KR20160027711A - 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템 - Google Patents

전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템 Download PDF

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KR20160027711A
KR20160027711A KR1020140116149A KR20140116149A KR20160027711A KR 20160027711 A KR20160027711 A KR 20160027711A KR 1020140116149 A KR1020140116149 A KR 1020140116149A KR 20140116149 A KR20140116149 A KR 20140116149A KR 20160027711 A KR20160027711 A KR 20160027711A
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강현준
박종태
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Abstract

본 발명의 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템은, 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 관리하는 수요관리 지역서버(110); 상기 수요관리 지역서버(110)로부터 전송된 각각의 공장별 에너지 수요 데이터를 이용하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 산정된 상기 수요자원 최대감축용량을 외부 시스템으로 전송하여, 상기 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는 수요관리 통합서버(120); 상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 수요자원 입찰에 참여하고, 수요자원 감축을 위한 수요반응 관리 정보를 상기 수요관리 통합서버(120)로 제공하는 전력거래 시스템(130); 및 상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 부하관리 프로그램에 참여하여, 상기 수요관리 통합서버(120)로 상황별 에너지 수요조정을 요청하는 수요반응 시스템(140)을 포함하는 기술을 제공함에 기술적 특징이 있다.

Description

전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템{DEMAND MANAGEMENT SYSTEM USING COMBINED POWER AND HEAT ENERGY}
본 발명은 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 실시간 모니터링 하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 이를 외부 시스템으로 전송하여, 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는, 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전력은 단위시간 동안 전기장치에 공급되는 전기에너지, 또는 단위시간 동안 다른 형태의 에너지로 변환되는 전기에너지를 말하는데, 이러한 전력의 수요에 대한 분석을 통해 전력의 공급 등을 조절하게 된다.
현재 전력판매사업자인 한국전력공사(KEPCO)에서는 전력시장에서 전일 공지되는 전력시장가격으로 전력을 구매하여 전력소비자에게 공급하고 있다. 전력시장가격은 시간대 별로 예측수요를 충족시키는 발전기의 변동비 중 가장 높은 가격의 계통한계가격(System Marginal Pricing, SMP)으로 결정되며, 이는 한국전력공사(KEPCO)의 전력구입가격을 결정하는 매우 중요한 요소로 작용한다.
한편 전력 시스템에서는 공급과 수요 사이에 균형을 이루어야 하는데, 이는 제한된 에너지 자원을 합리적으로 이용하는데 있어서 중요하다. 이러한 목적으로 수요 관리 필요성이 부각되고 있으며 현재는 수요 관리의 발전된 형태인 수요 반응(Demand Response, DR)에 관한 연구가 증가하고 있는 실정이다.
하지만, 종래기술은 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 실시간 모니터링 하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 이를 외부 시스템으로 전송하여, 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는 시스템을 제공하지 못하는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0034394호
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 실시간 모니터링 하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 이를 외부 시스템으로 전송하여, 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는, 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템은, 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 관리하는 수요관리 지역서버(110); 상기 수요관리 지역서버(110)로부터 전송된 각각의 공장별 에너지 수요 데이터를 이용하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 산정된 상기 수요자원 최대감축용량을 외부 시스템으로 전송하여, 상기 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는 수요관리 통합서버(120); 상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 수요자원 입찰에 참여하고, 수요자원 감축을 위한 수요반응 관리 정보를 상기 수요관리 통합서버(120)로 제공하는 전력거래 시스템(130); 및 상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 부하관리 프로그램에 참여하여, 상기 수요관리 통합서버(120)로 상황별 에너지 수요조정을 요청하는 수요반응 시스템(140)을 포함하는 기술을 제공한다.
본 발명은 전력 및 열원 간의 유기적 결합을 통한 원단위 에너지원의 효율적 이용으로 에너지 절감 및 효율화를 달성할 수 있을 뿐 만 아니라, 수요관리 통합서버를 통한 외부 시스템의 수요관리 서비스 자동 참여로 경제적 수익 창출이 가능한 기술적 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템의 구성을 간단히 나타낸 것이다.
