최근 지속적인 전력 수요 증가와 이에 따른 사회적 비용 및 갈등 해결을 위한 방안으로 수요자원 거래시장(Demand Response Market)의 활성화가 크게 대두되고 있다. 국내의 경우 2014년부터 수요자원 거래시장을 운영 중이나 대규모 수요자원 거래에 집중하고 있다. 하지만, 전력 소비 비중의 증가, 큰 감축 유동성, 항상 활용 가능, 사회 인식 개선 등의 면에서 소규모 전력 소비자의 시장 참여는 성공적인 수요자원 거래시장 운영의 핵심적 요소로 볼 수 있다. 이 논문은 2016년 여름 스마트폰 어플리케이션을 활용하여 5,000명 이상의 소규모 전력 소비자를 대상으로 한 인센티브 기반(incentive-based) 수요반응(Demand Response) 프로그램의 실제 시범운영 결과를 분석하고 그 효과를 검증하며, 이를 통하여 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장의 가능성을 제시한다.
최근 지속적인 전력 수요 증가와 이에 따른 사회적 비용 및 갈등 해결을 위한 방안으로 수요자원 거래시장(Demand Response Market)의 활성화가 크게 대두되고 있다. 국내의 경우 2014년부터 수요자원 거래시장을 운영 중이나 대규모 수요자원 거래에 집중하고 있다. 하지만, 전력 소비 비중의 증가, 큰 감축 유동성, 항상 활용 가능, 사회 인식 개선 등의 면에서 소규모 전력 소비자의 시장 참여는 성공적인 수요자원 거래시장 운영의 핵심적 요소로 볼 수 있다. 이 논문은 2016년 여름 스마트폰 어플리케이션을 활용하여 5,000명 이상의 소규모 전력 소비자를 대상으로 한 인센티브 기반(incentive-based) 수요반응(Demand Response) 프로그램의 실제 시범운영 결과를 분석하고 그 효과를 검증하며, 이를 통하여 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장의 가능성을 제시한다.
Demand Response Market (DR Market) has risen as one of the key solutions to address the growth and fluctuation of electricity consumptions. In Korea, DR market has been in operation since 2014, where the focus has been mainly on large-scale loads. Small-scale DR market, however, is becoming increasi...
Demand Response Market (DR Market) has risen as one of the key solutions to address the growth and fluctuation of electricity consumptions. In Korea, DR market has been in operation since 2014, where the focus has been mainly on large-scale loads. Small-scale DR market, however, is becoming increasingly important because small power consumers' contribution to the national power consumption has been increasing and because small loads tend to show large fluctuations. Furthermore, small-scale DR can improve social awareness on energy issues which can bring additional impacts. In this paper, we provide the findings from a small-scale consumer DR pilot. The pilot was conducted in the summer of 2016 on over 5,000 small-scale users in Korea, and smartphone applications were used in the pilot. The effectiveness of small-scale DR Market is analyzed and addressed, and the results indicate a promising future of small-scale DR Market.
Demand Response Market (DR Market) has risen as one of the key solutions to address the growth and fluctuation of electricity consumptions. In Korea, DR market has been in operation since 2014, where the focus has been mainly on large-scale loads. Small-scale DR market, however, is becoming increasingly important because small power consumers' contribution to the national power consumption has been increasing and because small loads tend to show large fluctuations. Furthermore, small-scale DR can improve social awareness on energy issues which can bring additional impacts. In this paper, we provide the findings from a small-scale consumer DR pilot. The pilot was conducted in the summer of 2016 on over 5,000 small-scale users in Korea, and smartphone applications were used in the pilot. The effectiveness of small-scale DR Market is analyzed and addressed, and the results indicate a promising future of small-scale DR Market.
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문제 정의
본 논문에서는 국내외 수요자원 거래시장에 대한 동향조사와 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래 시장의 시범 운영 결과를 분석하여 그 효과를 확인하고 가능성을 제시하였다. 현재 미국, 프랑스, 일본 등소수의 국가에서만 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장 운영을 시작한 상태이다.
제안 방법
group별 전반적인 수요 감축률(Overall reduction rate)은 각 group과 Control group의 Reduction rate의 차이(Difference in rate)를 통해 확인하였다.
