지역 에너지 자립을 위한 분산전원의 효율적 운영방안

송유진 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2019 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.9 No.3

In order to achieve regional energy independence, small and distributed power generation resources (e.g., solar, ESS, fuel cells, etc.) will be increased and energy conversion centered on local demand will be active. This will require a review of orientation and related technologies for regional energy conversion policies as the regional unit energy management system is expected to surge in the virtual power plant/microgrid environment. The power industry paradigm is being digitalized around renewable energy. While this shift to ENERGY - ICT convergence is accelerating, there will also be many changes in energy policies in the future. In particular, in terms of energy demand management, it is likely that a local, self-contained decentralization will be established, along with the activation of the new renewables and other distributed energy sources (DER), and virtual power plants in the form of micro-grid are to be built locally. The establishment and operation of regional energy self-reliance and institutions that can implement it can be promoted, and the sharing and consultation of cases related to renewable energy facilities in other regions can increase self-reliance along with the development of local energy industries. 지역 에너지 자립화를 위해서 소규모의 분산형 발전 자원(태양광, ESS, 연료전지 등)이 늘어나고 지역 수요 중심의 에너지 전환이 활발해질 것이다. 이에 따라 가상발전소/마이크로그리드 환경에서 지역 단위 에너지관리 시스템이 급증할 것으로 예상됨으로써 지역 에너지 전환 정책에 대한 방향성 및 관련 기술 검토가 요구된다. 본 논문에서는 지역 에너지 자립화를 위한 효율적 수요관리 방안을 도출하기 위한 일환으로서, 분산전원의 효율적 운영 방안을 제시한다. 분산전원의 수요관리를 통해 중앙 기관으로부터 발전된 전력을 일방향으로 송전받아 사용하는 것이 아닌 개개인이 스스로 전력을 생산하여 사용하거나 타인에게 판매할 수 있는 프로슈머 간 전력 거래가 가능하게 된다. 또한, 신재생에너지 정책에 따른 지역의 역할을 모색함으로써 주민이 참여하여 지역 에너지 자립을 할 수 있는 방안을 검토하고자 한다. 지역에너지 자립과 이를 구현할 수 있는 기관의 설립·운영을 추진하고, 타 지역의 신재생에너지 설비와 관련된 사례의 공유 및 협의를 통하여 지역 에너지산업의 육성과 함께 자립도를 높일 수 있다.

태양광 발전 에너지에서 에너지 프로슈머의 활성화 방안

김주언,손진빈,신윤우,임재휴,정석희 대한환경공학회 2023 대한환경공학회지 Vol.45 No.10

In the process of implementing and trying various measures to achieve carbon neutrality around the world, Korea is also presenting various policies to advance to a low-carbon economy. Energy prosumer is a consumer who produces electricity directly and sells surplus electricity after consumption through an electric power company. Currently, advanced countries such as the U.S. and Germany are developing various business models beyond the initial energy prosumer model. However, in Korea, it is difficult for individuals to directly participate in the electricity market and buy and sell electricity due to policy limitations and complex reasons. In addition to these problems, low electricity bills and relatively high solar power prices are factors that hinder energy prosumers. Basically, in order for energy prosumers to be activated, the unit price of solar power must be lower than the unit price of electricity bill. In addition, an electricity market must be formed in which individuals can freely trade, and policies and legislation must be prepared to support them. If such a step is prepared to revitalize energy prosumers, energy self-sufficiency will be possible and a new energy industry will be established. Ultimately, decentralized resource systems such as smart grids are activated, enabling carbon neutrality. As the unit price of solar power in Korea has fallen and electricity bills are on the rise, energy prosumer’s prospects are positive. If the electricity bill system is implemented first through restructuring of the electricity industry, it will be possible to establish the energy prosumer system in Korea while trying to develop various energy prosumer business models and transaction methods.

