[논문]해외 주파수조정용 ESS에 관한 정산방식 비교분석

이은정; 김진호; 이재희

문제 정의

위의 표는 각각의 시장의 요금정산방식과 AGC신호가 어떻게 주어지는 지에 대해서 정리를 해보았다. 각각을 간단하게 비교를 해보면 전체적으로 각각의 세 개의 시장에 대해서 실적시장에서는 성능지수를 고려해 주었다.
755를 통하여 보조서비스시장에서 실적기반 정산제도 도입을 하여 ESS의 수익보장이 이루어지도록 권고를 하였다. 이에 따라 ESS를 주파수조정시장에 적용하여 이용하는 여러 사례 중에서 PJM, MISO, NYISO를 비교분석하여 요금정산 시 고려사항을 알아보려고 한다.

제안 방법

PJM은 AGC신호를 RegA와 RegD, 이 두 가지의 신호로 나누어져 있다. <그림1>과 같이 기존발전기에 대해서는 기존주파수제어신호를 적용 하여 장주기 부하추종을 하는 RegA신호를 적용하고 ESS는 주파수제어 신호에서 고주파성분을 추출하여 단주기에 빠른 응동을 하는 RegD신호를 적용하였다.[3] 기존의 제도와 시스템의 개선의 결과로 PJM의 주파수조정시장은 가장 잘 설계된 ESS를 활용한 주파수조정시장으로 평가하고 있다.
ESS의 응동률이 매우 크기 때문에 AGC신호에 의한 출력 배분량이 크게 나타나게 된다. 그리고 ESS는 제한적인 자원이기 때문에 SOC(State Of Charge)가 100%나 0%에 도달하지 않도록 AGC알고리즘을 설계하였다.
또한 실적시장에서도 역시 RMPCP(Regulation Market Performance Clearing Price)에 자원의 실적점수에 대한 계수를 곱한 값을 정산에 이용하였다. 뿐만 아니라 F/R에서 속응성이 뛰어난 자원에 대해서 차등보상을 해주기 위해서 성능계수(Mileage Ratio)를 실적시장에 도입을 하였다.[5] 그 결과 주파수조정서비스 확보필요량이 시행 전에는 피크부하의 1%였지만 0.
PI는 AGC신호와 실제 수행과의 차이를 이용하여 정확성에 대해서 측정하는 지표로 실적에 대해서 정산 시에 주파수조정용량×실시간 주파수조정 실적단가×주파수조정 PI를 이용하여 정산을 하였다. 뿐만 아니라 용량산정 시에 발생할 수 있는 문제와 지시가 있었을 시에 지시를 따르지 않았을 때 생기는 문제를 막기 위해서 실제로 수행을 하지 않지만 실시간시강에서 추가로 10%용량을 더 가지고 있는 자원에 대해서 더 높은 용량가격을 적용하였다.[4]
ESS가 빠른 응동력을 가지고 있지만 기존자원들과 동등하게 평가되었다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 FERC(755)를 가장 먼저 받아들여 2011년 1월, 자원의 능력에 기초한 시장의 개념을 도입하려는 노력을 하였고 그 결과 자원의 특성에 따라서 다른 AGC신호(RegD, RegA)로 주파수조정을 하였고 정산시스템에서도 용량요금과 실적요금의 시장을 설계하였다.

데이터처리

용량시장에서는 요금을 정산할 때 RMCCP(Regulation Market Capability Clearing Price)에 자원의 실적점수에 대한 계수를 곱한 값을 정산에 이용한다. 또한 실적시장에서도 역시 RMPCP(Regulation Market Performance Clearing Price)에 자원의 실적점수에 대한 계수를 곱한 값을 정산에 이용하였다. 뿐만 아니라 F/R에서 속응성이 뛰어난 자원에 대해서 차등보상을 해주기 위해서 성능계수(Mileage Ratio)를 실적시장에 도입을 하였다.

이론/모형

NYISO의 주파수조정시장은 용량시장과 실적시장으로 이루어져있고 이 시장이 이루어지기 위해서 자원은 주파수조정용량과 주파수조정용량입찰가, 주파수조정 실적입찰가 이 3가지 요소에 대해서 입찰을 하게 된다. FERC Order인 모든 자원에 대해서 정확성을 측정하는 기준을 적용하라는 내용에 대해서 NYISO는 주파수조정 PI(Performance Index)를 적용하였다. PI는 AGC신호와 실제 수행과의 차이를 이용하여 정확성에 대해서 측정하는 지표로 실적에 대해서 정산 시에 주파수조정용량×실시간 주파수조정 실적단가×주파수조정 PI를 이용하여 정산을 하였다.