미션을 발령한 날의 수요는 측정이 되지만 얼마나 수요 감축이 되었는지는 측정되지 않는다. 따라서 CBL을 산정하여 수요반응 미션이 발령되지 않았을 경우 예상되는 전력 사용량(Usage CBL )와 미션 시간대 실제 전력 사용량(Usage Mission )의 변화량을 감축률 (Redution rate)로 보았다. 감축률은 아래 식(식 1)과같이 표현되며 그 값이 높을수록 절감효과가 좋은 것으로 볼 수 있다.
최대절감가능량이 100Wh 미만인 사용자는 Exclusion group으로 분류되어, 미션이 진행 되지 않았다. 미션은 opt-in 방식으로, 사용자가 자발 적으로 참여 여부를 결정하였다.
이하 본 논문에서 ‘미션(Mission)’은 수요감축요청을 의미한다. 미션일 하루 전, 스마트폰 어플리케이션을 통하여 특정시간대의 사용량을 줄이는 미션을 발령하고, 미션에 성공한 경우, 1kWh당 1,500원의 인센티브를 제공하는 방법으로 실험이 이루어졌다. 각 실험 대상 전력 사용자들은 미션 참여 공지 화면을 통하여 참여 여부를 자발적으로 결정하였고, 미션을 수락한 경우 각 사용자에게 절감량이 제시되고 절감 제시량 이상을 줄였을 경우 미션에 성공한 것으로 간주했다.
감축률은 아래 식(식 1)과같이 표현되며 그 값이 높을수록 절감효과가 좋은 것으로 볼 수 있다. 본 논문에서는 감축률 계산을 위한 CBL을 절감목표량 계산에 사용한 Mid(6/10)을 택하였다.
소규모 전력 사용자의 DR에 대한 이해를 돕기 위하여 수요감축요청을 ‘에너지미션 (Energy Mission)’이라는 서비스로 구성하여 본 실험을 진행하였다.
대상 데이터
본 논문에서는 2016년 7~8월, 약 5,000가구 이상을 대상으로 진행한 수요반응 시범운영 실험 결과를 분석하였다. 실험은 각 가정에 전력 사용량 수집을 위한 스마트미터가 설치된 소규모 전력 사용자를 대상으로 진행되었다.
본 논문에서는 2016년 7~8월, 약 5,000가구 이상을 대상으로 진행한 수요반응 시범운영 실험 결과를 분석하였다. 실험은 각 가정에 전력 사용량 수집을 위한 스마트미터가 설치된 소규모 전력 사용자를 대상으로 진행되었다. 소규모 전력 사용자의 DR에 대한 이해를 돕기 위하여 수요감축요청을 ‘에너지미션 (Energy Mission)’이라는 서비스로 구성하여 본 실험을 진행하였다.
이론/모형
수요절감량 측정의 기준이 되는 CBL(Customer Baseline Load) 은 현재 국내에서 운영되고 있는 수요반응 거래시장 내의 계산방법을 따른다. [1] 모든 미션에서 참고일 10 일(비정상근무일 옵션 포함) 중 미션시간대에 사용량이 가장 많은 2일과 가장 적은 2일을 제외한 6일의 평균 사용량을 기준 사용량으로 보는 Mid(6/10) 방식을 적용하였다. 또한, 소비자 별 최대참고일 20일 내 시간당 사용량의 하위 5%를 최소사용량(minBase)으로 정의하고, CBL과의 차이를 최대절감가능량으로 정의 하였다.
이 방법은 통계적 실험 설계 방식에 따라 Treatment group과 Control group의 감축률 차이를 보는 Difference in differences(DID) 방법과 유사한 방법으로 CBL에 근거한 감축률의 효과를 더욱 엄격 하게 검증하기 위해 사용했다. 본 실험의 Control group은 평상시 Participant group과 통계적 특성의 차이를 보이지 않은 Non-participant group을 사용 하였다. [15,16]
이 방법은 통계적 실험 설계 방식에 따라 Treatment group과 Control group의 감축률 차이를 보는 Difference in differences(DID) 방법과 유사한 방법으로 CBL에 근거한 감축률의 효과를 더욱 엄격 하게 검증하기 위해 사용했다. 본 실험의 Control group은 평상시 Participant group과 통계적 특성의 차이를 보이지 않은 Non-participant group을 사용 하였다.
