[논문]신재생에너지 연계형 에너지관리장치의 운영 사례 연구

조재영; 나인호

doi:10.30693/smj.2018.7.2.71

신재생에너지 연계형 에너지관리장치의 운영 사례 연구
A Case Study on Operation of Energy Management System Connected with Renewable Energy 원문보기

스마트미디어저널 = Smart media journal, v.7 no.2, 2018년, pp.71 - 77

조재영 (군산대학교 전자정보공학부, 원광전력) , 나인호 (군산대학교 컴퓨터정보통신공학부)

초록
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본 논문에서는 신재생에너지 발전과 연계한 에너지저장시스템(ESS)의 최적 운영을 위한 에너지관리시스템(EMS)의 구성요소 설계 시 고려할 기능, 운영 효과 분석과 전력요금 절감 방안을 제안한다. 이를 위해 태양광 발전 시스템에 리튬이온전지 기반의 배터리 시스템과 에너지관리시스템 연계 및 구축방안을 제시하고, 1년 동안 운영 데이터에 대한 분석한 결과를 기술한다. 또한 시스템 운영 효과를 높이기 위한 방안으로 EMS를 이용하여 최대수요 발생시간대의 피크전력을 경부하 시간대 충전전력으로 대체하여 ESS 전용 요금제에 따른 요금편익과 부하 평준화에 기여하는 효과를 제안한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes the components of the energy management system (EMS) for optimum operation of renewable energy and associated energy storage system (ESS), the functions to be considered in designing, the analysis of operational effects, and finally the reduction of electricity costs. To accomplish the objectives, a lithium-ion battery system and an energy management system have installed in a PV system, and it presents the results analyzed with operation data for a year. To increase the system operation efficiency, we propose the effect that EMS is used to replace the demand power at the peak time with the charge power at the light load time, which suggests the influence of contributing to the charge benefit and load leveling according to the ESS tariff.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이를 위해 연계 시스템 구축 시 고려해야 하는 EMS의 필수 기능을 분석하고 운영 결과에 대한 분석을 통하여 경제성 및 운영효과에 대해 연구한다. 그 결과로 충방전 편익, 최대수요 전력관리를 통한 전력요금 절감 방안을 제안한다. 이를 위해 본 논문에서는 0.
본 논문에서는 태양광발전장치 및 이에 연계된 에너지저장시스템(Energy Storage System)의 최적 운영을 위한 EMS(Energy Management System)에 대하여 고찰한다. 이를 위해 연계 시스템 구축 시 고려해야 하는 EMS의 필수 기능을 분석하고 운영 결과에 대한 분석을 통하여 경제성 및 운영효과에 대해 연구한다.

