KR20160048489A - 대상설비의 ess 용량분배방법 및 ess 용량분배장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배방법은 ESS(Energy Storage System) 용량분배장치가, 대상 설비로부터 전력사용량에 대한 전력데이터를 수신하는 데이터 수신단계; ESS 용량분배장치가, 상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정하는 투입량 설정단계; ESS 용량분배장치가, 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산하는 절감액 계산단계; 및 상기 투입량 설정단계 및 절감액 계산단계를 반복하여, ESS 용량분배장치가, 상기 전력절감액 및 DR절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출하는 최대값 도출단계를 포함할 수 있다.

Description

대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치{Apparatus and method for distributing capacity of energy storage system}
본 출원은 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 관한 것으로서, 특히 대상 설비에 부과되는 전력요금을 최소화하기 위한 최적의 ESS 용량분배가 가능한 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 관한 것이다.
현재 국내에서 건물 또는 시설물에 주로 적용되는 계약전력 요금제에 따라 결정되는 월 전력 요금의 경우 기본 요금과 사용요금의 합으로 결정된다. 이 중 기본 요금의 경우 연중 15분 동안의 최대 전력 사용량인 피크 전력과 계약 종별 기준단가를 곱한 값을 의미하고, 사용 요금의 경우 시간당 전력 사용량에 해당 시간대 단가를 곱한 값을 의미한다.
종래에는, 건물 또는 시설물 등에 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System)을 적용하여, 전력요금이 가장 낮은 시간대에 에너지 저장 시스템을 충전하고, 전력요금이 가장 높은 시간대에 에너지 저장 시스템을 방전하는 것이 대부분이었다.
즉, 전력 사용요금에만 초점을 맞추어 전력요금 절감을 도모하므로, 기본요금을 결정하는 피크 전력이 전력 요금이 가장 높은 시간대에 발생하지 않은 경우에는 전력요금 절감의 효과가 떨어지는 등의 문제가 발생한다.
본 출원은, 대상 설비에 부과되는 전력요금을 최소화하기 위한 최적의 ESS 용량분배가 가능한 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배방법은, ESS(Energy Storage System) 용량분배장치가, 대상 설비로부터 전력사용량에 대한 전력데이터를 수신하는 데이터 수신단계; ESS 용량분배장치가, 상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정하는 투입량 설정단계; ESS 용량분배장치가, 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산하는 절감액 계산단계; 및 상기 투입량 설정단계 및 절감액 계산단계를 반복하여, ESS 용량분배장치가, 상기 전력절감액 및 DR절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출하는 최대값 도출단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 투입량 설정단계는, 상기 에너지저장장치의 전체 용량 중에서 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량이 각각 차지하는 비율을 순차적으로 가변하여, 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 설정할 수 있다.
여기서 상기 데이터 수신단계는, 상기 대상 설비의 과거 1년 동안의 일별 전력사용량을 포함하는 전력 데이터를 수신할 수 있다.
여기서 상기 일별 전력사용량은, 상기 대상 설비가 24시간동안 사용하는 전력사용량을 기준시간간격으로 분리하여 시계열적으로 표시한 것일 수 있다.
여기서 상기 절감액 계산단계는, (연간최대피크전력값 × 기본료 단가) + (전력사용량 × 시간대별 전력요금 단가)을 이용하여 상기 전력 절감액을 계산할 수 있다.
여기서 상기 절감액 계산단계는, 상기 전력 절감 투입량에 의하여 조절된 상기 연간최대피크전력값 및 시간대별 전력사용량을 이용하여, 전력 절감액을 계산할 수 있다.
여기서 상기 전력 절감액을 계산하는 단계는, 상기 일별 전력사용량 중에서, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 크거나 같은 경우에는, 상기 일일 피크전력값을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배하는 일일 피크전력값 최소화 과정; 및 상기 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 작은 경우에는, 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간에 상기 대상 설비가 사용하는 전력사용량을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배하는 전력사용량 최소화 과정을 포함할 수 있다.
여기서 상기 일일 피크전력값 최소화 과정은, 상기 일별 전력사용량을 기준시간간격별 전력사용량의 크기를 기준으로 내림차순 정렬한 후, 상기 내림차순의 순서에 따라, 상기 전력 절감 투입량을 분배하여, 상기 일일 피크전력값을 최소화할 수 있다.
