KR20180051714A - 양방향 에너지네트워크에서의 복합에너지시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

양방향 에너지네트워크에서의 복합에너지시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템의 제어방법에 있어서, 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하는 단계; 상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 단계; 및 열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량 및 열생산장치의 열공급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계를 포함하는 복합에너지시스템 제어방법을 제공한다.

Description

양방향 에너지네트워크에서의 복합에너지시스템 및 그 제어방법{COMPLEX ENERGY SYSTEM AND ITS CONTROL METHOD IN BI-DIRECTIONAL ENERGY NETWORKS}
본 발명은 에너지 관리 기술에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 열과 전력을 통합적으로 관리하는 기술에 관한 것이다.
최근 수년간 에너지기술-특히 전력공급 측면에서 볼 때 대형 발전에 의한 중앙 공급 방식의 기술-이 환경적 문제와 발전소 및 송변전 시설 건립 등에 대한 주민들의 반대로 어려워짐에 따라 분산발전으로 에너지공급의 패러다임이 변화하였다. 여기에 우리나라를 포함한 대부분 국가들이 태양광, 풍력 등의 신재생에너지원들의 공급 비중을 강화하면서 분산발전으로의 패러다임 변화가 보다 가속화되고 있다.
또한 전력네트워크의 지능화와 함께 열네트워크 및 다양한 연료 등을 복합하여 관리하고, 작은 지역에서 광역 그리고 국가 전체를 고려하는 통합적 에너지관리가 스마트그리드 및 스마트시티 등의 차세대 에너지 사회를 위해 개발되고 있다.
신재생에너지의 보급과 ICT(Information and Communication Technology)기술의 보급으로 가정 등 수용가에서 태양광, 연료전지 및 마이크로터빈 등 전력과 열을 생산할 수 있는 에너지원들을 보유하여 수용가에서 사용하고 남는 에너지는 다시 에너지공급사에 판매할 수 있는 시대가 오고 있다. 미국에 이어 일본도 제도적으로 전기소매업이 자유화할 준비가 되어 시행을 앞두고 있다.
기존의 건물 대상 에너지관리기술(BEMS)은 건물의 에너지를 측정, 모니터링하여 건물내 에너지를 관리하는 시스템으로 조명, 공기조화 설비 관리 및 피크전력 등에 대한 설비 제어 역할을 수행하여 10% 내외의 에너지절감효과를 얻을 수 있다.
그러나 이들 시스템은 전기와 열을 독립적으로 관리 제어하며 또한 에너지의 흐름은 항상 공급 측에서 소비 측으로 흐르는 단방향에 대한 에너지관리를 수행하고 있어 양방향 흐름을 갖는 에너지네트워크 시스템에 대한 관리가 되어 있지 않다.
열병합발전시스템의 경우 열과 전력을 동시에 공급하는 시스템으로 개별적으로 열과 전력을 공급하는 방식보다 높은 에너지 이용 효율이 가능하다. 그러나 기존의 열병합발전시스템도 수용가에 일방적으로 열과 전력을 공급하기만 하는 단방향 형태의 거래를 수행하게 되어 에너지원을 보유하고 있는 수용가와 양방향의 에너지거래를 할 수 있게 되어 있지 않다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 에너지수급자와 에너지공급자가 양방향으로 열과 전력을 거래할 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 열과 전력을 공급하는 에너지공급자가 에너지수급자를 대상으로 에너지를 공급할 때, 에너지의 흐름이 기존과 달리 에너지공급자에서 에너지수급자로의 단방향 형태가 아닌 에너지공급자와 에너지수급자 사이에 양방향 에너지 흐름을 갖게 되는 경우의 에너지 관리 및 운영 기술을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템의 제어방법에 있어서, 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하는 단계; 상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 단계; 및 열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량 및 열생산장치의 열공급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계를 포함하는 복합에너지시스템 제어방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템에 있어서, 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하는 에너지수급자모니터링부; 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하고, 열병합발전기로 공급되는 제1연료에 대한 제1연료단가, 열생산장치로 공급되는 제2연료에 대한 제2연료단가 및 외부전력망과의 전력수급단가를 확인하는 가격모니터링부; 상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 총에너지수급비용계산부; 상기 열병합발전기의 전력공급량 및 상기 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량 및 상기 열생산장치의 열공급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 제어부를 포함하는 복합에너지시스템을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템의 제어방법에 있어서, 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하는 단계; 상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 단계; 및 열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량, 열생산장치의 열공급량 및 외부열네트워크로부터의 열수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과, 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용과, 상기 외부열네트워크로부터의 열수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계를 포함하는 복합에너지시스템 제어방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 에너지수급자와 에너지공급자가 양방향으로 열과 전력을 거래할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 열(난방과 냉방 포함)과 전력을 공급하는 에너지공급자가 에너지수급자를 대상으로 에너지를 공급할 때 에너지의 흐름이 기존과 달리 에너지공급자에서 에너지수급자로의 단방향 형태가 아닌 에너지공급자와 에너지수급자 사이에 양방향 에너지 흐름을 갖게 할 수 있다.
그리고, 본 발명에 의하면, 양방향 에너지 흐름이 되는 에너지네트워크 상에서 에너지공급자는 에너지수급자에서 생산하는 열과 전력을 고려하여 열과 전력의 공급 운전을 융통성있게 수행할 수 있고 여기에는 에너지수급자의 열과 전력을 구입하여 이용하는 방안도 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에너지공급자는 전력, 열, 연료 그리고 수요 정보를 복합적으로 연계해서 에너지수급자의 에너지 사용자가 요구하는 형태에 맞추면서 에너지공급자에게 이득을 얻을 수 있도록 에너지를 공급할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합에너지시스템의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 에너지수급자의 구성도이다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 에너지생산수급자의 에너지 흐름도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 복합에너지공급장치의 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 에너지관리장치의 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 에너지의 흐름과 비용을 나타내는 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 복합에너지시스템 제어방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합에너지시스템의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 복합에너지시스템(100)은 다수의 에너지수급자(120a, 120b)와 복합에너지공급장치(110)로 구성될 수 있다.
