 하기 표 2와 같은 정보를 입력한다.

[표 2]

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력자원 예측부에서 수행되는 논리 흐름을 예시한 도면이다

도 3은 전력자원 예측부(113)에서 전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측을 진행하기 위하여 실행되는 논리의 흐름을 예시한다. 전력자원 예측부(113)는, 표 1에 표시된 입력된 기본변수의 특성에 따라 자원의 종류 여부를 독립형 자원(114) 또는 연계형 자원(115)으로 구분한다. 그 후, 다시 표 1에서 입력된 기본변수에 따라 DR자원 또는 발전자원으로의 구분을 진행한다.

연계형 자원(115)이란, 연계 공정 설비 또는 발전설비와 연계 운영되는 것을 전제로 입력된 설비를 지칭한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발전자원에 대한 발전량 예측 논리 흐름을 예시한 도면이다.

발전량에 대한 예측 논리는 국가별 신*재생발전원으로 구분된 설비에 따라 서로 다른 기법을 적용한다. 예컨대, 태양광발전원에 대한 예측의 경우, 표 2에서 제공된 정보에 따라 특정 기법의 선택 여부 또는 본 발명에 의한 RE100 운영시스템에서 활용이 가능한 모든 기법을 동시에 이행하는 방식으로 진행된다.

본 발명의 일실예에서 고려되는 기법은 태양광발전설비의 출력계수를 고려한 '물리적 모델(Physical Model)', 기상청 기상정보 또는 설치 장소별 일사량, 풍량, 습도, 운량 및 온도를 포함한 태양광발전량 예측에 일반적으로 필요한 실적이 존재하는 경우 인공지능 기반의 AI Model을 적용하는 '인공지능 모델' 및 발전량 자체만 존재하는 경우 통계적 모델을 활용하는 것으로 '통계적 모델'로 구현된 운영체계일 수 있다.

표 2에서 나타내는 입력변수 중 계절성의 경우, 도 4와 같이 계절별로 우선 구분된 데이터를 활용한다.

소수력발전원에 대한 발전량 예측이행은 수자원에 대한 수요예측 이후 이행된다. 또한 예측 모델에 대한 학습 진행 시, 국가별 규정 발전량 예측오차 산정기준을 적용하는데, 별도의 선택이 안 되었을 경우, '실제값과 예측값의 차를 설비 용량의 값으로 나눈 절대값 평균(MAE, Mean Absolute Error)'을 기본 선택으로 진행할 수 있으며, 표 2에서 입력된 데이타를 기반으로 학습 모델을 생성한다. 1차적으로는 변수별 발전량에 대한 상관관계가 도출된 후, 변수별 상관관계가 일정 수치, 예컨대 95% 이상 되는 변수를 기준으로 하루전 발전량 예측 논리에 적용한다. 하루전 발전량 예측에 활용되는 논리는 여러 논리를 동시 운영하는 앙상블(Ensemble) 논리를 활용한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예측부 입력값의 전처리 단계를 예시한 도면이다.

보다 구체적으로는, 도 5는 도 4에서 나타낸 인공지능, 물리적 모델 및 통계적 모델단계에서 이행되는 입력값의 전처리 논리를 나타낸 일 실시예이다. 표 2에서 언급된 설비종류별로 구분된 입력변수들의 전처리는 크게 데이터의 계절성, 손실값(Missing Value)의 처리, 정규화(Normalization), 중복된 데이터의 제거 혹은 가외치(Outlier)의 제거를 다룬다.

데이터의 계절성의 경우, 표 2에 언급된 모든 설비들을 공휴일, 평일, 봄, 여름, 가을, 겨울 및 휴일의 특성으로 구분한다. 손실값(Missing Value)의 경우 t-1시점의 값과 t+1시점의 값의 평균으로 산출한다.

가외치(Outlier)를 제거하는 기준은 물리적 관점 및 통계적 관점에서 구분한다. 물리적 관점에서의 가외치(Outlier)는 입력값이 설비의 표 2에서 언급된 변수의 출력 최소/최대값을 넘어간 경우로, 음의 값은 0으로, 양의 값은 최대 출력으로 처리한다. 통계적 관점에서의 가외치(Outlier)는 우선 계절성으로 구분된 입력값 중 구분된 계절성에 맞지 않는 특정 일에 대한 가외치(Outlier)가 발생한 경우로 용수 수요와 연계되어 운영되는 소수력발전량, 용수 수요 및 태양광발전량, 풍력발전량의 경우 특정일의 기상일과 비교하여 해당 가외치(Outlier)의 합리성을 비교하여 제거 여부를 판단한다. 발전설비의 방류수와 연계되어 운영되는 발전설비의 경우, 상 윗단의 발전설비 운영 일정과 비교하여 가외치(Outlier)의 진실성을 검토한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 용수수요 예측부의 동작을 예시한 도면이다.

도 6은 수자원에 대한 수요예측 시 구동되는 논리 흐름을 나타낸다. 장기 수자원 예측과는 달리, 본 발명의 일실시예의 의한 RE100 운영시스템(100)에서 지향하는 단기 수자원 예측의 경우, 공업/농업/생활/하천유지용수에 대한 수요를 별개로 예측한다.

공업용수에 대한 예측의 경우, 국가별 수자원 운영자의 지침에 따라 선택할 수 있다. 수자원 운영자가 직접 공업용수를 수요처의 배수지까지 송수하며 수용가에서 시간대별 또는 일 단위 공업용수 수요를 제출하는 경우, 별도의 예측은 하지 않으나, 수용가가 수자원 운영자에게 별도로 제출하지 않는 경우, 수용가의 운영 특성을 하기 도 4와 같이 구분하여 예측을 진행한다. 기존 수용가 측에 연결되었던 배수지의 시간 단위 수위 및 수자원 저장상태의 변화를 고려하여 필요 용수 수요를 인공지능 모델(AI Model)로 예측하며 수용가 측의 공정 및 산업 특성별 다른 변수를 적용하여 예측을 진행한다. 만약 기존 측정된 실적값이 없는 경우, 국가별 도/송수 규정을 고려하여 수용가별 배수지 용량을 24시간으로 나누어 일정하게 도/송수하는 것으로 운영 계획을 도출한다. 계절성 구분의 경우 기존 용수공급 실적을 4계절 및 월에서 일 단위로 구분한 것이며, 해당 구분을 통하여 인공지능 모델(AI Model)에서 적용될 날씨 계수를 도출한다.

생활용수에 대한 수요예측은 공업용수에 대한 수요예측과 같은 예측 실행 여부를 판단하는 조건을 고려하여 예측 논리 구동의 적합 또는 부적합 여부를 판단한다. 생활용수에 대한 예측을 실행하는 경우 기상청으로부터 제공되는 수용가 근처의 기온, 기존 배수지에서 측정된 시간대별 수위 및 수자원 적재 변동량에 대한 실적값을 고려하여 인공지능 모델(AI Model)로 수요예측을 진행한다. 만약 기존 측정된 실적값이 없는 경우, 국가별 도/송수 규정을 고려하여 수용가별 배수지 용량을 24시간으로 나누어 일정하게 도/송수하는 것으로 운영계획을 도출한다.

이에 사용되는 변수는 아래 표 3과 같다.

[표 3]

농업용수에 대한 수요예측은, 공업용수에 대한 수요예측과 같은 예측 실행 여부를 판단하는 조건을 고려하여 예측 논리 구동의 적합 또는 부적합 여부를 판단한다. 농업용수에 대한 수요예측의 경우, 기존 운영실적, 온도 및 날씨 현황을 기반으로 인공지능 모델(AI Model)을 적용하여 예측을 이행한다.