여기서 상기 전력사용량 최소화 과정은, 상기 최대부하시간에 상기 대상설비에 상기 전력 절감 투입량을 균등하게 분배하여, 상기 대상 설비에서의 전력사용량을 최소화할 수 있다.
여기서 상기 절감액 계산단계는, (DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)을 이용하여 상기 DR 절감액을 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배장치는, 대상 설비의 전력사용량에 대한 전력데이터가 저장된 데이터베이스부; 상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정하는 투입량 설정부; 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산하는 절감액 계산부; 및 상기 설정되는 각각의 전력 절감 투입량 및 DR 투입량 중에서, 상기 전력 절감액 및 DR 절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출하는 최대값 도출부를 포함할 수 있다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 의하면, 기본 요금 절감을 위한 일일 피크전력값에 대한 제어 및 수요반응(DR: Demand Response)을 위한 DR 투입량에 대한 제어를 통하여, 대상 설비에 대한 전력 요금을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 의하면, 에너지 저장장치의 전체 용량을 최적의 비율로 DR 투입량과 전력절감투입량으로 분배할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 대상설비의 ESS 용량분배방법 및 ESS 용량분배장치에 의하면, 기본 요금 절감을 위한 일일 피크전력값 제어 및 사용 요금 절감을 위한 전력 사용량 제어를 위한 최적의 ESS 충방전 스케줄을 산출할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 대상 설비의 전력공급시스템을 나타내는 블록도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량분배장치를 나타내는 블록도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 의한 일일 피크전력값의 최소화를 위한 전력 절감 투입량의 분배를 나타내는 그래프이다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 의한 전력사용량 최소화를 위한 전력 절감 투입량의 분배를 나타내는 그래프이다.
도5는 본 발명의 일 실시예에 의한 DR 투입량 및 전력 절감 투입량의 비율에 따른 전체 절감금액의 변화를 나타내는 테이블표이다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 의한 DR 투입량 및 전력 절감 투입량의 비율에 따른 전체 절감금액의 변화를 나타내는 그래프이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량분배방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의한 대상 설비의 전력공급시스템을 나타내는 블록도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력공급시스템은, 상용전원(s), 대상설비(1), 에너지 저장 시스템(E) 및 ESS 용량 분배 장치(100)를 포함할 수 있다.
이하, 도1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 의한 전력공급시스템을 설명한다.
상용전원(S)은 발전소 등을 이용하여 전력을 생산하는 전력회사가 제공하는 전력공급원일 수 있다. 대상 설비(1)는 상용전원(S)으로부터 전력을 공급받을 수 있으며, 전력회사는 대상 설비(1)에 공급한 전원공급량에 대응하는 전력요금을 대상 설비(1)에 부과할 수 있다.
대상 설비(1)는 일반 건물이나 아파트, 공장 등 상용전원(S)을 공급받는 시설물 등일 수 있으며, 공급받은 전원을 이용하여 제품 생산이나 건물 유지 및 관리 등의 동작을 수행할 수 있다. 다만, 사용한 전력량에 비례하여 전력요금이 증가할 수 있으므로, 대상 설비(1)에서는 전력요금을 최소화하기 위한 조치를 취할 수 있다. 구체적으로, 도1에 도시한 바와 같이, 에너지 저장 시스템(E) 등을 구비하여, 효율적인 에너지 사용 및 전력요금 절감 등에 활용할 수 있다.
에너지 저장 시스템(E)은 전기에너지를 저장하는 배터리와, 배터리의 동작을 제어하는 BMS(Bettery Management System)등을 포함할 수 있으며, 전기에너지를 미리 저장한 후, 필요한 경우에 저장된 전기에너지를 방출하는 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 배터리는 충방전이 가능한 2차전지일 수 있으며, 리튬이온과 황산화 나트륨 등을 주된 재료로 하는 것일 수 있다.
일반적으로, 전력회사에서는 전력사용량이 많은 주간에는 전력요금 단가를 높게 책정하고, 전력사용량이 적은 야간에는 전력요금 단가를 낮게 책정할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 시스템(E)을 포함하는 대상 설비(1)는, 전력요금 단가가 낮은 심야전기를 이용하여 에너지 저장 시스템(E)을 충전하고, 전력요금 단가가 높은 주간에는 상용전원(S) 대신에 에너지 저장 시스템(E)에 저장된 전력을 이용하는 방식으로 전력요금을 절감할 수 있다. 즉, 에너지 저장 시스템(E)이 공급하는 전력량만큼 상용전원(S)으로부터 공급받는 전력량을 줄일 수 있으므로, 상기 줄어든 양만큼의 전력요금을 절감할 수 있다.