성능/효과
[2] 수요관리사업자는 이처럼 수요반응이 가능한 전기소비자(참여고객)를 모아 일정규모 이상의 전기수요를 감축할 수 있는 수요자원을 만들고, 전력시장 요구사항의 검증과정을 거쳐 최종적으로 전력시장에 수요자원을 등록하여 거래에 참여할 수 있다.
미션일 하루 전, 스마트폰 어플리케이션을 통하여 특정시간대의 사용량을 줄이는 미션을 발령하고, 미션에 성공한 경우, 1kWh당 1,500원의 인센티브를 제공하는 방법으로 실험이 이루어졌다. 각 실험 대상 전력 사용자들은 미션 참여 공지 화면을 통하여 참여 여부를 자발적으로 결정하였고, 미션을 수락한 경우 각 사용자에게 절감량이 제시되고 절감 제시량 이상을 줄였을 경우 미션에 성공한 것으로 간주했다. 절감제시량은 최대절감가능량에 따라 세 가지 방법으로 계산되었다(표 1).
45%였다. 그 결과 3.2에서 제시한 방법에 따라 Target group 전체의 전반적인 수요 감축률 (Difference between Target and Non-participant reduction rate)은 최소 0.12%, 최대 2.23%, Participant group의 전반적인 수요 감축률(Difference between Participant and Non-participant reduction rate)은 최소 1.66%, 최대 18%를 보였다. 각 미션별 Target, Participant group의 전반적인 수요 감축률은표 4에 나와 있다.
각 미션별 Target, Participant group의 전반적인 수요 감축률은표 4에 나와 있다. 미션을 통한 수요 감축 효과를 보기 위해 Exclusion group을 제외한 Target group에 대해서만 전반적인 감축률을 확인하였다.
시장 개설 당시 861개소의 참여고객을 모아서 약 1.5GW의 수요자원 용량을 확보하였고, 2년 만에 참여고객과 수요자원 용량이 모두 약 160% 증가하여 현재(2016년 12월 기준) 2,223개소의 전기소비자를 통해 약 3.9GW 수요를 감축하는 성과를 보였다(그림 3). 지난 2년간(2014.
하지만 전체 전력 소비 비중, 감축 유동성, 언제 어디서나 활용 가능한 수요자원, 사회 인식 개선의 필수요소라는 점 등에서 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장의 운영은 수요자원 거래시장의 선진화를 위한 핵심 요소라고 볼 수 있다. 실제 소규모 전력 소비자 대상 시범 운영 내용을 살펴본 결과, 5,000가구 이상을 대상으로 한 국내 최초 시도였고 참여율과 감축율을 높이기 위한 노력이 아직 미미했음에도 불구하고, 여름 피크시간대에 평균 1.14%의 유효한 전체 수요 감축 효과를 확인할 수 있었다. 그러나 이 논문의 결과 분석은 모든 참여자를 참여, 비참여로만 구분지어 진행되었다.
하지만 Non-participant group의 수요 감축률과 비교해본 다면 미션 2, 3의 경우 더 늘어날 것이라 예상된 수요가 상대적으로 덜 늘어난 것을 확인할 수 있다. 전반 적인 수요 감축률이 비교적 작았던 미션 6의 경우 Participant group과 Non-participant group 모두에서 높은 수요 감축률을 보였다. 이는 해당 미션날짜에 강우로 인해 근래 10일 중 가장 낮은 평균 기온을 기록 하여 날씨로 인한 사용량 변동 때문에 미션으로 인한 사용량 변동을 감지하기 어려웠던 것으로 보인다.
전체 미션에 대한 수요 감축률을 보면 All group 전체의 수요 감축률은 평균 0.64%, Target group 전체의 수요 감축률은 평균 3.59%, Participant group의 수요 감축률은 평균 13.47%, Non-participant group의 수요 감축률은 평균 2.45%였다. 그 결과 3.
