[논문]국내 가상발전소 도입을 위한 비용 추정 모델

박혜연; 박상윤; 손성용

doi:10.17661/jkiiect.2022.15.2.178

국내 가상발전소 도입을 위한 비용 추정 모델
Cost Estimation Model for Introduction to Virtual Power Plants in Korea 원문보기

한국정보전자통신기술학회논문지 = Journal of Korea institute of information, electronics, and communication technology, v.15 no.2, 2022년, pp.178 - 188

박혜연 (Department of Next Generation Smart Energy System, Gachon University) , 박상윤 (Department of Electronic Engineering, Gachon University) , 손성용 (Department of Electronic Engineering, Gachon University)

초록
AI-Helper

탄소중립 달성의 핵심인 분산형 재생에너지의 확산에 따라 발생하는 계통수용성 문제의 해결을 위해 가상발전소의 도입이 활발히 논의되고 있다. 하지만 가상발전소와 같은 신사업은 일반적으로 보상 메커니즘이 존재하지 않아 도입 초기의 경제성 확보가 어렵다. 이에 조기 활성화를 위해서는 보조금을 포함한 적절한 지원이 필요하다. 지원 수준의 결정을 위해서는 비용모델이 필요하나 신사업의 경우 충분한 데이터가 부족한 문제가 있다. 본 연구에서는 국내 전문가를 대상으로 가상발전소 도입에 필요한 요건, 적정 규모와 비용에 대한 설문을 통하여 비용 추정 모델을 도출하였다. 우선 가상발전소의 자원구성 형태가 비용에 미치는 영향을 고려하여 설문조사에 따라 자원구성 시나리오를 설계하였다. 각자의 자원구성 시나리오에 대한 비용추계를 기반으로 로지스틱회귀분석을 통하여 시나리오에 따른 비용 추정 모델을 도출하였다. 가상발전소 규모와 자원구성 시나리오에 따른 사례분석으로 적절한 초기 보상 규모를 비교 분석하였다. 20MW~500MW 규모의 가상발전소에서 중대형 위주와 소형 자원을 포함한 자원구성 시나리오를 적용하였을 때, 중대형 위주의 구성 시 비용이 29~51% 낮게 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The introduction of virtual power plants is actively being discussed to solve the problem of grid acceptability caused by the spread of distributed renewable energy, which is the key to achieving carbon neutrality. However, a new business such as virtual power plants is difficult to secure economic feasibility at the initial stage of introduction because it is common that there is no compensation mechanism. Therefore, appropriate support including subsidy is required at the early stage. But, it is generally difficult to obtain the cost model to determine the subsidy level because of the lack of enough data for the new business model. In this study, a survey of domestic experts on the requirements, appropriate scale, and cost required for the introduction of virtual power plants is conducted. First, resource composition scenarios are designed from the survey results to consider the impact of the resource composition on the cost. Then, the cost estimation model is obtained using the individual cost estimation data for their resource compositions using logistic regression analysis. In the case study, appropriate initial subsidy levels are analyzed and compared for the virtual power plants on the scale of 20-500MW. The results show that mid-to-large resource composition cases show 29-51% lower cost than small-to-large resource composition cases.

주제어

표/그림 (19)