다만, 전력회사가 부과하는 전력요금 체계는, 기본요금과 사용요금의 합으로 구성될 수 있다. 즉, 대상 설비(1)가 실제로 사용한 전력사용량에 대응하는 사용요금 이외에, 연간최대피크값을 기준으로 계약 종별 기준단가를 곱한 기준요금을 추가로 부과할 수 있다. 따라서, 에너지 저장 시스템(E)을 전력사용량에 대응하는 사용요금을 줄이는데만 활용하는 경우에는, 오히려 연간최대피크값에 의한 기준요금의 증가로 인하여, 전력요금이 증대되는 결과를 가져올 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 전력사용량에 따른 사용요금 이외에, 연간최대피크값에 의한 기준요금도 함께 절감할 필요가 있다. 즉, 에너지 저장 시스템(E)의 적절한 운용제어를 통하여, 전력사용량 제어 및 연간최대피크값 제어를 동시에 달성할 필요가 있다.
한편, 최근에는 전력회사 측에서, 전력수요가 공급을 초과하지 않도록 관리하기 위하여, 수요반응(DR: Demand Response) 등의 제도를 마련하고 있다. 즉, 전체적인 전력수요가 높을 때에는 에너지 저장 시스템(E)이 오히려 상용전원(S) 측으로 전력을 공급하여 전력회사의 부족한 전력공급량을 보충하고, 대신 전력회사로부터 비용에 대한 보상을 받는 것이 가능하다. 그러므로, 대상 설비(1)의 에너지 저장 시스템(E)을 이용하여 기본요금 및 사용요금 등의 전력 사용액을 절감하는 방식 이외에, 수요반응에 참여하여 비용을 보상받는 방식으로 전력요금을 절감하는 것도 가능하다.
종래에는, 수요반응이나 기본요금에 대한 고려없이, 대상 설비(1)가 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간에 사용하는 전력 사용량을 줄이는데 에너지 저장 시스템(E)을 활용하였다. 그러나, 상술한 바와 같은 전력요금 체계에서는, 기본요금의 절감 및 수용반응 참여에 의한 전력요금 절감을 고려하여, 보다 효과적으로 전력요금을 절감할 필요가 있다.
상기 에너지 저장 시스템(E)이 저장하는 전기에너지의 양이나, 충방전 속도 등은 일정하게 유지될 수 있으므로, 에너지 저장 시스템(E)에 저장되는 전기에너지를 분배하는 방법에 따라 전력요금 절감의 효율성이 달라질 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 장치(100)를 이용하면, 에너지 저장 시스템(E)을 효율적으로 운용하여, 최적의 ESS 용량 분배를 수행하는 것이 가능하다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 장치(100)를 나타내는 블록도이다.
도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 장치(100)는 데이터베이스부(10), 투입량설정부(20), 절감액계산부(30) 및 최대값도출부(40)를 포함할 수 있다.
이하, 도2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 장치(100)를 설명한다.
데이터베이스부(10)에는, 대상 설비(1)의 전력사용량에 대한 전력데이터가 저장될 수 있다. ESS 용량 분배 장치(100)가 에너지 저장 시스템(E)의 전체 용량을 분배하기 위해서는, 먼저 대상 설비(1)에서 사용하는 전체적인 전력 사용량 내지는 전력 사용 패턴을 파악할 필요가 있다. 따라서, 대상 설비(1)의 과거 일정기간(예를들어, 1년) 동안의 일별 전력사용량을 포함하는 전력 데이터를 수집할 필요가 있으며, 상기 수집한 전력 데이터는 데이터베이스부(10)에 미리 저장해둘 수 있다. 여기서, 데이터데이스부(10)는 ESS 용량 분배장치(100) 내부의 RAM, ROM, Flash 메모리, 하드디스크 등에 구비될 수 있으며, 실시예에 따라서는 ESS 용량 분배 장치(100)의 외부에 구비되어, ESS 용량 분배 장치(100)와의 유, 무선 통신을 통하여 연결되는 것도 가능하다.
