배전분야의 ‘미래 같은 현재’를 만나다(5)
북미,유럽의 분산자원의 실태

전기신문 게재(http://www.electimes.com/article.asp?aid=1563261366182762002)

□ 지난 6월 3일부터 6일까지 스페인 마드리드에서 개최된 CIRED(국제배전망협의회)는 CIGRE(국제송전망협의회)와 더불어 전력산업분야의 양대 학회 중의 하나이다. 이번 CIRED에는 총 논문 913편, 141개사의 관련제품 전시, 1,529명의 전문가가 참석하여 역대 최고의 성황을 이루었으며, 우리나라에서도 한전 전력연구원, LS산전 등 배전분야 관련 다양한 연구기관, 기업, 대학 등이 참석하여 활발한 기술 교류와 29편의 논문을 발표하였다.

◈ 분산자원 및 에너지효율 (세션 4)
□ 총 140편의 논문이 발표된 세션 4에서는 저탄소(Low carbon), 신재생(Renewable) 등으로 이루어진 분산자원(DER, Distributed Energy Resources)의 통합을 위한 배전망 운영기술을 다루고 있다. 분산자원의 통합이라는 키워드는 CIRED 학회의 모든 세션에서 공통적으로 다루고 있을 정도로 이번 학회의 가장 핵심이 되는 단어이며, 본 세션에서는 이와 관련된 새로운 개념이나 타 분야 기술을 접목한 새로운 솔루션, 그리고 그에 관한 연구결과 등을 주로 다루고 있다. 3개의 주제로 진행된 세션 4의 주요 내용을 소개한다.

[분산자원 협조, 유연성 및 서비스]
□ 지역 내 분산자원의 확대에 따른 송전계통운영자(TSO)와 배전계통운영자(DSO) 간의 상호운영기술, 이를 활용한 다양한 시장 및 계통 서비스 등과 관련된 다양한 연구 결과가 제시되었다. 

○ 이와 관련하여, 덴마크기술대학(Technical University of Denmark)의 Tiago Sousa 박사는 ‘Provision of flexibility services through energy communities’라는 주제로 발표를 진행하였다. 특히, ‘에너지커뮤니티(Energy Communities)‘를 통해 지역 내 개별 프로슈머를 시스템에 통합하고, 피크 절감(Peak Shaving), 전원 백업 등의 계통유연성 서비스를 제공하여 분산자원의 확산과 계통혼잡을 방지하기 위한 방법론을 제시하였다. 또한, 사례연구를 통해 에너지커뮤니티들이 이러한 서비스를 실제 계통에 제공할 수 있음을 확인하였고, 이를 통한 지역 내 사회적 복지를 향상시켰다는 연구결과를 제시하였다. 
○ 다음 그림은 태양광 및 풍력 발전량이 적은 하계 평일 기간에 배터리와 부하관리(유연 부하)를 조합 운영한 서비스로 피크부하를 약 30% 절감한 사례이다. 절감된 피크부하 중 약 80%는 부하관리를 통하여 다른 시간대로 이전하였고, 나머지 20%는 배터리에 저장된 에너지로 공급한 경우이다. 

[배터리와 부하관리 조합에 의한 피크 절감(30%) 효과, Tiago Sousa]

[분산자원 계획 및 영향 이해]
□ 전 세계적으로 분산자원의 모델링 관련 연구는 빠르게 증가하고 있는 분산자원의 수만큼이나 다양하게 진행되고 있다. 미국의 경우, 2023년까지 약 51GW의 분산자원이 설치될 것으로 예측되고 있으며, 이러한 추세는 전체 전력계통에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 이러한 문제에 대응하기 위해, 북미권에서는 정상상태와 동적상태에서의 분산자원 모델링과 관련된 연구가 많이 진행이 되고 있다.

○ 본 세션에서는 이와 관련하여 북미신뢰도위원회(NERC: North American Electric Reliability Corporation)의 Ryan Quint 박사가 구두발표를 진행하였으며, 다양한 분산자원의 확대에 따른 북미 전력계통의 신뢰도 문제를 해석하기 위한 분산자원 모델링 방안을 소개하고, 이 모델링을 활용하여 미국 캘리포니아 지역에 대한 사례연구 결과를 발표하였다. 미래의 분산자원 보급률 증가를 가정하여 2020년 하계 피크에 대한 정상상태 및 동적 시뮬레이션을 수행하고, 분산자원 증감, 전압 트립, 유·무효전력 영향 등 민감도를 분석하였다.

[분산자원 최적화]
□ 본 세션에서 가장 많이 다뤄진 주제는 DER의 최적운영과 관련된 연구이다. 오전에 모두 이루어진 앞의 두 주제와 달리, ‘Optimizing DER’ 의 경우 오후 내도록 진행되었다. 분산자원 최적화라는 주제에 걸맞게 에너지저장장치를 활용한 연구가 가장 많았으며, 이외에도 기타 분산발전자원이나 전기자동차에 대한 연구들이 주를 이루었다. 

○ 이와 관련하여 미국 EPRI(Electric Power Research Institute)의 Jouni Pappanen 박사는 미국 캘리포니아 남부지역의 분산자원 밀집 지역에 ESS가 설치되었을 때의 효과와 제공서비스 (역조류 제한, 전압조정 등) 등에 대해서 발표하였다. 본 연구를 통해 도매시장에 입찰하는 것이 ESS 운영자 입장에서는 큰 수익모델이 될 수 있으며, EPRI에서 보유하고 있는 StorageVET(Storage Value Estimation Tool) 등을 활용하여 비용관점에서 ESS에 대한 투자여부와 가치를 판단하였다. 하지만 이러한 결과가 유의미하기 위해서는 정확한 데이터를 활용한 시스템 모델링이 선행되어야 한다고 덧붙였다.
○ 다음 그림은 11.5MW의 태양광이 설치된 남부 캘리포니아의 한 계통을 대상으로 7개월간의 부하지속곡선으로, 약 40%의 기간에 7MW 이상의 역조류가 흐른 것으로 파악되었다. 이는 과도한 역조류에 의한 계통 영향에 대응하기 위해 태양광과 ESS가 통합 운영되어야 함을 시사하는 사례이다.

[높은 태양광 보급에 의한 역조류 발생의 예, Jouni Pappanen]

[시사점]
□ 세션 4는 분산자원의 급격한 증가에 따른 배전망의 효율적인 운영과 이를 활용한 서비스, 그리고 망운영자(TSO ? DSO) 간의 상호운영 등에 관한 연구내용이 주를 이루었다. 분산자원의 도입이 활발하게 진행된 유럽의 경우, 이와 관련된 여러 문제를 이미 겪고 있으며, 관련된 연구들이 활발하게 진행이 되고 있다. 우리나라도 최근 들어서 분산자원의 도입이 가속화 되고 있으며, 조금씩 이와 관련된 여러 가지 문제들이 발생하고 있는 추세이다. 후발주자인 만큼, 이러한 선진사례를 벤치마킹하고, 우리가 강점을 가지고 있는 ICT 기술을 접목하여 Fast Follower에서 First Mover로 거듭나는 기회로 삼아야 할 것이다.