안정적이고 안정적인 전력 공급을 위한 스마트 그리드

텍사스 전력망을 모델로 한 동종 최대 규모의 시뮬레이션은 소비자가 유틸리티와 협력하여 연간 전기 요금을 약 15% 절약할 수 있다는 결론을 내렸습니다. 이 시스템에서 소비자는 전기 유틸리티 운영자와 협력하여 열 펌프, 온수기 및 전기 자동차 충전소와 같은 대규모 에너지 사용자를 동적으로 제어합니다.

이러한 종류의 에너지 공급 및 사용 패턴에 대한 유연한 제어는 소비자와 유틸리티 간의 합의에 의존하기 때문에 "거래적"이라고 합니다. 그러나 거래 에너지 시스템은 대규모로 배치된 적이 없으며 알려지지 않은 것이 많습니다. 그렇기 때문에 미국 에너지부(Department of Energy)의 전기국(Office of Electricity)은 퍼시픽 노스웨스트 국립 연구소(Pacific Northwest National Laboratory)의 거래 에너지 전문가들에게 그러한 시스템이 실제로 어떻게 작동하는지 연구하도록 요청했습니다.

PNNL 거래 에너지 전문가이자 기술 고문인 Hayden Reeve는 연구를 설계하고 실행한 엔지니어, 경제학자 및 프로그래머 팀을 이끌었습니다.

"텍사스의 그리드는 미국 에너지 시스템을 대표하기 때문에 거래 개념의 모델링 및 시뮬레이션을 가능하게 할 뿐만 아니라 더 광범위한 미국 그리드 및 고객에게 결과와 잠재적인 경제적 영향에 대한 신뢰할 수 있는 외삽을 제공했습니다."라고 그는 말했습니다.

시뮬레이션에 따르면 트랜잭션 에너지 시스템이 ERCOT(Electric Reliability Council of Texas) 그리드에 배치되면 최대 부하가 9~15% 감소합니다. 그 절감액은 텍사스에서만 연간 최대 50억 달러, 미국 전역에 배포할 경우 연간 최대 500억 달러의 경제적 이익으로 이어질 수 있습니다. 절감액은 전국적으로 180개의 석탄 화력 발전소의 연간 생산량과 같습니다.

지금까지 대부분의 사람들은 기상이변이나 자연 재해가 어떻게 우리의 배전 시스템에 큰 피해를 줄 수 있는지 경험하거나 목격했습니다. 그 취약성은 몇 가지 중앙 집중식 전원과 때때로 수요와 공급을 맞추기 위해 고군분투하는 그리드 시스템에 대한 우리의 의존으로 인해 확대됩니다. 또한 전력망의 탈탄소화는 풍력 및 태양열과 같은 다양한 종류의 재생 가능 에너지원에서 점점 더 많은 전력이 공급될 것임을 의미합니다. 따라서 브라운 또는 블랙아웃과 같은 갑작스러운 스파이크 또는 딥을 피하는 것이 가장 중요합니다.

연구 결과에 따르면 거래 에너지 시스템은 일일 부하 변동을 20~44% 줄일 수 있습니다. 그리고 더 많은 전기 자동차가 사용됨에 따라 연구에 따르면 스마트 차량 충전소는 예정된 충전 시간과 전력 소비에 추가적인 유연성을 제공하기 때문에 전기 피크 부하를 훨씬 더 많이 감소시킵니다.

Reeve는 "스마트 그리드는 충격 흡수 장치 역할을 하여 수요와 공급 간의 불일치를 균형 있게 조정할 수 있습니다."라고 말했습니다.

이 전략의 핵심 구성 요소 중 하나는 스마트 어플라이언스와 부하 제어를 채택하는 것입니다. 이러한 동적 자원은 에너지를 보다 효율적으로 소비하는 방법을 학습하고 다른 필요를 위해 전기를 확보하기 위해 짧은 기간 동안 사용을 조정할 수 있습니다. 예를 들어, 에너지 수요와 가격이 높은 이른 저녁에 전기 자동차를 충전하는 대신 거래 에너지 참가자는 스마트 부하 제어에 의존하여 수요가 낮아지고 전기가 저렴해질 때까지 차량 충전을 연기합니다. 이 접근 방식은 기존 그리드 인프라에 대한 스트레스를 줄일 뿐만 아니라 유틸리티가 현재 개발 중인 차세대 에너지 저장 및 분배 인프라를 계획할 시간을 더 많이 줍니다.

거래 에너지 시스템에서 전력망, 가정, 상업용 건물, 전기 제품 및 충전소는 지속적으로 접촉합니다. 스마트 장치는 하루 중 다양한 시간에 에너지 가격 예측을 수신하고 비용과 전체 전력 수요를 줄이는 동시에 소비자 선호도를 충족하는 전략을 개발합니다. 지역 소매 시장은 차례로 전체 수요를 더 큰 도매 시장과 조정합니다. 모든 당사자는 동적 가격 책정 체계에서 에너지 조달 및 소비 수준, 비용, 시기 및 납품을 협상합니다.

이 개념은 이미 Spokane의 Eco-District 시에서 시범 프로젝트에 배치되고 있습니다. 여기에서 연구팀은 거래 에너지 조정 계획과 소매 시장을 개발하고 테스트하고 있습니다. 이 접근 방식에는 PNNL이 고안한 트랜잭션 소프트웨어 에이전트의 사용도 포함됩니다.

텍사스의 1차 전력망(ERCOT)은 PNNL의 광범위한 분석을 위한 기반을 제공했습니다. 연구원들은 100개 이상의 발전 소스와 전송 시스템에서 작동하는 40개의 다른 유틸리티를 포함하여 ERCOT 전력 네트워크를 나타내는 매우 상세한 모델을 만들었습니다. 분석에는 60,000가구와 기업, 에너지 소비 가전 제품에 대한 자세한 표현도 포함되었습니다.

연구원들은 모델을 사용하여 다양한 재생 가능 에너지 생성 시나리오에서 여러 시뮬레이션을 수행했습니다. 각 시뮬레이션은 에너지 시스템이 풍력 및 태양열과 같은 다양한 간헐적 전원의 추가에 어떻게 반응하는지 보여주었습니다. 연구팀은 또한 사업자와 고객에 대한 연간 비용 영향을 이해하기 위해 상세한 경제 모델을 개발했습니다. 마지막으로 인건비 및 소프트웨어 비용과 관련된 초기 비용과 가정과 기업에서 스마트 장치를 구입하고 설치하는 데 드는 비용을 살펴보았습니다.

연구의 또 다른 중요한 목표는 그리드 경제에서 새로운 종류의 중재자의 영향을 평가하는 것입니다. 배전 시스템 운영자라고 하는 이 엔터티는 서로 다른 시간과 양으로 그리드에 에너지를 제공하는 개별 엔터티가 소유하고 운영하는 여러 에너지원이 있는 그리드를 관리해야 합니다. 또한 이 배전 시스템 운영자는 유연한 부하 제어를 허용하는 고객과 거래를 협상합니다.

전반적으로, PNNL 연구는 청정 재생 에너지가 훨씬 더 큰 기여를 하고 더 많은 운송 요구가 전기에 대한 준비된 접근에 의존하는 미래를 전기 그리드가 수용할 수 있는 방법을 재구상하는 것의 분명한 이점을 보여주었습니다.