데이터베이스부(10)에 저장되는 일별 전력사용량은, 대상 설비(1)가 24시간동안 사용하는 전력사용량을 기준시간간격으로 분리하여 시계열적으로 정리한 것일 수 있다. 예를들어, 대상 설비(1)의 2013년에 대한 전력데이터에는, 2013년 1월 1일에 사용한 전력사용량을 15분단위로 24시간동안 기록한 일별 전력 사용량에 대한 전력데이터와, 동일한 방식으로 2013년 1월 1일부터 2013년 12월 31일까지 기록한 각각의 일별 전력 사용량이 포함될 수 있다. 여기서, 상기 전력 데이터는, 에너지 저장 시스템(E)이 없는 상태에서 대상 설비(1)가 사용한 전력 사용량에 관한 것일 수 있다.
투입량 설정부(20)는, 대상 설비(1)에 적용하는 에너지 저장장치(ESS)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 대상 설비(1)의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정할 수 있다. 대상 설비(1)의 전력요금을 절감하는 방법으로는, 대상 설비(1)의 기본요금 및 사용요금을 절감하거나, 수요반응에 참여하여 비용을 보상받는 방법이 있다. 다만, DR 투입량이 설정되면, 상기 DR 투입량은 일정기간(예를들어 1년)동안 수요반응에 대비하여야 하므로, 상기 상기 기간동안은 DR 투입량에 해당하는 용량에 대하여는 더 이상 전력 절감 투입량으로 사용할 수 없게 된다. 따라서, 에너지 저장장치(E)의 전체 용량은 크게 DR 투입량과 전력 절감 투입량으로 분리하여 설정할 수 있으며, 각각의 전력 절감 투입량과 DR 투입량을 미리 설정할 필요가 있다.
여기서, 투입량 설정부(20)은 전력 절감 투입량과 DR 투입량을 순차적으로 변경하여 설정할 수 있으며, 상기 설정된 전력 절감 투입량과 DR 투입량 중에서 최적의 결과를 나타내는 전력 절감 투입량과 DR 투입량을 도출할 수 있다. 예를들어, 100%의 전체 용량 중에서, 처음에는 전력 절감 투입량을 100%, DR 투입량을 0%로 설정하고, 이후 순차적으로 전력 절감 투입량을 99%, 98%, …, 2%, 1%, 0%로 변경하고, 대응하여 DR 투입량을 1%, 2%, …, 98%, 99%, 100%로 변경하여 설정할 수 있다. 즉, 투입량 설정부(20)에서 순차적으로 변경한 전력 절감 투입량 및 DR 투입량을 이용하여, 각각의 전력요금 절감액을 산출할 수 있으며, 이를 이용하여, 최적의 전력 절감 투입량 및 DR 투입량을 결정할 수 있다.
절감액 계산부(30)는, 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산할 수 있다.
구체적으로, 대상 설비(1)의 전력요금은, {(연간최대피크전력값 × 기본료 단가) + (전력사용량 × 시간대별 전력요금 단가)} - {(DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)}을 이용하여 계산할 수 있다.
여기서, (연간최대피크전력값 × 기본료 단가)는 기본요금이고, (전력사용량 × 시간대별 전력요금 단가)는 사용요금이다. 에너지 저장 시스템(E)의 전체 용량 중에서 전력 절감 투입량을 이용하면, "연간최대피크전력값" 및 "전력사용량"을 조절할 수 있다. 따라서, 상기 전력 데이터에 나타난 "연간최대피크전력값" 및 "전력사용량"을 조절하여 상기 기본요금 및 사용요금을 최소화할 수 있으며, 그에 따른 전력절감액을 계산할 수 있다. 상기 "연간최대피크전력값"의 조절에 따른 절감액은 "기본료절감액"이고, 상기 "전력사용량"의 조절에 따른 절감액은 "사용량 절감액"이므로, 상기 전력절감액은 "기본료절감액"과 "사용량 절감액"의 합으로 구성될 수 있다.
상기 기본요금 및 사용요금의 최소화를 위하여, 전력 절감 투입량을 각각의 일별로 적용할 수 있으며, 상기 전력 절감 투입량을 기본 요금 절감에 활용할 것인지 아니면 사용요금 절감에 활용할 것인지 여부를 결정할 수 있다. 즉, 전력데이터에 나타나는 일일 피크전력값을 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차와 비교할 수 있으며, 상기 비교결과에 따라 전력 절감 투입량을 기본 요금 절감에 활용할 것인지 아니면 사용요금 절감에 활용할 것인지를 결정할 수 있다. 여기서, 전력 데이터에 포함된 일별 전력사용량은, 과거 1년 동안 대상 설비(1)가 사용한 전력사용량을 기 설정된 기준시간간격으로 매일 수집하여 시계열적인 순서로 정리한 것이므로, 연간최대피크값 및 일일 피크전력값을 용이하게 도출할 수 있다.
