KR20130074045A - 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법 및 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템에서 수용가의 부하 에너지를 관리하는 방법에 관한 것으로, 상기 다수의 에너지 공급원에 관한 에너지 생산량, 에너지 생산 원가 및 에너지 요금 정보 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 정보를 수집하는 단계; 다수의 부하에 관한 부하별 용도에 따른 에너지 소비량, 가용 에너지, 에너지 요금 및 에너지 소비 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 소비 정보를 수집하는 단계; 및 상기 에너지 정보 및 상기 에너지 소비 정보를 토대로 소정의 미리 연산된 에너지 비용 기준범위 내에서 소정의 에너지 분배 알고리즘을 적용하여 상기 다수의 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 수용가 에너지 관리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 다수의 분산 전원으로 구성된 마이크로 그리드 기반의 스마트 그리드 운영 정책에서 에너지 종별 분석 및 건물 특성별 에너지 분산 관리를 통해 에너지 비용 절감 제어를 수행하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
최근 세계적으로 기존의 전력망에 정보기술을 접목한 차세대 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid)가 법제화되는 추세에 있으며, 이에 따라 스마트 그리드 기반의 실시간 전력 요금제 적용이 검토되고 있다.
또한, 최근의 전력 요금제에 있어서 생산 장려 정책에 따른 에너지 소비 지원 형태의 전력 요금제에서 발전 원가 연동 규제 형태의 전력 요금제로 패러다임이 변화함에 따라 실시간 요금제(PTR), 시간대별 미리 정해진 요금을 부과하는 요금제(TOU), 및 전력 요금 급등 시 일정 횟수 및 일정 시간 동안 피크 요금을 부과하는 요금제(CPP) 등이 적용되고 있는데, 이러한 전력 요금 제도들의 적용 목적은 에너지 소비 절감과 동시에 에너지 소비를 통제 가능한 범위 내에서 관리함으로써 원자력 또는 석탄 화력과 같이 저렴한 생산 원가를 갖는 에너지원 및 태양광 발전 또는 풍력 발전과 같이 그린 에너지원에 의해 생성되는 잉여 전력을 효율적으로 제어하는데 그 목적이 있다고 하겠다.
특히, 대한민국의 경우, 총 발전 용량이 감당할 수 있는 전력예비율은 5% 이내인 상황이면서 하절기 또는 동절기의 에너지 피크부하를 해결하기 위해 국내 발전소를 무한정 증가시킬 수만은 없는 상황이다. 따라서 국내에서는 피크 전력의 전력 공급을 위한 계통한계가격 SMP(System Marginal Price)를 위해 중단과 가동이 용이한 LPG(72%), 중유 등의 고가의 원료로 발전하고 있다. 이러한 피크전력의 에너지 수요를 저비용으로 높은 전력을 발생시키는 원자력 발전, 석탄 발전 등으로 옮길 수 있도록 기저부하를 상승시킬 수 있다면, 에너지 수입비용은 절감되고 피크 전력공급용 고비용의 발전소는 증대되지 않아도 된다는 결론이 내려진다.
따라서 현재 국가 차원에서의 에너지 관리 정책은 기존의 피크전력을 낮추도록 유도하는 것뿐만 아니라 기저부하를 일정 규모 이상으로 상승시키는 방향으로 개별 건물 또는 건물군에서의 에너지 소비량을 균등하게 소비하도록 하되 에너지 소비 비용은 절감시키는 방법에 대한 연구가 계속된다.
일반적으로, 전기에너지는 시간대별, 부하 사용량에 따라 요금이 다르며 피크 시간 대역에서의 전력 요금이 가장 높을 뿐만 아니라 피크 시간 중 일정시간 이상 전력을 사용하지 않게 되면 전력요금이 피크 시간 동안의 요금을 기준으로 기본 요금이 산출되기 때문에 자칫 예상 요금 이상의 과다한 요금이 청구될 수 있다. 이에 따라, 에너지 요금을 줄이기 위한 에너지원의 다원화 및 부하 특성별 에너지 공급 시간을 다각화하여 보다 합리적인 건물 에너지 관리 시스템이 필요하다.
