KR20160116068A - 하폐수처리장의 전력부하, ess 및 재이용수 등을 활용하여 신재생에너지를 설비대상별 또는 하폐수처리장 별로 운영하는 수요반응 서비스 자원 확보 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다수의 하폐수처리장(30) 및 대형ESS(40), 대형 신재생에너지(50)를 부하관리사업자(20)이 각각의 전력사용이력 데이터를 활용하여 최적조합하여 수익을 극대화시키는 서비스 시스템이다.
전력사용이력 데이터를 활용하여 최적조합하여 수익을 극대화시키는 서비스 시스템은 전력망사업자(10), 부하관리사업자(20), 하폐수처리장(30), 대형 ESS(40), 대형 신재생에너지(50)으로 구성되어 있으며, 전력망사업자(10)는 DR 서비스서버(11)를 운영하며, 부하관리 사업자(LA 사업자)(20)는 LA 서비스서버(21)를 운영한다. 그리고 하폐수처리장(30)는 공정설비(31), ESS(32) 및 신재생에너지(33)을 관리하며, 그러한 하폐수처리장(30)이 여러 개 존재하며, 대형ESS(40)과 대형 신재생에너지(50)이 병렬로 구성되어 전체 시스템을 이루게 된다.
부하관리사업자(20)는 다수의 부하자원을 LA서비스서버(21)를 통해 관리하며 다양한 포트폴리오를 통해 최적화 조합을 이끌어낸다. 부하관리사업자(20)의 최대의 인센티브 및 최소한의 패널티를 위해 부하관리사업자(20)의 LA서비스서브(21)은 다수의 하폐수처리장(30)을 개별로 보고 개별로 평가하지 않는다. 전체 하폐수처리장(30)을 취합해서 하나의 덩이로 보고 LA서비스 서버에서 모니터링하고 관리한다. 이는 참여성적이 좋은 하폐수처리장(30)과 참여성적이 나쁜 하폐수처리장(30)이 성과측면에서 상쇄되는 효과가 있다. 상쇄이후 음의 결과가 나오게 되면 성과가 좋은 하폐수처리장(30)도 인센티브를 받지 못하는 리스크가 있으며, 양의 결과가 나오면 성과가 나쁜 하폐수처리장(30)도 적지만 인센티브를 받을 수 있다.
대형ESS(40)는 부하관리사업자(20)와 LA서비스서버(21)가 전체수용가를 합산하여 관리하게 되기 때문에 참여성적이 좋지 못한 수용가의 헷징수단으로 효과적이다. 평상시 기본 자원용량으로 보기보다 개별자원의 취합인 총괄자원의 성적이 좋지 않은 순간을 예측해서 가동하는 것이다. 평상시 기본자원으로의 활용도와 비상시 포트폴리오성 자원으로의 활용도 중 어떤 것이 경제적인지 판단해보아야 한다. 그러나 이는 일률적인 판단이 나오기 어렵다. 개별수용가별 특성, 국가 예비율의 수준, 부하관리사업자(20)의 운영정책 등과 밀접한 연관이 있기 때문이다. 또한 대형ESS(40)의 최대방전량과 방전회수, 주위환경, 운영방법 등도 중요한 변수이다.
대형 신재생에너지(50)는 신재생에너지 생산을 하는 중대형발전소와 연계하는 모델이다. 이를 통해 전력망사업자(10)에 등록되어 있는 부하관리사업자(20)가 가져가는 총괄 부하자원용량을 관리하는 방안으로 활용할 수 있다. 대형 신재생에너지(50)는 기본 부하자원용량으로 보지 않고 평상시 별도의 목적에 의해 생산하거나, RPS제도를 통해 판매하는데 사용한다. 전력예비율 비상시 전력부하 이벤트가 발생했을 경우에는 개별 하폐수처리장의 참여가능 여부 및 부족자원 등에 대해 대체하므로 최적관리를 하는데 적용한다. 이는 부하관리사업자(20)가 패널티를 최소화하기 위한 중요한 방안이 될 수 있다. 신재생에너지를 적용하는데 따르는 추가비용 및 회피비용 등은 개별 하폐수처리장(30)에서 참여하지 못한 용량만큼 세이브된 인센티브를 활용할 수 있다.
본 발명에서 부하관리 사업자(20)의 LA 서비스서버(31)에 의해 전력감축량을 산정하는 방법은 보통 고객기준부하(Customer Baseline Load; CBL)와의 차이를 가지고 연산하도록 한다. 즉, LA 서비스서버(21)는 수요반응(DR) 이벤트 시행 기간 동안에 수요반응(DR) 이벤트에 참여한 하폐수처리장(30)의 부하자원 공정설비(31), ESS(32), 신재생에너지(33)를 실제 사용량과 고객기준부하(CBL)의 차이를 계산하여 전력 감축량에 따른 인센티브를 미리 공지된 방법으로 연산하도록 하고, 이를 통한 전기사용량 절감에 따라 수신된 전력사용량 정보에서 인센티브 최대화와 패널티 최소화를 위해 최적화 환산하며 사전 협약된 인센티브를 산정하는 방법 및 시스템이다.