구체적으로, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 전력 절감 투입량의 차보다 크거나 같은 경우(일일 피크전력값 ≥ (연간최대피크값 - 전력 절감 투입량))에는, 해당하는 날짜에서 연간최대피크값이 발생할 수 있다. 따라서, 전력 절감 투입량을 연간최대피크값을 줄이는데 모두 활용함으로써, 기본요금의 발생을 최소화할 수 있다. 즉, 도3a에 도시한 바와 같이, 먼저 일별 전력사용량을 기준시간간격별 전력사용량의 크기에 따라 내림차순으로 정리할 수 있다. 이후, 상부 영역의 넓이 합이 전력 절감 투입량과 같아지는 최대값 A를 산출하고, 기준시간간격별 전력사용량의 크기가 상기 최대값 A에 대응하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배할 수 있다. 즉, 도3b에 도시한 바와 같이, 내림차순 정리된 그래프를 이용하여 최대값 A을 구하고, 이후, 다시 시계열적인 순서로 변경하여, 최대값 A가 일일 피크전력값이 되도록 하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 분배할 수 있다.
반면에, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 전력 절감 투입량의 차보다 작은 경우(일일 피크전력값 < (연간최대피크값 - 전력 절감 투입량))에는, 해당하는 날짜에서 연간최대피크값이 발생하지 않으므로, 전력 절감 투입량을 사용요금 절감에 모두 활용할 수 있다. 따라서, 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간에 상기 대상 설비가 사용하는 전력사용량을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배할 수 있다. 즉, 도4에 도시한 바와 같이, 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간(B)에서의 전력사용량을 최소화하도록 전력 절감 투입량을 균등하게 분배할 수 있다.
상술한 바와 같이, 일일 피크전력값을 연간최대피크값과 전력 절감 투입량의 차와 비교한 후, 전력데이터에 포함된 각각의 날짜에 해당하는 일일 전력사용량에 대응하도록 전력 절감 투입량을 설정할 수 있다. 이 경우, 대상설비(1)의 "연간최대피크전력값" 및 "전력사용량"이 조절되므로, 대상설비(1)의 지난 1년동안의 기본 요금 및 사용요금을 다시 계산할 수 있다. 여기서, 상기 계산결과를 에너지 저장장치(E)를 활용하지 않은 대상 설비(1)의 1년동안의 기본 요금 및 사용요금의 합과 비교함으로써, 상기 전력 절감액을 계산할 수 있다.
한편, 절감액 계산부(30)는, 상기 설정된 DR 투입량에 대응하는 DR 절감액을 계산할 수 있다. 여기서, DR 절감액은 {(DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)}을 이용하여 계산할 수 있다.
(DR 투입량 × 연간용량정산단가)은 DR 계약금으로 전력회사가 에너지저장시스템의 전력을 이용하였는지 여부와 무관하게, 전력회사가 DR 투입량만큼의 전력확보에 대한 보상으로 지급하는 금액일 수 있다. 연간용량정산단가는 전력회사와의 계약을 통하여 설정할 수 있다.
(DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)은 DR정산액으로, 실제 전력회사가 에너지저장시스템에 저장된 전력을 사용한 양에 따른 보상으로 지급받는 금액이다. 여기서, 연평균 DR 발동시간은 실제로 전력회사에 DR 투입량을 공급받은 연평균 시간이고, DR 계수는 전력회사와의 계약을 통하여 설정되는 값일 수 있다.
추가적으로, DR 절감액과 관련하여 위약금을 더 고려할 수 있다. 즉, 대상 설비(1)가 에너지 저장 시스템(E)의 DR 투입량만큼 전력회사에 공급하기로 계약하였으나, 실제로 전력회사와 계약한 DR 투입량만큼 전력회사에 공급하지 못한 경우 등에는, 계약위반에 대한 위약금을 전력회사에 보상할 수 있다. 이 경우, DR 절감액은, {(DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간) - ((연간용량정산단가/연평균 DR 발동시간) × 미이행시간 × 위약금계수)}가 될 수 있다. 실시예에 따라서는, 미이행시간이 연평균 DR 발동시간의 50% 미만인 경우에는 DR 절감액 전액을 환수할 수도 있다.