본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위하여 고안된 것으로, 에너지 종별의 원가분석 및 효율성을 고려하여 에너지 사용량 및 운전 비용에 적절한 에너지원을 선택하여 일정 기준의 에너지 요금을 만족하면서 에너지 사용 효율성을 높이는 건물 에너지 관리 시스템을 제안한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 단위 건물에서의 에너지 소비 제어가 어려울 경우, 유사한 에너지 소비 패턴의 건물들로 이루어진 건물군별로 에너지 공급 시간을 차등화하여 시간대역 에너지 균등 제어를 수행하는 건물 에너지 관리 시스템을 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양태 일 실시예에 따른 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템에서 수용가의 부하 에너지를 관리하는 방법은, (a)상기 다수의 에너지 공급원에 관한 에너지 생산량, 에너지 생산 원가 및 에너지 요금 정보 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 정보를 수집하는 단계; (b)다수의 부하에 관한 부하별 용도에 따른 에너지 소비량, 가용 에너지, 에너지 요금 및 에너지 소비 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 소비 정보를 수집하는 단계; 및 (c)상기 에너지 정보 및 상기 에너지 소비 정보를 토대로 소정의 미리 연산된 에너지 비용 기준범위 내에서 소정의 에너지 분배 알고리즘을 적용하여 상기 다수의 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 에너지 분배 알고리즘은, 상기 다수의 에너지 공급원의 에너지 요금을 기준으로 상기 부하별 가용 에너지 공급원을 결정하는 방식을 이용할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 상기 (c) 단계는, 상기 다수의 에너지 공급원에 대하여 상기 다수의 에너지 공급원 사용시 에너지 요금 정보에 따라 최저금액을 최우선순위로 하여 순차적으로 순위 설정하는 단계; 상기 우선 순위에 따른 다수의 에너지 공급원 중 각 부하별 하나 이상의 가용 에너지 공급원을 도출하는 단계; 및 상기 도출된 하나 이상의 에너지 공급원 중 최소금액의 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 주 에너지 공급원으로 설정하고, 에너지 공급량을 산출하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 다수의 부하별 에너지 소비량 대비 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량을 비교하는 단계; 및 상기 비교 결과, 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량이 부족한 경우 다음 순위의 에너지 공급원을 부 에너지 공급원으로 설정하고, 에너지 공급량을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 에너지 관리 방법은, 상기 다수의 부하별 설정된 하나 이상의 에너지 공급원을 토대로 상기 다수의 부하별 총 에너지 요금을 산출하는 단계; 및 상기 총 에너지 요금이 상기 다수의 부하별 연산된 상기 기준대역 내 수렴하면서 최저요금을 만족하도록 상기 에너지 공급원의 에너지 공급량을 조정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 에너지 분배 알고리즘은, 상기 다수의 부하에 대하여 부하 특성 또는 용도에 따라 하나 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 방식을 이용할 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 상기 (c) 단계는, 상기 소정 지역 단위별로 일정량의 에너지를 분배받는 다수의 부하에 대하여 동일한 최대 에너지 소비 시간대역을 갖는 하나 이상의 부하를 하나의 부하군으로 분류하는 단계; 상기 부하군별 용도 또는 특성에 따른 최대 에너지 소비 시간대역을 토대로 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 에너지 관리 방법은 스마트 그리드에 따라 실시간 변동되는 전력 요금 정보를 수집하는 단계; 및 상기 다수의 부하에 대응하는 환경 정보 또는 기상 정보를 수집하는 단계를 더 포함할 수 있고, 이때 상기 (c) 단계는, 상기 전력 요금 정보, 상기 환경정보 및 상기 기상 정보 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출할 수 있다.
더 바람직하게는, 본 발명에 따른 에너지 관리 방법은 상기 (c) 단계에서 산출된 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량에 따른 에너지 관리 수행 후 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태에 관한 피드백 정보를 수집하는 단계; 및 상기 피드백 정보에 기초하여 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태가 상기 기준대역에 수렴하도록 상기 부하별 미리 설정된 제어 우선순위에 따라 순차 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 양태 일 실시에에 따른 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템은, 상기 다수의 에너지 공급원에 관한 에너지 생산량, 에너지 생산 원가 및 에너지 요금 정보 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 정보 및 부하별 용도에 따른 에너지 소비량, 가용 에너지, 에너지 요금 및 에너지 소비 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 소비 정보를 저장하는 데이터부; 및 상기 데이터부에 기초하여 소정의 미리 연산된 에너지 비용 기준범위 내에서 소정의 에너지 분배 알고리즘에 따라 상기 다수의 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하여 상기 수용가 부하 에너지를 제어하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 상기 제어부는, 상기 다수의 에너지 공급원에 대하여 상기 다수의 에너지 공급원 사용시 에너지 요금 정보에 따라 최저금액을 최우선순위로 하여 순차적으로 순위 설정하고, 상기 우선 순위에 따른 다수의 에너지 공급원 중 각 부하별 하나 이상의 가용 에너지 공급원 중에서 최소금액의 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 주 에너지 공급원으로 설정하여 에너지 공급량을 산출할 수 있다.
더 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 다수의 부하별 에너지 소비량 대비 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량을 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량이 부족한 경우 다음 순위의 에너지 공급원을 부 에너지 공급원으로 설정하여 에너지 공급량을 산출할 수 있다.