Description

하폐수처리장의 전력부하, ESS 및 재이용수 등을 활용하여 신재생에너지를 설비대상별 또는 하폐수처리장 별로 운영하는 수요반응 서비스 자원 확보 시스템 및 방법{.}

본 발명은 다수의 하폐수처리장의 다양한 전력부하, ESS 및 재이용수 등을 활용한 신재생에너지를 설비대상별, 하폐수처리장 별로 최적운영하여 수요반응 서비스 자원을 확보하는 시스템 및 방법으로, 보다 구체적으로는, 하폐수처리장의 다소비 전력설비의 제어시점, 반응시간, 지속시간, 제어방법을 확인하며, 하폐수처리장의 배터리를 통한 ESS(Energy Storage System) 제어시점, 반응시간, 지속시간, 제어방법을 확인하며, 재이용수 등을 활용한 신재생에너지 투입을 위한 제어시점, 반응시간, 지속시간, 제어방법을 확인한다. 무엇보다 각 하폐수처리장 단위의 집합인 수요관리사업자의 최적운영모델에 대한 방법과 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 전력망은 전력의 수요와 공급이 서로 일치하게 운용되도록 설계되어 있다. 이 균형을 나타내는 지표가 주파수로서, 이 주파수의 안정성이 전기의 품질과 직결된다. 현재, 전력망의 운용에 있어서 전력의 수요는 개개인의 전기 사용에 따라 달라지는 것이므로 이를 조정하기는 매우 어렵다. 따라서 전력 공급이 항상 전력 수요에 실시간으로 따라가도록 하고 있다.

하지만, 전력수요가 시간에 따라 크게 변동하기 때문에 전력공급량은 항상 최대 수요를 감당하도록 되어 있다. 최대 10% 수요는 사실상 1년 365일 중 3일 정도이므로 이 3일을 위하여 수많은 발전기가 일 년 내내 대기하고 있는 것이다. 이는 마치 추석 연휴 3일을 위하여 일 년 동안 사용하지도 않는 별도의 여러 개의 고속도로 시설을 유지하고 있는 것과 마찬가지로 비경제적이고 비효율적이다.

만일, 일 년 중 최대 수요가 일어나는 3일간만 수요를 10% 줄일 수 있다면 전력망 운용이 매우 안정될 뿐 아니라 국내의 경우 5 내지 6개의 대형 원자력 발전소를 건설하지 않아도 되는 것으로 그 경제적 이득은 매우 크다.

이러한 점에서 수요반응(Demand Response: DR)에 의한 수요자의 자발적 에너지 절약에 의한 인센티브 제공과 관련된 수요관리기술이 대두하게 되었다. 특히 전력 수급의 적시성에서 약점이 있는 신 재생 에너지원의 증가에 따라 수요반응이 더욱 필요하게 되었으며, 전 세계적으로 진행중인 지능형 전력망인 스마트 그리드(Smart Grid)가 구축될 경우 수요반응은 핵심적인 서비스임이 분명하다.

보다 구체적으로 수요반응이란 전력수요가 증대할 때 이에 수요자가 반응하여 전력 사용을 줄이는 것으로 수요자의 수가 많기 때문에 이를 일일이 조정하기란 매우 어렵고, 현재 전력 시스템상으로 전력망 운용자가 조정할 수 있는 방법은 계획 정전 이외에는 없다.

특히, 단순한 전력요금 체제를 가지고는 수요자가 자발적으로 반응할 만한 동기가 부여되지 못하기 때문에 미국이나 유럽 등지에서는 다양한 요금제를 기반으로 기본적 수요반응을 발생시키면서, 전력망 운용자가 수요반응에 대한 강력한 인센티브를 부여하는 방식, 더 나아가 시장에서의 판매를 통하여 더욱 활발한 수요반응 서비스들이 적용되고 있다.

여기서 에너지 소비가 크며 운전특성이 일반 공장이나 건물과 다른 하폐수처리장에서 여러가지 경우와 설비의 조합을 통해 최적의 DR자원을 확보할 수 있는 시스템이다.