성능/효과

ESS를 주파수조정시장에 적용을 한 전력시장의 사례를 조사해보면서 모든 자원에 대해서 같은 가격으로 정산을 해주는 것과 달리 실적 중심으로 정산을 해주는 것을 볼 수 있었다. PJ,M, MISO, NYISO 모두 실제로 수행한 양에 대해서만 정산금에 성능지수를 곱하여 더 빨리 응동할 수 있고 성능이 좋은 자원에 대해서 더 많은 정산을 받을 수 있도록 시장을 바꾸었다.
ESS를 주파수조정시장에 적용을 한 전력시장의 사례를 조사해보면서 모든 자원에 대해서 같은 가격으로 정산을 해주는 것과 달리 실적 중심으로 정산을 해주는 것을 볼 수 있었다. PJ,M, MISO, NYISO 모두 실제로 수행한 양에 대해서만 정산금에 성능지수를 곱하여 더 빨리 응동할 수 있고 성능이 좋은 자원에 대해서 더 많은 정산을 받을 수 있도록 시장을 바꾸었다. 뿐만 아니라 ESS를 주파수조정시장에서 이용하는 시장 중에서 가장 주파수조정시장이 잘 설계되었다고 사료되는 PJM의 경우에는 용량에 대해서 까지 성능지수를 곱하여 정산을 받도록 함을 볼수 있었다.
각각을 보면 PJM이 다른 시장들에 비해서 더 많은 것을 고려해 준 것을 볼 수 있었다. PJM의 주파수조정시장이 ESS를 활용한 주파수조정시장이 잘 설계되었다고 평가를 할 수 있음을 알 수 있었다.
뿐만 아니라 1시간 동안에 응동특성시험이 연속적으로 4번 이상 통과하지 못하였다면 1시간의 주파수조정용량요금을 받을 수 없다.[1] 그 결과 증감발률이 10MW/min이상인 자원이 낙찰되어 이용되는 비율이 증가하고 그 외의 자원은 감소하였다, ESS와 같은 속응성 자원의 증가로 2013년의 신뢰성은 전년도 대비 3.8%가 증가하였다.[6]
<그림1>과 같이 기존발전기에 대해서는 기존주파수제어신호를 적용 하여 장주기 부하추종을 하는 RegA신호를 적용하고 ESS는 주파수제어 신호에서 고주파성분을 추출하여 단주기에 빠른 응동을 하는 RegD신호를 적용하였다.[3] 기존의 제도와 시스템의 개선의 결과로 PJM의 주파수조정시장은 가장 잘 설계된 ESS를 활용한 주파수조정시장으로 평가하고 있다.
뿐만 아니라 F/R에서 속응성이 뛰어난 자원에 대해서 차등보상을 해주기 위해서 성능계수(Mileage Ratio)를 실적시장에 도입을 하였다.[5] 그 결과 주파수조정서비스 확보필요량이 시행 전에는 피크부하의 1%였지만 0.7%로 감소하였고 주파수조정시장에서 응동성능이 좋은 자원에게 유리한 보상체계의 결과로 ESS의 경제성을 확보하는데 긍정적인 역할을 하였다.
PJ,M, MISO, NYISO 모두 실제로 수행한 양에 대해서만 정산금에 성능지수를 곱하여 더 빨리 응동할 수 있고 성능이 좋은 자원에 대해서 더 많은 정산을 받을 수 있도록 시장을 바꾸었다. 뿐만 아니라 ESS를 주파수조정시장에서 이용하는 시장 중에서 가장 주파수조정시장이 잘 설계되었다고 사료되는 PJM의 경우에는 용량에 대해서 까지 성능지수를 곱하여 정산을 받도록 함을 볼수 있었다. 해외의 사례를 살펴본 결과 실적에 기반하여 용량과 요금을 산정하는 것이 계통의 안정성과 필요한 주파수조정예비력의 감소 그리고 ESS의 경제성 확보 등의 여러 장점이 있음을 볼 수 있었다.
뿐만 아니라 ESS를 주파수조정시장에서 이용하는 시장 중에서 가장 주파수조정시장이 잘 설계되었다고 사료되는 PJM의 경우에는 용량에 대해서 까지 성능지수를 곱하여 정산을 받도록 함을 볼수 있었다. 해외의 사례를 살펴본 결과 실적에 기반하여 용량과 요금을 산정하는 것이 계통의 안정성과 필요한 주파수조정예비력의 감소 그리고 ESS의 경제성 확보 등의 여러 장점이 있음을 볼 수 있었다.

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