또는, 상기 제어부는, 소정 지역 단위별로 일정량의 에너지를 분배받는 다수의 부하에 대하여 동일한 최대 에너지 소비 시간대역을 갖는 하나 이상의 부하를 하나의 부하군으로 분류하고, 상기 부하군별 용도 또는 특성에 따른 최대 에너지 소비 시간대역을 토대로 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 방식을 이용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 데이터부는, 스마트 그리드에 따라 실시간 변동되는 전력 요금 정보 및 상기 다수의 부하에 대응하는 환경 정보 또는 기상 정보를 더 저장하고, 상기 제어부는, 상기 전력 요금 정보, 상기 환경정보 및 상기 기상 정보 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 제어부는, 상기 다수의 부하로부터 수신한 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량에 따른 에너지 관리 수행에 따른 피드백 정보에 기초하여 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태가 상기 기준대역에 수렴하도록 상기 부하별 미리 설정된 제어 우선순위에 따라 순차 제어할 수 있다.
상기 실시형태들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 일부에 불과하며, 본원 발명의 기술적 특징들이 반영된 다양한 실시예들이 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자에 의해 이하 상술할 본 발명의 상세한 설명을 기반으로 도출되고 이해될 수 있다.
본 발명에 따르면, 에너지 종별의 원가분석 및 효율성을 고려하여 에너지 사용량 및 운전 비용에 적절한 에너지원을 선택하여 일정 기준의 에너지 요금을 만족하면서 에너지 사용 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단위 건물에서의 에너지 소비 제어가 어려울 경우, 유사한 에너지 소비 패턴의 건물들로 이루어진 건물군별로 에너지 공급 시간을 차등화하여 시간대역 에너지 균등 제어를 수행할 수 있다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템의 일 예를 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 에너지 공급 분배 제어를 통해 수용가 부하 제어를 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 다수의 에너지 공급원별 에너지 정보의 비교 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 부하별 용도에 따라 사용하는 다수의 에너지 공급원 및 에너지 공급 비율에 관한 정보를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량 정보를 나타내는 그래프의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템의 일 예를 나타내는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 에너지 공급 분배 제어를 통해 수용가 부하 제어를 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따라 다수의 에너지 공급원별 에너지 정보의 비교 그래프를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 부하별 용도에 따라 사용하는 다수의 에너지 공급원 및 에너지 공급 비율에 관한 정보를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량 정보를 나타내는 그래프의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 다른 예를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
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, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
본 발명은 건물에서의 에너지 비용 절감을 위한 제어 방법 및 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 다수의 분산 전원으로 구성된 마이크로 그리드 기반의 스마트 그리드 운영 정책에서 에너지 종별 분석 및 건물 특성별 에너지 분산 관리를 통해 에너지 비용 절감 제어를 수행하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템의 일 예를 나타내는 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 관리 시스템(100)은 마이크록그리드 시스템(200)과 연동한다.
마이크로그리드 시스템(200)은 다수의 분산전원 또는 다수의 에너지 공급원을 포함하는 에너지부(210), 필요한 경우 분산전원의 출력 전력을 변환시키는 하나 이상의 분산 전원에 연결된 하나 이상의 전력변환장치를 포함하는 전력변환부(220) 및 에너지 저장장치(230) 등으로 구성된다.
에너지부(210)는 전력 공급 회사에서 제공하는 상용 전력부(211), 열병합 발전기(212), 연료전지(213), 마이크로터빈(214), 태양광/풍력 발전부(215), 지열/빙축열 공급부(216), 중앙난방 공급부(217), 지역난방 공급부(218) 중 적어도 하나를 포함하며, 에너지 저장장치(230)와 함께 에너지 관리 시스템(100)의 에너지 관리 정책에 따라 수용가 부하로 에너지를 공급한다.
다시 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 관리 시스템(100)은 외부의 통신 장비와 유무선 통신을 수행하기 위한 통신부(110), 하나 이상의 다른 시스템과 연동하기 위한 연동부(120), 에너지 그리드에 관한 정보 및 수용가 정보를 저장하는 데이터부(130), 수용가별 에너지 소비형태를 관리하는 제어부(140) 및 에너지 관리 시스템(100)의 제어신호에 따라 마이크로그리드 시스템(200)으로부터 에너지 공급을 제공받는 부하군(150)으로 구성된다.
에너지 관리 시스템(100)은 데이터부(130)에 기초하여 단위 건물 또는 단위 지역에서 보유한 마이크로 시스템(200)의 다양한 에너지 공급원 중 부하군(150)에 속한 각 부하 특성에 따라 에너지 요금이 최소화가 될 수 있도록 각 부하별로 대응되는 에너지 공급원을 선택적으로 제어한다.
구체적으로, 데이터부(130)는 마이크로그리드 시스템의 에너지부(210)를 구성하는 다수의 에너지 공급원에 관한 정보를 관리하는 에너지 정보 DB(131), 수용가의 각 부하/설비별 특성 및 에너지 소비 정보를 관리하는 수용가 정보 DB(132), 스마트 그리드에 따른 전력 요금 정보를 관리하는 전력 요금 DB(133) 및 과거 또는 미래의 기상/환경정보를 관리하는 기상/환경정보 DB(134)를 포함한다.