국내에서도 하절기나 동절기에 전력 사용량은 매년 신기록을 갈아치우며 급격히 높아지고 있다. 이렇듯 전력 예비율이 5%도 되지 않는 상황이 벌어지고 있어서, 전력 부족 사태가 벌어질 경우 발전소나 송배전 시스템, 그리고 중요한 시설 등이 직접적인 전력사고의 피해자가 될 가능성이 높다.

이러한 전력 부족으로 인한 사고를 예방하고 추가로 발전소를 짓는 비용을 줄이기 위해 한전과 전력거래소는 실시간 DR(Demand Response : 수요 반응)의 상용화를 추진하고 있다.

실시간 DR은 신재생 에너지를 통해 발전한 전력을 판매하는 전력거래시스템과 함께 Smart Grid의 양대 축을 이루는 기술로써, 발전과 전력 사용에 수요/공급 개념을 도입하여 실시간으로 전력 사용 절감 신호를 보내주고 이에 맞추어 수동 또는 자동으로 전력을 줄일 경우 이를 금전적으로 보상을 해주는 시스템이다.

하·폐수시설도 에너지 자립화를 위한 바이오 가스 발전(연료전지, 터빈 발전), 태양광 발전 등의 다양한 발전 시설이 추가 되고 있으므로, 이러한 실시간 DR과 에너지 자립 시설을 연동하여 관리하면 추가적인 운영비용의 절감, 에너지 사용의 절감이 가능하다.

또한, 실시간 DR은 Smart Grid 선진국인 미국에서도 시범 운영 단계이므로 이를 적용한 물과 에너지의 효율적 관리 기술은 해외 수처리 시장 진출에 크게 유리하게 작용할 것으로 예상한다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수요관리사업자가 하폐수처리장의 다양한 전력설비의 운영패턴이나 상황을 분별할 수 있어야 한다. 이를 위해서는 개별 스마트미터가 설치되어 있으며 각 설비의 운전전력이나 ON/OFF상태를 모니터링 하며 취득된 데이터를 서버에 축적하고 있어야 한다. 또한 ESS의 충방전 스케쥴을 최적화 할 수 있는 알고리즘을 구성해야 하며 이는 기존 전력설비와 최적운영이 될 수 있도록 호환이 되어야 한다. 하폐수 처리장에서 취득할 수 있는 신재생에너지는 태양광이나 태양열, 재이용수 히트펌프, 풍력, 연료전지 등이 있다. 이는 하폐수 운영스케쥴이나 처리수의 양에 따라 변하는 것이 있고 그렇지 않은 것이 있다.

무엇보다 중요한 것은 로컬 단의 하폐수처리장 한 개소만으로 최적화 및 평가를 하는 것이 아니고 다수의 하폐수처리장의 다양한 성격에 맞추어서 최적 운영 및 관리를 하는 것이다.

본 발명은 하폐수처리장의 다양한 변수와 여러 개의 하폐수처리장을 통한 더욱 고도화된 변수의 최적화 방법이며 이에 대한 목적함수는 최고의 DR자원을 확보하며 이에 따른 수익을 극대화 하는 것이다.

전력망사업자의 고객으로 전력사용이력 데이터를 갖고 있는 수용가가 전력망사업자의 수요반응 서비스에 가입된 부하관리 사업자의 수요반응 서비스에 가입하여 스마트미터를 등록하고 전력사용이력 데이터를 사용할 수 있도록 허용하면, 수요반응 이벤트 발생시에 실시간으로 수용가들에게 참여를 요청하여 수요반응 자원들을 모아서 거래하고 정산한 후 이를 수요반응 이벤트 참여자들에게 재정산함으로써, 전력수요 규모가 작은 개인의 전력 수요반응(DR) 자원에 대한 거래도 가능하도록 하기 위한 소셜 네트워크 서비스 기반의 개방형 전력사용이력 데이터를 활용한 소규모 수요반응 자원의 집단적 거래 서비스 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 전력 수요가 작아 수요반응의 동기가 적은 개인의 전력 수요를 모아서 이를 대행 판매하는 부하관리 사업자의 역할을 소셜 DR 서비스사업자로 이관함으로써, 여러 수용가들이 동시에 수요반응(DR)을 결정을 하고 이를 실천하도록 하는 효율적인 소셜 네트워크 서비스 플랫폼을 활용한 소셜 네크워크 서비스를 활용한 소규모 수용가의 수요반응(DR) 자원에 대한 거래를 달성하도록 하기 위한 소셜 네트워크 서비스 기반의 개방형 전력사용이력 데이터를 활용한 소규모 수요반응 자원의 집단적 거래 서비스 시스템 및 방법을 제공하기 위한 것이다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