후속연구
먼저 일본의 경우, 2011년 후쿠시마 원전사고로 인해 원전 운영이 제한됨에 따라 수요자원을 발전자원 대안으로 주목하고 있다. 2014년부터 정부 주도 실증 사업을 시행하고 있으며, 이후 동경전력, 간사이전력 등과 같은 유틸리티 주도 형태의 DR 운영이 추가로 진행될 것으로 예상한다. 2024년까지 주거용 고객 약 8,000만 호에 스마트 미터를 보급할 것으로 발표한 바있다.
그러나 이 논문의 결과 분석은 모든 참여자를 참여, 비참여로만 구분지어 진행되었다. 따라서 미션 참여자의 유형과 수요 감축 효과와의 상관관계를 살펴보기 위해 향후 참여자의 미션 참여 패턴, 미션 참여율 등을 함께 분석한다면 수요 감축 효과를 예상하고 미션을 발령하는데 도움이 될 수 있다.
해당 시범 운영은 2018년까지 다양한 변수들에 대하여 진행될 예정이므로 추가되는 실험 데이터를 통하여 수요 감축 효과를 지속적으로 검증할 계획이다. 또한, 미션의 효과를 높이기 위해 참여 자에 대한 분석도 진행할 예정이다.
본 논문은 2016년 여름의 시범운영 결과에 대해서만 다루고 있다. 해당 시범 운영은 2018년까지 다양한 변수들에 대하여 진행될 예정이므로 추가되는 실험 데이터를 통하여 수요 감축 효과를 지속적으로 검증할 계획이다. 또한, 미션의 효과를 높이기 위해 참여 자에 대한 분석도 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수요반응이란 무엇인가?
수요반응(Demand Response, DR)이란 전기소비자가 인센티브, 전기요금 등 금전적 유인에 반응하여 유동적인 수요를 줄임으로써 전기소비패턴을 특정 시간대에 변하는 것을 말한다(그림 2).[2] 수요관리사업자는 이처럼 수요반응이 가능한 전기소비자(참여고객)를 모아 일정규모 이상의 전기수요를 감축할 수 있는 수요자원을 만들고, 전력시장 요구사항의 검증과정을 거쳐 최종적으로 전력시장에 수요자원을 등록하여 거래에 참여할 수 있다.
성공적인 수요자원 거래시장 운영의 핵심적 요소는 무엇인가?
국내의 경우 2014년부터 수요자원 거래시장을 운영 중이나 대규모 수요자원 거래에 집중하고 있다. 하지만, 전력 소비 비중의 증가, 큰 감축 유동성, 항상 활용 가능, 사회 인식 개선 등의 면에서 소규모 전력 소비자의 시장 참여는 성공적인 수요자원 거래시장 운영의 핵심적 요소로 볼 수 있다. 이 논문은 2016년 여름 스마트폰 어플리케이션을 활용하여 5,000명 이상의 소규모 전력 소비자를 대상으로 한 인센티브 기반(incentive-based) 수요반응(Demand Response) 프로그램의 실제 시범운영 결과를 분석하고 그 효과를 검증하며, 이를 통하여 소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장의 가능성을 제시한다.
소규모 전력 소비자 대상 수요자원 거래시장 도입에 존재하는 현실적인 어려움은 무엇인가?
먼저 현실적인 문제를 고려할 수 있다. 수요자원 거래시장고객 점유율 면에서 산업용 48%, 농사용 12%, 일반용 40% 를 차지하는 반면, 실제 감축량 비중은 산업용 94%(2,297MW), 일반용 4%(95MW), 농사용 2%(51MW)로, 농사용 및 일반용과 같은 소규모 전력 소비자 대비 산업용과 같은 대규모 전력 소비자로의 쏠림이 매우 심하게 나타난다. [12] 즉, 수요자원 거래시장 참여 조건 및 의무 요건이 산업체 조업 일정 조정에 기반하여 설계되어 소규모 수요자원의 참여가 현실적으로 불가능하다는 한계점이 있다. 소규모 전력 소비자의 원활한 시장진입을 위해, 대규모 전력 소비자와는 다른 참여자원 자격 기준의 정립이 필요하다.
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