에너지수급자(120a, 120b)와 복합에너지공급장치(110)는 열네트워크, 전력네트워크 및 데이터네트워크로 연결될 수 있다.
열네트워크는 열이 유통되는 경로를 제공해 주는데, 복합에너지공급장치(110)에서 생산된 열은 열네트워크를 통해 에너지수급자(120a, 120b)로 공급될 수 있다.
전력네트워크는 전력이 유통되는 경로를 제공해 주는데, 복합에너지공급장치(110)에서 생산된 전력은 전력네트워크를 통해 에너지수급자(120a, 120b)로 공급될 수 있다.
일 실시예에 따른 복합에너지시스템(100)는 복합에너지공급장치(110) 이외에 에너지생산수급자(120a)에서도 열과 전력을 공급할 수 있다.
에너지수급자(120a, 120b) 중에는 열과 전력을 생산할 수 있는 에너지생산수급자(120a)가 포함되어 있을 수 있다. 에너지생산수급자(120a)는 자가에서 생산한 열을 열네트워크로 공급할 수 있고 자가에서 생산한 전력을 전력네트워크로 공급할 수 있다. 물론, 에너지생산수급자(120a)는 자가에서 생산한 열을 내부적으로 사용할 수 있고, 자가에서 생산한 전력을 내부적으로 사용할 수 있다.
이러한 에너지생산수급자(120a)의 열 및 전력 공급에 의해 열네트워크에서는 열이 양방향으로 흐를 수 있고, 전력네트워크에서는 전력이 양방향으로 흐를 수 있다. 여기서, 양방향은 에너지생산수급자(120a)와 다른 에너지수급자(120a, 120b) 혹은 복합에너지공급장치(110) 사이의 양방향을 의미한다.
구체적으로, 열네트워크를 통해 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 열이 복합에너지공급장치(110)로 흐를 수 있고, 반대로 복합에너지공급장치(110)에서 생산한 열이 에너지생산수급자(120a)로 흐를 수 있다. 또한, 전력네트워크를 통해 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 전력이 복합에너지공급장치(110)로 흐를 수 있고, 반대로 복합에너지공급장치(110)에서 생산한 전력이 에너지생산수급자(120a)로 흐를 수 있다.
다른 한편으로, 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 열을 다른 에너지수급자(120a, 120b)로 공급될 수도 있다. 그리고, 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 전력은 다른 에너지수급자(120a, 120b)로 공급될 수도 있다.
에너지수급자(120a, 120b)와 복합에너지공급장치(110)는 데이터네트워크로 연결될 수 있다. 데이터네트워크에서는 양방향으로 정보가 송수신될 수 있다.
에너지수급자(120a, 120b)는 열사용량, 열생산량, 전력사용량 및 전력생산량을 포함하는 에너지수급량정보를 데이터네트워크를 통해 복합에너지공급장치(110)로 전송할 수 있다.
반대로 복합에너지공급장치(110)는 데이터네트워크를 통해 에너지수급자(120a, 120b)로 제어명령-예를 들어, 수요반응명령-을 전송할 수 있으며, 기타 다른 정보로서 전체 에너지수급자(120a, 120b)에 대한 정보 혹은 해당 에너지수급자에 대한 과금 정보 등을 에너지수급자(120a, 120b)로 전송할 수 있다.
에너지수급자(120a, 120b)에는 열 및 전력을 계량할 수 있는 계량기가 설치되어 있을 수 있다. 이러한 계량기는 각 에너지수급자(120a, 120b)에서의 열사용량, 열생산량, 전력사용량 및 전력생산량을 계량하고 계량된 정보를 복합에너지공급장치(110)로 전송할 수 있다.
에너지생산수급자(120a)는 열사용량 및 전력사용량을 계량하는 것 이외에 열생산량 및 전력생산량을 계량할 수 있는 생산량 계량기를 가지고 있을 수 있다. 생산량 계량기는 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 열 및 전력을 계량한 후 열생산량정보 및 전력생산량정보를 생성하고 이러한 정보를 데이터네트워크를 통해 복합에너지공급장치로 전송할 수 있다.
에너지수급자(120a, 120b)에서 복합에너지공급장치(110)로 전송하는 데이터의 포맷이 일정한 경우, 에너지생산장치를 보유하고 있지 않은 일반에너지수급자(120b)는 열생산량 및 전력생산량의 값을 0으로 처리하여 데이터를 전송할 수 있다.
복합에너지공급장치(110)는 에너지수급자(120a, 120b)로부터 수신되는 에너지수급자(120a, 120b)의 전력사용량, 전력생산량, 열사용량 및 열생산량을 바탕으로 하여 열 및 전력의 생산량을 계산할 수 있다. 그리고, 이렇게 계산된 열 및 전력의 생산량을 바탕으로 열병합발전기 혹은 열생산장치를 운전할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 에너지수급자의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 에너지수급자(120a, 120b)는 열 및 전력을 생산할 수 있는 에너지생산수급자(120a)와 일반에너지수급자(120b)로 구분될 수 있다.
일반에너지수급자(120b)는 일반 계량기(212), 열부하(230) 및 전력부하(240)를 포함할 수 있다.