하수처리장은 안정적인 유출 수질을 확보하고, 운전비용이 최소화하도록 경제적인 최적 운영되어야 한다. 최근 하수처리장 유출수의 수질이 강화되어 고도처리를 위한 하수처리장이 의무화되고 있으며, 처리장의 수 또한 매년 증가되고 있다. 이로 인해 고도처리에 대한 운전 지식을 가지고 있는 전문인력이 많이 필요로 하게 되었다. 그러나 이런 전문인력은 단기간에 양성하기 힘들며, 많은 시간과 비용을 투자해야 한다. 따라서, 중소규모의 하수처리장은 통합관리하고, 자동화하여 운전인력을 최소화 할 필요가 있다.

현재 유럽을 중심으로 여러 연구자들에 의해 공정의 전문인력을 대체 혹은 보조할 수 있는 전문가시스템을 구성하고자 많은 연구가 되고 있으나, 기초적인 연구수준에 머물고 있다. 전문가 시스템은 공정의 상태를 진단하여, 이상 상태가 발생 및 예진할 경우 운전자에게 이상 발생을 전달하고, 그 원인을 찾아준다. 진보된 전문가 시스템은 공정의 이상상태를 스스로 해결할 수 있어야 할 것이다.

하수처리장은 생물학적 공정이므로, 물리화학적 공정보다 외부에서 미치는 외란에 적응하는 능력이 뛰어나지만, 생물학적 반응이 매우 복잡하여, 공정 거동을 이해하기 어렵다. 하수처리공정에 공정상태 및 거동을 알기 위해서는 많은 분석 비용과 시간을 필요로 한다.

실제로 유입부하 및 공정의 반응상태는 계속 변화하며 기존의 유입수농도 측정방법인 BOD, COD, SS, T-N, T-P등을 이용할 경우 1시간 ~ 5일의 분석시간이 소요됨에 따라 계속적으로 변화하는 유입부하를 측정할 수 없으며 반응조에 과부하가 공급될 경우 이에따른 문제가 발생한 이후에야 과부하 여부를 판단할 수 있다. 따라서 기존에는 과부하를 포함한 부하의 변동에 따른 문제의 발생을 방지하기 위해 반응조를 과다 설계하거나 DO부족 현상을 막기위해 과잉의 공기를 항상 공급하므로 경제적이며 친환경적인 운전이 어렵다.

이에 대한 대안으로 수학적인 모델을 활용할 경우 경제적, 시간적으로 많은 이득을 얻을 수 있으며, 경제적이고 안정적인 최적 운전 조건을 도출 할 수 있다. 따라서 공정상태에 악영향을 미치는 이상상태를 진단하고 원인을 제시하는 전문가시스템과 공정의 최적 운전조건을 도출할 수 있는 동적 모델링은 중소규모 혹은 대규모 하수처리장을 안정적이며, 경제적으로 운전할 수 있게 할 것이다.

통합운영 관리시스템은 하수처리장의 상태를 나타내는 지표들을 수집하고 이를 분석하여 하수처리장의 운영제어를 실시하는 것으로서 이로 인한 이점은 유입부하의 변동에 유연하게 대처하여 경제적인 이득과 안정된 방류수질을 이룰 수 있다는 것이다. 이러한 통합운영 관리시스템을 구성하는 주요 요소 중 하나가 바로 하수처리장의 공정진단 프로그램이다.

공정진단 프로그램은 유입하수에 대해 유출수질을 예측하고 만일 유출수질이 과다한 경우에는 하수처리장의 운전을 조정하여 적정한 유출수질이 얻어지도록 하는 것이다. 따라서 하수처리장은 유입부하 변동에 유연하게 대처하여 에너지의 낭비요소를 줄여 비용을 절감하고 반대로 고부하시에는 적절한 대응을 통하여 안정된 방류수질을 얻을 수 있으며 또한 장래 하수처리장의 민영화 혹은 위탁에 있어서도 자동화를 통한 비용절감효과를 얻을 수 있다.

여러 학계와 기업의 노력으로 운영진단 및 관리시스템의 발전이 이루어지고 있으나 아직 국내에 운영진단 및 관리시스템의 적용사례가 충분하지 않고, 관련 시장이 활성화되지는 않은 상태이다.