에너지 정보 DB(131)는 통신부(110)를 통해 마이크로그리드 시스템(200)으로부터 전송되는 에너지부(210)에 속한 각 에너지 공급원별 생산량, 생산 단가, 공급 단가 등에 관한 정보를 저장한다.
수용가 정보 DB(132)는 수용가의 각 부하/설비별 용도, 특성, 총 전력 사용량, 시간/요일/월/일별 전력 사용량, 에너지 요금 및 전력 사용 형태 등에 관한 정보를 저장한다. 수용가 정보 DB(132)는 각 부하에서의 전력 소비량 예측에 이용될 수 있는 과거 각 부하에서의 에너지 사용 정보, 에너지 소비 비용 정보 등을 저장할 수 있다.
전력 요금 DB(133)는 현재 실시되고 있는 실시간 요금제(PTR), 시간대별 미리 정해진 요금을 부과하는 요금제(TOU) 및 전력 요금 급등 시 일정 횟수 및 일정 시간 동안 피크 요금을 부과하는 요금제(CPP) 및 일정부하 유지 조건부로 에너지 단가를 저렴하게 계약하는 균등 부하 계약 전력 요금제(Contact Price for the Regulating Energy) 등에 관한 정보를 저장한다. 부하별로 달리 적용되는 요금제 정보를 관리할 수 있다.
기상/환경정보 DB(134)는 에너지 공급원의 발전량, 원가 또는 부하별 에너지 소비량에 영향을 줄 수 있는 기상정보 또는 부하별 환경정보 등을 실시간 저장한다. 또한, 각 부하에서의 전력 소비량 예측에 이용될 수 있는 과거 기상/환경 정보도 함께 저장할 수 있다.
다음으로, 제어부(140)는 에너지 관리 시스템의 동작과 관련된 전반적인 제어 기능을 수행한다.
또한, 제어부(140)는 각 부하에서의 에너지 요금 기준값을 연산하는 기준값 연산부(141), 각 부하에서의 에너지 요금을 분석 및 예측하는 에너지 요금 분석부(142) 및 각 부하의 특성에 따라 에너지 분배량 및 에너지 분배 시간을 제어하는 에너지 분배 관리부(143)를 포함한다.
기준값 연산부(141)는 데이터부(130)에 기초하여 각 부하에서의 에너지 소비량 등에 관한 정보를 토대로 에너지 요금의 기준값 및 기준값을 중심으로 일정 범위의 오프셋을 포함하는 기준 대역을 결정한다.
본 발명에서 '기준값'이란 마이크로그리드 기반의 다양한 에너지를 사용하는 각 부하에 주,야간 차등요금 제도, 에너지 요금이 일정하지 않은 제도 및 일정부하 유지 조건부로 에너지 단가를 저렴하게 계약하는 균등 부하 계약 전력 요금제도가 적용되는 경우, 각 부하에서 일정 부하를 유지함과 동시에 일정 부하 유지에 따른 에너지 비용이 최소가 될 수 있도록 미리 계산되어 일 단위로 갱신되는 값으로 정의될 수 있다.
에너지 요금 분석부(142)는 데이터부(130)에 기초하여 각 부하에서의 실시간 에너지 소비량 및 각 에너지 공급원별 생산단가/공급단가 등에 관한 정보를 토대로 각 부하에서의 에너지 요금을 산출한다. 예를 들어, 각 부하에서의 에너지 요금은 전력 사용시 실시간 전력 소비량에 실시간 전력 요금을 곱하여 실시간 에너지 비용을 산출할 수 있다.
에너지 분배 관리부(143)는 기준값 연산부(141)에서 산출한 각 부하별 에너지 소비량 및 에너지 요금 정보 등을 이용하여 소정의 에너지 분배 알고리즘에 따라 각 부하에 대한 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 결정한다.
예를 들어, 각 부하에서 최소 에너지 요금을 만족하도록 구성된 에너지 분배 알고리즘을 적용하는 경우, 스마트 그리드 하의 실시간 요금제에 따라 변동된 전력 에너지 요금이 300원/kva일 때 해당 부하의 인접 지역에서 연료 전지로 발전된 에너지 요금이 280원/kva인 경우, 부하로 공급되는 실시간 에너지 공급원을 전력계통에서 연료전지로 전환하도록 해당 부하에 대한 에너지 분배를 조정할 수 있다.
또한, 에너지 분배 관리부(143)는 하나 이상의 부하군(150)에 에너지를 공급하면서, 각 부하군(150)에서의 에너지 소비량, 최대 에너지 사용 시간 등에 관한 정보에 기초하여 마이크로그리드 시스템(200)에서 부하군(150)으로 공급되는 에너지 공급량 및 에너지 공급 시간을 조정할 수 있다.