열부하(230)는 열을 사용하는 부하로서, 난방장치 및 온수사용장치가 대표적이다. 열부하(230)는 일반 계량기(212)를 통해 열네트워크와 연결되는데, 열네트워크에서 공급되는 열의 양은 일반 계량기(212)에서 계량될 수 있다.
전력부하(240)는 전력을 사용하는 부하로서, 전자장치가 대표적이다. 전력부하(230)는 일반 계량기(212)를 통해 전력네트워크와 연결되는데, 전력네트워크에서 공급되는 전력의 양은 일반 계량기(212)에서 계량될 수 있다.
열을 계량하는 것과 전력을 계량하는 것은 별도의 방식으로 이루어질 수 있는데, 이에 따라 일반 계량기는 열을 계량하는 적산열량계와 전력을 계량하는 전력량계를 별도로 구비할 수 있다.
에너지생산수급자(120a)는 생산량 계량기(211), 복합자가발전기(220), 열부하(230) 및 전력부하(240)를 포함할 수 있다.
열부하(230) 및 전력부하(240)는 일반에너지수급자(120b)에서의 열부하(230) 및 전력부하(240)와 동일할 수 있다.
에너지생산수급자(120a)는 일반에너지수급자(120b)와 달리 복합자가발전기(220)를 더 구비할 수 있다. 복합자가발전기(220)는 열과 전력을 함께 생산할 수 있는 장치이다.
복합자가발전기(220)는 생산량 계량기(211)를 통해 열네트워크 및 전력네트워크와 연결될 수 있다.
복합자가발전기(220)에서 생산된 열 및 전력의 양은 생산량 계량기(211)에서 계량될 수 있다. 그리고, 이렇게 계량된 열생산량 및 전력생산량에 대한 정보는 데이터네트워크를 통해 복합에너지공급장치(110)로 전송될 수 있다.
복합자가발전기(220)는 내부적으로 열부하(230) 및 전력부하(240)와 연결되어 있으면서 열부하(230) 및 전력부하(240)에 직접적으로 열과 전력을 공급할 수도 있다. 그런데, 이러한 경우에도 생산량 계량기(211)는 복합자가발전기(220)에서 생산된 열과 전력을 계량할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 일 실시예에 따른 에너지생산수급자의 에너지 흐름도이다.
복합자가발전기(220)는 열 및 전력을 함께 생산할 수 있는 발전기로서, 태양광발전기, 마이크로터빈, 연료전지 등이 대표적인 예이다. 도 3a에서는 복합자가발전기(220)로서 연료전지를 사용하고 있는 에너지생산수급자(120a)의 예시가 도시되고 있다.
연료전지에 연료-예를 들어, H2, 에탄올 등-가 공급되면, 스택에서 발전이 이루어지면서 전력이 생산된다. 그런데, 연료전지는 스택에서 발전이 이루어지는 과정에서 열도 함께 발산하게 되는데, 복합자가발전기(220)는 이러한 열을 이용할 수 있다.
구체적으로 발전에서 생산된 전력은 전력네트워크의 전력 상태에 맞게 변환될 수 있도록 컨버터를 거쳐 출력된다. 그리고, 발전 과정에서 생산된 열은 열네트워크의 열 이용 형태와 맞추기 위해 열교환기를 거쳐 출력되게 된다.
복합자가발전기(220)에서 생산된 열 및 전력은 내부적으로 사용될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 복합자가발전기(220)에서 생산된 열은 열부하(230)로 공급될 수 있는데, 이때, 열부하(230)의 부하사용량보다 열생산량이 많으면 잉여 열이 생성되고 이러한 잉여 열은 열네트워크를 통해 외부로 흘러나갈 수 있다.
다른 한편으로, 복합자가발전기(220)에서 생산된 열이 열부하(230)의 부하사용량보다 적으면 부족분에 해당되는 열이 열네트워크를 통해 열부하(230)로 전달될 수 있다.
전력에서도 열과 같은 흐름이 발생할 수 있는데, 도 3a를 참조하면, 복합자가발전기(220)에서 생산된 전력은 전력부하(240)로 공급될 수 있다. 이때, 전력부하(240)의 부하사용량보다 전력생산량이 많으면 잉여 전력이 생성되고, 이러한 잉여 전력은 전력네트워크를 통해 외부로 흘러나갈 수 있다.
다른 한편으로, 복합자가발전기(220)에서 생산된 전력이 전력부하(240)의 부하사용량보다 적으면 부족분에 해당되는 전력이 전력네트워크를 통해 전력부하(240)로 전달될 수 있다.
한편, 에너지수급자(120a, 120b) 중에서 열 및 전력을 생산할 수 있는 에너지생산수급자(120a)가 포함되어 있기 때문에 복합에너지공급장치(110)는 에너지생산수급자(120a)에서 생산된 열 및 전력의 양을 고려하여 열 및 전력을 생산할 수 있다.
예를 들어, 복합에너지공급장치(110)는 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 열의 양을 뺀 나머지 양만큼만 열을 생산할 수 있다. 그리고, 복합에너지공급장치(110)는 에너지생산수급자(120a)에서 생산한 전력의 양을 뺀 나머지 양만큼만 전력을 생산할 수 있다.
한편, 복합자가발전기(220)에서 생산된 열 및 전력은 외부의 열네트워크 및 전력네트워크로 바로 공급될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 복합자가발전기(220)에서 생산된 열은 열네트워크를 통해 외부로 흘러나갈 수 있다. 그리고, 열부하(230)는 열네트워크로부터 다시 열을 공급받을 수 있다.