표 표 1. 설문조사 문항 Table 1. Survey question
표 표 2. 참여자 구성 Table 2. Composition of participants
그림 그림 1. 국내 가상발전소 적정규모 조사 Fig. 1. The appropriate size of the virtual power plant in Korea
그림 그림 2. 가상발전소 사업자 그룹별 자원 규모 구성 예상 Fig. 2. Estimated resource size composition of the virtual power plant operators in Korea
그림 그림 3. 국내 가상발전소 플랫폼 구축비용 Fig. 3. Cost of building the virtual power plant platform in Korea
그림 그림 4. 국내 가상발전소 플랫폼 운영비용 Fig. 4. Cost of operating the virtual power plant platform in Korea
표 표 3. 가상발전소 플랫폼 구축 및 운영비용 평균 Table 3. Average cost of building and operating a virtual power plant platform (단위 : 백만 원)
그림 그림 5. 국내 가상발전소 사이트별 설비 구축비용 Fig. 5. Cost of building the virtual power plant in Korea
그림 그림 6. 국내 가상발전소 운영비용 Fig. 6. Cost of operating the virtual power plant in Korea
표 표 4. 가상발전소 사이트별 구축 및 운영비용 평균 Table 4. Average cost of building and operating a virtual power plant (단위 : 천 원)
그림 그림 8. 국내 가상발전소 신규구축 기여분 분포 Fig. 8. Distribution of contributions to the establishment of new virtual power plants in Korea
그림 그림 7. 국내 가상발전소 수익성 확대의 중요성 Fig. 7. The importance of expanding profitability of virtual power plants in Korea
그림 그림 9. 가상발전소 플랫폼 구축비용 Fig. 9. Cost of building a virtual power plant platform
그림 그림 10. 사이트별 가상발전소 구축비용 Fig. 10. cost of building the virtual power plant by site
표 표 5. 비용모델 계수 Table 5. Cost model coefficient
표 표 6. 응답자들의 구축비용에 대한 운영비용의 비율 평균 Table 6. The average ratio of operating costs to construction costs of respondents
그림 그림 11. 가상발전소 용량 분포 시나리오 Fig. 11. virtual power plant capacity distribution scenario
표 표 7. 시나리오 1과 시나리오 2의 자원 구성 Table 7. Resource Configuration for Scenarios 1 and Scenarios 2
표 표 8. 시나리오별 가상발전소 총 비용 Table 8. Total cost of virtual power plants by scenario (단위 : 백만 원)

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가상발전소의 구축에 소요되는 비용은 사업자가 재생에너지 관리나 판매대행을 위해 어차피 투자하여야 하는 비용과 구분이 모호한 측면이 있다. 본 연구에서는 이를 도출하기 위하여 앞 절에서 조사된 투자 및 운영비용 중 순수하게 가상발전소를 위해서 추가로 투입되는 비용의 비중에 대하여 조사하였다. 그림 8은 가상발전소 플랫폼 운영에 있어서 신규 및 기존 구축비용을 제외하고 추가로 소요되는 비용에 대한 응답의 분포로 비용 기여분에 대한 응답자의 평균은 55%로 나타났다.