에너지 프로슈머를 위한 블록체인 기반 에너지 거래 모델

김수곤,송유진 사단법인 인문사회과학기술융합학회 2019 예술인문사회융합멀티미디어논문지 Vol.9 No.3

The ICT application of the power industry not only leads to efficient operation of existing energy systems, but also can lead to new creation of value, including the combination of renewable energy support and power storage devices, electric vehicles and the development of various energy services. In this paper, Planning to construct a model with a blockchain for energy trading between prosumer in a virtual power plant environment. With the Smart Contract feature of the blockchain, consumers who want to purchase energy can then create an anonymous block of trading information in blocks when they request the transaction from a prosumer that sells the energy. In order to bring about the industrial revolution in the renewable energy sector through the establishment of the decentralized power system proposed in the paper, a separate intermediary business (P2P) will be possible in addition to the opening of a distributed resource brokerage market through the power exchange. 전력산업의 ICT 적용은 기존 에너지 시스템의 효율적 운영을 유도할 뿐만 아니라 신재생에너지원 및 전력저장장치의 결합, 전기자동차, 다양한 에너지 서비스의 개발 등 새로운 가치창출로 이어질 수 있다. 본 논문에서는 가상발전소(Virtual Power Plant) 환경에서 프로슈머(Prosumer) 간 에너지 거래를 위해 블록체인(Blockchain)을 적용한 모델을 구성하고자 한다. 블록체인의 스마트 계약(Smart Contract) 기능을 통해 에너지를 구입하고자 하는 소비자가 에너지를 판매하는 프로슈머에게 거래를 요청하면 거래 정보를 블록으로 생성하여 전력 거래에 참여한 참여자와 전력회사에 익명으로 공개하여 블록을 검증받고 이전의 거래 내용과 함께 블록체인을 형성한다. 논문에서 제안하는 분산형 전원방식 구축을 통해 신재생에너지 분야의 산업혁명을 이끌어 내기 위해서 향후 전력거래소를 통한 분산자원 중개시장 개설 이외에 별도의 중개사업자(Aggregator)들이 지역에서 직접 거래(P2P)가 가능하게 될 것이다.

블록체인 기반 안전한 에너지 거래 전략 연구

김학부(Hak Boo Kim),김기중(Kijung Kim),배기태(Kitae Bae) 한국스마트미디어학회 2020 스마트미디어저널 Vol.9 No.3

존의 에너지는 특정한 회사가 생산하여 소비자들에게 판매하는 시스템이었지만, 가까운 미래에는 생산자가 소비자가 되고, 소비자가 생산자가 되는 방식으로 변화될 것으로 예상한다. 최근 클라우드 시스템, 5G 네트워크 구축, 그리고 태양 에너지를 비롯한 에너지 재사용의 등장이 에너지 시장의 형태를 변화시키고 있다. 에너지를 공유하기 위해서는 다양한 에이전트 시스템, 에너지 네트워크, 그리고 시장을 형성하는 구조가 있다. 본 연구에서는 위의 3가지를 정의하고, 안전하고 공정한 에너지 시장을 위한 블록체인을 적용하여 안전한 에너지 트레이드 모델 (Secure Energy Model, SEM)을 이용한 전략을 제안하였다. 분석적 결과로 에너지 트레이드에 참여한 에너지 생산자와 소비자들 간의 신뢰성이 형성됨을 보여주었다. Existing energy was a system produced by a specific company and sold to consumers, but it is expected that in the near future, producers will become consumers and consumers will become producers. Recently, the emergence of cloud systems, 5G network construction, and energy reuse, including solar energy, are changing the shape of the energy market. In order to share energy, there are various agent systems, energy networks, and structures that form markets. In this study, we defined the above three and proposed a strategy using the Secure Energy Model (SEM) by applying a blockchain for a safe and fair energy market. The analytical results showed that the trust between the energy producers and consumers participating in the energy trade was formed.