전력에서도 열과 같은 흐름이 발생할 수 있는데, 도 3b를 참조하면, 복합자가발전기(220)에서 생산된 전력은 전력네트워크로 공급되고, 전력부하(240)는 전력네트워크로부터 다시 전력을 공급받을 수 있다.
도 3a 및 도 3b의 실시예는 서로 혼합된 형태로 실시될 수 있다. 예를 들어, 생산된 열은 내부적으로 열부하(230)에서 먼저 사용되고, 생산된 전력은 전력네트워크로 먼저 공급될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 복합에너지공급장치의 구성도이다.
도 4를 참조하면, 복합에너지공급장치(110)는 에너지생산장치(410) 및 에너지관리장치(420)를 포함할 수 있다.
에너지생산장치(410)는 열 및 전력을 생산하는 장치로서 생산된 열 및 전력은 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자(120a, 120b)로 공급된다.
에너지관리장치(420)는 에너지생산장치(410)에 대한 제어신호를 생성하는 장치로서, 에너지수급자(120a, 120b)로부터 모니터링데이터를 수신하고 이러한 모니터링데이터를 기반으로 제어신호를 생성한 다음 제어신호를 에너지생산장치(410)로 전송할 수 있다.
에너지관리장치(420)에는 에너지관리알고리즘이 탑재될 수 있는데, 에너지관리장치(420)는 이러한 에너지관리알고리즘을 이용하여 열 및 전력의 생산량을 계산하고 계산된 열 및 전력의 생산량에 따라 에너지생산장치(410)를 제어하기 위한 제어신호를 생성할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 에너지관리장치의 구성도이다.
도 5를 참조하면, 에너지관리장치(420)는 에너지수급자모니터링부(510), 가격모니터링부(520), 총에너지수급비용계산부(530) 및 제어부(540) 등을 포함할 수 있다.
에너지수급자모니터링부(510)는 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링할 수 있다.
에너지수급량정보는 에너지수급자의 열사용량, 열생산량, 전력사용량 및 전력생산량에 대한 정보를 포함할 수 있다. 에너지수급자에는 각각을 구별하여 측정하는 계량기가 설치되고, 에너지수급자모니터링부(510)는 이러한 계량기로부터 각 에너지수급자에 대한 에너지수급량정보를 획득할 수 있다.
가격모니터링부(520)는 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인할 수 있다. 에너지단가는 열사용량에 대한 단가, 열생산량에 대한 단가, 전력사용량에 대한 단가 및 전력생산량에 대한 단가를 각각 구분하여 포함할 수 있다. 예를 들어, 동일한 열사용량 및 열생산량에 대해 서로 다른 단가가 적용될 수 있다.
특정 시점에서 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가는 서로 다를 수 있다.
일 예로서, 에너지공급자-복합에너지공급장치를 운영하는 에너지공급자-는 각 에너지수급자와 서로 다른 단가계약을 체결할 수 있다. 에너지공급자는 에너지수급자의 에너지사용규모에 따라 단가계약을 다르게 체결할 수 있다. 에너지수급자는 하나의 에너지수용가일 수도 있지만 복수의 에너지수용가를 포함할 수도 있다. 에너지수급자에 포함되는 에너지수용가의 수에 따라 에너지수급자의 에너지사용규모가 달라질 수 있는데, 에너지공급자는 에너지수급자의 이러한 에너지사용규모에 따라 단가계약을 다르게 체결할 수 있다. 복수의 에너지수용가를 관리하는 에너지수급자는 에너지공급자로부터 에너지를 공급받아 복수의 에너지수용가들한테 되파는 형태의 사업자일 수 있다. 이때, 에너지수급자는 복수의 에너지수용가들에 대해 독립된 에너지단가정책을 실시함으로써 자체적인 수익을 창출할 수 있다.
다른 예로서, 에너지단가는 각 에너지수급자의 에너지수급량에 따라 변동될 수 있다. 구체적인 예로서, 에너지단가는 누진제의 형태를 가질 수 있다. 이 경우, 각 에너지수급자는 동일한 단가정책을 적용받더라도 에너지수급량에 따라 특정 시점에서 서로 다른 에너지단가를 적용받을 수 있다.
가격모니터링부(520)는 에너지생산장치로 공급되는 연료의 단가도 확인할 수 있다. 에너지생산장치에는 열병합발전기와 열생산장치-예를 들어, 보일러-가 포함될 수 있는데, 가격모니터링부(520)는 열병합발전기로 공급되는 제1연료에 대한 제1연료단가 및 열생산장치로 공급되는 제2연료에 대한 제2연료단가를 확인할 수 있다. 열병합발전기와 열생산장치가 동일한 연료-예를 들어, 가스-를 사용하는 경우, 가격모니터링부(520)는 하나의 연료단가만 확인할 수도 있다.
가격모니터링부(520)는 외부전력망과의 전력수급단가도 확인할 수 있다. 복합에너지공급장치는 자체 발전을 통해 에너지수급자의 수요를 모두 충족시키지 못할 경우, 외부전력망으로부터 전력을 공급받아 에너지수급자로 전달할 수 있다. 이때, 가격모니터링부(520)는 외부전력망으로부터 공급받는 전력의 단가를 확인할 수 있다. 외부전력망으로부터 공급받는 전력의 단가는 실시간으로 변동할 수 있다. 이러한 전력단가는 시간대별 SMP(System Marginal Price)로 변동될 수 있다. 이러한 SMP정보는 외부전력망을 관리하는 서버로부터 획득될 수 있다.