최대값 도출부(40)는, 상기 설정되는 각각의 전력 절감 투입량 및 DR 투입량 중에서, 상기 전력 절감액 및 DR 절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 절감액 계산부(30)는, 투입량 설정부(20)에서 설정하는 각각의 DR 투입량과 전력 절감 투입량에 따라, 대응하는 DR 절감액 및 전력 절감액을 각각 계산할 수 있다. 이 경우, 최대값 도출부(40)는 각각의 DR 절감액 및 전력 절감액의 합을 계산하고, 각각의 합 중에서 최대값을 가지는 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 도출할 수 있으며, 상기 도출한 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량으로 설정할 수 있다.
즉, 도5에 도시한 바와 같이, 각각의 전력 절감 투입량 및 DR 투입량이 설정되면, 이에 대응하는 기본료 절감액, 사용량 절감액, DR 계약금 및 DR 정산액이 도출될 수 있다. 여기서, 기본료 절감액, 사용량 절감액, DR 계약금 및 DR 정산액의 합이 클수록 대상 설비(1)에서 지급해야하는 전력요금은 작아진다. 따라서, 상기 합이 최대값이 되도록 하는 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 결정할 수 있다.
여기서, 도5는 도6과 같은 그래프로도 나타낼 수 있으며, 도6을 참조하면, 에너지 저장 시스템(E)의 전체 용량이 500kWh일 때, 전력 절감 투입량을 260kWh, DR 투입량을 240kWh로 설정할 때, 대상 설비(1)의 전력요금을 가장 많이 절감하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 도출한 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량에 따라 상기 에너지 저장 시스템(E)의 전체 용량을 분배하도록 설정할 수 있다. 즉, 목표 DR 투입량으로 전력회사와 수요반응에 대한 계약을 체결하고, 목표 전력 절감 투입량을 이용하여 대상 설비(1)의 전력 사용량을 절감할 수 있다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 방법을 나타내는 순서도이다.
도7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 방법은, 데이터 수신단계(S100), 투입량 설정단계(S200), 절감액 계산단계(S300) 및 최대값도출단계(S400)를 포함할 수 있다.
이하, 도7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 ESS 용량 분배 방법을 설명한다.
데이터 수신단계(S100)에서는, ESS 용량 분배장치가 대상 설비로부터 전력사용량에 대한 전력데이터를 수신할 수 있다. ESS 용량 분배장치를 이용하여 에너지 저장 시스템의 전체 용량을 분배하기 위해서는, 먼저 대상 설비의 전체적인 전력 사용량 내지는 전력 사용 패턴을 파악할 필요가 있다. 따라서, 대상설비의 과거 일정기간(예를들어, 1년) 동안의 일별 전력사용량을 포함하는 전력 데이터를 수집할 필요가 있다. 상기 일별 전력사용량은 상기 대상 설비가 24시간동안 사용하는 전력사용량을 기준시간간격으로 분리하여 시계열적으로 표시한 것일 수 있다. 실시예에 따라, ESS 용량 분배장치는 대상 설비에 대하여 전력사용량을 측정하는 측정부를 구비하여, 직접 측정부를 이용하여 대상 설비의 전력사용량에 대한 전력데이터를 측정하거나, 대상 설비 또는 별도의 측정장비로부터 측정한 측정결과를 유, 무선 통신을 통하여 전송받을 수 있다.
투입량 설정단계(S200)에서는, 상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치의 전체 용량 중에서, 수요반응에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정할 수 있다.
대상 설비의 전력요금을 절감하기 위해서는, 대상 설비의 기본요금 및 사용요금을 절감하거나, 수요반응에 참여하여 비용을 보상받을 수 있다. 다만, DR 투입량이 설정되면, 상기 DR 투입량은 일정기간(예를들어 1년)동안 수요반응에 대비하여야 하므로, 상기 상기 기간동안은 DR 투입량에 해당하는 용량에 대하여는 더 이상 전력 절감 투입량으로 사용할 수 없게 된다. 따라서, 에너지 저장장치의 전체 용량은 크게 DR 투입량과 전력 절감 투입량으로 분리하여 설정할 수 있으며, 각각의 전력 절감 투입량과 DR 투입량을 미리 설정할 필요가 있다.