하천유지 용수에 대한 방류량의 경우, 농업/공업/생활용수 수요를 제외하고 남는 수자원에서 방류량을 결정한다. 하천유지 용수에 대한 예측은 소별 관리 하천별 수면 폭, 유속 및 수심을 고려하여 산정하며 등가 면적으로 치환하여 산정한다. 하천유지 용수 산정 논리에 적용되는 용수 요구량에 대한 기준의 경우 국가별로 규정된 하천유지 용수 산정 논리를 적용하되, 기본적으로 적용되는 모델은 하천유지 용수의 유속이 최소 0.2m/초 단위가 되도록 산정한다.

차일 활용 가능한 발전용수에 대한 정의는 공업/생활/농업/하천유지 용수 및 조정지/다목적/하천유지 댐 및 농업/저수용보 대상 국가별로 규정하는 최소 저수율 충족을 위한 수자원을 제외하고 남는 수자원을 발전용수에 적용한다. 해당 시간단위별로 도출된 발전용수를 존재하는 발전설비의 물리적 및 수리적으로 구현된 모델에 적용하여 수압/관압/발전효율/안내날개(Guide Vane) 조절범위 및 임펠러(Impeller)의 기계적 강도, 바이패스(By-pass) 관로 사용 여부와 같은 운영 신뢰성 요소를 고려하여 시간단위별 최대 및 최소 발전 가능량 예측 및 도출을 진행한다. 만약 해당 정보가 부재할 경우, 기존 동일 주기 및 시간대별 발전량 및 활용 가능 발전용 수자원의 변동량과의 관계를 활용하여 인공지능 모델(AI Model)로 도출한다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시간단위별 방류 계획을 결정하는 논리의 적용 과정을 예시한 도면이다.

도 7a는 시간단위별 방류 계획을 결정하는 논리의 일 이행의 예를 나타낸 도면이다. 시간단위별 방류 계획은 소별 실시간 관제 체계로부터 수령된 저수율, 저수량, 저수위 정보에 기반하여 저수위 및 저수량에 따라 구분되는 방류계획을 도출한다.

해당 상태추정에 따라서 당일 수자원 운영기준이 도출되며, 각 비교문 “CMP저수A”, “CMP저수B”, “CMP저수C”, “CMP저수D” 및 “CMP저수E”는 국가별 저수율 및 운영기준에 따라 구분할 수 있나 국내 저수율에 따른 운영기준을 기준으로 설정하였다.

“CMP저수A”는 운영 계획 수립 시점 30일 후 까지, 별도의 수자원의 유입 없이 “CMPC”단계서 설정한 수자원의 수요를 충족시킬 수 있는 경우로 구분한다. 본 단계에서는 발전용수 및 발전용수 外 모든 종류의 용수를 탄력적으로 운영하는 것을 전제로 하며 목적함수를 이윤극대화로 설정하여 운영한다.

“CMP저수B”는 운영 계획 수립 시점 15일 후 까지, 별도의 수자원 유입 없이도 “CMPC”단계서 설정한 수자원의 수요를 충족시킬 수 있는 경우로 구분한다. 다만, 이 경우, 발전용수 산정에 대한 제약조건이 추가되며, 발전용수는 전체 소별 운영 가능한 수자원의 합에서 발전용수 外외의 수요를 제외한 수자원의 양을 발전용수에 할당하며, 이윤 극대화를 목적함수로 설정한다.

“CMP저수C”는 발전용수를 0으로 설정하고, 관로별 시간대별 방류량을 발전용 수자원 外 모든 수자원의 수요에 맞게 방류한다. 이 경우, 목적함수는 수자원 공급 달성 여부로 변경하며 전력시장 참여로부터 발생하는 이윤은 제약조건으로 변경한다.

“CMP저수D”는 발전용수 및 하천유지 용수 방류량을 0으로 설정하고 농/공/생활용수 수요의 충족을 제약조건으로 추가하며 본 발명에 의한 운영체계를 사용하는 수자원 운영자의 권한 밖에 있는 기타 수자원 운영자로부터 수자원을 구매하여 공급하는 수자원의 비용 및 공급량을 변수로 추가한다. 목적함수에는 공급지장비용과 외부 수자원의 구매량에 대한 비용을 추가한다.

“CMP저수E”는 농업용수, 하천유지용수 및 발전용수를 제외하고 생활용수 및 공업용수에 대한 수요만을 충족시키는 제약조건이며, 소별 최소 저수율을 유지해야하는 제약조건을 준수하지 못하는 경우, 아무 일이행도 하지 않는 제약조건이 추가된다. 목적함수는 이전 단계와 같다.

도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 공급에 대한 위험 요소를 줄이기 위한 헤징(Hedging) 논리 적용 과정을 예시한 도면이다.

헤징(Hedging) 방식은 국가별 규정된 다목적/조정지/발전용/홍수조절전용/생활용수/하구/농업용저수지/다기능 댑(DAM) 또는 저수 및 배수지 운영 규정에 근거하여, 상시(일반), 관심, 주의, 경계 및 심각 단계로 구분하여 각기 다른 운영 신뢰성에 대한 제약조건을 수립하고 이들 각각에 적합한 헤징(Hedging) 방식을 수립한다.

헤징(Hedging) 계수는 공통으로 기존 수자원 공급실적의 존재 여부에 따라 경험적(Empirical) 또는 수학적(Mathematical) 산정 방식으로 구분되며, 이를 하기 수식(1)과 같이 성능점수(Performance Score)를 도출하여 소별 담당 지역별 및 용도별 방류 우선순위 및 운영계획을 도출한다. 해당 성능점수는 용수공급에 있어 발생할 수 있는 불확실성 및 소별 예비 수자원 보유율을 산정하는 경우 활용한다. 해당 성능점수가 높을수록 예비 수자원 비축을 줄이고, 해당 성능점수가 낮을수록 예비 수자원 비축을 늘리는 것으로 결정한다.

(1)

P.F.R 지수는 수자원 운영이 일반 및 관심 단계이고 과거 실적값이 존재하는 경우 적용되는 계수로, 도 7a에서 월별 운영 지침을 선택한 뒤, 적용되는 A, C, E는 요소별 가중치를 나타내는 변수이다. 여기서 Subset i는 지역 및 소를 나타낸다. 가중치별 값이 클수록 운영에 있어 중점 요소로 판단될 수 있으나, 운영자의 판단하에 재구축하여 활용할 수 있으나, 기본 운영체계 구동 시, 바람직하게는 0.33을 기본값으로 적용한다. B는 수자원 공급 절대량에 대한 지수로서 소별 용수의 종류에 따라 하기 수식 (2)와 같이 계산한다. D는 소별 또는 지역별 용수공급 관점에서의 취약성을 나타내는 지수로서, 수식 (3)과 같이 나타낼 수 있다. F는 과거 용수 부족 발생 시점으로부터의 회복성을 나타내는 지수로서, 수식 (3)와 같이 나타낼 수 있다.

하기 수식 (2)에서 Accuracy는 일 또는 시간 단위별 수자원의 공급이 충족되었던 시간 또는 날의 합을 분자로 설정하고, 전체 평가대상 기간동안의 시간 또는 일의 합을 분모로 나타낸다. Precision은 계획된 공급량을 분모로 실제 공급되었던 수자원의 절대량을 분자로 설정하여 나타낸다. 하기 수식 (3)은 취약성과 회복성을 나타내는 계수를 산정하는 방식으로, 와 는 Score 산정 대상 소별 최대 연속 용수 부족 기간과 최대 부족량을 나타낸다.