제안 방법

가상발전사업 시 분산형 재생에너지 자원의 용량 구성을 추정하기 위하여 참여 자원을 규모에 따라 6단계로 분류하고 전체 비율의 합이 100%가 되도록 조사를 시행하였다. 그림 2는 사업자 유형별로 자원 용량 구성에 대한 결과를 보여준다.
가상발전소 구축을 위한 비용은 가상발전소 통합운영을 위한 플랫폼의 구축과 운영을 위한 비용과 참여자원의 사이트별 구축 및 운영비용으로 분류하였다. 총 설문 참여자 중 비용 부분에 참여한 23명이며 각 항목에 대하여 유효한 응답을 기준으로 비용모델을 도출하였다.
가상발전소 비용모델을 이용하여 가상발전소 규모에 따른 사례연구를 진행하였다. 가상발전소 규모 20MW, 40MW, 100MW, 500MW에 대하여 사례연구를 진행하였고 가상발전소 참여자원의 규모에 따른 분포 시나리오 2가지에 대하여 비용을 도출하였다. 시나리오1은 설문조사에 따른 참여자원 규모별 분포를 기반으로 하였다.
가상발전소 비용모델을 이용하여 가상발전소 규모에 따른 사례연구를 진행하였다. 가상발전소 규모 20MW, 40MW, 100MW, 500MW에 대하여 사례연구를 진행하였고 가상발전소 참여자원의 규모에 따른 분포 시나리오 2가지에 대하여 비용을 도출하였다.
가상발전소 플랫폼 구축비용은 비용추정모델을 통해 도출하였다. 가상발전소 전체 사이트 구축비용을 구하기 위해서 추가적으로 용량구간 별 사이트 개수를 구하였다.
가상발전소의 적정규모를 파악하기 위해 가상발전소 규모의 상한 여부와 하한의 범위에 대한 설문을 진행하였다. 가상발전소의 규모에 상한이 필요한가에 대한 질문에 대하여 75%가 상한을 둘 필요가 없다고 응답하였다.
관련 문항은 ‘전력시장 개선’, ‘보조서비스시장 신설’, ‘적정한 보조금 설계’, ‘사업자의 부가서비스 개발’, ‘발전예측 등 기술적 진보’, ‘경제적 active 자원 확보’, ‘가상발전 솔루션 및 플랫폼의 경제적 구축’으로 총 7개로 구성되었으며 우선순위 3가지를 선택하도록 하고 선택된 항목에 1점씩을 부여하였다
우선 용량구간의 평균값을 대푯값으로 설정하여 사이트 개수를 구하였다. 다음으로 비용추정모델을 통해 도출한 사이트별 구축비용과 사이트별 개수로부터 사이트별 전체 구축비용을 산정하였다. 식 (2)는 가상발전소 전체 사이트 구축비용을 보여준다.
본 연구에서는 가상발전소 운영에 대한 적절한 지원 산정을 위해 전문가를 대상으로 국내 가상발전소 도입을 위한 요건과 가상발전소 구성에 소용되는 비용 추계 조사를 실시하였으며, 도출한 데이터를 바탕으로 회귀분석을 통해 가상발전소 플랫폼과 사이트 구축 및 운영 비용추정모델을 도출하였다. 이를 기반으로 가상발전소의 구성형태에 따른 시나리오를 기반으로 비용을 도출하고 비교 분석함으로써 향후 적절한 가상발전소 지원체계를 설계할 수 있는 기반을 마련하였다.
본 연구에서는 국내 전문가를 대상으로 진행한 설문조사를 통해 가상발전소의 규모와 비용데이터를 수집하여 가상발전소 비용추정모델을 개발하였다. 사례연구로 가상발전소의 규모와 구성자원의 용량분포에 따른 2가지의 시나리오에 대한 비용 분석을 수행하였다.
본 연구의 결과는 가상발전소의 구축에 소요되는 비용을 산정함으로써, 가상발전소의 활성화를 위한 적정 지원의 규모를 도출할 수 있는 기초자료로 활용이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 참여 전문가가 고려하고 있는 가상발전소의 모델을 표준화하지 않고, 각자의 모델과 비용 추산을 기반으로 비용 추정 모델을 도출하였다. 추후 연구에서는 표준화된 가상발전소에 대한 설계를 우선 수행하고, 이를 기반으로 비용조사를 수행하는 경우 개선된 비용모델의 도출이 가능할 것이다.
부가적으로 가상발전소의 수익성을 확대를 위해 중요하다고 생각되는 요소에 대하여 조사하였다. 관련 문항은 ‘전력시장 개선’, ‘보조서비스시장 신설’, ‘적정한 보조금 설계’, ‘사업자의 부가서비스 개발’, ‘발전예측 등 기술적 진보’, ‘경제적 active 자원 확보’, ‘가상발전 솔루션 및 플랫폼의 경제적 구축’으로 총 7개로 구성되었으며 우선순위 3가지를 선택하도록 하고 선택된 항목에 1점씩을 부여하였다.
본 연구에서는 국내 전문가를 대상으로 진행한 설문조사를 통해 가상발전소의 규모와 비용데이터를 수집하여 가상발전소 비용추정모델을 개발하였다. 사례연구로 가상발전소의 규모와 구성자원의 용량분포에 따른 2가지의 시나리오에 대한 비용 분석을 수행하였다. 사례연구에서 전체 규모를 20~500MW로 구성하였을 때, 참여자원이 중대형위주(용량 200 kW 이상)로 구성된 가상발전소 소요 비용은 924~11,560 백만 원, 소규모가 포함된 구성에서는 658~4,718 백만 원으로 계산되었다.
사업자 유형에 따른 특성을 파악하기 위해 설문 참여자를 발전사, 솔루션사업자, 신사업자, 공공기관 그룹으로 분류하였다. 참여자는 표 2와 같이 각각 발전사 그룹 20명(56%), 솔루션사업자 그룹 8명(22%), 신사업자 그룹 3명(8%), 공공기관 그룹 5명(14%)으로 구성되었다.
설문조사는 2021년 10~11월에 걸쳐 총 19개 기관에서 추천받은 36명의 전문가를 대상으로 실시하였으며, 회수율은 100%였다. 설문 내용은 가상발전소 규모, IT 기반 플랫폼 초기 구축 및 연간 운영비용, 가상발전소 분산형 재생에너지 자원 연계를 위해 각 사이트별 투자되는 초기 구축 및 연간 운영비용, 그리고 가상발전소 구성 자원규모 비율에 관한 내용을 포함하였다. 표 1은 설문조사 문항을 나타낸 것이다.
이상치의 제거를 위하여 앞 절의 Z-score 기준을 사용하였으며, 비용모델의 도출을 위해 최종적으로 총 16명의 비용 데이터가 활용되었다. 유효 응답자가 제시한 가상발전소 최소/최대 규모와 추정비용의 최소/최대를 각각 매핑하여 규모에 따른 비용효과를 반영하였다. 가상발전소 플랫폼 운영비용과 사이트별 운영비용은 유지보수 비용을 추산하는 일반적인 방식을 고려하여 제시된 구축비용에 대한 운영비용 비율의 평균값을 적용하였다.