소규모 열네트워크기반 분산형 열 프로슈머 구현을 위한 직팽식 태양열 히트펌프 적용 가능성 분석

김민휘,김득원,이동원,허재혁 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.12

In this study, the feasibility of a direct-expansion solar heat pump for a distributed thermal prosumer in a small-scale thermal network was investigated. In this analysis, a small-scale thermal network for cooling, heating, and hot water established in Jincheon eco-friendly energy town was selected as the test site, and a daycare center in town was also selected as a target building for heat prosumer. The direct-expansion solar heat pump was selected to serve and generate excess heat, and control logic was developed to facilitate the production and delivery of excess heat. In order to simulate the operation of the direct-expansion solar heat pump, an operation model was developed via ANOVA based on the operation data derived from the literature. Simulations were based on the derived model and the operation parameters of the Jincheon eco-friendly energy town. As a result, the direct-expansion solar heat pump showed a COP of 3.5 annually. The amount of heat supplied for domestic hot water from the central management center in the town was 105 MWh/y, and the amount of electric energy consumed by the electric heater located in each building for domestic hot water supply was 37.4 MWh/y. It was predicted that 51.6% of the electric energy consumption for serving domestic hot water could be reduced using the direct-expansion solar heat pump in the daycare center as the thermal prosumer. 본 연구에서는 단일 건물에서의 신재생 열에너지 생산시스템의 적용 한계를 극복하기 위해, 소규모 중앙집중식 열 네트워크에서 직팽식 태양열 히트펌프기반 분산형 열 프로슈머 구현 방안을 모색하였다. 본 연구를 위해 소규모 4세대 소규모 열네트워크가 구성되어 있는 진천 친환경에너지타운을 실증장소로 선정하였으며, 열 프로슈머 건물로 어린이집을 선정하였다. 시뮬레이션을 위해 1년간의 진천 친환경에너지타운의 외기온도, 경사면 일사량, 타운 내 급탕부하, 급탕 공급 열네트워크 온도등 운영실험 결과를 기반으로 열 프로슈머로의 역할과 에너지절감 가능성을 분석하였다. 이후 직팽식 태양열 히트펌프에 대한 운영 모사를 위해 기존 실험논문의 결과를 바탕으로 ANOVA 분석을 통해 직팽식 태양열 히트펌프의 COP를 예측할 수 있는 모델을 도출하였다. 본 모델의 R2값은 91.1%로 적정한 운영 예측이 가능할 것으로 판단되었다. 본 모델을 활용하여, 기존 진천 친환경에너지타운의 전력소비량 측정데이터와 직팽식 태양열 히트펌프의 적용 시 전력소비량 및 각 건물의 급탕 전기히터의 전력소비량을 산정하여 비교분석하였다. 그 결과, 직팽식 태양열 히트펌프가 열 프로슈머로 운영될 경우, 전체 타운 급탕에너지의 51.6%를 담당할 수 있는 것으로 나타났으며, 건물별 급탕에너지 소비량의 37.7%를 절감할 수 있을 것으로 예측되었다. 본 연구는 선행연구를 통해 도출된 실험결과를 바탕으로 직팽식 태양열 히트펌프를 모사할 수 있는 모델을 도출하였으나, 기후대의 차이 등으로 국내에서의 운영에 따른 COP는 다소 차이가 있을 수 있다. 특히, 도출된 모델의 시스템 용량과 시뮬레이션 대상 시스템의 용량 차이로 인한 COP는 차이가 발생할 수 있다. 이에, 추후연구에서는 직팽식 태양열 히트펌프를 실제 설치하여 운영결과에 대한 검증을 진행할 예정이다. 또한, 본 연구의 실증단지인 진천 친환경에너지타운은 저온 열네트워크로 구성되어 있으며, 열공급 대상건물이 일반 지역난방과 많은 차이가 있으므로, 본 연구를 기존 고온 지역난방에 적용은 다소 무리가 있을 것으로 판단된다. 이에, 향후 연구에서는 제안된 구성방식에 대한 경제성 분석이 고려되어야 하며, 고온 지역난방대비 4세대 저온 지역난방이 가지는 배관증 증대와 같은 문제들도 고려되어야 할 것이다.