예를 들어, 부하군(150)을 평일 에너지를 소비하는 주요 시간 특성에 따라 24시간 에너지 공급이 필요한 인터넷 데이터 센터 등으로 구성된 제1 부하군, 평균적으로 8시~19시를 제외한 시간에 에너지를 소비하는 아파트/주택/주거용건물 등으로 구성된 제2 부하군, 평균적으로 9시~18시에 에너지를 소비하는 학교/사무용 건물 등으로 구성된 제3 부하군, 19시 이후부터 에너지를 소비하는 도심 위락시설 등으로 구성된 제4 부하군 등으로 구분할 수 있다. 이때, 에너지 분배 관리부(143)는 각 부하군에서의 에너지 소비 시간에 기초하여 각 부하군으로 시간대별 에너지 분배량을 차등적으로 조정할 수 있다.
또한, 제어부(140)는 본 발명에 따른 에너지 관리 방법이 적용된 각 부하에서의 에너지 소비 상태에 관한 정보를 각 부하로부터 피드백받아 각 부하별 에너지 요금이 기준 대역과 비교하여 초과하거나 혹은 미만인 경우 이후 건물 또는 설비들에서의 에너지 비용이 기 설정된 기준값에 수렴하도록 각 부하에서의 전력 소비량을 실시간으로 제어하는 부하 제어부(144)를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는, 부하 제어부(144)는 기 설정된 부하별 제어 우선순위에 따라 순차적으로 부하 제어를 수행할 수 있다.
도 1에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 시스템은 에너지 공급 제어 방식에 따라 부하군(150)으로 에너지 공급된 이후의 상태 정보를 피드백받기 위한 피드백부 및 시스템 운영자/사용자에게 에너지 관리 정보를 제공하기 위한 출력부를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 에너지 공급 분배 제어를 통해 수용가 부하 제어를 수행하는 과정의 일 예를 나타내는 절차 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 관리 시스템은 소정 단위(예, 부하군, 개별 부하 또는 지역 단위 등)에 속한 마이크로그리드 시스템의 다수의 에너지공급원별 에너지 정보를 수집한다(S201). 에너지 공급원별 에너지 정보는 에너지 공급원별 에너지 생산량, 에너지 생산 단가 및 수용가에서 에너지 사용시 에너지 소비 요금 등에 관한 정보를 포함할 수 있다.
또한, 에너지 관리 시스템은 에너지 수급 대상인 수용가의 각 부하/설비/부하군 별 특성 및 에너지 소비 정보를 수집한다(S202). 각 부하/설비/부하군 별 특성 및 에너지 소비 정보는 부하별 용도 또는 특성에 따라 시간/요일/월/일별 에너지 소비량, 부하별 사용하는 에너지 종류, 에너지 소비 요금 및 전력 소비 패턴 등에 관한 정보를 포함한다.
또한, 에너지 관리 시스템은 스마트 그리드에 따라 실시간 변동되는 전력 요금 정보를 수집하여 관리하거나(S203), 다수의 분산 전원 및 각 부하에 대응하는 환경 정보 및 기상 정보를 수집하여 관리할 수 있다(S204).
이에 따라, 에너지 관리 시스템은 상기 단계 S201 내지 S204에 따라 수집된 다양한 정보를 토대로 하나 이상의 데이터베이스를 이용하여 데이터베이스를 구축한다(S205).
구축된 데이터베이스를 기반으로 에너지 관리 시스템은 각 부하에서의 에너지 소비량 및 에너지 소비 요금의 기준값을 산출한다(S206). 이때, 기준값을 중심으로 일정 범위의 오프셋을 포함하는 기준 대역을 결정할 수 있다.
다음으로, 에너지 관리 시스템은 산출된 기준값에 대비하여 데이터베이스에 저장된 각 부하에서의 에너지 소비량 및 에너지 소비 요금 등을 토대로 소정의 에너지 분배 알고리즘에 따라 각 부하의 용도 또는 특성에 따른 에너지 공급원 및 에너지 공급량 등을 산출한다(S207). 에너지 분배 알고리즘은 다양한 기준으로 구현할 수 있으며, 본 발명에서는 각 부하에서의 에너지 요금을 최소화할 수 있는 알고리즘으로 구현한다.
예컨대, 본 발명에 따른 에너지 분배 알고리즘은 각 부하의 용도 또는 특성에 따라 다수의 에너지 공급원의 에너지 공급 요금 및 생산량 등을 고려하여 에너지 공급량을 결정하는 방식일 수 있다. 또는, 유사한 에너지 소비 특성을 지닌 하나 이상의 부하로 구성된 부하군 단위로 에너지 분배 시간을 조정하여 전체 에너지 소비량 및 에너지 요금을 감소시키는 에너지 분배 알고리즘을 이용할 수 있다. 이에 대해서는, 이하 도 3 및 도 7을 참조하여 간략하게 설명하도록 한다.