외부전력망과의 전력수급단가는 외부전력망으로부터 공급받는 전력의 단가(외부전력망전력수용단가)와 외부전력망으로 역송하는 전력의 단가(외부전력망전력역송단가)를 구분하여 포함할 수 있다. 복합에너지공급장치는 에너지수급자의 수요를 모두 충족시키고 남는 전력을 외부전력망으로 공급할 수 있는데, 이때, 외부전력망전력역송단가가 적용된다.
외부전력망전력수용단가와 외부전력망전력역송단가는 상이하게 관리될 수 있다. 그리고, 에너지수급자에 대하여도 에너지수급자의 전력사용량에 대한 단가(에너지수급자전력수용단가)와 에너지수급자의 전력생산량에 대한 단가(에너지수급자전력역송단가)는 상이하게 관리될 수 있다. 에너지공급자는 에너지수급자의 전력생산량을 매입하여 외부전력망으로 되파는 사업형태를 가질 수 있는데, 이때, 에너지수급자전력역송단가는 외부전력망전력역송단가보다 낮게 책정될 수 있다.
총에너지수급비용계산부(530)는 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가 및 에너지수급량정보에 따라 각 에너지수급자에 대한 에너지수급비용을 계산할 수 있다. 그리고, 총에너지수급비용계산부(530)는 각 에너지수급자에 대한 에너지수급비용을 총합하여 총에너지수급비용을 계산할 수 있다.
제어부(540)는 에너지생산장치의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지도록 에너지생산장치의 전력공급량을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(540)는 에너지생산장치의 열공급량이 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지도록 에너지생산장치의 열공급량을 제어할 수 있다. 그리고, 제어부(540)는 에너지생산장치의 가동비용과 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 에너지생산장치를 제어할 수 있다.
예를 들어, 에너지수급자들의 총전력수급량을 충족시키기 위해 제어부(540)는 에너지생산장치의 전력공급량을 증가시키거나 외부전력망으로부터의 전력수급량을 증가시킬 수 있다. 이때, 제어부(540)는 비용이 적게 들고, 수익이 많아지는 방향으로 에너지생산장치를 제어할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 에너지의 흐름과 비용을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 복합에너지공급장치(110)는 에너지생산장치로서 열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)를 포함할 수 있다. 열생산장치(614)는 일 예로서, 보일러일 수 있다.
열병합발전기(612)는 증기터빈, 가스엔진 등을 사용하는 연소방식의 열병합발전장치이거나 연료전지와 같은 화학변환방식의 열병합발전장치일 수 있다.
열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)는 연료로서, 천연가스를 사용할 수 있다. 열병합발전기(612)는 천연가스를 1차에너지로 사용하여, 열병합발전기전력공급량(Pe-chp)을 발전할 수 있다. 이때, 열병합발전기(612)의 가스에너지 대비 발전효율을 ηe라 할 때, 발전에 사용되는 가스에너지량은 Pe-chp/ηe가 된다.
열병합발전기(612)로 공급되는 연료-예를 들어, 천연가스-의 단가(Cgas)를 고려하면, 열병합발전기전력공급량(Pe-chp)을 발전하기 위해 열병합발전기(612)가 사용하는 발전비용은 열병합발전기전력공급량(Pe-chp)을 발전효율(ηe)로 나눈 값에 연료단가(Cgas)를 곱하는 방식으로 계산될 수 있다.
열병합발전기(612)의 가동비용에는 다른 요소도 포함될 수 있으나 주요하게는 발전비용(Cgas * Pe-chp / ηe)이 포함될 수 있다.
열병합발전기전력공급량(Pe-chp)으로 충당되지 못하는 전력량은 외부전력망(630)으로부터 공급될 수 있다. 외부전력망(630)으로부터 공급되는 전력량을 외부전력망전력수용량(Pe-b)이라 할 때, 복합에너지시스템(100)은 외부전력망(630)으로부터 외부전력망전력수용량(Pe-b)을 외부전력망전력수용단가(Ce-b)로 공급받아 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)로 공급할 수 있다.
복합에너지시스템(100) 내의 전력공급량이 전력사용량보다 클 경우, 복합에너지시스템(100)의 잉여전력은 외부전력망으로 역송될 수 있다. 외부전력망(630)으로 역송되는 전력량을 외부전력망전력역송량(Pe-s)이라 할 때, 복합에너지시스템(100)은 외부전력망(630)으로 외부전력망전력역송량(Pe-s)을 외부전력망전력역송단가(Ce-s)로 역송할 수 있다.
열생산장치(614)는 연로로서, 천연가스를 사용하여 열생산장치열공급량(Pt-bo)을 생산할 수 있다. 이때, 열생산장치(614)의 가스에너지 대비 열생산효율을 ηbo라 할 때, 열생산에 사용되는 가스에너지량은 Pt-bo/ηbo가 된다.
열생산장치(614)로 공급되는 연료-예를 들어, 천연가스-의 단가(Cgs)를 고려하면, 열생산장치열공급량(Pt-bo)을 생산하기 위해 열생산장치(614)가 사용하는 열생산비용은 열생산장치열공급량(Pt-bo)을 열생산효율(ηbo)로 나눈 값에 연료단가(Cgas)를 곱하는 방식으로 계산될 수 있다.
열생산장치(614)의 가동비용에는 다른 요소도 포함될 수 있으나 주요하게는 열생산비용(Cgas * Pt-bo / ηbo)이 포함될 수 있다.