대상 데이터

가상발전소 구축비용모델 도출을 위하여 가상발전 사업을 수행하고 있거나 향후 참여하고자 하는 사업자를 대상으로 설문조사를 시행하였다. 설문조사는 2021년 10~11월에 걸쳐 총 19개 기관에서 추천받은 36명의 전문가를 대상으로 실시하였으며, 회수율은 100%였다.
비용 데이터 유효 응답자는 가상발전소의 최소/최대 규모와 자원 용량 구성에 모두 응답한 18명이었다. 이상치의 제거를 위하여 앞 절의 Z-score 기준을 사용하였으며, 비용모델의 도출을 위해 최종적으로 총 16명의 비용 데이터가 활용되었다.
가상발전소 구축비용모델 도출을 위하여 가상발전 사업을 수행하고 있거나 향후 참여하고자 하는 사업자를 대상으로 설문조사를 시행하였다. 설문조사는 2021년 10~11월에 걸쳐 총 19개 기관에서 추천받은 36명의 전문가를 대상으로 실시하였으며, 회수율은 100%였다. 설문 내용은 가상발전소 규모, IT 기반 플랫폼 초기 구축 및 연간 운영비용, 가상발전소 분산형 재생에너지 자원 연계를 위해 각 사이트별 투자되는 초기 구축 및 연간 운영비용, 그리고 가상발전소 구성 자원규모 비율에 관한 내용을 포함하였다.
비용 데이터 유효 응답자는 가상발전소의 최소/최대 규모와 자원 용량 구성에 모두 응답한 18명이었다. 이상치의 제거를 위하여 앞 절의 Z-score 기준을 사용하였으며, 비용모델의 도출을 위해 최종적으로 총 16명의 비용 데이터가 활용되었다. 유효 응답자가 제시한 가상발전소 최소/최대 규모와 추정비용의 최소/최대를 각각 매핑하여 규모에 따른 비용효과를 반영하였다.
사업자 유형에 따른 특성을 파악하기 위해 설문 참여자를 발전사, 솔루션사업자, 신사업자, 공공기관 그룹으로 분류하였다. 참여자는 표 2와 같이 각각 발전사 그룹 20명(56%), 솔루션사업자 그룹 8명(22%), 신사업자 그룹 3명(8%), 공공기관 그룹 5명(14%)으로 구성되었다. 발전사의 참여자는 총 참여자의 56%로 다른 가상발전소 사업 종사자들과 대비하여 설문 응답에서 더 높은 비율을 차지하고 있다.
가상발전소 구축을 위한 비용은 가상발전소 통합운영을 위한 플랫폼의 구축과 운영을 위한 비용과 참여자원의 사이트별 구축 및 운영비용으로 분류하였다. 총 설문 참여자 중 비용 부분에 참여한 23명이며 각 항목에 대하여 유효한 응답을 기준으로 비용모델을 도출하였다.

데이터처리

유효 응답자가 제시한 가상발전소 최소/최대 규모와 추정비용의 최소/최대를 각각 매핑하여 규모에 따른 비용효과를 반영하였다. 가상발전소 플랫폼 운영비용과 사이트별 운영비용은 유지보수 비용을 추산하는 일반적인 방식을 고려하여 제시된 구축비용에 대한 운영비용 비율의 평균값을 적용하였다.

이론/모형

가상발전소 플랫폼과 사이트별 구축비용 모델은 로지스틱 회귀모델을 사용하여 도출하였다. 로지스틱 회귀모델은 사용하는 데이터가 어떤 범주에 속할 확률을 0에서 1사이의 값으로 예측하고 이벤트가 발생할 확률을 결정하기 위해 사용되는 통계 모델이다.
가상발전소 사이트별 설비 구축비용은 최소 0원에서 최대 60,000백만원이 소요될 것으로 응답하였다. 질문 내용을 잘못 이해한 것으로 판단되는 현저히 과도한 응답(사이트 당 60,000백만 원)을 제외하고 이상치 제거를 위하여 동일한 Z-score 기준을 적용하였다. 발전사는 그룹은 사이트별 최소 0원에서 최대 15백만 원이 소요될 것이라 응답하였으며 사이트별 구축비용의 평균은 6,059천원으로 전체의 평균비용인 5,278천 원보다 높게 나타났다.