도 2a는 도 1의 구성 중 수요관리 통합서버의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2b는 도 1의 구성 중 전력거래 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 2c는 도 1의 구성 중 수요반응 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예로, 안료공장에서 열원 에너지와 전력 에너지를 유기적으로 결합하여 에너지 절감 및 효율을 구현하는 예를 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템의 구성을 간단히 나타낸 것이고, 도 2a ~ 도 2c는 각각 수요관리 통합서버, 전력거래 시스템, 수요반응 시스템의 구성을 상세히 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템(100)은 수요관리 지역서버(110), 수요관리 통합서버(120), 전력거래 시스템(130) 및 수요반응 시스템(140)을 포함하여 구성된다.
수요관리 지역서버(110)는 복수개의 제1 수요관리 지역서버(110-1) ~ 제N 수요관리 지역서버(110-N)를 포함하며, 이들은 각각 전력 에너지와 열원 에너지(이를테면, LNG 등)를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별(이를테면, 철강, 전자, 기계, 식품 공장 등) 에너지 수요 상태를 관리한다.
수요관리 통합서버(120)는 수요관리 지역서버(110)와 네트워크로 연결되어 복수개의 공장 에너지를 통합 관리하며, 또한 외부 시스템으로 수요관리 사업을 관장하는 전력거래소(KPX)에 의한 전력거래 시스템(130) 및 부하관리 사업을 관장하는 한국전력(KEPCO)에 의한 수요반응 시스템(140)과 연계하여 효율적인 수요관리 서비스를 실행한다.
도 2a를 참조하면, 수요관리 통합서버(120)는 수요관리부(121), 부하관리부(122), 통신부(123), 정산 처리부(124), 데이터 저장부(125) 및 통합운영 제어부(126)를 포함한다.
수요관리부(121)는 수요관리 지역서버(110)를 통해 전송된 각각의 공장으로부터 수집된 계약전력, 에너지원 사용현황 및 원단위 에너지원 단가를 비교하여 최대 감축 가능한 에너지원 용량을 실시간으로 산정하고, 산정된 각 공장별 수요자원 최대감축용량을 전력거래 시스템(130)으로 전송하여, 상기 전력거래 시스템(130)으로 하여금 수요자원 입찰에 자동으로 참여토록 해준다.
부하관리부(122)는 수요관리 지역서버(110)를 통해 전송된 각각의 공장으로부터 수집된 계약전력, 에너지원 사용현황 및 원단위 에너지원 단가를 비교하여 최대 감축 가능한 에너지원 용량을 실시간으로 산정하고, 산정된 각 공장별 수요자원 최대감축용량을 수요반응 시스템(140)으로 전송하여, 상기 수요반응 시스템(140)으로 하여금 부하관리 프로그램에 자동으로 참여토록 해준다.
통신부(123)는 외부 기기와 유선, 무선, 인터넷 통신 등을 수행하는데, 무선통신의 경우 이를 테면, 지그비(Zigbee), 알에프(RF), 와이파이(WiFi), 3G, 4G, LTE, LTE-A, 와이브로(Wireless Broadband Internet) 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.
정산 처리부(124)는 전력거래 시스템(130)의 수요자원 입찰 참여로 인한 전력거래 금액 및 수요반응 시스템(130)의 부하관리 프로그램 참여로 인한 부하감축 용량 지원금을 정산하고, 정산금에 따른 수익을 배분한다.
데이터 저장부(125)는 수요관리 지역서버(110), 전력거래 시스템(130) 및 수요반응 시스템(140)과 연계하여 송수신 된 각종 데이터들을 저장한다.
이를테면, 데이터 저장부(125)에는 수요관리기관의 정책에 따라 수시로 변동 가능한 항목을 저장함으로, 이를테면, 전기요금 계약종별, 수전전압, 계약전력, 지원단가, 감축가능 예상용량(kW) 등의 산정 시 프로그램 변화에 능동적으로 대처가 가능하며, 이로 인하여 최적의 지원금의 수령이 가능하도록 해준다.