(2)

(3)

이하 경계 및 심각 단계에서의 헤징(Hedging)은 국가별 환경부에서 적용한 기준을 제약조건으로 그대로 적용한다. 만약 이러한 규정이 부재한 경우, 본 발명의 일실시예에 의한 지수를 적용하여 평가하며, 해당 지수가 높은 곳 우선으로 방류하는 운영 논리를 적용한다. 해당 지수는 소별 담당하는 배수지 또는 방류 현황에 근거하여 스케쥴링(Scheduling) 시점에서 소별 추가 방류 없이 소별 잔류 수자원으로 몇 스케쥴링(Scheduling) 구간만큼 수요의 충족이 가능한지를 판단하는데 적용한다.

(4)

상기 수식 (4)는 본 발명에서 적용되는 수자원 분담비율(Water Resource Share Ratio)를 나타낸 수식으로 와 는 지속성과 취약성을 나타낸다. 는 공급지장율을 나타낸다. Subset i는 소를 나타내며, Subset j는 용수별 목적을 나타낸다.

지속성은 수식 (5)와 같이 나타낼 수 있으며 소별 (말단 배수지 및 저수지 관할) 수요 대비 보유하고 있는 수자원의 절대량의 시간 단위 방류 가능량 및 시간 단위별 소별 용수 수요를 고려하여 수식 (5)와 같이 나타낸다. 취약성 지수는 산업군별 취약성 계수를 산정하여 수자원 공급 지장 발생 시 예상 피해 발생액을 고려하여 수식 (6)과 같다.

(5)

상기 수식 (5)는 본 발명에서 규정하는 지속가능성에 대한 점수화 방안으로 는 기존 소별 공급 기록에 기반한 수요 충족률, 는 기존 스케쥴링(Scheduling) 구간 중 공급 지장 발생 구간의 합에서 공급 지장에서 수요충족으로 회귀하기까지의 스케쥴링(Scheduling) 구간의 합을 분자로 사용하는 지수이며, 는 현재 발생한 소 및 용수 종류별 수요량 대비 부족량을 나타낸다.

(6)

상기 수식 (6)은 본 발명의 일실시예에서 규정하는 수자원 공급에 있어서 취약성을 나타내는 지표로, 는 소별 위치 및 기후에 따른 수자원 공급 달성 실패 실적을 고려한 취약성을 나타내며 는 생활/농업/공업/하천유지 대상 수자원 공급 실패로 인한 사회적 비용 발생에 대한 취약성을 나타낸다.

기후에 대한 취약성의 경우, 인공지능으로 도출된 기존 수자원 공급실적 달성 실패율 대비 온도 변화율에 대한 상관관계를 지수로 설정한다. 사회적 비용 발생에 대한 취약성은 인공지능으로부터 도출된 수자원 공급 지장으로 인하여 발생이 가능한 손실의 규모와 수자원 공급 실패량 간의 상관관계로 삼는다. 사회적 비용의 경우, 지정하기 나름인 점을 고려하여 본 발명에서 규정하는 사회적 비용을 산출하는데 있어 적용 가능한 종속변수는 표 3과 같이 규정하며 비용은 농업의 경우 지역별 적용 가능 곡물 가격, 공정 절차로 인하여 발생할 수 있는 정전비용 및 생활용수 부족으로 발생할 수 있는 송수차 운영 및 수자원 구매 비용으로 규정한다.

하기 수식 (7)은 본 발명에서 규정하는 수자원의 부족량에 대한 평가지표를 나타낸 예시이다.

(7)

수자원의 부족량에 대한 평가지표의 경우 Subset x가 추가되었는데, 이는 수자원의 공급 변화추이에 따라 산정하는 경우가 상이하기 때문이다.

본 발명의 일실시예에서는 수자원의 부족량에 대한 평가지표를 전력수요 예측과 유사한 방식으로 크게 4가지 경우로 구분하여 산정한다. 수자원에 대한 수요가 일정한 경우, 수자원의 수요가 계절성을 띠는 경우, 수자원의 수요와 공급량이 특정한 유형을 띠지만, 계절성 및 일정한 유형이 아닌 경우와 수자원의 수요와 공급량 간의 상관관계가 0.6 이하인 경우를 나타낸다.

해당 수자원 공급에 있어서 계산된 사회적 비용 발생에 대한 취약성 지수를 기반으로 본 발명에 의한 운영체계의 목적함수에 적용되는 수자원 공급 지장 비용을 산정한다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 국가별 전력시장에 대한 종류 및 참여 가능 종류의 전력시장에서 요구되는 제약조건과 지정된 도*송수설비의 신뢰성 조건을 고려한 운영계획을 도출하는 과정을 예시한 도면이다.

최적화부(130)는 크게 2가지 목적의 개별 최적화부로 구성되어 있다.

최적화부(130)는 하루전 입찰/운영계획을 도출하는 1차 최적화부(131)와 실시간 운영단계에서 설비별 운영 계획의 조정 및 도출 목적의 2차 최적화부(132)로 구성된다.

해당 운영계획을 수립하기 위해서 요구되는 입력 사항은 대표적으로 도*송수관의 연결 현황, 소별 활용할 수 있는 전력구매계약(PPA, Power Purchase Agreement) 전력량, 국가별 녹색요금제 단가, 신재생에너지 공급인증서(REC) 구매 단가, 탄소배출권 거래 단가, 국가별 지정된 관로별 유속 허용범위, 관로별 관경/두께/길이, 도*송수 설비의 최소*최대 기동시간과 온오프(On/Off) 횟수 제한 내용, 설비별 속도제어 가능 여부, 참여 가능 전력 시장별 보상단가, 정수 단가, 취수 단가, 저수원별 경보 발령단계에 대한 내역, 도*송수관로별 개도 장치의 최대/최소 개도율, 정수장 내 수처리 공정별 자외선/오존 설비 용량 및 처리 용량별 전력 사용 정보, 구내 역세척 송수 설비 및 오염물질 축적 방지 목적의 회전기기의 처리량별 전력 사용 정보와 소별로 설치된 정수처리 설비별 용량과 이에 대한 정수처리 지연시간에 대한 정보를 하기 표 4와 같이 입력한다.

[표 4]

도/송수관로별 경제적 유속에 대한 값은 수자원 운영설비 시공 시, 전산모의 또는 국가별 환경부 지침에 따라 결정된 값을 기준으로 입력하며 만약 해당 값이 존재하지 않는 경우, 관로별 최소/최대 유량값의 절반을 기준으로 삼는다.

관로 및 연결공정별 송수 범위 1-10은 해당 관로 및 연결공정별 송수 최대/최소 송수 범위를 10단계의 구역으로 Piece-wise 형태로 구분한 값으로 유량의 비선형 특성을 선형화 시킨 입력 변수이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부의 구성을 예시한 도면이다.

예측부(110) 내 용수수요 예측부(111) 및 전력자원 예측부(113)로부터의 결과값에 기반하고, 표4와 같이 입력된 운영변수에 기반하여 최적화를 진행한다.

1차 최적화부(131)는 통상적으로 순위를 구분하지 않는 심플렉스(Simplex) 기법을 사용하나, 운영 신뢰성 제약조건이 충족되지 않을 시, 해가 도출되지 않는 특성을 고려하여 순차적 흐름으로도 표현할 수 있다.

