KR20190105173A - 에너지 저장 장치를 이용한 가상 발전소 - Google Patents

에너지 저장 장치를 이용한 가상 발전소 Download PDF

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Abstract

가상 발전소를 위한 에너지 저장 장치(ESS)이 개시된다. 일 실시예에 따른 에너지 저장 장치는 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리부, 상기 배터리의 충전 및 방전을 위해 전력을 직류 또는 교류로 변환하는 컨버터 및 부하의 예측되는 전력 사용량 및 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)에 기초하여 상기 배터리부 및 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

에너지 저장 장치를 이용한 가상 발전소{VIRTUAL POWER PLANT USING ENERGY STORAGE SYSTEM}
아래 실시예들은 에너지 저장 장치에 관한 것으로, 생산된 전기를 저장 장치에 저장하고, 전력이 필요할 때 공급하는 가상 발전소의 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
스마트 그리드(smart grid)란 전기 공급자와 생산자들에게 전기 사용자의 정보를 제공함으로써 보다 효과적으로 전기 공급을 관리할 수 있게 해주는 차세대 지능형 전력망이다. 이는 기존의 전력망에 정보 기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화할 수 있다. 스마트 그리드에서는 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지를 이용한 발전 장치와 에너지 저장 장치(Energy Storage System; ESS)를 설치하고, 전력 소비자단(예를 들어, 주택, 빌딩, 공장)에서의 전력 저장 및 소비가 가능한 구조로 진화해 가고 있다.
최근 국가 정책으로 추진되는 RPS(Renewable Portfolio Standard) 제도 등을 통해 신재생 에너지 발전원의 확대가 예상됨에 따라 발전력의 추가 확보가 필요한데, 이의 대안으로 필요시 매우 빠른 전력 공급이 가능한 에너지 저장 장치(Energy Storage System : ESS)가 주목 받고 있다. 이에, 태양광 발전 장치를 가정집에 자체적으로 설치하여 사용하는 예가 많아지고 있다. 자체적으로 설치한 전기는 전력거래소로 송전하는 방식으로 거래할 수 있고, 태양광 발전을 통해 남는 전기는 판매할 수도 있다. 하지만, 종래의 전기 판매 방식은 수익성이 낮은 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 태양광 발전을 통해 생산한 전기를 판매하는 경우, 수익성을 향상시킬 수 있는 기술이 모색되었다.
종래의 기술로는 한국공개특허공보 10-2012-0014951호(발명의 명칭: 신재생 전기 에너지 거래 방법)과 같은 발명이 있다.
본 발명은 에너지 저장 장치를 통해, 생산된 전기의 수익성을 향상시킬 수 있도록 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 방법 및 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 에너지 저장 장치를 통해서 사용자가 부담해야 하는 전기 요금을 최소화할 수 있는 에너지 저장 장치 제어 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치(ESS)은, 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리부, 상기 배터리의 충전 및 방전을 위해 전력을 직류 또는 교류로 변환하는 컨버터 및 부하의 예측되는 전력 사용량 및 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)에 기초하여 상기 배터리부 및 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제어부는 상기 부하의 예측되는 전력 사용량 및 상기 계통 한계 가격을 기초로 최적 방전 시간을 자동으로 설정할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제어부는, 전력 사용 통계에 관련된 빅데이터를 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 출력량을 미리 예측하여, 상기 에너지 저장 장치의 수익성을 계산할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 상기 제어부는, 상기 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 상기 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산할 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 상기 배터리부는, 상기 에너지 저장 장치의 충전 시간대 1년치 발전 데이터에 기초하여 에너지 저장 장치 용량 및 컨버터 용량이 산정될 수 있다.
다른 일 측에 따르면, 상기 배터리부는, 최저 부하시 잉여 에너지 생산량을 고려해서 상기 에너지 저장 장치 용량 및 상기 컨버터 용량이 산정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법은 상기 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계, 상기 에너지 저장 장치의 상기 제어부가 계통 한계 가격을 수신하는 단계 및 상기 에너지 저장 장치의 상기 제어부가 상기 예측된 부하의 전력 수요와 상기 계통 한계 가격을 기초로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계는, 상기 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 상기 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 개별 발전소와 에너지 저장 장치에 대해 계통 한계 가격의 트래킹을 통해 수집된 빅데이터와 부하의 전기 에너지 수요 예측치를 기반으로 일단위로 최적 방전시간을 자동으로 설정해 민간 사업자의 태양광 ESS 수익을 극대화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 발전소의 전력 공급과, 전력 수요 사이의 불균형을 해소시킬 수 있고 신규 발전 시설의 추가 투자비용을 절감시키며 이산화탄소 등 유해물질 배출량을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 신재생 에너지원(renewable energy source)에서 발생되는 전기 에너지를 내장된 배터리에 저장했다가 최적의 가격에 판매할 수 있으므로, 태양광 에너지 생산자의 수익성을 극대화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 발전소(100)에 포함되는 에너지 저장 장치(110)의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전과 에너지 저장 장치 간의 충전과 방전에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
도 3은 일일 전력 수요 예측량을 계절별로 구분해 놓은 그래프이다.