이후, 에너지 관리 시스템은 전 단계(S207)에서 산출된 부하별 에너지 공급원 및 공급량, 공급 시간 등에 관한 정보를 포함하는 에너지 공급 정보를 생성하여 마이크로그리드 시스템으로 전송하여, 마이크로그리드 시스템에서 에너지 공급 정보에 따라 각 부하에 대응되는 에너지를 공급하도록 제어한다. 또는, 에너지 관리 시스템에서 마이크로그리드 시스템으로 에너지 공급 정보에 따른 소정의 에너지를 공급받아 각 부하로 분배할 수 있다(S208).
에너지 관리 시스템은, 전 단계(S208)에 따른 부하 또는 부하군별 에너지 공급 제어 수행 후, 각 부하 또는 부하군에서의 에너지 소비 상태에 관한 피드백 정보를 수신받고(S209), 피드백 정보 중 부하별 에너지 요금과 전 단계(S206)에서 산출한 에너지 요금 기준값과 실시간으로 비교한다(S210).
비교결과, 부하별 에너지 비용이 기준값과 비교하여 미리 결정된 기준 대역을 초과하거나 또는 미만인 경우, 에너지 비용이 기준값에 수렴하도록 건물 또는 설비의 소비 전력을 실시간으로 제어한다(S211).
예컨대, 에너지 관리 시스템은 부하별 에너지 요금이 기준 대역 내 있지 않은 경우, 에너지 요금이 기준 대역을 초과하는지를 확인하고, 초과하는 경우 미리 결정된 제1 순차적 제어 단계에 따라 부하 내 다수의 설비, 하위부하 등을 순차 제어하여 해당 부하에서의 에너지 요금이 기준대역에 수렴하도록 감소시킬 수 있다. 또는, 부하에서의 에너지 요금이 기준 대역 미만인지 확인하고, 미만인 경우 미리 결정된 제2 순차적 제어 단계에 따라 부하 내 다수의 설비, 하위부하 등을 순차 제어하여 해당 부하에서의 에너지 요금이 기준대역에 수렴하도록 증가시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 일 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 3에 도시된 에너지 분배 알고리즘은 각 부하의 용도 또는 특성에 따라 다수의 에너지 공급원의 에너지 공급 요금 및 생산량 등을 고려하여 에너지 공급량을 결정하는 알고리즘을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 스마트 그리드 기반의 에너지 시장에 속한 다수의 에너지 공급원에 대하여 에너지 공급 요금에 따라 우선순위를 선정할 수 있다(S301).
우선 순위에 따른 다수의 에너지 공급원 중 제어대상 부하별로 사용할 수 있는 에너지 공급원을 하나 이상 도출한다(S302).
도출된 에너지 공급원 중 현재 최저 에너지 공급 요금을 갖는 특정 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 주 에너지 공급원으로 설정하면서 에너지 공급량을 결정한다(S303). 바람직하게는, 주 에너지 공급원의 부하 에너지 공급량은 상기 도 1에서 상술한 각 부하별 에너지 소비량 및 에너지 요금의 기준대역 범위 내에서 최소 에너지 요금을 만족하도록 결정한다.
이후, 해당 부하에서 소정 단위 시간별 필요로 하는 에너지 소비량과 주 에너지 공급원에서 해당 부하로 공급하는 에너지 공급량을 대비하고(S304), 에너지 공급량이 부족한 경우에는 다음 순위의 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 부 에너지 공급원으로 선택할 수 있다(S305).
마찬가지로, 부 에너지 공급원의 부하 에너지 공급량에 대해서도 상기 도 1에서 상술한 각 부하별 에너지 소비량 및 에너지 요금의 기준대역 범위 내에서 최소 에너지 요금을 만족하도록 결정한다.
부하별로 예측되는 에너지 소비량에 따라 부 에너지 공급원 결정 단계를 반복 수행함으로써 부하별 에너지 공급원은 하나 이상이 될 수 있다(S306).
도 4는 상기 도 3에서 상술한 부하별 에너지 공급원 결정을 위해 상기 도 2에서 상술한 에너지 공급원 정보 수집을 통해 분석한 다수의 에너지 공급원별 에너지 정보의 비교 그래프를 나타내는 도면으로, 구체적으로는 에너지 공급원별로 에너지 효율성을 대비하여 나타낸다. 도 5는 상기 도 2에서 상술한 부하별 용도에 따라 사용하는 다수의 에너지 공급원 및 에너지 공급 비율에 관한 정보를 나타낸다. 예컨대, 건물 내 부하 용도(난방, 온수, 취사, 냉방, 전기사용)별 가용 에너지 공급원 및 에너지 공급원별 비중정보를 분석할 수 있다.