수자원 운영으로부터의 수익성은 수소 생산량에 대한 수익과 수자원 중개 수익(취/정/배수로부터의 수익)을 포함하며, 전력시장 입찰 수익성 도출의 일 이행에 포함된 수익 요소는 경제성/신뢰성/예비력 DR 참여, 예비력/Capacity/REC 거래를 포함한 Energy 시장 및 탄소배출권 거래 사업으로부터 발생한(CDM-KAU21거래) 이윤을 포함한다.

비교문 “CMP충족”은 운영 신뢰성 요건을 충족하지 못하였을 경우, 수자원 운영 수익 및 전력시장 입찰 및 수익성 목적함수에 포함되지 않는 설비로 구분되며 차후 시점에서의 참여 가능 여부를 판단하기 위하여 차후 시점의 운영 계획 도출 시 재 고려된다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부 내 운영 신뢰성 충족 여부를 도출하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.

본 발명의 일실시예에서 적용되는 최적화 기법의 경우, 통상적으로 일 이행의 흐름을 우선하여 도출하지 않고 동시다발적으로 조건을 계산한다. 다만, 본 발명에서 주요 사용자가 수자원 운영자임을 고려하였을 때 일 순서에 있어 우선순위를 수자원 운영에 맞춘 것으로 전제하나, 수자원 운영 권리를 보유한 발전업자인 경우, 일 순서의 우선순위를 발전용수로 변경할 수 있다.

또한 도*송*배수 계획을 도출하는 것에 있어 수자원 공급에 대한 위험 부담을 최소화 하는 것을 목적으로 설정한다. 최적화 기법은 활용할 수 있는 데이터의 존재 및 충족 여부에 따라 기법별로 적용된다. 헤징(Hedging) 요소가 도출되지 않았을 경우, 결정론적 최적화(Deterministic Optimization) 기법을 활용하며, 준수되어야 할 신뢰성 제약조건은 도/송수 관로 내 압력, 펌프(Pump)별 최대/최소 운전시간 및 온오프(On/Off) 횟수 제약, 예비력/경제성/신뢰성DR 참여 여부, 정/송수설비별 수위, 상수원별 또는 댐(DAM)별 수위 제약조건 및 경보발령 기준, 발전설비별 출력제약 조건, 예방정비 참여 여부, 취/정수공정별 소요시간, 수처리 대상 수자원의 시간대별 유입량을 고려한 약품 투입량, 오존/자외선 설비 출력 제약조건, ㅅ스슬러지(Sludge) 발생 공정별 슬러지(Sludge) 축적에 대한 제약범위, 슬러지(Sludge) 처리 공정에 활용되는 설비의 출력제약, 정수 및 배수지의 상/하위 수위, 가압장별 도/송수 속도 제약, 가압장별 우회 착수정 용량 상태, 수위, 예방정비 일정, 펌프 가능(Pump Availability) 상태, 펌프(Pump) 출력제약 및 우회 관로 사용 가능 여부 및 우회 관로 유속 제약을 포함한 기타 취/도/정수설비에 요구되는 운영 신뢰성 제약조건들을 고려한다.

도/송수 유속의 경우 운영 최적화 대상 도/송수 설비에 대한 경제적 유속이 있다면, 해당 유속으로 도/송수하는 것을 전제로 하며, 해당 유속이 일정하게 취수장에서부터 가압장을 거쳐 정수장까지 도착하는데 있어 펌프(Pump) 및 밸브(Valve) 개도율을 설정하는 제약조건을 적용한다.

전력시장에 참여함으로 인하여 발생하는 수익에 대한 모델(Model)은 설비별 참여 가능한 시장에 적용되는 단가를 곱하는 방식으로 산정된다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 운영 신뢰성 제약조건에 따라 설비별 운영 가능 여부를 판단하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.

발전용수 외 방류 결정에서 결정되는 수자원의 종류는 농업/공업/하천유지/생활용수로 구분된다. 해당 루프(Loop) 내 비교문 “CMP신뢰”는 표 4에서 시간 단위별로 입력되는 수자원의 목적별로 구분된 관로 상태 및 밸브(Valve) 개도 범위 및 여부를 지속해서 비교하는 조건이다. 해당 루프(Loop) 내 비교문 “CMP수요”는 수자원 용도별 시간 단위별 방류 요구량의 충족 여부를 나타낸다.

전력 설비 활용 가능 여부 루프(Loop) 내 비교문 “CMP종류”는 발전 또는 부하 설비의 동작 조건이 수자원 운영과의 연계 여부를 판단하는 일 이행의 예이다.

취/정/배수 수요와 연계되는 설비는 본 발명에서 취/송/배수 펌프와 수처리 공정 설비, 소수력발전원 연계 수소 생산설비와 소수력발전원 外 신*재생발전원 및 전력저장장치를 비롯하여 기타 설비와 연계되어 운영되는 신*재생발전원을 포함한다. 해당 비교문에서 관제하는 조건은 표 4에서 입력변수로 규정된 변수 중 설비별 해당 변수들로 구성된다.

수도수요 비연계 Loop은 발전설비 또는 부하설비가 수처리 공정과 별도로 연계되어 운영되지 않는 설비의 집단으로, 소내 관리동 내 전력 부하설비 또는 독립형 발전설비를 통칭한다.

취/정/배수 수요 연계 Loop 내 비교문 “CMP 제약”은 해당 소수려발전설비의 출력 제어의 방식을 선택하는 제약조건이다. 주관로발전 선택을 하는 조건으로는 소수력발전원 설치 취/정/배수사업소 내 설비가 추가 유입 수자원을 받을 수 있는 조건과 유입되는 수자원의 유량이 소수력발전원의 출력 최대/최소 범위 이하인 경우를 전제한다.

보조 관로 활용 발전 선택 조건의 경우, 소수력발전원 설치 취/정/배수사업소 내 설비가 추가 유입 수자원을 받을 수 있는 조건과 유입되는 수자원의 유량이 소수력발전원 출력의 최소 범위에 미치지 못하는 경우와 더불어 유입되는 유량이 소수력발전원의 출력 최대 범위에 벗어나는 경우, 소수력발전원이 활용 가능한 범위의 유량을 차감한 유량을 보조 관로로 우회시킨다.

미 발전의 경우, 추가 이입되는 수자원이 없는 경우를 나타낸다. 수도수요 비연계 루프(Loop) 내 비교문 “CMP신뢰”의 경우, 소수력발전원이 취/정/배수공정과 연계되지 않은 경우인 설비를 포함하며, 통상적인 경우와 발전용 수자원만을 방류하는 별도의 관로가 없으며 발전용 수자원을 별도로 계산하지 않고 기타 운영 목적의 수자원과 혼합으로 방류되는 다목적 또는 조정지 댐(DAM)/보를 대상으로 구분한다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템에서 규정되는 1차 최적화부로부터 도출되는 운영 수익의 목적함수를 예시한 도면이다. 위약금은 2차 최적화부에서 적용되는 변수로 설정한다.

중복참여 가능설비 구분의 일 이행은 표 4에서 입력된 가/부 여부에 따라 구분된다. 예를 들어, 국가별 규정에 따라 예비력 시장에 특정 시간 참여하는 설비의 경우 기타 전력시장에 참여 불가한 규정이 있으며, 기존 신재생에너지 공급인증서(REC) 시장에 참가하는 설비들 중, 예측오차 완화 정산제도에는 중복으로 참여하는 경우가 있기 때문이다.

청정개발체제(CDM, Clean Development Mechanism) 사업에 참여하는 설비들은 국가별로 허용된 발전설비들로 정의되며 전체 발전량에 탄소배출 계수를 적용하여 설비별 적용할 수 있는 청정개발체제(CDM)단가 및 가중치의 곱으로 수익을 나타낸다. 만약 해당 설비가 발전설비가 아닌 경우, 탄소배출 저감량을 확인할 수 있는 운영 논리를 도 12와 같이 실시한다.