신설되는 하수처리장에서 관거 시설에 대한 원격 감시 및 제어, 관망에 대한 감시 및 관리는 점차 보편화되어가고 있다. 이를 통해 관리자가 상주하지 않고 그 역할을 자동화 시스템이 대체하도록 하고 있다. 그러나 처리장 자체에 고도의 자동 제어가 적용된 사례는 아직 드물다.

관리자 제어 시스템이 설치된 처리장에서도 하드웨어만 구성되어 있을 뿐, 정작 핵심이 되는 소프트웨어 기술의 부족으로 단순 모니터링 목적으로만 이용되는 경우가 대부분이며, 기설치된 운영진단 및 관리시스템도 필요한 input자료의 양의 과다 및 시스템이 필요로 하는 필수 계측기의 부재, 운영자가 이해하기 어려운 학술적 내용으로 인해여 현장 운영자의 업무가 증가하는 경향이 있으며 시스템사용을 하지 못하는 실정이다. 따라서 운영진단 및 관리시스템이 필요로 하는 자료의 수를 최대한 줄이고 현장에서 짧은 시간 안에 분석 및 검증이 가능한 자료를 이용하여 현장운영자가 누구나 이해할 수 있는 운영진단 및 관리 시스템이 필요하다.

상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 하폐수처리장 DR자원 최대화 발굴방법, 전력망사업자(20)의 DR 서비스서버(21)가 부하관리 사업자(30)의 LA 서비스서버(31)에게 수요반응(DR) 이벤트를 요청시, LA 서비스서버(31) 등을 통해서 다른 데이터 처리 방식을 가진 수처리 시스템의 정보와 에너지 관련 시설을 기능별로 세분화하여 구분하고, 이를 개발 목표인 swXML(Smart Water XML, 가칭)로 정의할 예정이다. 또한, 범용성 있는 시스템 설계를 통해 직관적인 기능 첨삭과 최소한의 교육만으로 유지 보수가 가능한 시스템을 구축할 예정이다. 이는 단순히 정보를 보고 조작을 하기 위한 UI level이 아니라 시스템 및 설비의 정보 및 유지보수에 의한 설비 변동까지도 아래의 예시처럼 직관적인 메뉴 형태의 management기능을 갖춘 HMI의 제공을 통해 가능하다.

하폐수 처리 시설의 정보 데이터의 표준화 처리를 위해 XML을 기반으로 한 middle ware 플랫폼을 개발한다. 이를 통해 하·폐수 처리 시설의 물 및 에너지 생산, 관리에 대한 정보 체계를 표준화 할 수 있는 기반을 수립한다.

이러한 표준화된 정보제공 솔루션은 하폐수 처리 시설의 운영시스템과 연동하여 시설의 최상위단에서 Smart Grid와 연동하여 Smart Water/Energy Grid 구축을 달성한다.

본 발명의 실시예에 따른 하폐수처리장의 전력사용이력 데이터를 활용한 수요반응 자원을 최대화시키는 것은 하폐수처리장의 에너지 요금상승을 줄일 수 있다. 2012년 11월 1일자로 하폐수처리장에서 TOU(Time-Of-Use) 요금제가 채택되어 처리장의 전기요금이 평균 20%이상 상승되었다.

공정의 중요특성상 요금절약을 위해 공정제어 할 수 없는 단점이 있다. 그러나 일시적인 제어가 가능한 자원을 발굴할 때 이는 큰 부가가치를 가지게 된다. 또한 일시적인 제어가 아니라 ESS나 신재생에너지를 통한 제어의 효과를 통해 에너지 비용 절감이 가능하다.

CBL(Customer Baseline Load)가 수요관리사업자 단에서 이루어지기 때문에 하폐수처리장 수요관리사업자가 다양한 특성의 설비들을 최적제어하여 CBL대비 감축실적을 확보하는 방법과 시스템을 통해 추가적 비용절감을 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 시스템을 통해 개별 하폐수처리장이 DR이벤트에 참여하므로 따르게 되는 손실을 다수의 하폐수처리장을 최적 운영을 통해 최소화하는 방법과 시스템은 또다른 부가가치라 할 수 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 전력망사업자(10) 및 부하관리사업자(20)에 의해 수행되는 수요반응 서비스 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 하폐수처리장(30) 및 대형ESS(40), 대형 신재생에너지(50)를 부하관리사업자(20)이 각각의 전력사용이력 데이터를 활용하여 최적조합하여 수익을 극대화시키는 서비스 시스템을 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 명세서에 있어서는 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송'하는 경우에는 구성요소는 다른 구성요소로 직접 상기 데이터 또는 신호를 전송할 수 있고, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송할 수 있음을 의미한다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다수의 하폐수처리장(30) 및 대형ESS(40), 대형 신재생에너지(50)를 부하관리사업자(20)이 각각의 전력사용이력 데이터를 활용하여 최적조합하여 수익을 극대화시키는 서비스 시스템을 나타내는 구성도이다.