도 4는 일일 전력 수요 예측량을 요일별로 구분해 놓은 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
심야에는 소비자의 전력 수요가 적고 주간에는 소비자의 전력 수요가 큰 소비 패턴에 능동적으로 대처하는데 한계가 있어 이 문제를 효율적으로 대응 할 수 있는 전력 공급 시스템이 필요하다.
이때, 스마트 그리드 기술이 발달하면서, 에너지를 적절히 분배하는 것이 가능하게 되었고, 발전소의 부담을 줄이면서 신재생 에너지의 효율이 높아지게 되었다. 스마트 그리드 시스템은 전기의 사용량 및 발전량을 조절해서 높은 효율로 발전 및 송/배전 하는 시스템을 말한다.
최근 전기 발전소의 환경 문제가 대두되면서, 신재생 에너지 공급 의무화 제도(Renewable energy Portfolio Standard)가 생기게 되었다. 신재생 에너지 공급 의무화 제도란 일정 규모(500MW) 이상의 발전 설비를 보유한 발전사업자에게 총 발전량의 일정 비율 이상을 신재생 에너지를 이용하여 공급하도록 의무화한 제도로서, 신재생 에너지 설비를 갖추지 않은 발전사업자는 공급인증서(Renewable Energy Cirtificate)를 신재생 에너지 발전 사업자로부터 매입하여 충당해야 하게 되었다. 공급 인증서는 에너지를 공급했음을 인증하는 서류로 태양광 ESS의 경우에는 설치 유형 및 세부 기준에 따라 추가 가중치를 부여받게 된다.
에너지 저장 장치(ESS)란 Energy Storage System의 약자로, 생산된 전기를 저장장치에 저장하여 전력이 필요할 때 공급할 수 있도록 하는 시스템을 말한다. 태양광 ESS의 경우에는 태양 전지(PV; Photovoltaic)에서 발전된 전기를 바로 계통으로 송전하지 않고, 에너지 저장 장치(ESS)에 저장했다가 일정한 전력을 계통에 송전하는 방식으로 전기 요금이 비싼 피크 타임에 사용해 경제적 효과를 얻을 수 있다.
또, 독립형 태양광 에너지 저장 장치(ESS)란 산간 벽지 및 섬 등의 오지에서 태양광으로 발전을 할 경우, 야간에도 전기를 사용하기 위해 이를 에너지 저장 장치(ESS)에 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 방식으로 에너지 저장 장치(ESS)의 저장성, 안정성, 확장성이 요구된다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가상 발전소(100)에 포함되는 에너지 저장 장치(110)의 구조를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 가상 발전소(100)는 에너지 저장 장치(110), 태양광 발전기(PV, 120), 그리드(130) 및 부하(140)를 포함할 수 있다.
가상 발전소(100)는 태양광 발전기(120)에서 생산된 전기를 에너지 저장 장치(110)에 저장하고, 부하(140)의 가동에 사용하거나, 그리드(130)를 통해 획득한 계통 한계 가격(System Marginal Price, SMP)에 따라 다른 사람에게 판매할 수 있다.
일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치(110)는, 제어부(111), 컨버터(112) 및 배터리부(113)를 포함할 수 있다.
배터리부(113)는 전기 에너지인 직류 에너지(직류 전력)를 저장하는 배터리를 포함하고, 배터리의 충전 또는 방전을 제어할 수 있다. 배터리는 다수의 배터리 셀들(battery cells)을 포함하는 배터리 모듈(module)(배터리 팩(pack))일 수 있다. 상기 배터리 모듈은 예를 들어 리튬 이온 전지 팩(Li-ion battery pack)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리 모듈은 스티커(sticker) 형식의 리튬 이온 전지팩이 사용될 수 있다. 스티커 형식의 리튬 이온 전지 팩은 리튬 전지 내부의 가스를 방출하여 리튬의 폭발을 방지할 수 있어 대용량의 모듈(대형 셀들)로 사용될 수 있으므로, 본 발명의 에너지 저장 장치는 많은 전력을 사용하는 큰 부하를 가지는 아파트에 적용(설치)될 수 있다.