과거 국가별 탄소배출 저감량 확인 목적의 기준 사용량 인정 기간 간의 운영실적이 존재하는 경우, 기존 운영실적 대비 전일 실제 운영량의 차로 계산한다. 만약 해당 운영실적이 존재하지 않는 경우, DR에 참여하기 위하여 생성된 CBL(Customer Baseline Load)을 기준 사용량 인정 기간 간의 운영실적으로 대체하여 제약조건에 반영한다.

전력시장 참여 예상 수익 산출 제약조건은 발전설비 또는 부하 설비 여부를 별도로 구분한 뒤, 운영체계에서 설계된다. 수익 산출 제약조건은 국가별 전력시장별 설비 규정과 동일한 수식을 적용한다. 전력구매계약(PPA, Power Purchase Agreement) 거래에 참여하는 설비들에 대한 수익은 PPA 적용 가능 단가에 물리적으로 계약 대상 수용가에게 공급된 전력량을 곱한다. 본 운영체계를 적용한 사용자가 1차 최적화부의 결과에서 도출 가능한 손실 요소를 취합하는 일 이행의 예이다. PPA 구매비용은 RE100을 이행하는데 있어 필요한 외부 신*재생전력원으로부터의 전력 구매로부터 발생한 비용을 나타내며 구매된 해당 전력량에 국가별 규정 PPA 단가를 곱하여 계산한다. 해당 논리 내 전력요금은 고정비인 계약전력 및 실사용에 따른 에너지 요금으로 구성된다.

외부 수자원 구매 비용은 지역별 용수공급 의무량을 달성하지 못하는 경우, 연계된 관망을 통하여 다른 지역의 수자원을 용수공급 의무량을 달성하지 못한 인접 지역으로 송수하기 위하여 구매하는 비용이다.

공급지장비용은 확률론적 계산을 통하여 외부 수자원 구매를 통하여 달성하지 못한 용수공급 의무량에 대한 위약금 및 이를 해결하기 위한 송수차 운영비용을 나타낸 것이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 REC 거래 가능 설비들을 구분하는 논리흐름을 예시한 도면이다.

현재 대한민국 외에도 신재생에너지 의무할당제(RPS, Renewable Energy Portfolio Standard)를 이행하는 국가들의 경우 RPS 이행 설비로 구분되는 경,우 신재생에너지 공급인증서(REC, Renewable Energy Certificates)시장의 참여를 허락하지 않는 경우가 있는 관계로 본 논리에 의하여 중복 정산 또는 중복참여 가능 여부를 판단한다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 하루전 RE100 이행 가능 여부 및 % 예상 달성율 산정에 대한 운영 논리 흐름을 예시한 도면이다.

물리적 RE100 이행 가능 여부 및 % 달성율은 전체 보유 발전설비 중, 국가별 RE100 이행 인정 발전원으로 구분된 발전원의 하루전 총 예상 출력과 전력구매계약(PPA, Power Purchase Agreement) 구매로부터 조달된 신*재생전력량 대비 전체 부하설비로부터 사용될 예상 전력량의 비율로 % 예상 물리적 달성율을 산출한다.

재무적 RE100 이행 가능 여부 및 % 달성율에 대한 논리는 도 14와 같이 진행된다. 소별 발전량 예측을 통하여 도출된 발전량에 기반하여 국가별 인정한 인증서 기반의 거래로부터 발생한 kWh 전력량과 녹색 전력 요금제 참여 시 발생한 전력량의 10%의 합으로 구성되며, 이를 전체 전력 수요량에 비교하여 나타낸다.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 등록된 설비 중 수요반응자원으로 등록할 수 있는 설비를 선별하는 운영 논리 흐름을 예시한 도면이다.

비교문 “CMP참여”는 DR 참여 희망 설비로 입력된 설비 또는 입력되지 않은 설비로 구분하는 논리의 예이다.

“CMP신뢰”는 표 1 및 표 4에서 입력된 정보에 기반하여 예비력/신뢰성/경제성 DR 자원으로서의 참여 적합성 여부를 판단하는 논리이다.

비교문 “CMP신뢰”는 표 1 및 표 4에서 규정된 설비별 기술 특성 자료에 기반하여 1차적으로 시장별 참여 자격을 구분한 뒤, 시장별 정산단가를 해당 설비용량에 곱하여 가장 높은 이윤이 발생하는 시장에 참가하는 방식으로 일 이행을 한다. 이후, 자원별 고객 기준부하 실적 보유 여부를 판단하여 고객기준부하(CBL, Customer Baseline Load)이 없는 경우 국가별 전력계통*시장운영자의 지침에 따라 고객기준부하(CBL, Customer Baseline Load)을 생성한다.

DR 자원으로서 감축 가능 설비를 도출하는 방식은 기존 DR 참여를 통한 수익을 고려하지 않고 운영되었던 같은 시간대의 고객기준부하(CBL, Customer Baseline Load)과 DR 참여를 전제로 설정하며 감축량에 대한 추가 수익 파라미터(Parameter)가 포함된 설정된 목적함수로부터 도출된 설비별 운영 일정의 차를 시간대별 감축 가능량으로 설정한다.

DR 참여 기록이 존재하지 않는 설비에 대한 감축 가능량은 언급된 CBL과 DR 참여 수익이 고려된 목적함수에 기반하여 도출된 시간대별 감축 가능량과 동일하게 진행한다.

DR 참여 기록이 있는 설비들의 경우, 2차 최적화부(132)의 결과 처리 장치인 실시간 되먹임부(170)부에서 사전 도출된 성능 계수를 반영하여 실질적 참여 가능성을 검토한다. 만약 이전 참여실적으로부터 도출된 성능 계수로부터의 점수가 0.7 미만으로 떨어지는 경우, 신뢰성이 없는 설비로 판단하여 DR 참여 가능 자원으로 구분되지 않는다. CBL이 있는 경우, 참여 적합 시장으로 구분된 시장 내규에 따라 시험이행을 실시한다. 그 뒤, 중복 참여 가능 여부를 판단하여 입찰부에 등록한다.

도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 발전설비별 기술적 특성을 고려하여 참여할 수 있는 시장을 선정하는 단계를 예시한 도면이다.

도 10에서 해당 시간대에 참여할 수 있는 발전자원으로 구분된 발전설비들에 국한하여 참여 적합 여부를 시험한다.

비교문 “CMP신뢰”는 표 1 및 표 4에서 입력된 정보에 기반하여 예비력/신뢰성/경제성 DR 자원으로서의 참여 적합성 여부를 판단하는 논리이다.

출력시험을 이행하는데 있어 적용되는 기준은 국가별 에비력/경제성/용량성 설비로 참여하는 설비들에게 적용되는 기준을 준용하여 진행한다. 이후, 해당 출력시험을 통과 못한 자원들은 해당 시간대에 단순히 전력시장에 참여가 가능한 후보군으로만 등록되며, 별도의 공정에 영향을 미치지 못하는 설비로 구분된다.

전력저장장치와 연계되어 운영되는 신*재생전력원의 경우 국가별 전력시장 운영규칙에 따라 구분하는 방법이 다르나, 본 논리에서 고려하는 기본 논리에서는 전력저장장치와 연계 대상 발전원의 총출력을 1개의 자원으로 구분한다.