도 2를 참조하면, 전력사용이력 데이터를 활용하여 최적조합하여 수익을 극대화시키는 서비스 시스템은 전력망사업자(10), 부하관리사업자(20), 하폐수처리장(30), 대형 ESS(40), 대형 신재생에너지(50)으로 구성되다.

전력망사업자(10)는 DR 서비스서버(11)를 운영하며, 부하관리 사업자(LA 사업자)(20)는 LA 서비스서버(21)를 운영한다.

그리고 하폐수처리장(30)는 공정설비(31), ESS(32) 및 신재생에너지(33)을 관리하며, 그러한 하폐수처리장(30)이 여러 개 존재하며, 대형ESS(40)과 대형 신재생에너지(50)이 병렬로 구성되어 전체 시스템을 이루게 된다.

부하관리사업자(20)는 다수의 부하자원을 LA서비스서버(21)를 통해 관리하며 다양한 포트폴리오를 통해 최적화 조합을 이끌어낸다. 이를 전력망사업자(10)의 DR서비스서버(11)에 접속하여 자원을 제공하므로 전력망사업자(10)를 통한 최대의 인센티브를 얻어낸다. 최대의 인센티브를 얻을 수 있다는 것은 또한 최소한의 패널티를 가지게 되는 것이다.

하폐수처리장(30)에서 제어 가능한 전력부하자원은 공정설비(31)에서 나올 수 있고, 자체 ESS(32)를 통해 나올 수 있으며, 신재생에너지(33)를 활용해서 대체하므로 나올 수 있다.

공정설비(31)의 부하자원은 시간에 따라 가변이 가능하며 큰 자원이 나오기 위해서는 공정에 영향을 미치지 않을 수 없다. 공정에 영향을 미치지 않으면서도 빠른 시간내에 반응하는 자원은 기술적 엔지니어링을 통해 가능하다. 또한 하폐수처리장(30)이라고 일률적인 부하자원이 나오는 것은 아니고 공정이 일반화된 하폐수처리장(30)이기는 하나 운영패턴이나 방식, 주변환경, 유입수량, 방출수량, 방출수 수질 등에 따라 가변의 폭이 크다.

ESS(32)는 최근 공공기관 및 대형건물에서 사용권고하고 있으며 하폐수처리장(30)의 경우는 공간의 문제도 없기에 비용문제만 해결된다면 설치가 용이하다. ESS(32)는 요금이 가장 낮은 경부하시 충전하고 요금이 가장 높은 최대부하시 방전할 때 효과를 볼 수 있다. 그러나 투자대비 요금제 관리를 통한 효과는 크지 않다. 전력부하관리와 같은 인센티브 프로그램에 적용하면 전력망사업자로부터 높은 인센티브를 받을 수 있으며, 이를 활용하는 것이 투자대비 경제성을 확보하는 길이다. 일반적으로 ESS(32)를 가지고 있는 전력수용가인 경우 ESS(32) 최대용량을 부하자원으로 활용한다. 그러나 피크저감을 통한 기본요금 절감 등 요금제 효과를 보기 위해서는 CBL관리가 중요하다. 이를 볼 때 ESS(32) 최대용량을 부하자원으로 가져가기 힘들다. 여기서 최적용량 선정 및 시간 및 상황에 따른 최적 방전이 중요하게 된다.

신재생에너지(33)는 최근 하폐수처리장(30)에서 적극 도입하고 있다. 태양광, 지열, 히트펌프 등의 신재생에너지(33)는 전력망사업자(10)를 통한 구매전력과 별개로 자체 발전하여 활용하는 것이다. 전력부하관리로 신재생에너지(33)를 활용하는 것은 신재생 발전을 통한 전력을 충전한 후 전력부하관리 이벤트시 방전하는 구조이다. 충전, 방전의 편에서 보면 ESS(32)와 흡사하다고 볼 수 있으나 실제적으로 충전시간의 불규칙함, 태양광의 경우 낮시간 특히 피크시간대 충전량이 많은 점 등을 고려할 때 시간대별 최적화가 중요한 자원이다.