통합운영 제어부(126)는 수요관리부(121), 부하관리부(122), 통신부(123), 정산 처리부(124) 및 데이터 저장부(125)를 제어한다.
다음으로, 도 2b를 참조하면, 전력거래 시스템(130)은 수요자원 입찰부(131) 및 지능형 수요반응 관리부(132)를 포함한다.
수요자원 입찰부(131)는 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각 공장별 수요자원 최대감축용량을 토대로 수요자원 입찰시스템에 참여한다.
지능형 수요반응 관리부(132)는 지능형 수요반응(Demand Response, DR)을 운영하며, 수요자원을 감축하는 방법으로 신뢰성 수요반응(DR) 및 경제성 수요반응(DR)을 실시한다.
이 경우 지능형 수요반응(DR)은 전력거래소(KPX)에서 운영하고 있는 수요자원시장으로, 고객이 감축 가능한 수요자원을 전력거래소와 약정을 맺어 공급예비력이 일정 규모(이를테면, 450만 kW) 이하로 예상되는 경우 감축시행 지시에 따라 수요감축을 하게 되면 이에 해당하는 인센티브를 지급받는 제도를 의미한다.
신뢰성 수요반응(DR)은 의무감축용량에 대하여 연간 실시간 급전지시 이행의무를 가지고, 발전자원 수준의 신뢰성을 확보한 수요자원으로 전력 예비력 확보를 위하여 최대전력을 삭감하는 방법을 의미한다.
경제성 수요반응(DR)은 의무감축용량에 대하여 연간 실시간 급전지시 이행에 대한 의무 없이 입찰단가에 감축가능 용량을 가지고, 발전자원과 수요자원이 경쟁하여 입찰에 참여하여 전력공급비용을 절감하는 방법을 의미한다.
한편 향후 발전자원과 수요자원이 동등하게 경쟁하게 되면, 발전자원은 발전설비 시설 구축에 따른 상당한 비용이 발생하고, 수요자원은 별도의 시설비용이 없이 용량 감축 절감량에 따라 지원금을 받게 되는 구조가 형성된다.
이는 향후 전력거래소와 계약에 따라 일정규모로 감축을 하지 못할 시 위약금이 발생할 수 있으므로, 실시간으로 용량 감축 가능 규모를 산정하고, 실시간 모니터링을 통하여 관리해야 한다.
이를 위해, 본 발명은 위약금 부분도 실시간 관리를 하고, 소규모 부하 원 취합을 통하여 대규모 용량감축 부하를 모아서 경제성 수요반응(DR)에 참여하는데, 이 경우 상대적으로 대용량 부하로 입찰 참여함으로 경제적으로 더 큰 효과를 발휘한다.
또한 대규모 감축용량을 가지고 경제성 수요반응(DR)에 참여하고, 나머지 감축용량에 대하여는 감축용량을 산정하여 전력거래소(KPX)나 한국전력(KEPCO)과 계약을 하여, 급전지시 시 부하감축에 따라 용량 지원금을 받을 수 있게 된다.
다음으로, 도 2c를 참조하면, 수요반응 시스템(140)은 지정기간 수요조정부(141), 주간예고 수요조정부(142) 및 긴급절전 수요조정부(143)를 포함한다.
지정기간 수요조정부(141)는 하계 전력수요 집중기간에 일정수준 이상 전력 수요 감축이 필요한 경우로써, 이를테면 매년 7~8월 중에서 약 10일 ~ 20일 동안 시행하여 지원금 수익창출이 가능토록 해준다.
주간예고 수요조정부(142)는 전력수요가 집중되는 주간에 수요조정참여로 일정수준으로 부하 감축하는 경우로, 이를테면 부하조정시간의 각 30분 평균전력을 고객기준보다 산업용 10% 이상, 산업용 외 5% 이상 감축 또는 3,000 kW 이상 줄임으로써 지원금 수령이 가능토록 해준다.