다만, 연계 설비별 소유주가 다르게 본 운영체계에 다르게 등록된 경우일 시, 정산 체계에서 별개의 자원으로 구분하되, 최적화 내 발전량 제약조건에는 1기의 연계 설비로 구분한다.

기존 발명에서는 통상적으로 연계 설비에 대한 제약을 단순히 물리적 연계 여부만을 고려하여 판단하였으나, 본 발명의 일실시예에 의한 운영체계에서는 단순한 물리적 연계 여부를 떠나 무선으로 출력제어가 서로 가능한 경우 및 설비별 포트폴리오(Prtoflio) 내 상호 보완적으로 운영되는 설비로 구분되면 이 역시 연계 설비로 구분한다.

0/1로 제어가 가능한 설비 중, UFR (저주파수계전기)와 기술적으로 연계가 가능한 설비들을 대상으로 예비력 또는 직접부하제어 참여 가능 설비로 구분한다.

해당 운영 논리 중, 지속적 제어가 가능한 설비로 구분하는 기준은 출력의 목적이 온도제어, 조명의 세기, 도*송수의 가압 또는 유량을 제어하기 위하여 출력조절이 0/1 반응으로 나타나지 않는 부하 또는 발전설비로 규정한다.

도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차 최적화부에서 도출된 수자원 운영설비 및 발전설비의 운영 일정을 해당 전력시장운영자에게 전송하는 논리 흐름을 예시한 도면이다.

전력시장운영자에게 전달되는 정보는 예측된 발전량, 전력사용량 및 설비용량과 같이 지역별 전력시장운영자가 요구하는 정보에 국한된 정보만을 전송하며, 수자원 운영 정보에 대한 내역은 제외하며 설비별 관제 요소는 표 5와 같은 정보를 관제한다.

DLC 자원 등록 여부는 송전망 운영자 또는 중앙에서 운영되는 전력시장에 참여하지 않고 지역별 배전사업자 또는 배전망 운영자와의 직접 계약으로 전력시장에 참여하는 설비들을 구분한 Set으로, 설비 소유주의 설비가 배전망 운영자 또는 배전사업자의 지시에 따라 직접 제어가 되는 설비들로 구분된다.

[표 5]

도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 최적화부의 운영 논리를 예시한 도면이다.

2차 최적화부(132)에서 진행되는 주요 내용은 초, 분 및 시간단위로 수자원 운영설비, 발전설비 및 건물 또는 전력 사용 설비들의 운영상태를 관제하여 1차 최적화부(131)에서 도출된 설비별 가능여부(Availability)를 비교한다.

운영 신뢰성 제약조건의 경우, 1차 최적화부(131)에서 규정한 내용과 동일하다.

일치로 구분된 운영 논리는 실시간으로 운영되는 설비들이 각 스케쥴링 간격(Scheduling Interval)마다 하루전 운영 계획에 부합하여 운영되는 것으로 판단되는 경우를 지칭한다.

불일치로 구분된 운영 논리는 일치 운영 논리의 반대 상황을 기준으로 삼는다. 관제*제어체계 이행 논리는 전력 설비에 대한 관제*제어체계 논리와 수자원 운영에 대한 관제*제어체계 운영 논리로 구분된다. 전력 설비에 대한 관제*제어체계 논리에 포함되는 설비는 사업소별 취/도/송/배수/가압 Pump, 약품 투입설비, 오존/자외선 소독설비, 역세척 Pump, 관로, Valve 및 발전설비와 전력저장장치 및 수소 생산설비를 포함 표 2에서 언급된 설비들의 운영상태를 관제한다.

수자원 운영 관제*제어체계 이행 논리는 사업소 또는 소별 담당 수자원의 공급 상태를 관제한다.

도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 운영단계에서 각 스케쥴링 간격 별 하루 전 운영 계획과의 차이가 발생하였을 때 구동되는 논리 흐름을 예시한 도면이다.

불일치 발생 시, 해당 설비가 전력 설비 운영 또는 수자원 운영에서의 불일치인지 우선 구분한다. 본 논리에서 전력설비로 구분되는 설비는 표 2 및 표 4에서 언급된 발전설비들과 연계운영 상의 전력저장장치 및 수소생산설비들로 구분된다.

본 논리에서 수자원 운영설비로 구분된 설비는 사업소별 취/송/도/배수/가압 펌프를 포함 슬러지 처리 설비/오존*자외선 살균설비를 포함 수처리 공정에 요구되며 상기 표 4에서 언급된 설비들로 구분된다.

전력시장 입찰 수자원 운영설비들은 수자원 운영설비 중, 전력설비와 연계 운영되는 수자원 운영설비 및 수자원 운영설비 중 전력시장에 DR 자원으로 입찰한 설비들을 나타내는 집합으로 구현된다.

도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시간 운영단계에서 각 스케쥴링 간격 별 하루 전 운영 계획과의 차이가 발생하였을 때 전력설비들에게 적용되는 논리흐름을 예시한 도면이다.

설비별 전력시장 참여 여부를 판단한 뒤, 전력시장에 참여하는 설비 또는 참여하지 않는 설비들로 구분한다.

전력시장에 참여하는 설비들로 구분된 경우, 미 이행에 따른 위약금 발생 여부, 중복 참여 여부, 출력 오차율이 정산에 영향을 미치는 경우와 미치지 않는 경우로 구분하여 저장한다.

전력시장에 참여하지 않는 설비들의 경우, 전력시장에 참여하는 설비들과 연계된 설비 및 연계되지 않은 설비들로 구분하여 저장한다. 각 비교문에 대한 상세 내역은 하기와 같다.

전력 설비로 구분된 설비들에 대한 불일치 완화 논리는 비교문 “CMP시장”을 통하여 설비별 참여 시장을 파악한 뒤, 불일치에 대한 위약금이 존재하는 시장에 참가하는 설비 및 불일치에 대한 위약금이 존재하지 않는 시장에 참가하는 설비들로 구분한다. 이후 2차적으로 설비별 중복 또는 비중복 참여 여부를 구분한다.

비중복 및 중복 여부는 국가별로 규정이 다르며, 이를 고려하여 재구축하여 결정이 가능하다. 예를 들어, 예측오차 완화 정산제도의 참여 설비들은 에너지 시장의 일부인 SMP+REC 시장에 동일 시간에 이중 정산이 가능하나, 예비력시장 또는 신뢰성 DR에 참여하는 설비들의 경우 동일 시간에 기타 시장에 참가하여 이중 정산이 불가능하다. 그 뒤, 예측오차 정산제도에 참여하는 설비와 참여하지 않는 설비를 구분하여 별도로 설비 집합을 구성한다.

감축량 배분 시, 반드시 참여하여야만 될 전력시장에 참여하는 설비들 및 참여하지 않아도 될 설비들로 우선 구분한다. 반드시 참여하여야만 할 시장의 경우 직접부하제어, 신뢰성 및 예비력 DR로 구분된다. 반드시 참여하지 않아도 될 시장의 경우, 예측오차 완화 여부에 따라 정산 또는 위약금이 산정되는 시장, 분산전원 시장 및 경제성 DR 시장이다.

감축량을 배분할 시 우선 순위로 국가별 및 본 S/W 운영자 참여 전력시장 내 규정되는 오차범위를 고려한 감축 또는 증발 요구량과 동일한 용량의 DR 자원 (BTMG 포함)이 있는지 서치(Search)한다. 그 후, 해당 요구량과 동일한 용량의 DR 자원이 없는 경우, 조합을 통하여 찾는데, 1차적으로는 비중대부하(Non-critical Load) 자원과 BTMG(Behind The Meter Generation) 자원 또는 DR 자원으로 등록이 가능한 발전설비를 매집한다. 만약 1차적 조합을 통하여 응답 요구량을 충족하지 못할 경우, 기존 참여 가능함으로 등록되었던 중요(Critical) 설비들 역시 참여하는 것으로 조합을 도출한다.

