VPP (Virtual Power Plant), 가상발전소 - 1

A Virtual Power Plant is a network of decentralized, medium-scale power generating units such as wind farms, solar parks, and Combined Heat and Power (CHP) units, as well as flexible power consumers and storage systems. The interconnected units are dispatched through the central control room of the Virtual Power Plant but nonetheless remain independent in their operation and ownership.
The objective of a Virtual Power Plant is to relieve the load on the grid by smartly distributing the power generated by the individual units during periods of peak load. Additionally, the combined power generation and power consumption of the networked units in the Virtual Power Plant is traded on the energy exchange.

- Next Kraftwerke

 

1. 가상발전소의 개념

 

ICT 및 자동제어기술을 이용해 다양한 분산에너지자원을 연결·제어하여, 하나의 발전소처럼 운영하기 위한 시스템

• 분산에너지자원을 클라우드 기반의 플랫폼으로 통합해 계통운영시스템과 연계하고 센서를 활용해 원격제어하는 방식으로 발전소 운영(IoE, Internet of Energy 개념)
• 물리적으로 특정한 곳에 존재하는 발전소는 아니지만, 전기를 공급하는 것과 동일한 효과를 가짐
• 분산에너지자원 증가로 발생할 수 있는 계통운영의 기술적 문제를 해결하고 통합한 자원을 통해 경제적 가치 창출
• 배전계통 최말단에 있는 계량기 하단에서 전력을 생산하고 거래하는 BTM(Behind-The-Meter) 시장의 대표 비즈니스 모델

※ The term “behind-the-meter” refers to energy production and storage systems that directly supply homes and buildings with electricity. Residential and  commercial solar panels are considered to be behind-the-meter, as are residential and commercial solar batteries—the energy that is produced and/or stored by these systems is separate from the grid and does not need to be counted by a meter before being used, so they are positioned behind the meter. 

 

 

2. 가상발전소의 유형

가상발전소는 자원 구성에 따라 수요/공급기반 VPP, 사용 목적 등에 따라 상업적/기술적 VPP로 유형화할 수 있고, 각각의 혼합형도 가능

• (수요기반 VPP)
  • 수요형 VPP는 전력 피크 시 에너지효율시스템 및 소프트웨어로 중앙집중형 전원의 전력 사용을 줄이는 기능을 제공
  • 수요반응(DR)자원을 모아 발전소 역할 수행하며 2014년 11월부터 수요기반 VPP를 위한 “수요자원 거래시장” 개설·운영
  • 소비자의 전기요금 절감과 피크 시간 대 도매전력 구입비용을 절감하는 효과가 있어 수요형 VPP는 DR 제도가 발달한 나라에 적합

• (공급기반 VPP)
  • 산재해있는 신재생, ESS, 전기자동차 등의 발전자원을 모아 규모의 경제를 갖춘 발전소를 운영하는 형태
  • 2018년 12월 소규모 전력중개사업 제도 도입, 2019년 2월 중개시장 개장
  • 공급형 VPP는 분산형 에너지 자원의 출력을 제어가 가능하여 안정적인 전력계통 운영에 기여

• (혼합형(융합형) VPP)
  • 수요기반 VPP와 공급기반 VPP의 통합된 형태로 궁극적으로 추구하는 가상발전소의 유형으로 전력망에 분산형 에너지 자원을 통해 전기를 공급하고 수요자원을 효율적으로 운영
  • 공급 및 수요반의 VPP 장점이외의 전력 수급 균형 서비스 제공으로 전력 계통 안정화에 기여

• (상업적 VPP) 소규모 분산에너지자원이 중앙급전 발전기로서 전력시장에 참여해 수익을 창출하는 데 목적이 있는 발전소
• (기술적 VPP) 다양한 분산에너지자원의 중앙 관리 및 계통운영 문제 해결을 목적으로 하며, 주파수 조정·예비력 제공·전력조류 제어 등의 역할 수행
• VPP들의 제어 방식에 따라 중앙제어형/분산제어형으로 구분하기도 함 · 중앙제어형은 연결된 모든 분산에너지자원에 대한 통제와 지시, 정보 축적이 하나의 통제센터에서 이루어지는 것을 의미 · 분산제어형은 하위 수준의 VPP가 분산에너지자원들을 운영·관리하고, 상위 VPP는 전력판매 여부나 시장선택 등의 판단과 결정을 하는 형태

※ Demand Response, 수요반응 : 수요증가에 대한 맞춤을 의미. 전력 소비가 집중되는 시간에 전기사용을 줄이거나 다른 시간대에 사용하도록 조정하는 것 등이 있음. 현재 우리나라는 제도 7차년차로 시장이 어느 정도 성숙한 단계이며 크게 의무감축요청 DR,  자발적 DR(경제성 DR, 피크수요 DR, 미세먼지 DR), 주파수 DR (UFR DR) 제도가 있음. 

 

출처 : 국내 가상발전소(VPP) 제도 및 현황

 

3. 가상발전소의 필요성

분산에너지자원 규모의 한계 및 사업자의 시장 참여 제한

• 단독으로 작동하는 분산에너지자원은 중앙제어 발전기의 용량 대체 불가 (Invisible, 가시성 없음)
• 소규모 발전소의 상대적으로 높은 단위운영비로 운영의 경제적 부담 · 시장에서의 가격협상력 확보 불가
• 거래물량이 적음에도 각 사업자가 복잡한 전력시장의 거래절차를 이행해야 하는 등 운영에 대한 부담 및 거래비용 과다
• 설비에 대한 전문지식 부족으로 설비관리, 안전관리 및 품질관리에 효과적인 대응이 곤란하여 비효율 발생

 

분산에너지자원 증가는 전력계통 운영의 효율성과 안정성 위협

• 배전계통 내 과전압·과부하로 인해 전력품질 저하(주파수와 전압 변동)되고, 전류 방향 변화로 보호계전기 오작동 및 부작동 발생 · 수용가의 법정 유지 전압인 220V±6% 준수가 어려워지고, 일정한 전압이 필요한 산업체 가동 중단 및 전자기기 고장 발생
• 발전 출력에 대한 예측이 어렵고(불확실성), 발전량의 변화 폭이 큰 변동성 (간헐성)을 갖는 재생에너지 발전설비 증가로 전력수급 균형 유지 어려움
• 전력계통 유지를 위한 연계용량 제한으로 잉여전력 발생, 방치 설비 증가 등 비효율 초래

 

Reference

• 국내 가상발전소(VPP1)) 제도 및 현황, KDB미래전략연구소 산업기술리서치센터 이선화 선임연구원
• 공급형 가상발전소(VPP) 활성화 방안 연구: 소규모전력중개시장 활용을 중심으로, 안재균, 김남일