배터리부(113)는 각각 서로 다른 특성을 가질 수 있는 배터리 셀들을 조절하는 장치로서, 배터리 셀들의 보호 제어 기능, 배터리 셀들의 수명 예측 제어 기능, 또는 배터리 충전 및 방전 제어 기능 등을 수행하고, 배터리 셀들이 최대의 성능을 나타내면서 안전하게 사용될 수 있도록 배터리 셀들을 제어(조절)하는 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배터리는 배터리부(113)의 외부에 배치될 수도 있다.
컨버터(112)는 태양광 발전기(PV, 120)에서 생산된 전력을 직류 에너지로 변환하여 배터리에 공급하거나(저장시키거나), 또는 배터리에 저장된 직류 에너지를 부하(140)에 공급하기 위해 교류 에너지로 변환할 수 있다.
제어부(111)는 그리드(130)로부터 전달되는 실시간 전력 가격 정보(시간대별 전기 요금 정보)에 응답하여 컨버터(112) 및 배터리부(113)의 동작을 제어할 수 있다.
그리드(130)는 전력 거래소 또는 전력 회사로부터 통신망(유선 통신망 또는 무선 통신망)을 통해 실시간 전력 가격 정보를 수신하여 에너지 저장 장치(110)의 제어부(111)로 전달(전송)할 수 있다. 그리드(130)는 시간대별로 전력 사용량, 전력 저장량, 또는 전력 발전량 등을 측정하여 그 정보(데이터)를 송신할 수 있는 기능을 갖추어, 시간대별 전기 요금을 알 수 있는 스마트 미터를 포함할 수 있다. 스마트 미터는 전력 사용량 시간을 체크하거나 전력 공급자와 전력 사용자 간 양방향 통신 등을 가능하게 할 수 있다. 스마트 미터는 자동으로 에너지를 계량 및 관리하는 기기로서, 사용되는 에너지를 실시간 체크하여 관련 데이터를 저장하며 상기 저장된 데이터를 사용자(소비자), 또는 전력 거래소 또는 전력 회사와 같은 에너지공급업자에게 제공할 수 있다.
태양광 발전기(120)는 다른 유형의 신재생 에너지 발전 장치(또는 신재생 발전 장치)로 대체될 수 있다. 예를 들면, 풍력 에너지를 이용하여 전기 에너지를 발생하는 장치일 수 있다.
에너지 저장 장치(110)의 제어부(111)는 스마트 미터(또는 그리드(130))로부터 전달되는 전력 요금(전력 가격)을 분석한 후 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 높을 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 비싼 주간(낮)의 전력 사용량 피크(peak) 시간대에) 배터리에 저장된 에너지를 변환하여 부하(140)에 공급하도록 제어하고, 실시간 전력 가격 정보가 기준 전력 가격 정보보다 낮거나 같을 때(예를 들어, 전력 가격이 상대적으로 싼 야간 시간대(심야 시간대))에 220(volt)과 같은 상용전원을 공급하는 전력계통의 교류 에너지를 직류 에너지로 변환하여 배터리에 저장하도록 제어할 수 있다.
일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치(110)의 제어부(111)는 부하의 예측되는 전력 사용량 및 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)에 기초하여 배터리부(113) 및 컨버터(112)의 동작을 제어할 수 있다.
이때, 제어부(111)는 계통 한계 가격을 기초로 최적의 방전 시간을 자동으로 설정할 수 있다. 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)이란 발전기의 변동비용을 감안한 전력시장 가격을 말한다. 이는 한국 전력이 발전사로부터 전력을 사오는 전기 도매 단가를 뜻하기도 한다. 또한, 다른 의미로 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)은 거래 시간 별로 발전기의 전력량 대비 적용하는 전력 시장 가격으로, 전력 생산에 참여한 각 원료 중 변동비가 가장 높은 발전기의 변동 가격을 의미할 수 있다. 즉, 전력 수요와 공급이 일치하는 시점에서 가장 비싼 발전기의 변동 비용으로 계통 한계 가격이 결정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(111)는 부하의 예측되는 전력 사용량을 기초로 최적의 방전 시간을 자동으로 설정할 수 있다. 제어부는 실측 전력 사용 통계 데이터와 가상 발전소의 현 상태, 환경적 요인 등을 분석해서 출력량을 분석할 수 있다. 이를 통해서 제어부(111)는 최적의 방전 시간을 자동으로 설정할 수 있다. 이때, 제어부(111)는 최적의 방전 시간은 열병합발전(Combined heat and power)을 고려해서 설정할 수도 있다. 열병합발전은 열과 전력을 동시에 생산함으로써 에너지의 이용 효율을 높이는 발전을 말한다.