도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 위약금 존재 및 비중복 참여 조건으로 구분된 설비들에 대한 2차 최적화부 내 운영 흐름도를 예시한 도면이다.

시장의 종류에 따라 각기 다른 신호 및 상태 비교 제약조건에 포함되는 변수들은 표 5와 같이 정의할 수 있다.

비교문 “CMP신상”은 표 5에서 나타내는 설비들로부터 취득된 관제 상황을 고려하여 참여 가능 여부를 판단하는 논리이다. 동 시점에 하루전 입찰하였던 DR 자원 중에서 Critical/Non-Critical. 중대부하(Critical Load)로 구분되는 기준의 경우, 중대부하(Critical Load)이더라도 무정전 전원장치(UPS, Uninterruptible Power Supply system) 또는 비상발전설비와 연계되어 운영되는 경우 비중대부하(Non-Critical Load)로 구분된다.

중대부하(Critical Load)로 구분되는 설비들은 상 윗단 1차 최적화부(131)에서 운영 신뢰성 유지 조건 수식에 포함되는 출력을 제공하는 설비들로 구분하며, 해당 설비들의 경우 실시간 최적화인 2차 최적화부(132)에서 실시간으로 참여 가능 및 불가능 여부를 비교 Loop을 통하여 관제한다.

만약 중대부하(Critical Load)로부터의 출력이 본 운영체계 내 운영 신뢰성 제약조건의 충족에 필수적이라면 참여하지 않는 것으로 구분한다.

본 발명의 일실시예의 의한 최적화부(130)에서 실질적 설비별 전력시장 참여 및 전력계통운영기관으로부터의 응답신호에 따른 응답 결정여부를 비교하는 논리이다. 1차적으로 1차 최적화부(131)에서 도출된 운영 일정 내 전력시장 참여 설비들을 구분하고, 만약 2차 최적화부(132) 운영 시점에서 해당 설비의 운영 상황이 전력시장에 참여 불가능할 것으로 판단되는 경우(1차 최적화부에서 지정된 운영 신뢰성 제약 요건), 참여 가능 설비조합에서 제외한다.

이후, 1차 최적화부(131)에서 도출된 시간대별 입찰군의 용량과 비교하여 매집할 수 있는 설비를 설비별 2차 최적화부(132) 운영 시점에서의 가능여부(Availability)를 비교하여 참여 불가로 판명된 설비와의 동일 용량으로 매집한 뒤, 참여 설비의 부재로 인하여 발생할 수 있는 손실을 비교하여 해당 설비의 참여 여부를 결정하나, 1차적으로 운영 신뢰성 요건이 충족되지 않는 경우 참여 불가로 구분하는 것으로 정한다.

만약 대체 설비가 참여 불가로 판단되는 경우, 기존 참여 예정이었던 설비의 재무적 상태를 전력시장 미참여로 인하여 발생하는 위약금과 설비별 목적에 따라 발생할 수 있는 손실을 비교하여 참여 여부를 결정한다.

소수력발전원에 대한 운영 논리 중 기존 운영 일정에서 변경하는 경우, 개도설비의 안전범위 내 추가 개도를 진행하며 우회관로의 이용률, 추가 개도를 통한 저수조의 저수율의 현황과 비교하여 추가 개도를 결정한다.

설비별 참여 여부는 비교문 “CMP이윤”에서 결정한다. 예를 들어, 예비력 시장에 참가하는 설비들 대상으로는 전력계통*시장운영자로부터의 응답신호의 수신 여부를 우선 판단한 뒤, 응답했을 경우 발생할 수 있는 이윤과 응답하지 않음으로써 발생할 수 있는 위약금의 정도를 1차적을 계산한다. 그 뒤, 해당 설비가 참여함으로써 발생할 수 있는 이윤과 해당 설비가 수자원 운영에 있어 동일 시점 때 꼭 필요한 경우 인지 아닌지를 비교한 결과에 따라 전력시장에 참여함으로써 발생할 수 있는 손실과의 비교를 고려해본다.

만약 해당 설비가 수자원 운영에 있어 꼭 필요한 상황에서 전력시장에 참여하는 행위가 도 12의 목적함수 달성에 기여가 되는 경우, 참여하는 것으로 규정한다. 이는 해당 설비의 출력이 제약조건에 변수로 포함된 경우, 해당 제약조건의 충족 여부에 따라 결정된다.

예측발전량의 정확도를 정산에 반영하는 시장에 참여하는 설비들로 구분된 경우, 1단계 최적화부에서 저장된 예측된 발전량과 2단계 최적화부에서 관제되고 있는 발전량의 차를 비교하여 오차율 미준수로 인하여 발생할 수 있는 위약금과 해당 설비의 출력 증감 능력을 판단하며, 연계된 전력저장장치의 충전 및 방전 여부를 결정한다.

만약 해당 설비의 이용률이 국가별 전력계통운영기관에서 지정한 이용률에 미치지 못하는 경우, 동 시간대 최대 이윤 발생이 가능한 시장으로 참여 여부가 결정된다.

또한 경제성/신뢰성/예비력시장에 참여하는 DR 자원들의 경우, 하루전 입찰한 동일 시간대에 제공하기로 약속되었던 출력 증/감량을 제공하지 못하는 경우 발생하는 위약금과 비교하여 참여 또는 미참여를 결정한다.

만약 미참여로 발생하는 손실이 동 시간대 타 이윤과 비교하여 높을 경우, 참여 하지 않는 것으로 판단하며, 참여할 경우 발생하는 이윤이 더 높을 경우, 참여 하는 것으로 판단한다.

도 8에서 나타낸 되먹임부(170)에서 진행되는 계수화는 예측오차가 설비별 정산에 영향을 미치지 않는 전력시장에 참여하는 설비들 대상으로 진행되며, 운영 신뢰성 관점에서의 계수와 이윤 관점에서의 기여도 계수로 구분된다. 설비별 참여 및 미참여 실적을 전체 참여 횟수 대비 실패율 및 기타 성공률을 계수화한 내용에 기반하여 이후 전력시장 참여 가능 여부를 결정하며, 이에 기반하여 정산부(150)의 제약조건에 반영한다. 정산에 대한 계수는 설비별 전력시장 참여를 통하여 동 시간대 발생할 수 있는 이윤의 전체 합 중, 설비별로 발생한 이윤을 나눈 값으로 산정한다. 2차 최적화에서 적용되는 목적함수는 1차 최적화에서 도출된 전체 편익과의 절대차를 최소화 하는 것으로 설정된다.

만약 수자원 운영자가 참여하는 예측오차가 설비별 정산에 영향을 미치는 전력시장 내 운영 규칙이 예측오차 완화 추가 정산금 지급대상 및 지급 미대상 설비로 구분하여 운영하지 않는 경우, 도 18과 같은 절차로 시간대별 운영 신뢰성 및 재무적 기여도 평가를 진행한다.

운영 신뢰성에 대한 평가 요소는 설비별 하루전 예측된 이용률과 실제 이용률의 차로, 만약 예측오차가 설비별 정산에 영향을 미치는 전력시장 내 참여 설비로 구분된 전체 설비의 이용률이 해당 전력계통운영기관이 규정하는 이용률에 미치지 못하는 경우, 발생이 가능한 위약금과 비교하여 해당 시장에 참가하지 않는 설비들과 같은 방식으로 전력시장에 참여한다. 재무적 기여도 평가 방안은 하루전1차 최적화부(131)에서 도출된 발전량에 해당 설비가 참여하는 시장별 단가를 곱한 값을 분모로 설정하며 해당 설비로부터 실제 정산된 수익을 분자로 설정하여 기여도를 평가한다.