이에 따라, 에너지 관리 시스템은 도 4 및 도 5에 예시된 정보와 함께 에너지 공급원별 생산단가를 종합하여 도 6에 예시된 것처럼 각 부하별 에너지 공급원 및 공급량을 결정할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 관리 시스템에서 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량 정보를 나타내는 그래프의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 부하별로 전기 에너지 및 열 에너지를 사용하며 각 에너지의 공급원 종류도 부하별 총 에너지 소비 요금이 일정 기준치를 만족하도록 부하별 특성에 따라 선택적으로 결정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 분배 알고리즘의 다른 예를 나타내는 도면이다.
구체적으로, 도 7에 도시된 에너지 분배 알고리즘은 유사한 에너지 소비 특성을 지닌 하나 이상의 부하로 구성된 부하군 단위로 에너지 분배 시간을 조정하여 전체 에너지 소비량 및 에너지 요금을 감소시키는 것이다.
도 7을 참조하면, 에너지 관리 시스템은 상기 도 1에서 상술한 바에 따라 다수의 부하에 대해 시간/요일/월/연별 에너지 소비량 등에 관한 정보를 저장하는 데이터부에 기초하여 유사한 에너지 소비 패턴을 갖는 부하들을 분리하여 하나 이상의 부하군을 형성한다(S701).
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 구분된 다수의 부하군 정보를 나타내는 것이다.
|
|
부하군 정보 |
최대 에너지 소비 시간 | |
| 평일(월-금) | 주말(토,일) | ||
| 제1 부하군 | 인터넷 데이터 센터(IDC) 등 | 0시-24시 | 0시-24시 |
| 제2 부하군 | 아파트/주택/주거용건물 등 | 7시-8시, 19시-23시 | 8시-23시 |
| 제3 부하군 | 학교, 공단, 사무용 건물 등 | 8시-19시 | - |
| 제4 부하군 | 위락시설, 상업용 건물 등 | 20시-2시 | 8시-20시 |
| 제5 부하군 | 종교시설 | - | 8시-19시 |
| ... | ... | ... | ... |
표 1에 예시된 바와 같이, 에너지 관리 시스템은 소정의 단위 지역에 속한 다수의 부하를 부하별 특성에 따라 하나 이상의 부하군으로 구분할 수 있다. 예컨대, 부하별 최대 에너지 소비 시간을 기준으로 다수의 부하를 분류하는 경우, 24시간 에너지 공급이 필요한 인터넷 데이터 센터 등으로 구성된 제1 부하군, 평일 오전 7-8시, 오후 19-23시에 최대 에너지를 소비하는 아파트/주택/주거용건물 등으로 구성된 제2 부하군, 평일 오전8시-오후 19시에 최대 에너지를 소비하는 학교/사무용 건물 등으로 구성된 제3 부하군 등으로 분류할 수 있다.
에너지 관리 시스템은 소정의 단위 지역별로 공급되는 일정량의 에너지를 각 부하군의 최대 에너지 소비 시간에 따라 시간대별 에너지 공급량을 산출한다(S702). 부하군 특성에 따라 요일/월/연별로 구분하여 소정의 시간 단위별로 에너지 공급량을 다르게 산출할 수 있다.
바람직하게는, 각 부하별로 미리 설정한 에너지 소비량 및 에너지 소비 요금의 기준대역에 대비하여 각 부하별로 예상되는 에너지 소비 비용이 기준대역에 미만이거나 초과되지 않도록 부하군별 에너지 공급량을 조정할 수 있다(S703).