대학 캠퍼스 기반의 국내 마이크로그리드 활성화 추진 방안

이수연(Suyeon Lee),강이주(Iju Kang),손예지(Yeji Son) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7

현재 전 세계의 메가트렌드는 에너지전환(Energy Transition)이라고 할 수 있으며, 한국 역시 이 트렌드에 맞춰 한국판 그린 뉴딜 정책을 시행하고 있다. 이 정책의 핵심은 현재의 중앙 집중형 발전 방식을 분산 에너지 환경으로 전환하여 지역 맞춤형 인프라를 구축하는 것이다. 이러한 전환점에 있어 주목받고 있는 것이 바로 ‘마이크로그리드(Microgrid)’이다. 미국과 일본은 이미 캠퍼스 마이크로그리드를 통해 지역 기반 분산형 에너지 실증 단계에 있지만, 한국은 여전히 독립적인 섬 형태 위주로 구축되어 있다. 따라서 본 연구를 통해 도심형 분산 에너지로 확대 가능한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드 모델을 도출하고자 하였다. 우선 미국의 선진사례를 중심으로 분석하여 한국 경우와 비교해 보았다. 미국 대학은 ACUPCC 위원회를 결성하여 에너지 수요가 많은 캠퍼스의 탄소 배출량을 마이크로그리드를 통해 줄이고자 하였다. 이들은 미국 내 천연가스 가격이 저렴하고 캠퍼스 부지가 넓다는 장점을 활용하여 열 병합 및 태양광 위주로 완전한 자가발전을 이루고자 한다. 이와 더불어 대학과 기업이 협력하여 교내 및 지역 환경문제를 해결하고, 학생도 프로젝트와 연구에 참여하여 많은 성과를 내고 있다. 하지만 미국과 한국의 상황이 다르기 때문에 그린 캠퍼스 달성을 위해서는 산학연 연계를 통한 시스템 구축과 맞춤형 법안 도입이 필수적이다. 캠퍼스 마이크로그리드의 구축은 LINC 사업단을 중심으로 한 산학연 연계를 통해 이루어질 수 있도록 한다. 정부는 사업에 참여할 대학을 선발하여 투자금을 지원하고, 대학은 이를 바탕으로 협력할 기업을 선정한다. 기업은 재학생에게 현장실습 참여 기회를 제공하여 학부생의 관련 프로젝트에 대한 적극적인 참여를 돕는다. 이렇게 형성된 협력 체계는 인재를 육성하고 교내 연구를 활성화시켜 기술 발전을 도모할 수 있다. 나아가 정부는 대학에서 수행한 데이터를 확장하여 도심형 분산 에너지 시스템을 구축도 가능할 것이다. 이외에도 정부는 ‘직접 PPA’ 법안 활성화를 통해 지역 사회 내 전력 거래가 가능하도록 해야 한다. 이렇게 된다면 대학은 남은 전력을 판매하여 수익을 얻을 수 있고, 또 하나의 ‘에너지 프로슈머(Energy prosumer)’로서의 역할을 기대할 수 있다. 이렇듯 본 발표에서 제시한 한국형 캠퍼스 마이크로그리드는 캠퍼스를 넘어 재생에너지 기반의 분산형 에너지 체계로의 발판이 될 것이다.