공정설비(31), ESS(32), 신재생에너지(33)을 운영하고 있는 하폐수처리장(30)의 부하자원 참여의 방법이 다양할 수 있다. 지역적 홍수로 인해 공정설비의 풀가동이 필요한 상황일 수 있어 부하자원 이벤트 참여가 불가능할 수 있기 때문이다. 이러한 상황에서 자체적으로 관리하는 ESS(32)를 어떻게 최적운영할 수 있는지 고민해야 한다. 또한 부하관리사업자(20)가 다수의 하폐수처리장(30)을 운영하고 있기에 포트폴리오상 참여가 어려운 하폐수처리장(30)가 계약된 물량보다 추가적 참여가 가능한 하폐수처리장(30) 자원을 투입하는 것에 대해 판단해야 한다.

여기서 중요한 것은 기존시스템인 도1을 볼 때 부하관리사업자(20)가 운영하는 LA서비스서비(21)에서 개별로 하폐수처리장(30)의 자원과 참여실적을 평가했다. 1번 하폐수처리장(30)과 2번 또는 3번 등의 하폐수처리장(30)의 참여실적은 서로에게 전혀 영향을 미치지 않는다. 잘하고 있는 하폐수처리장(30)은 높은 성과로 인센티브를 수령하면 되는 것이고, 성적이 나쁜 하폐수처리장(30)은 패널티로 인해 최소의 또는 0의 인센티브를 수령하면 되었다.

그러나 새로운 시스템인 도2에서와 같이 부하관리사업자(20)의 LA서비스서브(21)은 다수의 하폐수처리장(30)을 개별로 보고 개별로 평가하지 않는다. 전체 하폐수처리장(30)을 취합해서 하나의 덩이로 보고 LA서비스 서버에서 모니터링하고 관리한다. 이는 참여성적이 좋은 하폐수처리장(30)과 참여성적이 나쁜 하폐수처리장(30)이 성과측면에서 상쇄되는 효과가 있다. 상쇄이후 음의 결과가 나오게 되면 성과가 좋은 하폐수처리장(30)도 인센티브를 받지 못하는 리스크가 있으며, 양의 결과가 나오면 성과가 나쁜 하폐수처리장(30)도 적지만 인센티브를 받을 수 있다.

다음으로 대형ESS(40)를 생각할 수 있다. 대형ESS(40)는 부하관리사업자(20)와 LA서비스서버(21)가 전체수용가를 합산하여 관리하게 되기 때문에 참여성적이 좋지 못한 수용가의 헷징수단으로 효과적이다. 개별 하폐수처리장(30)내에 개별 ESS(32)는 개별 수용가의 부하자원 용량 및 헷징으로 사용될 뿐이다. 그러나 대형ESS(40)의 최적활용은 부하관리사업자(20)의 총괄 자원에 대한 보조수단이다. 이 자원은 평상시 기본 자원용량으로 보기보다 개별자원의 취합인 총괄자원의 성적이 좋지 않은 순간을 예측해서 가동하는 것이다. 평상시 기본자원으로의 활용도와 비상시 포트폴리오성 자원으로의 활용도 중 어떤 것이 경제적인지 판단해보아야 한다. 그러나 이는 일률적인 판단이 나오기 어렵다. 개별수용가별 특성, 국가 예비율의 수준, 부하관리사업자(20)의 운영정책 등과 밀접한 연관이 있기 때문이다. 또한 대형ESS(40)의 최대방전량과 방전회수, 주위환경, 운영방법 등도 중요한 변수이다.

대형 신재생에너지(50)는 신재생에너지 생산을 하는 중대형발전소와 연계하는 모델이다. 이를 통해 전력망사업자(10)에 등록되어 있는 부하관리사업자(20)가 가져가는 총괄 부하자원용량을 관리하는 방안으로 활용할 수 있다. 하폐수처리장(30)내의 신재생에너지(33)는 자체적으로 관리가 가능하고 개별수용가 단위에서 활용할 수 있다. 또는 기본 부하자원용량을 키우는 방법으로 활용이 가능하다. 그러나 대형 신재생에너지(50)는 기본 부하자원용량으로 보지 않고 평상시 별도의 목적에 의해 생산하거나, RPS제도를 통해 판매하는데 사용한다. 전력예비율 비상시 전력부하 이벤트가 발생했을 경우에는 개별 하폐수처리장의 참여가능 여부 및 부족자원 등에 대해 대체하므로 최적관리를 하는데 적용한다. 이는 부하관리사업자(20)가 패널티를 최소화하기 위한 중요한 방안이 될 수 있다. 신재생에너지를 적용하는데 따르는 추가비용 및 회피비용 등은 개별 하폐수처리장(30)에서 참여하지 못한 용량만큼 세이브된 인센티브를 활용할 수 있다.