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 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템에서 수용가의 부하 에너지를 관리하는 방법에 있어서,
(a)상기 다수의 에너지 공급원에 관한 에너지 생산량, 에너지 생산 원가 및 에너지 요금 정보 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 정보를 수집하는 단계;
(b)다수의 부하에 관한 부하별 용도에 따른 에너지 소비량, 가용 에너지, 에너지 요금 및 에너지 소비 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 소비 정보를 수집하는 단계; 및
(c)상기 에너지 정보 및 상기 에너지 소비 정보를 토대로 소정의 미리 연산된 에너지 비용 기준범위 내에서 소정의 에너지 분배 알고리즘을 적용하여 상기 다수의 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하는 단계를 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 분배 알고리즘은,
상기 다수의 에너지 공급원의 에너지 요금을 기준으로 상기 부하별 가용 에너지 공급원을 결정하는 방식을 이용하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제2항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 다수의 에너지 공급원에 대하여 상기 다수의 에너지 공급원 사용시 에너지 요금 정보에 따라 최저금액을 최우선순위로 하여 순차적으로 순위 설정하는 단계;
상기 우선 순위에 따른 다수의 에너지 공급원 중 각 부하별 하나 이상의 가용 에너지 공급원을 도출하는 단계;
상기 도출된 하나 이상의 에너지 공급원 중 최소금액의 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 주 에너지 공급원으로 설정하고, 에너지 공급량을 산출하는 단계를 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제3항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 다수의 부하별 에너지 소비량 대비 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량을 비교하는 단계; 및
상기 비교 결과, 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량이 부족한 경우 다음 순위의 에너지 공급원을 부 에너지 공급원으로 설정하고, 에너지 공급량을 산출하는 단계를 더 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 다수의 부하별 설정된 하나 이상의 에너지 공급원을 토대로 상기 다수의 부하별 총 에너지 요금을 산출하는 단계; 및
상기 총 에너지 요금이 상기 다수의 부하별 연산된 상기 기준대역 내 수렴하면서 최저요금을 만족하도록 상기 에너지 공급원의 에너지 공급량을 조정하는 단계를 더 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에너지 분배 알고리즘은,
상기 다수의 부하에 대하여 부하 특성 또는 용도에 따라 하나 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 방식을 이용하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제6항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
상기 소정 지역 단위별로 일정량의 에너지를 분배받는 다수의 부하에 대하여 동일한 최대 에너지 소비 시간대역을 갖는 하나 이상의 부하를 하나의 부하군으로 분류하는 단계;
상기 부하군별 용도 또는 특성에 따른 최대 에너지 소비 시간대역을 토대로 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 단계를 포함하는, 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 방법. - 제1항에 있어서,
스마트 그리드에 따라 실시간 변동되는 전력 요금 정보를 수집하는 단계; 및
상기 다수의 부하에 대응하는 환경 정보 또는 기상 정보를 수집하는 단계를 더 포함하며,
상기 (c) 단계는,
상기 전력 요금 정보, 상기 환경정보 및 상기 기상 정보 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계에서 산출된 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량에 따른 에너지 관리 수행 후 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태에 관한 피드백 정보를 수집하는 단계;
상기 피드백 정보에 기초하여 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태가 상기 기준대역에 수렴하도록 상기 부하별 미리 설정된 제어 우선순위에 따라 순차 제어하는 단계를 더 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 방법. - 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템에서 수용가의 부하 에너지를 관리하는 에너지 관리 시스템에 있어서,
상기 다수의 에너지 공급원에 관한 에너지 생산량, 에너지 생산 원가 및 에너지 요금 정보 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 정보 및 부하별 용도에 따른 에너지 소비량, 가용 에너지, 에너지 요금 및 에너지 소비 패턴 중 적어도 하나를 포함하는 에너지 소비 정보를 저장하는 데이터부; 및
상기 데이터부에 기초하여 소정의 미리 연산된 에너지 비용 기준범위 내에서 소정의 에너지 분배 알고리즘에 따라 상기 다수의 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하여 상기 수용가 부하 에너지를 제어하는 제어부를 포함하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다수의 에너지 공급원에 대하여 상기 다수의 에너지 공급원 사용시 에너지 요금 정보에 따라 최저금액을 최우선순위로 하여 순차적으로 순위 설정하고, 상기 우선 순위에 따른 다수의 에너지 공급원 중 각 부하별 하나 이상의 가용 에너지 공급원 중에서 최소금액의 에너지 공급원을 해당 부하에 대한 주 에너지 공급원으로 설정하여 에너지 공급량을 산출하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다수의 부하별 에너지 소비량 대비 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량을 비교하고, 상기 비교 결과, 상기 주 에너지 공급원의 에너지 공급량이 부족한 경우 다음 순위의 에너지 공급원을 부 에너지 공급원으로 설정하여 에너지 공급량을 산출하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제어부는,
소정 지역 단위별로 일정량의 에너지를 분배받는 다수의 부하에 대하여 동일한 최대 에너지 소비 시간대역을 갖는 하나 이상의 부하를 하나의 부하군으로 분류하고, 상기 부하군별 용도 또는 특성에 따른 최대 에너지 소비 시간대역을 토대로 소정 시간 단위별 에너지 공급량을 다르게 설정하는 방식을 이용하는, 마이크로그리드 기반의 에너지 관리 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 데이터부는,
스마트 그리드에 따라 실시간 변동되는 전력 요금 정보 및 상기 다수의 부하에 대응하는 환경 정보 또는 기상 정보를 더 저장하고,
상기 제어부는,
상기 전력 요금 정보, 상기 환경정보 및 상기 기상 정보 중 적어도 하나를 더 고려하여 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량을 산출하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템. - 제10항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 다수의 부하로부터 수신한 상기 부하별 에너지 공급원 및 에너지 공급량에 따른 에너지 관리 수행에 따른 피드백 정보에 기초하여 상기 다수의 부하별 에너지 소비 형태가 상기 기준대역에 수렴하도록 상기 부하별 미리 설정된 제어 우선순위에 따라 순차 제어하는, 마이크로그리드 기반의 수용가 에너지 관리 시스템.
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