복합에너지시스템(100)에는 다수의 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)이 포함될 수 있다. 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)은 서로 같은 유형일 수도 있고, 서로 다른 유형일 수도 있다. 일 예로서, 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)은 같은 아파트의 다른 세대일 수 있다. 다른 예로서, 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)은 각각 아파트 세대, 단독 주택세대 또는 건물 또는 공장으로 서로 다른 유형일 수 있다. 또 다른 예로서, 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)은 소규모의 복합에너지시스템(혹은 복합에너지공급사업자)일 수도 있다.
각 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)는 전력부하(622) 및 열부하(626)를 갖고 에너지를 소비할 수 있다. 그리고, 각 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)는 전력생산장치(624) 및 열생산장치(628)를 포함할 수 있다. 전력생산장치(624) 및 열생산장치(628)를 포함하지 않는 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)도 있을 수 있는데, 이러한 경우, 아래에서는 전력생산장치(624)의 전력생산량이 0(zero)이거나 열생산장치(628)의 열생산량이 0(zero)인 것으로 취급될 수 있다.
N(N은 자연수)번째 에너지수급자(120-n)에게 적용되는 전력사용량에 대한 단가(에너지수급자전력수용단가)를 Ce-l-n이라 하고, 전력생산량에 대한 단가(에너지수급자전력역송단가)를 Ce-g-n이라 하고, 열사용량에 대한 단가(에너지수급자열수용단가)를 Ct-l-n이라 하고, 열생산량에 대한 단가(에너지수급자열역송단가)를 Ct-g-n이라 한다. 그리고, N(N은 자연수)번째 에너지수급자(120-n)의 계량기를 통해 모니터링되는 에너지수급자전력사용량을 Pe-l-n이라 하고, 에너지수급자전력생상량을 Pe-g-n이라 하고, 에너지수급자열사용량을 Pt-l-n이라 하고, 에너지수급자열생산량을 Pt-g-n이라 한다.
이때, N번째 에너지수급자(120-n)에 대한 에너지수급비용(Fpro-n)은 수학식 1처럼 계산될 수 있다.
Figure pat00001
수학식 1에서 에너지단가(Ce-l-n, Ce-g-n, Ct-l-n, Ct-g-n)는 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)마다 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, Ce-l-1 ≠ Ce-l-n일 수 있다. 같은 단가정책을 적용받는 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)라도 누진제 등에 따라 에너지단가가 달라질 수 있다. 또한 유형이 다른 경우-예를 들어, 아파트, 주택, 건물 및 공장 등으로 유형이 다른 경우- 서로 다른 단가정책(단가계약)이 적용될 수 있고, 이에 따라 에너지단가도 달라질 수 있다. 또한, 같은 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)에 대해서는 에너지수급자전력수용단가와 에너지수급자전력역송단가는 상이할 수 있다. 예를 들어, Ce-l-n ≠ Ce-g-n일 수 있다. 신재생에너지의 경우, 정책에 따라 전력생산에 대한 보상금이 다르기 때문에, 에너지수급자전력수용단가와 에너지수급자전력역송단가는 상이할 수 있다. 같은 맥락에서, 에너지수급자열수용단가와 에너지수급자열역송단가도 상이할 수 있다.
각 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)에 대한 에너지수급비용을 총합하면 수학식 2처럼 총에너지수급비용(Fpro-all)을 계산할 수 있다.
Figure pat00003
한편, 에너지공급자가 사용하는 공급비용(Fsup)은 열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)의 가동비용과, 외부전력망(630)을 통한 전력수급비용의 합으로 계산될 수 있는데, 계산의 간략화를 위해 열병합발전기(612)의 가동비용은 발전비용으로 대체하고, 열생산장치(614)의 가동비용은 열생산비용으로 대체될 수 있다. 그럴 경우, 에너지공급자가 사용하는 공급비용(Fsup)은 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
Figure pat00004
종래 기술의 경우, 에너지공급자가 사용하는 공급비용(Fsup)을 최소화하는 목적으로 제어를 수행하였으나, 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)가 에너지네트워크를 통해 전력과 열을 역전송할 수 있는 것을 고려하고, 각 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)에게 서로 다른 에너지단가가 적용되는 것을 고려하면 종래 기술과 다른 최적화 방안이 필요하다.
실제적인 에너지공급자의 경제적인 최적운전은 서로 다른 유형의 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)에게서 받는 총에너지수급비용(Fpro-all)에서 공급비용(Fsup)를 차감한 목표함수값(Max[Fpro-all - Fsup])을 최대화하는 것이므로 본 실시예에서는 이를 고려하여 수학식 4를 계산한다.
Figure pat00005
Figure pat00006
수학식 4를 계산할 때는 제한조건이 붙을 수 있는데, 제1제한조건은 에너지공급자의 전력공급량과 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)의 총전력수급량이 같은 것이다. 구체적인 예로서, 열병합발전기(612)의 전력공급량 및 외부전력망(630)으로부터의 전력수급량의 합이 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)의 총전력수급량과 같을 수 있다.
Figure pat00007
그리고, 제2제한조건은 에너지공급자의 열공급량과 에너지수급자(120-1, ... , 120-n)의 총열수급량이 같은 것이다. 구체적인 예로서, 열병합발전기(612)의 열공급량 및 열생산장치(614)의 열공급량의 합이 에너지수급자들(120-1, ... , 120-n)의 총열수급량과 같을 수 있다.