만약 전력시장 내 운영 규칙이 예측오차 완화 추가 정산금 지급 대상 및 지급 미대상 설비로 구분하는 경우, 도 13과 같은 절차로 운영 신뢰성 및 재무적 기여도를 평가한다.

정산금 미대상 설비의 경우, 하루전 예측된 발전량에 대한 예측오차를 완화하는 설비로 활용되며, 해당 설비가 예측오차를 완화하지 않아 발생할 수 있는 경우로부터 정산된 수익금의 차이를 예측오차 완화 설비의 추가 정산금으로 산정한다. 각 예측오차 완화 목적으로 사용되는 보조 발전원간 정산금의 분배는 발전원별 출력조정 횟수의 빈도 및 비례하여 배분하는 운영 논리에 따라 이행된다.

예측오차 완화 정산금 수령 대상 설비의 경우, 예측오차 완화 설비 소유주들에게 분배된 정산금을 제외한 나머지를 전체 설비 이용률을 분모로, 설비별 이용율을 분자로 설정한 가중치를 설정한다. 두 번째 가중치는 1에서 전체 예측오차 발생량을 분모로 설비별 잔여 예측오차를 분자로 설정한 가중치를 차감한 가중치로 설정한다. 설비별 정산은 언급된 두 가중치의 곱으로 나타낸 합성 가중치의 비중을 고려하여 분배한다.

도 8에서 나타낸 정산부(150)는 2차 최적화부(132)에서 도출된 결과에 기반하여 국가별 계통운영기관별 시장 내 정산단가를 적용하여 정산금을 계산하는데 활용되고, 되먹임부(170)에 도출결과를 전달한다. 정산부(150)는 2차 최적화부(132)에서 도출된 결과를 기반으로 외부전력계통으로 실제 공급된 전력량인 국가별 규정된 계량설비에 기록된 값을 기준으로 산정한다. 이후, 정산에 적용된 가중치를 다음 일 대상의 하루전 전력시장에 입찰하기 위해서 설정하는 계수로 활용되며, 이용률 계수는 차일 시장에 참여 여부를 결정하는 가중치로써 활용된다.

DR 자원으로서 운영되는 설비들에게 전력계통*시장운영자 또는 배전망운영자 또는 배전사업자로부터 응답 요구되는 설비들의 관제 변수를 나타내는 예시이다. 관제 변수는 상기 표 5와 같이 나타낼 수 있다.

본 명세서상의 각 단계는 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 각 도면에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 단계 중 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도면의 단계들은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수도 있다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.

또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실시예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들 또는 단계들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명의 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법에 따르면, 수자원 운영을 하는 사업자의 관점에서 수자원 운영신뢰성 요건인 용수공급량, 도*송수관 압력 및 유속 제약조건, 설비별 예방정비 일정 및 전력시장 운영규정 등을 반영하여 운영계획을 수립할 수 있도록 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템 및 방법을 제공할 수 있다는 점에서, 기존 기술의 한계를 뛰어 넘음에 따라 관련 기술에 대한 이용만이 아닌 적용되는 장치의 시판 또는 영업의 가능성이 충분할 뿐만 아니라 현실적으로 명백하게 실시할 수 있는 정도이므로 산업상 이용가능성이 있는 발명이다.

100: RE100 운영시스템 200: 수자원 운영자 서버
300: 취배수 사업자 서버 400: 정수사업자 서버
110: 예측부 111: 용수수요 예측부
113: 전력자원 예측부 114: 독립형 자원
115:연계형 자원 116: 발전자원 117: DR자원
130: 최적화부 131: 1차 최적화부
132: 2차 최적화부 150: 정산부 170: 되먹임부

Claims (8)

1. 수자원 운영자 서버, 취배수 사업자 서버 및 정수사업자 서버로 구성된 복수의 사용자를 대상으로 RE100 달성 정도, 전력시장 참여 수익, 전력 사용량, 용수 의무 공급량 달성량을 도출하며 최적화하고, 도출된 최적화 결과를 기반으로 계약전력을 도출하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템에 있어서,
   활용 목적별 수자원의 수요에 대한 예측 혹은 전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측하는 예측부;
   상기 예측부로부터의 결과값 및 입력된 운영변수에 기반하여 최적화를 진행하는 최적화부;
   국가별 계통운영기관별 시장 내 정산단가를 적용하여 정산금을 계산하는 정산부; 및
   상기 최적화부의 결과를 사전 도출된 성능 계수를 반영하여 실질적 참여 가능성을 검토하는 되먹임부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 예측부는,
   활용 목적별 수자원의 수요에 대한 예측을 하는 용수수요 예측부; 및
   전력 자원의 입찰 가능 여부 및 가능량에 대한 예측을 진행하는 전력자원 예측부를 포함하고,
   상기 전력자원 예측부는,
   입력된 기본변수의 특성에 따라 자원의 종류 여부를 독립형 자원 또는 연계형 자원으로 구분하고,
   상기 입력된 기본변수에 따라 DR자원 또는 발전자원으로의 구분하고,
   상기 연계형 자원은, 연계 공정 설비 또는 발전설비와 연계 운영되는 것을 전제로 입력된 설비인 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 예측부에 입력되는 입력변수들은,
   데이터의 계절성, 손실값(Missing Value)의 처리, 정규화(Normalization), 중복된 데이터의 제거 혹은 가외치(Outlier)의 제거를 통한 입력변수들의 전처리 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
4. 제1항에 있어서,
   상기 최적화부는,
   하루전 입찰/운영계획을 도출하는 1차 최적화부; 및
   실시간 운영단계에서 설비별 운영 계획의 조정 및 도출하는 2차 최적화부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 되먹임부에서 진행되는 계수화는,
   예측오차가 설비별 정산에 영향을 미치지 않는 전력시장에 참여하는 설비들 대상으로 진행되며, 운영 신뢰성 관점에서의 계수와 이윤 관점에서의 기여도 계수로 구분되는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 정산부는,
   상기 2차 최적화부에서 도출된 결과에 기반하여 국가별 계통운영기관별 시장 내 정산단가를 적용하여 정산금을 계산하고,
   상기 정산부에서 도출된 결과는, 상기 2차 최적화부에서 도출된 결과를 기반으로 외부전력계통으로 실제 공급된 전력량인 국가별 규정된 계량설비에 기록된 값을 기준으로 산정하고, 정산에 적용된 가중치를 다음 일 대상의 하루전 전력시장에 입찰하기 위해서 설정하는 계수로 활용되며, 이용률 계수는 차일 시장에 참여 여부를 결정하는 가중치로써 활용되는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
7. 제1항에 있어서,
   정산에 대한 계수는 설비별 전력시장 참여를 통하여 동 시간대 발생할 수 있는 이윤의 전체 합 중, 설비별로 발생한 이윤을 나눈 값으로 산정하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 되먹임부는, 설비별 참여 및 미참여 실적을 전체 참여 횟수 대비 실패율 및 기타 성공률을 계수화한 내용에 기반하여 이후 전력시장 참여 가능 여부를 결정하며, 이에 기반하여 상기 정산부의 제약조건에 반영하는 것을 특징으로 하는 수자원 운영기관에 특화된 RE100 운영시스템.