제안 방법

EMS 서버는 20피트 컨테이너 내부에 하프랙 형태로 설치하였으며 기계적, 열적 안전정과 점검 및 유지보수가 용이하도록구성하였다.
EMS의 운영 성과분석을 위하여 PCS의 충방전량, 운영 전후 최대 피크전력치의 비교, 총 소비전력을 기간별로 제공이 가능한 통계기능을 부여하였다. 아래 표는 세부 기능설명이다.
관리자 모드에서는 피크컷 운전시 목표전력, 계약전력에 따른 요금제 단가 변경 등 주요 기준 값이 변경 가능하도록 하였다.
에너지관리장치의 설계시 필수적으로 고려해야하는 사항과 실제 그 운영의 예로 태양광발전시스템에 에너지저장장치를 연계하여 피크부하를 경감하고 전력요금 절감이 발생한 사례를 고찰하였다. 또한 계절별 최대수요 발생시간대 피크전력을 경부하 시간대 충전전력으로 대체하여 ESS 요금제에 따른 요금편익과 부하 평준화에 기여하는 효과를 제안하였다. 다만 ESS 전용 요금제 중 가장 경감금액이 큰 최대수요전력 감축량에 대한 3배 가중치 할인이 2020년 12월 종료되는 한시적인 제도이기 때문에 그 이후 운영되는 설비에 대해서는 효과가 절감될 것으로 예상된다.
에너지관리장치의 설계시 필수적으로 고려해야하는 사항과 실제 그 운영의 예로 태양광발전시스템에 에너지저장장치를 연계하여 피크부하를 경감하고 전력요금 절감이 발생한 사례를 고찰하였다. 또한 계절별 최대수요 발생시간대 피크전력을 경부하 시간대 충전전력으로 대체하여 ESS 요금제에 따른 요금편익과 부하 평준화에 기여하는 효과를 제안하였다.
그 결과로 충방전 편익, 최대수요 전력관리를 통한 전력요금 절감 방안을 제안한다. 이를 위해 본 논문에서는 0.6MWh급 ESS의 1년간의 실 운영 데이터를 바탕으로 경제성 분석을 실시하였고 최대 절감방안을 고찰한다.
본 논문에서는 태양광발전장치 및 이에 연계된 에너지저장시스템(Energy Storage System)의 최적 운영을 위한 EMS(Energy Management System)에 대하여 고찰한다. 이를 위해 연계 시스템 구축 시 고려해야 하는 EMS의 필수 기능을 분석하고 운영 결과에 대한 분석을 통하여 경제성 및 운영효과에 대해 연구한다. 그 결과로 충방전 편익, 최대수요 전력관리를 통한 전력요금 절감 방안을 제안한다.
ESS 도입의 가장 기본적인 효과인 전력요금 절감효과는 기본요금 절감금액, 전력량 절감금액, 전력기금 절감, 역율 요금 절감을 고려할 수 있다. 전력기금과 역율 요금은 소액으로 무시하고 기본요금과 전력량 요금 효과를 산출하였다. 전력요금을 청구하는 한국전력공사 전기공급 약관시행세칙에 따라 종래보다 추가적인 할인이 발생하며 그 기준은 아래와 같다.
구성설비의 운전과 보호기능을 제어 기능으로 구분하여 아래 표와 같이 세부 기능설명을 부여하였다. 제어기능에는 자동운전, 수동운전, 스케줄운전, 특수목적 운전기능을 설계하였다.
태양광 발전전력을 배터리에 충전하고 배터리 전력을 부하에 공급하기 위한 전력변환장치의 운영을 위하여 에너지관리장치(EMS)를 구축하였으며, 운영 데이터는 운영 현장의 EMS 서버와 클라우드 환경에 이중화되어 저장되도록 설계되어 있다.

대상 데이터

본 논문에서 사례 분석한 EMS의 운영 주체는 지방자치단체로써 태양광 발전 설비에 대해 다음과 같은 사양의 ESS 연계를 통하여 전력요금 절감과 피크전력 저감을 목표로 2017년 1월부터 운영 중이다.

성능/효과

최초 시뮬레이션에 의한 충방전 편익은 봄/가을철(3,4,5,9,10월) 2,457천원, 여름철(6,7,8월) 3,742천원, 겨울철(1,2,11,12월) 3,828천원으로 산출되었으나 1년이 경과 후 실측된 경감요금은 이에 미치지 못하였다. 그 이유로는 배터리의 수명향상을 위하여 방전심도(DOD)를 20% 수준으로 유지하여 총 설계용량보다 충방전량이 줄어든 이유와 일일 충전량 407kWh인 경우 방전량 389kWh이므로 충방전 효율이 95.5%로 측정된 결과에 기인하는 것으로 분석되었다. 또한 설비 가동률이 100%에 달하지 못한 점도 요인으로 분석되었다.
다만 최대수요 발생시간대 전력(파란색 표시,13시~16시) 부분을 경부하 시간대 충전전력(빨간색 표시, 01시~06시)으로 대체함으로써 최대부하를 절감하는 부하관리 기능을 확인했으며 이는 광역의 부하 평준화에 기여하는 효과를 기대할 수 있었다.
실제 충방전 편익은 전력요금이 저렴한 경부하 시간대 충전량 요금과 전력요금이 비싼 최대부하 시간대 방전량 요금 차액을 통하여 계산되었으며 전력요금 절감효과는 연간 6,670,000원으로 측정되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	EMS의 가장 중요한 기능은 무엇인가?	EMS의 가장 중요한 기능은 구성설비의 모니터링 기능이며 전체시스템의 통합현황과 PCS, 배터리 등의 개별 설비 상태를 계측하는 기능을 한다. 아래 표는 세부 기능설명이다.
	EMS 는 PCS로부터 어떤 정보를 수집하는가?	• PCS 운용정보 : DC Link 전압, PCS 입출력 전압/전류 • PCS 상태정보 : PCS 동작상태(정상/이상, 운전/정지 등) • PCS 운전정보 : 충방전 상태, 충방전 출력, 계통측 상별 전압/전류/주파수 • 운용 값 표시 : 운용 값, 계측 값, 운전 이력, 운전 설정 값 및 시간 표시 • Mimic 표시 : 차단기 등의 기기 동작 상태 및 전원 입출력 상태 표시 기능 • 데이터 입력 기능 : 운용 값을 설정하는 기능 보유 • 경보 표시 : 경보 확인 및 복귀 기능, 경보 내역 저장 기능
	ESS 도입으로 고려할 수 있는 전력요금 절감효과의 종류에는 무엇이 있는가?	ESS 도입의 가장 기본적인 효과인 전력요금 절감효과는 기본요금 절감금액, 전력량 절감금액, 전력기금 절감, 역율 요금 절감을 고려할 수 있다. 전력기금과 역율 요금은 소액으로 무시하고 기본요금과 전력량 요금 효과를 산출하였다.