긴급절전 수요조정부(143)는 전력수급 악화 시 일정수준 이상 전력사용량 감축으로 인해 지원금 지급이 가능한 경우로, 이를테면 500kW 이상 부하감축 가능한 산업용, 일반용, 교육용 고압 고객으로 예비전력이 300만 kW 미만으로 예측되는 경우에 시행한다.
도 3은 본 발명의 일실시예로, 안료공장에서 열원 에너지와 전력 에너지를 유기적으로 결합하여 에너지 절감 및 효율을 구현하는 예를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 안료 제조부(10)는 열원 설비부(11), 전력 설비부(12), 보일러(13), 열원 공정부(14) 및 전력 공정부(15)를 포함한다.
이 경우 열원 설비부(11)는 열원으로 사용되는 LNG(11a), LNG의 사용량을 측정하는 유량계(11b) 및 일정한 열 에너지를 저장하며, 필요에 따라 보일러(13)로 열 에너지를 공급하는 축열조(11c)를 포함한다.
전력 설비부(12)는 전기 에너지를 갖는 전력(12a), 전력량을 측정하는 전력량계(12b) 및 전기 에너지를 사용하여 일정한 온도(이를테면, 60℃ ~ 80℃)로 가열하여, 필요에 따라 보일러(13)로 일정한 온도(이를테면, 158℃)의 증기(steam)를 공급하는 히트 펌프(12c)를 포함한다.
수요관리 지역서버(110)는 열원 설비부(11) 및 전력 설비부(12)로부터 열원 에너지 관련 데이터 및 전력 에너지 관련 데이터를 실시간으로 전송받아 이를 수요관리 통합서버(120)로 다시 전송함으로, 수요관리 통합서버(120)로 하여금 효율적인 수요관리를 실행할 수 있도록 해준다.
이 경우 수요관리 지역서버(110)와 수요관리 통합서버(120)는 종속관계가 아닌 대등한 체계로 구성하여, 수요관리 지역서버(110) 또는 수요관리 통합서버(120) 어느 하나의 서버만으로도 외부 시스템의 수요관리 서비스에 참여하도록 실시할 수도 있다.
한편 안료 제조부(10)는 전력량계(12b)를 통해 실시간으로 전력 사용량을 계측하고, 유량계(11b)를 통해 실시간으로 LNG 사용량을 계측함으로써, 에너지 사용량 정보를 취득하여 단가대비 에너지원 투입의 비교분석이 가능하다.
이로 인해 안료 제조부(10)는 평상 시에는 전력을 사용하는 히트 펌프(12c)로 1차 가열하여 보일러(13)로 투입하고, 2차 가열온도로 열원공정부(14) 또는 전력공정부(15)의 안료 공정을 운영하고, 전력수급 불안정 및 부하관리 사업의 참여에 따라 지원금 확보가 가능할 시에는 축열조(11c)에 저장된 온수(60℃ ~ 80℃)를 보일러(13)로 방류시켜 열원공정부(14) 또는 전력공정부(15)의 안료 공정을 수행할 수 있다.
또한 안료 제조부(10)는 상대적으로 심야전력이나 실시간 요금제(Real Time Pricing, RTP)에 따라 시간대별 요금이 상이할 시에는, 비교적 저렴한 시간대에 가열하여 일정 온도로 축열조(11c)에 저장한 후, 단가가 비싼 시간대에 축열조(11c)의 온수를 보일러(13)로 공급함으로써, 효율적인 에너지 이용이 가능하다.