일실시예에 따르면, 제어부(111)는 에너지 저장 장치 사업의 경제성 검토를 위해서, 전력 사용 통계와 관련된 빅데이터를 기반으로 에너지 저장 장치 출력량을 사전에 예측하여 에너지 저장 장치의 수익성을 계산할 수 있다. 이는 태양광 연계형 에너지 저장 장치 사업의 경제성 검토를 위한 것으로, 실측 데이터를 이용해 태양광 발전소의 현 상태, 환경적 요인 등을 분석하여 향후 출력량을 예측하여, 에너지 저장 장치 사업의 불확실성을 해소할 수 있다.
일실시예에 따르면, 다음 수학식 1을 통해서 계절별, 요일별 전력 사용 패턴을 분석할 수 있다.
Figure pat00001
각 에너지원의 총 합을 1로 가정하고, 생산 단가가 싸고 바로 발전이 가능한 발전기부터 우선순위를 두고 전력을 생산할 수 있다.
가상 발전소의 설립 목적은 가격이 낮은 시점(수요가 적고, 공급이 많을 때)에 생산된 전기를 저장해 두었다가 가격이 높은 시점(수요가 많고, 공급이 적을 적을 때)에 전기를 공급하면서 비용적인 이득을 보는 것이다. 에너지 저장 장치 사업의 총 비용에 대한 목적 함수(최소값)는 다음 수학식 2를 통해서 구할 수 있다.
Figure pat00002
여기서,
Figure pat00003
는 가상 발전소의 출력량을 말하고, 가상 발전소의 총 출력량은 가스 발전소 출력량과 태양광 발전소의 출력량과 에너지 저장장치의 출력량과 열 발전소의 출력량의 합에서 예측되는 부하량을 빼서 계산할 수 있다. 이때, 가상 발전소의 총 출력량의 절대값의 합은 전체 가상 발전소의 에너지 저장량의 크기보다는 작아야 한다. Li는 가상 발전소의 예측되는 전력 사용량(예측되는 부하량)으로, 다음 수학식 3과 같이 구할 수 있다.
Figure pat00004
예측되는 부하량은 0시부터 24시까지 시간 구간마다 예측된 부하량의 합을 통해서 구할 수 있다. 일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치의 제어부는, 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 부하의 예측되는 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산할 수 있다. 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터는 대상 지역 로컬 데이터와 기상청이 제공하는 데이터 기반 기상 변화 예측 데이터를 포함할 수 있다. 또, 일실시예에 따른 기상 데이터는 일간, 주간, 월간 날씨 데이터를 포함할 수 있다. 다른 일실시예에 따른 기상 데이터는 일사량 데이터 및 온도 데이터를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제어부(111)는 일별, 주별, 월별, 계절별, 연간 에너지 사용 패턴을 분석해서 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산할 수 있다.
일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치의 충전 시간대 1년치 발전 데이터에 기초하여 에너지 저장 장치 용량 및 컨버터 용량이 산정될 수 있다. 예를 들면, 에너지 저장 장치의 충전 시간대인 10시에서 16시 사이의 1년치 발전 데이터를 분석하여 가상 발전소의 최적화된 에너지 저장 장치 용량 및 컨버터 용량을 산정할 수 있다. 이때, 컨버터는 에너지 저장 장치 내에서 전력을 입력 받아 배터리에 저장하거나 계통 방출하기 위해 전기의 특성(주파수, 전압, AC/DC)을 변환해주는 장치를 말한다.
일실시예에 따르면, 컨버터 용량은 발전소 용량의 80-90% 수준이 될 수 있다. 또, 에너지 저장 장치 용량은 발전소 용량의 2.7~3.5배가 될 수 있다. 예를 들면, 발전소 용량이 100,000KW인 경우, PCS 용량은 80,000KW 내지 90,000KW가 될 수 있다. 이때, ESS 용량은 270,000KWh 내지 350,000KWh가 될 수 있다.