여기서 상기 투입량 설정단계(S200)는, 상기 에너지저장장치의 전체 용량 중에서 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량이 각각 차지하는 비율을 순차적으로 가변하여, 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 설정할 수 있다. 예를들어, 100%의 전체 용량 중에서, 처음에는 전력 절감 투입량을 100%, DR 투입량을 0%로 설정하고, 이후 순차적으로 전력 절감 투입량을 99%, 98%, …, 2%, 1%, 0%로 변경하고, 대응하여 DR 투입량을 1%, 2%, …, 98%, 99%, 100%로 변경하여 설정할 수 있다.
절감액 계산단계(S300)에서는, ESS 용량분배장치가 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산할 수 있다.
여기서, 상기 전력 절감액은 (연간최대피크전력값 × 기본료 단가) + (전력사용량 × 시간대별 전력요금 단가)을 이용하여 계산할 수 있다. 즉, 상기 전력 절감 투입량을 이용하면 "연간최대피크전력값" 및 "시간대별 전력사용량"을 조절할 수 있으므로, 상기 "연간최대피크전력값" 및 "시간대별 전력사용량"의 조절 전후를 비교하여 전력 절감액을 계산할 수 있다.
구체적으로, 절감액 계산단계(S300)는, 상기 전력 절감액의 계산을 위하여, 일일 피크전력값 최소화 과정 및 전력사용량 최소화 과정을 더 포함할 수 있다.
먼저, 일일 피크전력값 최소화 과정은, 상기 일별 전력사용량 중에서, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 크거나 같은 경우에는, 상기 일일 피크전력값을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배할 수 있다. 구체적으로, 상기 일별 전력사용량을 기준시간간격별 전력사용량의 크기를 기준으로 내림차순 정렬한 후, 상기 내림차순의 순서에 따라, 상기 전력 절감 투입량을 분배하는 방식으로, 상기 일일 피크전력값을 최소화할 수 있다.
반면에, 전력사용량 최소화 과정은, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 작은 경우에는, 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간에 대상 설비가 사용하는 전력사용량을 최소화하도록 전력 절감 투입량을 분배할 수 있다. 즉, 전력사용량 최소화 과정에서는, 최대부하시간에 대상설비에 전력 절감 투입량을 균등하게 분배하여, 대상 설비에서의 전력사용량을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 절감액 계산단계(S300)는, (DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)을 이용하여 상기 DR 절감액을 계산할 수 있다.
여기서, (DR 투입량 × 연간용량정산단가)은 DR 계약금으로 전력회사가 에너지저장시스템의 전력을 이용하였는지 여부와 무관하게, 전력회사가 DR 투입량만큼의 전력확보에 대한 보상으로 지급하는 금액일 수 있다. 연간용량정산단가는 전력회사와의 계약을 통하여 설정할 수 있다.
또한, (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)은 DR정산액으로, 실제 전력회사가 에너지저장시스템에 저장된 전력을 사용한 양에 따른 보상으로 지급받는 금액이다. 여기서, 연평균 DR 발동시간은 실제로 전력회사에 DR 투입량을 공급받은 연평균 시간이고, DR 계수는 전력회사와의 계약을 통하여 설정되는 값일 수 있다.
추가적으로, DR 절감액과 관련하여 위약금을 더 고려할 수 있다. 즉, 대상 설비(1)가 에너지 저장 시스템(E)의 DR 투입량만큼 전력회사에 공급하기로 계약하였으나, 실제로 전력회사와 계약한 DR 투입량만큼 전력회사에 공급하지 못한 경우 등에는, 계약위반에 대한 위약금을 전력회사에 보상할 수 있다. 이 경우, DR 절감액은, {(DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간) - ((연간용량정산단가/연평균 DR 발동시간) × 미이행시간 × 위약금계수)}가 될 수 있다. 실시예에 따라서는, 미이행시간이 연평균 DR 발동시간의 50% 미만인 경우에는 DR 절감액 전액을 환수할 수도 있다.