이로써, 본 발명은 종래의 열원으로 LNG 만을 이용하여 보일러를 가열하여 안료 제조공정을 수행할 경우에 발생되는 문제점들, 즉 전력 대비 비용이 높은 LNG를 사용으로 인한 생산원가를 증대시키는 단점 및 일정한 온도(이를테면, 158℃)의 증기를 필요로 함에 따라 지속적인 열원을 필요로 하는 문제점을 해결할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
110 : 수요관리 지역서버
110-1 ~ 110-N : 제1 ~ 제N 수요관리 지역서버
120 : 수요관리 통합서버
121 : 수요관리부 122 : 부하관리부 123 : 통신부
124 : 정산처리부 125 : 데이터 저장부 126 : 통합운영 제어부
130 : 전력거래 시스템
131 : 수요자원 입찰부
132 : 지능형 수요반응 관리부
140 : 수요반응 시스템
141 : 지정기간 수요조정부
142 : 주간예고 수요조정부
143 : 긴급절전 수요조정부

Claims (4)

  1. 전력 에너지와 열원 에너지를 유기적으로 사용하여 운용되는 각각의 공장별 에너지 수요 상태를 관리하는 수요관리 지역서버(110);
    상기 수요관리 지역서버(110)로부터 전송된 각각의 공장별 에너지 수요 데이터를 이용하여, 각각의 공장별 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 산정된 상기 수요자원 최대감축용량을 외부 시스템으로 전송하여, 상기 외부 시스템으로 하여금 수요자원 입찰 또는 부하관리 프로그램에 자동으로 참여하도록 하여 수요자원을 통합 관리 하는 수요관리 통합서버(120);
    상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 수요자원 입찰에 참여하고, 수요자원 감축을 위한 수요반응 관리 정보를 상기 수요관리 통합서버(120)로 제공하는 전력거래 시스템(130); 및
    상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 부하관리 프로그램에 참여하여, 상기 수요관리 통합서버(120)로 상황별 에너지 수요조정을 요청하는 수요반응 시스템(140)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수요관리 통합서버(120)는,
    각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 산정된 상기 수요자원 최대감축용량을 상기 전력거래 시스템(130)으로 전송하여, 상기 전력거래 시스템(130)으로 하여금 수요자원 입찰에 자동으로 참여토록 하는 수요관리부(121);
    각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 산정하고, 산정된 상기 수요자원 최대감축용량을 상기 수요반응 시스템(140)으로 전송하여, 상기 수요반응 시스템(140)으로 하여금 부하관리 프로그램에 자동으로 참여토록 하는 부하관리부(122);
    상기 수요관리 지역서버(110), 상기 전력거래 시스템(130) 및 상기 수요반응 시스템(140)과 통신을 수행하는 통신부(123);
    상기 전력거래 시스템(130)의 수요자원 입찰 참여로 인한 전력거래 금액 및 상기 수요반응 시스템(130)의 부하관리 프로그램 참여로 인한 부하감축 용량 지원금을 정산하고, 정산금에 따른 수익을 배분하는 정산 처리부(124); 및
    상기 수요관리부(121), 상기 부하관리부(122), 상기 통신부(123) 및 상기 정산 처리부(124)를 제어하는 통합운영 제어부(126)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 전력거래 시스템(130)은,
    상기 수요관리 통합서버(120)로부터 전송된 각각의 공장별 상기 수요자원 최대감축용량을 토대로 수요자원 입찰에 자동으로 참여하는 수요자원 입찰부(131); 및
    지능형 수요반응(Demand Response, DR)을 운영하며, 수요자원 감축 구현을 위해 신뢰성 수요반응(DR) 및 경제성 수요반응(DR)을 실시하는 지능형 수요반응 관리부(132)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 수요반응 시스템(140)은,
    하계 전력수요 집중기간에 일정수준 이상 전력 수요 감축 수행을 요청하고, 감축 수행에 따른 지원금을 지원하는 지정기간 수요조정부(141);
    전력수요가 집중되는 주간에 수요조정참여로 일정수준으로 부하 감축 수행을 요청하고, 감축 수행에 따른 지원금을 지원하는 주간예고 수요조정부(142); 및
    전력수급 악화 시 일정수준 이상 전력사용량 감축 수행을 요청하고, 감축 수행에 따른 지원금을 지원하는 긴급절전 수요조정부(143)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템.
KR1020140116149A 2014-09-02 2014-09-02 전력 및 열원 결합에너지 수요관리 시스템 KR20160027711A (ko)

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