성능/효과

발전사, 솔루션사업자 그리고 공공기관 그룹은 각 자원규모 구성에 대해 비슷한 형태의 분포를 보이는 반면 신사업자는 소용량인 100 kW 미만 구간의 자원 구성을 선호하지 않는 것으로 나타났다. 이는 신사업자가 가상발전소 시장에서 경쟁력을 높이기 위한 전략으로 판단된다.
설문에서 국내 가상발전소 적정규모는 하한이 존재하고 상한은 제한이 없는 형태를 선호하는 것을 알 수 있다. 발전사의 경우 가상발전소의 최소규모에 대해 다양한 의견을 보이고 있다.
본 연구에서는 가상발전소 운영에 대한 적절한 지원 산정을 위해 전문가를 대상으로 국내 가상발전소 도입을 위한 요건과 가상발전소 구성에 소용되는 비용 추계 조사를 실시하였으며, 도출한 데이터를 바탕으로 회귀분석을 통해 가상발전소 플랫폼과 사이트 구축 및 운영 비용추정모델을 도출하였다. 이를 기반으로 가상발전소의 구성형태에 따른 시나리오를 기반으로 비용을 도출하고 비교 분석함으로써 향후 적절한 가상발전소 지원체계를 설계할 수 있는 기반을 마련하였다.

후속연구

즉, 지원제도의 설계 시에 가상발전소의 용량 뿐 만이 아니라 참여자원의 특성에 대한 고려가 필요하다. 본 연구의 결과는 가상발전소의 구축에 소요되는 비용을 산정함으로써, 가상발전소의 활성화를 위한 적정 지원의 규모를 도출할 수 있는 기초자료로 활용이 가능할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 참여 전문가가 고려하고 있는 가상발전소의 모델을 표준화하지 않고, 각자의 모델과 비용 추산을 기반으로 비용 추정 모델을 도출하였다.
본 연구에서는 참여 전문가가 고려하고 있는 가상발전소의 모델을 표준화하지 않고, 각자의 모델과 비용 추산을 기반으로 비용 추정 모델을 도출하였다. 추후 연구에서는 표준화된 가상발전소에 대한 설계를 우선 수행하고, 이를 기반으로 비용조사를 수행하는 경우 개선된 비용모델의 도출이 가능할 것이다.

참고문헌 (9)

Ministry of trade, industry and energy, "The 3rd Basic Energy Plan", Ministry of trade, industry and energy, pp. 73, 2019.
Kyeong-Hwan Kim, Keun-Ho Kim, Bong-Seok Kang, Jong-Min Lee, Hyeong-Jung Kim, "Status of overseas virtual power plant operation and implications for domestic introduction", The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 563-564, 2020.
Jeseok Ryu, Jinho Kim, "Case Study of Overseas Virtual Power Plant Operation to activate VPP in Korea Electricity Market", The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 133-135, 2021.
Koo-Hyung Chung, "The concept of virtual power plant (VPP) and implications for revitalizing power transactions with distributed resources", Korean Institute Of Industrial Engineers, pp. 4029-4050, 2019.
Wonpoong Lee, Jihoan Lee, Jinho Lee, Dongjun Won, "Optimal Operation of Virtual Power Plants Considering the Participation of Distributed Energy Sources", The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 391-393, 2020.
Ministry of trade, industry and energy, "Strategy to promote distributed energy", Ministry of trade, industry and energy, pp. 20, 2021.
Erphan A. BhuiyanMd. Zahid HossainS.M. MuyeenShahriar Rahman FahimSubrata K. SarkerSajal K. Das, "Towards next generation virtual power plant: Technology review and frameworks", Renewable and Sustainable Energy Reviews, PP. 111358, 2021.
R. Khan et al., "Energy Sustainability-Survey on Technology and Control of Microgrid, Smart Grid and Virtual Power Plant," in IEEE Access, vol. 9, pp. 104663-104694, 2021.

상세보기
L. Lind, C. Valor, R. Cossent, V. Labajo and C. Escudero, "New business models at distribution grids: a stakeholder consultation," CIRED 2021 - The 26th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution, pp. 3140-3144, 2021.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증