Figure pat00008
복합에너지시스템(100)은 제1제한조건과 제2제한조건 속에서, 열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)의 가동비용과 외부전력망(630)을 통한 전력수급비용의 합에서 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)를 제어할 수 있다. 목표함수값 최적화는 제어부에 의해 수행될 수 있는데, 제어부는 5분이하의 주기로 열병합발전기(612) 및 열생산장치(614)에 대한 제어값을 생성할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 복합에너지시스템 제어방법의 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 복합에너지시스템은 각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인할 수 있다(S700). 에너지수급량정보는 에너지수급자의 열사용량, 열생산량, 전력사용량 및 전력생산량에 대한 정보를 포함하고, 에너지단가는 열사용량에 대한 단가, 열생산량에 대한 단가, 전력사용량에 대한 단가 및 전력생산량에 대한 단가를 각각 구분하여 포함할 수 있다. 그리고, 에너지단가는 각 에너지수급자의 에너지수급량에 따라 변동될 수 있다.
그리고, 복합에너지시스템은 에너지단가 및 에너지수급량정보에 따라 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산할 수 있다(S702).
그리고, 복합에너지시스템은 열병합발전기로 공급되는 제1연료에 대한 제1연료단가 및 열생산장치로 공급되는 제2연료에 대한 제2연료단가를 확인할 수 있다(S704)
그리고, 복합에너지시스템은 열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 열병합발전기의 열공급량 및 열생산장치의 열공급량의 합이 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 열병합발전기 및 열생산장치의 가동비용과 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 열병합발전기 및 열생산장치를 제어할 수 있다(S706).
제어 단계(S706)에서, 열병합발전기의 가동비용은 열병합발전기의 전력공급량을 발전효율로 나눈 값에 제1연료단가를 곱하여 계산되는 발전비용이 포함되도록 계산될 수 있다. 그리고, 열생산장치의 가동비용은 열생산장치의 열공급량을 열생산효율로 나눈 값에 제2연료단가를 곱하여 계산되는 열생산비용이 포함되도록 계산될 수 있다.
외부전력망으로부터 공급받는 전력의 단가는 실시간으로 변동될 수 있다. 그리고, 제어 단계(S706)에서, 복합에너지시스템은 외부전력망으로부터 공급받는 전력의 실시간 단가를 반영하여 목표함수값이 최대가 되도록 계산할 수 있다.
그리고, 제어 단계(S706)에서, 열병합발전기의 전력공급량 및 열공급량은 일정한 관계로 계산될 수 있다. 예를 들어, 열병합발전기의 전력공급량이 결정되면, 열공급량은 일정한 관계식 혹은 일정한 매핑룰에 따라 계산될 수 있다.
에너지수급자는 복수의 에너지수용가를 포함할 수 있는데, 에너지수급자는 복수의 에너지수용가들에 대해 독립된 에너지단가정책을 실시하는 소규모 복합에너지시스템일 수 있다.
한편, 외부전력망과 유사하게 복합에너지시스템은 외부열네트워크로부터 열을 공급받거나 열을 역송할 수 있다. 이러한 경우, 제어 단계(S706)에서, 복합에너지시스템은, 열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지도록 할 수 있다. 그리고, 복합에너지시스템은 열병합발전기의 열공급량, 열생산장치의 열공급량 및 외부열네트워크로부터의 열수급량의 합이 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지도록 할 수 있다. 그리고, 복합에너지시스템은 열병합발전기 및 열생산장치의 가동비용과, 외부전력망을 통한 전력수급비용과, 외부열네트워크로부터의 열수급비용의 합에서 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 열병합발전기 및 열생산장치를 제어할 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 각 에너지수급자의 서로 다른 가격 체계와 소비 및 생산 요인을 모두 감안한 양방향 에너지 흐름을 반영하고 실제 실시간으로 변화하는 가격을 고려한 최적화 방안을 도출하는 진보적 접근의 장점을 갖을 수 있다. 그리고, 이러한 최적화 방안을 이용할 경우 에너지공급자와 에너지수급자와의 계약에 의해서 에너지발생량에 대한 이종 에너지간 거래를 하게 될 경우에 대해서도 최적화 계산을 할 수 있는 것도 이러한 실시예의 장점이다. 즉 전력이 생산되는 것에 대해 열에너지를 공급하거나 열에너지를 생산하는 것에 대해 전기에너지을 공급함으로 보상하는 경우도 수학식 4의 경우 모든 개별 에너지수급자에 대한 전력 및 열의 소비 및 생산과 관련된 요금 계수가 독립적으로 반영되므로 개별 계약에 따른 내용을 모두 고려할 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 에너지수급자와 에너지공급자가 양방향으로 열과 전력을 거래할 수 있는 효과가 있다. 또한, 이러한 실시예에 의하면, 열(난방과 냉방 포함)과 전력을 공급하는 에너지공급자가 에너지수급자를 대상으로 에너지를 공급할 때 에너지의 흐름이 기존과 달리 에너지공급자에서 에너지수급자로의 단방향 형태가 아닌 에너지공급자와 에너지수급자 사이에 양방향 에너지 흐름을 갖게 할 수 있다.
그리고, 이러한 실시예에에 의하면, 양방향 에너지 흐름이 되는 에너지네트워크 상에서 에너지공급자는 에너지수급자에서 생산하는 열과 전력을 고려하여 열과 전력의 공급 운전을 융통성있게 수행할 수 있고 여기에는 에너지수급자의 열과 전력을 구입하여 이용하는 방안도 포함될 수 있다.