이벤트 발령시 전력부하자원을 줄이는 방법으로는 수동으로 직접 하거나 외부에서 통신기기 등을 이용하여 줄이도록 하거나, 오토-DR(Auto-DR) 설비가 설치되어 있는 경우에는 원격으로 제어하거나 사전에 설정하여 자동으로 작동하도록 할 수 있다.

본 발명에서 부하관리 사업자(20)의 LA 서비스서버(31)에 의해 전력감축량을 산정하는 방법은 보통 고객기준부하(Customer Baseline Load; CBL)와의 차이를 가지고 연산하도록 한다. 즉, LA 서비스서버(21)는 수요반응(DR) 이벤트 시행 기간 동안에 수요반응(DR) 이벤트에 참여한 하폐수처리장(30)의 부하자원 공정설비(31), ESS(32), 신재생에너지(33)를 실제 사용량과 고객기준부하(CBL)의 차이를 계산하여 전력 감축량에 따른 인센티브를 미리 공지된 방법으로 연산하도록 하고, 이를 통한 전기사용량 절감에 따라 사전 협약된 인센티브를 산정한다.

이를 위해 부하관리 사업자(20)의 LA 서비스서버(21)는 수요반응(DR)에 참여한 하폐수처리장(30)의 공정설비(31)의 전력사용량 정보와 정산 정보를 부하관리 사업자(30)의 LA 서비스서버(31)로부터 수신한다. 한편, 수신된 전력사용량 정보에서 인센티브 최대화와 패널티 최소화를 위해 최적화 환산을 한다.

전체적으로 전력망사업자(10)가 운영하는 DR서비스 서버(11)에 연계된 부하관리사업자(20) 또는 LA서비스 서버(11)는 전력부하관리사업의 참여와 성과확인, 정산이 이루어지는 프로세스를 가지고 있다. 그러나 부하간리사업자(20)가 참여하는 총괄부하자원의 참여량이 가장 중요하며, 부하관리사업자(20)는 개별 하폐수처리장의 공정설비(31), ESS(32), 신재생에너지(33)을 효과적으로 참여시키며 개별 하폐수처리장간의 포트폴리오를 최적운영하는 것은 필수적이다. 이는 인센티브 및 패널티를 좌우하며 사업성에 대한 핵심적인 요소가 되기 때문이다. 여기에 대형ESS(40)과 대형 신재생에너지(50)을 효과적으로 믹싱하는 기술과 시스템적 응동이 중요하다. 본 개발은 이에 대한 최적화 및 인센티브 최대화를 이끌도록 도와주는 시스템이다.

이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 제시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉, 본 발명은 상기한 특정 실시 예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 수정 및 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 이러한 수정 및 변형이 첨부하는 특허청구범위에 포함되는 것이라면 본 발명에 속하는 것임은 자명할 것이다.

10: 전력망사업자
11: DR 서비스서버
20: 부하관리 사업자(LA 사업자)
21: LA 서비스서버
30: 하폐수처리장
31: 공정설비
32: ESS(Energy Storage System)
33: 신재생에너지
40: 대형 ESS(Energy Storage System)
50: 대형 신재생에너지

Claims (5)

1. 전력망사업자(10)의 부하제어 발령시 부하관리사업자(20)의 총괄부하자원 중 개별 하폐수처리장(30)들의 제어가능 부하자원을 최적화하여 패널티 최소화와 인센티브 최대화에 맞게 자원배분하는 방법 및 시스템.
2. 동일한 발령시 개별 하폐수처리장(30)의 참여성과 저조로 인한 총괄부하자원에 영향을 받을 경우, 대형ESS(40) 및 대형 신재생에너지(50)의 적절한 투입으로 부하관리사업자(20)의 패널티 최소화와 인센티브 최대화를 이루도록 하는 방법 및 시스템.
3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   부하제어 발령시 개별 하폐수처리장(30)이 자체 부하자원 참여성공을 위해서 처리장 내 운영하고 있는 공정설비(31), ESS(32), 신재생에너지(33)를 최적으로 조합 운영하는 방법 및 시스템.
4. 청구항 3에 있어서,
   하폐수처리장(30)내 ESS(32)를 부하자원으로 활용할 시 CBL확보를 위해 계절별, 시간대별로 최적 운영하기 위한 방법 및 시스템.
5. 청구항 3에 있어서,
   하폐수처리장(30)내 신재생에너지(33)를 부하자원으로 활용할 시 신재생에너지 발전시점과 부하자원 참여시점 등을 최적운영하기 위한 방법 및 시스템.

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