참고문헌 (15)

한국전력공사 전기공급 약관시행세칙 (별표4, 기본 공급약관특례), 2018. 2 . 13
김도현 외 3명, "산업용 수용가의 ESS 충방전 패턴 분석에 따른 적정 운영 연구," 대한전기학회 하계학술대회, 대한민국, 2017.
백민규 외 4명, "태양광 연계형 배터리 에너지 저장장치의 최적 용량 산정," 대한전기학회, vol. 67, 38쪽, 2018.
신준현 외 4명, "배터리 수명비용을 고려한 Multiple ESS 운영에 관한 연구", 대한전기학회 제46회 하계학술대회, 627-628쪽, 대한민국, 2015.
조경희 외 2명, "수용가 수요관리용 전지전력저장 시스템의 최적용량 산정방법", 전기학회논문지, 제62권, 제1호, 21-28쪽, 2013

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D. K. Maly, K. S. Kwan, "Optimal battery energy storage system (BESS) charge scheduling with dynamic programming", IEE Proc.-Sei. Meas. Technol., vol. 142, no. 6, Nov. 1995.
Yan Zhang, Baolong Liu, Tao Zhang and Bo Guo, "An Intelligent Control Strategy of Battery Energy Storage System for Microgrid Energy Management under Forecast Uncertainties," International Journal of Electrochemical Science, vol 9, pp. 4190-4201, 2014.
이원준, 이문수, 강병오, 정재성, "e단기 및 단기 다변수 시계열 결합모델을 이용한 24시간 부하예측," 전기학회논문지, 제66권, 제3호, 493-499쪽, 2017년 3월
이문수, 이원준, Fauzan Hanif Jufri, 정재성, "ASHRAE Clear-Sky 모델을 이용한 24시간 태양광발전량 예측," 한국신재생에너지학회 학술대회논문집, 81-81쪽, 대한민국, 2016, 11.
R. Arghandeh, J. Woyak, A. Onen, J. Jung, and R. P. Broadwater, "Economic optimal operation of Community Energy Storage systems in competitive energy markets," Appl. Energy, vol. 135, pp. 71-80, Dec. 2014.

상세보기
Mohammad Rastegar, "Investigating the Impacts of Different Price-Based Demand Response Programs on Home Load Management", JEET, vol. 9, no. 3, pp. 1125-1131, 2014.
Jamshid Aghaei, Mohammad-Iman Alizadeh, "Demand response in smart electricity grids equipped with renewable energy sources: A review," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 18, pp. 64-72, Feb. 2013.

상세보기
Ruggero Sschleicher-Tappeser, "How renewables will change electricity markets in next five years," Energy Policy, vol. 48, pp. 64-75, 2012.

상세보기
Phillip Oliver Kriett and Matteo Salani, "Optimal control of a residential micorgrid," Energy, vol. 42, no. 1, pp. 321-330, 2012.

상세보기
Pourya Shamsi, Huaiqi Xie, Ayonide Longe and Jhi-Young Joo, "Economic Dispatch for an Agent-based Community Microgird", IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 7, no. 5, pp. 2317-2324, 2016.

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