또한, 이러한 실시예에 의하면, 에너지공급자는 전력, 열, 연료 그리고 수요 정보를 복합적으로 연계해서 에너지수급자의 에너지 사용자가 요구하는 형태에 맞추면서 에너지공급자에게 이득을 얻을 수 있도록 에너지를 공급할 수 있게 된다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템의 제어방법에 있어서,
    각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하는 단계;
    상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 단계; 및
    열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량 및 열생산장치의 열공급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계
    를 포함하는 복합에너지시스템 제어방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 에너지수급량정보는 상기 에너지수급자의 열사용량, 열생산량, 전력사용량 및 전력생산량에 대한 정보를 포함하고,
    상기 에너지단가는 상기 열사용량에 대한 단가, 상기 열생산량에 대한 단가, 상기 전력사용량에 대한 단가 및 상기 전력생산량에 대한 단가를 각각 구분하여 포함하는 복합에너지시스템 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 에너지단가는 각 에너지수급자의 에너지수급량에 따라 단가를 변동시키는 복합에너지시스템 제어방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열병합발전기로 공급되는 제1연료에 대한 제1연료단가 및 상기 열생산장치로 공급되는 제2연료에 대한 제2연료단가를 확인하는 단계를 더 포함하고,
    상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계에서,
    상기 열병합발전기의 가동비용은 상기 열병합발전기의 전력공급량을 발전효율로 나눈 값에 상기 제1연료단가를 곱하여 계산되는 발전비용이 포함되도록 계산되고,
    상기 열생산장치의 가동비용은 상기 열생산장치의 열공급량을 열생산효율로 나눈 값에 상기 제2연료단가를 곱하여 계산되는 열생산비용이 포함되도록 계산되는 복합에너지시스템 제어방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부전력망으로부터 공급받거나 상기 외부전력망으로 역송하는 전력의 단가는 SMP(System Marginal Price) 기준으로 실시간으로 변동하고,
    상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계에서,
    상기 SMP를 반영하여 상기 목표함수값이 최대가 되도록 계산하는 복합에너지시스템 제어방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계에서,
    상기 열병합발전기의 전력공급량 및 열공급량은 일정한 관계로 계산되는 복합에너지시스템 제어방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에너지수급자는 복수의 에너지수용가를 포함하며, 상기 복수의 에너지수용가들에 대해 독립된 에너지단가정책을 실시하는 복합에너지시스템 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 목적함수는 제한조건 1 및 제한조건 2에서 수식 1을 따르는 복합에너지시스템 제어방법.
    [수식 1]
    목적함수
    Figure pat00009

    [제한조건 1]
    Figure pat00010

    [제한조건 2]
    Figure pat00011

    Ce-l-i는 i(i은 자연수)번째 에너지수급자에게 적용되는 전력사용량에 대한 단가이고, Ce-g-i는 전력생산량에 대한 단가이며, Ct-l-i는 열사용량에 대한 단가이고, Ct-g-n은 열생산량에 대한 단가임. 그리고, Pe-l-i는 i(i은 자연수)번째 에너지수급자의 계량기를 통해 모니터링되는 에너지수급자전력사용량이고, Pe-g-i는 에너지수급자전력생상량이며, Pt-l-n은 에너지수급자열사용량이고, Pt-g-i는 에너지수급자열생산량임. 그리고, Pe-chp는 열병합발전기의 전력공급량이고, Pt-bo는 열생산장치의 열공급량이며, ηe는 열병합발전기의 발전효율이고, ηbo는 열생산장치의 열생산효율이며, Cgas는 연료단가임. 그리고, Pe-b는 외부전력망으로부터 공급되는 전력량이고, Ce-b는 Pe-b의 단가이며, Pe-s는 외부전력망으로 역송되는 전력량이고, Ce-s는 Pe-s의 단가임.
  9. 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템에 있어서,
    각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하는 에너지수급자모니터링부;
    각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하고, 열병합발전기로 공급되는 제1연료에 대한 제1연료단가, 열생산장치로 공급되는 제2연료에 대한 제2연료단가 및 외부전력망과의 전력수급단가를 확인하는 가격모니터링부;
    상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 총에너지수급비용계산부;
    상기 열병합발전기의 전력공급량 및 상기 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량 및 상기 열생산장치의 열공급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 제어부
    를 포함하는 복합에너지시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는 5분이하의 주기로 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치에 대한 제어값을 생성하는 복합에너지시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 외부전력망으로부터 공급받는 전력의 단가(외부전력망전력수용단가)와 상기 외부전력망으로 역송하는 전력의 단가(외부전력망전력역송단가)가 상이하며, 상기 에너지수급자의 전력사용량에 대한 단가(에너지수급자전력수용단가)와 상기 에너지수급자의 전력생산량에 대한 단가(에너지수급자전력역송단가)가 상이하며, 상기 에너지수급자전력역송단가는 상기 외부전력망전력역송단가보다 낮게 책정되는 복합에너지시스템.
  12. 열네트워크 및 전력네트워크를 통해 에너지수급자들로 열과 전력을 공급하는 복합에너지시스템의 제어방법에 있어서,
    각 에너지수급자의 에너지수급량정보를 모니터링하고, 각 에너지수급자에 적용되는 에너지단가를 확인하는 단계;
    상기 에너지단가 및 상기 에너지수급량정보에 따라 상기 에너지수급자들에 대한 총에너지수급비용을 계산하는 단계; 및
    열병합발전기의 전력공급량 및 외부전력망으로부터의 전력수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총전력수급량과 같아지고, 상기 열병합발전기의 열공급량, 열생산장치의 열공급량 및 외부열네트워크로부터의 열수급량의 합이 상기 에너지수급자들의 총열수급량과 같아지며, 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치의 가동비용과, 상기 외부전력망을 통한 전력수급비용과, 상기 외부열네트워크로부터의 열수급비용의 합에서 상기 총에너지수급비용을 차감한 목표함수값이 최대가 되도록 상기 열병합발전기 및 상기 열생산장치를 제어하는 단계
    를 포함하는 복합에너지시스템 제어방법.
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