일실시예에 따르면, 최저 부하시 잉여 에너지 생산량을 고려해서 상기 에너지 저장 장치 용량 및 상기 컨버터 용량이 산정될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전과 에너지 저장 장치 간의 충전과 방전에 대해 설명하기 위한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 태양광 발전기에서 전력을 생산하는 그래프를 확인할 수 있다. 여기서 peak cut(210)은 한국 전력 거래소에서 제공하는 정보(예를 들면, 계통 한계 가격)를 통해서 알 수 있다. 일실시예에 따르면, 태양광 발전기에 에너지 저장 장치를 연계하여, 10시~16시 구간(230)에는 생산된 에너지를 배터리에 충전하고, 이외 구간(220,240)에는 배터리에 저장된 에너지를 방전하여 공급 인증서 가산점을 받고 판매하도록 설계할 수 있다.
다른 일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치의 제어부는 계통 한계 가격 뿐 아니라, 부하의 예측되는 전력 사용량을 고려하여 배터리의 충전 및 방전을 제어할 수 있다.
도 3은 일일 전력 수요 예측량을 계절별로 구분해 놓은 그래프이다.
도 3을 참조하면, 시간의 흐름에 따라 봄(310), 여름(320), 가을(330), 겨울(340)의 전력 수요 예측량을 확인할 수 있다. 도 3에 나타난 바와 같이 계절별로 전력 수요의 양태가 확연하게 차이가 나는 만큼, 전력 수요의 예측시 계절을 반영해야 하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 겨울(340)의 전력 수요 통계의 경우에는 오전 시간대에도 많은 전력이 요구되며, 여름(320)의 경우에는 오후 시간대부터 전력의 사용이 많아지는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 일일 전력 수요 예측량을 요일별로 구분해 놓은 그래프이다.
도 4를 참조하면, 시간의 흐름에 따라 평일(410), 토요일(420), 일요일(430)의 전력 수요 예측량을 확인할 수 있다. 도 4에 나타난 바와 같이 요일간에도 전력 수요의 양태가 확연하게 차이가 나는 만큼, 전력 수요의 예측시 요일을 반영해야 하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 평일(410)의 전력 수요 통계의 경우에는 오후 시간대에 많은 전력이 요구되며, 일요일(430)의 경우에는 밤 시간대에만 전력의 사용이 늘어나는 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
일실시예에 따르면, 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법은 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계, 에너지 저장 장치의 제어부가 계통 한계 가격을 수신하는 단계 및 에너지 저장 장치의 제어부가 예측된 부하의 전력 수요와 계통 한계 가격을 기초로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계는, 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
110: 에너지 저장 장치
111: 제어부
112: 컨버터
113: 배터리부
120 : 태양광 발전기
130 : 그리드
140 : 부하

Claims (7)

  1. 에너지 저장 장치(ESS)에 있어서,
    배터리의 충전 및 방전을 제어하는 배터리부;
    상기 배터리의 충전 및 방전을 위해 전력을 직류 또는 교류로 변환하는 컨버터; 및
    부하의 예측되는 전력 사용량 및 계통 한계 가격(System Marginal Price; SMP)에 기초하여 상기 배터리부 및 상기 컨버터의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 부하의 예측되는 전력 사용량 및 상기 계통 한계 가격을 기초로 최적 방전 시간을 자동으로 설정하는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    전력 사용 통계에 관련된 빅데이터를 기반으로 상기 에너지 저장 장치의 출력량을 미리 예측하여, 상기 에너지 저장 장치의 수익성을 계산하는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 상기 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산하는 에너지 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리부는,
    상기 에너지 저장 장치의 충전 시간대 1년치 발전 데이터에 기초하여 에너지 저장 장치 용량 및 컨버터 용량이 산정된 에너지 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 배터리부는,
    최저 부하시 잉여 에너지 생산량을 고려해서 상기 에너지 저장 장치 용량 및 상기 컨버터 용량이 산정된 에너지 저장 장치.
  6. 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계;
    상기 에너지 저장 장치의 상기 제어부가 계통 한계 가격을 수신하는 단계; 및
    상기 에너지 저장 장치의 상기 제어부가 상기 예측된 부하의 전력 수요와 상기 계통 한계 가격을 기초로 배터리의 충전 및 방전을 제어하는 단계
    를 포함하는 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치의 제어부가 부하의 전력 수요를 예측하는 단계는,
    상기 에너지 저장 장치가 설치되는 대상 지역의 기상 관측 센터에서 예측된 기상 데이터를 기초로 상기 부하의 전기 에너지 수요 및 발전량을 계산하는 단계를 더 포함하는 에너지 저장 장치(ESS)의 제어 방법.
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