신·재생에너지 활성화를 위한 전기소매사업자에 대한 법적과제

이현정(Lee, Hyun-Jeong),김하나(Kim, Ha-Na) 강원대학교 비교법학연구소 2017 환경법과 정책 Vol.18 No.-

2015년 12월 채택된 파리협정이 2016년 11월 4일 공식 발효됨으로써 우리나라는 UN기후변화 사무국에 제출한 자발적 국가결정기여(INDC: Intended Nationally Determined Contribution)를 이행하기 위해 노력할 의무를 지게 되었다. 특히 파리협정의 내용에는 교토의정서상 규정된 범위인 온실가스 감축만이 아니라 적응, 재원, 기술이전, 역량배양, 투명성 등을 포괄하고 있어 파리협정의 모든 당사국은 이를 위해 노력할 의무를 지게 된다. 우리나라는 2030년까지 에너지, 산업공정, 농업, 폐기물 등 경제전반에서 온실가스 배출전망치 대비 37%를 감축한다는 목표를 설정하였고 구체적인 수치로는 국내시장 25.7%, 해외 탄소시장 11.3%를 포함한 것이다. 이에 우리나라도 신재생에너지의 확대를 위해 전력시장의 진입규제를 대폭 완화시켜 사실상 전력소매시장이 일부 개방되어 일반인이 스스로 생산한 전기를 일정지역 내에서 판매할 수 있게 되었다. 기존은 생산한 전력은 한국전력이나 전력거래소에서만 판매할 수 있었기 때문에 적은 자원을 판매하는 데에도 전력거래소의 회원가입, 한국전력과의 계약 등의 절차가 필요하고 이에 따른 비용이 소요되어 불필요한 규제로 인식되어 왔다. 이를 위해 전력거래지침과 전기사업법을 개정하여 이를 통해 전기차 충전사업자 및 에너지저장장치 등의 에너지 신기술을 이용한 충전사업도 전기판매사업에 해당하게 되었다. 그러나 한편으로 전력소매시장을 개방해 일정 구역의 소규모 분산전원을 자금력을 가진 소수의 사업자가 독점하게 될 가능성도 배제할 수 없다는 지적도 있어 전기요금의 무분별한 인상과 공급계약에 관련된 법적 문제점에 대해서도 논의되어야 할 것이다. 또한 소규모 태양광발전소 운영자와의 신축주택에 따른 일조방해로 발전량 손실과 관련해 손해배상결정도 있어 향후 소규모 신재생에너지 생산자가 증가할 경우 이에 따른 분쟁도 증가될 우려가 있어 기본적인 가이드라인이 제시되어야 할 것으로 보인다. 본 논문에서는 우리보다 앞서 소매전력시장을 전면 개방한 일본의 전력시스템 개혁의 개요 및 계약유형 등을 살펴본 후 신재생에너지를 비롯한 소규모 전기사업자를 일반인이 선택해 공급계약을 체결과 관련된 법적과제를 검토한다. At the New Year meeting with top officials, the Ministry of Trade, Industry and Energy announced to relieve the regulations that control the entry to electricity market in order to foster new energy industries as one of measures for ‘creating new engines for economic growth.’ Retail electricity market becomes partly open, and consumers can also sell electricity to other consumers within a certain area. The Electric Power Exchange Guidelines and the Electric Utility Act will be revised, which will allow electric vehicle chargers and energy storage systems to resell electricity to the power market. To implement the deregulation of the electricity market, the Guideline for Exchange of the Small-scale New and Renewable Power was recently revised on February 29. Even with the exchange of a small amount of electricity, several processes such as the membership application to Korea Power Exchange and the contract with the Korea Power Electric Corporate (KEPCO) are required. The deregulation aims at fostering the relevant industries by reducing the increased costs for industries to comply with requirements. The generation sector detached from the vertically-integrated monopoly KEPCO due to the electric sector reform in 2001, and the KEPCO has been in charge of transmission, distribution and sales of electricity. Generation and investment in power plants are determined through competition among six KEPCO subsidiaries and privatized generation companies including energy subsidiaries of conglomerates (SK, GS, Posco, etc.) and small and medium-scale energy companies. Based on these circumstances, as this deregulation allows the participation of other entities to the electricity market, the changes in electric service industries and the accelerated emergence of new technologies and new industries are expected. Also, as electricity consumers’ options diversify, the existing patterns of electricity consumption are likely to change. The creation of new businesses can be expected through competition of the provided services. However, the legal issues related to electricity supply contract and a thoughtless rise in electric rates need to be discussed since it is warned that few operators with enough funds could monopolize small-scale distributed power within a certain area. Recently, compensation for the decreased electricity generation from small-scale solar panels due to a new building was determined. Therefore, the relevant guidelines need to be established to appropriately respond to these disputes. This study aims at suggesting legal recommendations for the retail electricity market opening, by examining the relevant judicial affairs in Japan where the retail electricity market has completely opened on April 1, 2016, and electricity consumers can choose and make a supply contract with an electric utility. A person or a prosumer can make a contract with electricity utilities to sell the generated electricity. Like the precedents observed in Japan, people are likely rather consign the trade to the commissioned traders. We also need to include the commissioned traders into ‘electricity sellers’ of our laws and respond to these changes by revising the relevant laws and guidelines. Prosumers’ contributions to the environment will be expanded according to increased exchanges of small-scale new and renewable power. However, as mentioned earlier, the relevant guidelines are required, focusing on legal systems and protection of electricity consumers to foster the compliance capacity for the stable power supply and stimulate prosumers.