최대값 도출단계(S400)에서는, 상기 투입량 설정단계 및 절감액 계산단계를 반복하여, ESS 용량분배장치가, 상기 전력절감액 및 DR절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 설정된 각각의 DR 투입량과 전력 절감 투입량에 따라, 대응하는 DR 절감액 및 전력 절감액을 각각 계산할 수 있다. 이 경우, 최대값 도출단계(S400)에서는, 각각의 DR 절감액 및 전력 절감액의 합을 계산하고, 각각의 합 중에서 최대값을 가지는 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 도출할 수 있다. 상기 도출된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량은 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량으로 설정하여, 이후 에너지 저장장치의 용량분배시 적용할 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
10: 데이터베이스부 20: 투입량설정부
30: 절감액계산부 40: 최대값 도출부
100: ESS 용량 분배 장치
S100: 데이터 수신단계 S200: 투입량 설정단계
S300: 절감액 계산단계 S400: 최대값 도출단계

Claims (11)

  1. ESS(Energy Storage System) 용량분배장치가, 대상 설비로부터 전력사용량에 대한 전력데이터를 수신하는 데이터 수신단계;
    ESS 용량분배장치가, 상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정하는 투입량 설정단계;
    ESS 용량분배장치가, 상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산하는 절감액 계산단계; 및
    상기 투입량 설정단계 및 절감액 계산단계를 반복하여, ESS 용량분배장치가, 상기 전력절감액 및 DR절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출하는 최대값 도출단계를 포함하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 투입량 설정단계는
    상기 에너지저장장치의 전체 용량 중에서 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량이 각각 차지하는 비율을 순차적으로 가변하여, 상기 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 설정하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 데이터 수신단계는
    상기 대상 설비의 과거 1년 동안의 일별 전력사용량을 포함하는 전력 데이터를 수신하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 일별 전력사용량은
    상기 대상 설비가 24시간동안 사용하는 전력사용량을 기준시간간격으로 분리하여 시계열적으로 표시한 것인 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 절감액 계산단계는
    (연간최대피크전력값 × 기본료 단가) + (전력사용량 × 시간대별 전력요금 단가)을 이용하여 상기 전력 절감액을 계산하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 절감액 계산단계는
    상기 전력 절감 투입량에 의하여 조절된 상기 연간최대피크전력값 및 시간대별 전력사용량을 이용하여, 전력 절감액을 계산하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 절감액 계산단계는
    상기 일별 전력사용량 중에서, 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 크거나 같은 경우에는, 상기 일일 피크전력값을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배하는 일일 피크전력값 최소화 과정; 및
    상기 일일 피크전력값이 연간최대피크값과 상기 전력 절감 투입량의 차보다 작은 경우에는, 시간대별 전력요금 단가가 최대인 최대부하시간에 상기 대상 설비가 사용하는 전력사용량을 최소화하도록 상기 전력 절감 투입량을 분배하는 전력사용량 최소화 과정을 포함하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 일일 피크전력값 최소화 과정은
    상기 일별 전력사용량을 기준시간간격별 전력사용량의 크기를 기준으로 내림차순 정렬한 후, 상기 내림차순의 순서에 따라, 상기 전력 절감 투입량을 분배하여, 상기 일일 피크전력값을 최소화하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 전력사용량 최소화 과정은
    상기 최대부하시간에 상기 대상설비에 상기 전력 절감 투입량을 균등하게 분배하여, 상기 대상 설비에서의 전력사용량을 최소화하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 절감액 계산단계는
    (DR 투입량 × 연간용량정산단가) + (DR 투입량 × DR 계수 × 연평균 DR 발동시간)을 이용하여 상기 DR 절감액을 계산하는 대상설비의 ESS 용량분배방법.
  11. 대상 설비의 전력사용량에 대한 전력데이터가 저장된 데이터베이스부;
    상기 대상 설비에 적용하는 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System)의 전체 용량 중에서, 수요반응(DR: Demand Response)에 참여하는 DR 투입량과, 상기 대상 설비의 시간대별 전력사용량을 조절하기 위한 전력 절감 투입량을 각각 설정하는 투입량 설정부;
    상기 설정된 DR 투입량 및 전력 절감 투입량을 상기 전력데이터에 적용하여, 대응하는 DR 절감액 및 전력절감액을 계산하는 절감액 계산부; 및
    상기 설정되는 각각의 전력 절감 투입량 및 DR 투입량 중에서, 상기 전력 절감액 및 DR 절감액의 합이 최대값이 되는 목표 DR 투입량 및 목표 전력 절감 투입량을 도출하는 최대값 도출부를 포함하는 대상설비의 ESS 용량분배장치.
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