에너지 프로슈머 제도를 고려한 태양광 주택의 전력거래 유형별 수익성 비교에 관한 연구

이효석,이태규,정승원,김정욱 한국신·재생에너지학회 2019 신재생에너지 Vol.15 No.4

In line with the government’s policy to expand renewable energy and vitalize the energy new business, the importance of expanding the private sector’s supply of solar energy for housing is also growing. This paper provides basic data in terms of securing economic benefits to lead to the activation of the policy in designing all the rules of the energy prosumer policy. First, the standard housing model was selected and the energy simulation tool was used to derive the annual energy demand and the generation of 5 kW solar power. The economy was then analyzed according to the type of energy prosumer transaction. Three types of models were derived: current energy offset transaction model, optimal selling model through the transaction platform, and best-selling model of surplus power. Among these, the return on the best-selling model of surplus power was found to be the most advantageous. The types of transactions presented in this study will be flexible as the energy market changes in the future, but will be useful in an advance study in designing the rules for rapid institutionalization of energy prosumers.

블록체인을 연계한 ESS 공정거래 시스템 개발

김건일(Gun-Il Kim),정양권(Yang-Kwon Jeong),김용식(Young-Sik Kim),김진석(Jin-Suk Kim) 한국전자통신학회 2023 한국전자통신학회 논문지 Vol.18 No.1

본 연구는 에너지 프로슈머를 위한 블록체인과 연계한 ESS 전력거래 시스템 개발하고자 한다. 신재생에너지 ESS 전력량 및 수요정보를 블록체인 DB에 정보를 공개할 목적으로 스마트계약 시스템을 구축하고 에너지 프로슈머와 컴슈머의 블록체인 DB 데이터를 활용하여 전력거래시장의 유연한 확대를 위한 현실적인 솔루션을 제공할 수 있도록 하였다. 따라서, 블록체인과 연계한 ESS 전력거래 시스템을 개발하는데 주요 내용으로 ESS 관리를 위한 클라우드 기반 WEB 구축, 블록제인 활성화를 위한 코인 발행 및 거래소 등록, 블록체인 기술을 반영하기 위한 전자지갑 생성, ESS 기반 생산 수요 데이터 수집 및 공급과 관련한 블록체인 데이터베이스 구축, 블록체인 기반 플랫폼 선정 및 기반 구축, 스마트 컨트랙트 제작 등을 구현하였다. This research tried to develop an ESS electricity trading system linked with blockchain for energy participation consumers. For the purpose of publishing renewable energy ESS power amount and demand information, we will build a smart contract system on the blockchain DB, utilize the blockchain DB data of energy prosumers and consumers, and expand the power trading market flexibly. to provide realistic solutions. Therefore, the main contents of the development of the ESS power trading system linked to the blockchain are cloud-based web construction for ESS management, coin issuance and exchange registration for activating the blockchain, and to reflect the blockchain technology, building a blockchain database for collecting and supplying ESS-based production demand data, selecting a blockchain-based platform and building a foundation, and creating a smart contract, etc.

직팽식 태양열 히트펌프 시스템을 활용한 소규모 분산형 열에너지 프로슈머의 적용 가능성 분석

김민휘(Minhwi Kim),김득원(Deukwon Kim),이동원(Dongwon Lee),허재혁(Jaehyeok Heo) 한국태양에너지학회 2020 한국태양에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.10