Tertiary와 Secondary reserve간 상호관계를 고려한 예비력 운영 방법 연구

Abstract

전력 산업은 과거 정부 규제를 받는 수직 통합 규제 형태로 운영이 되었다. 하지만 많은 국가들은 구조 개편을 통한 계통 운영자, 발전 사업자, 판매 사업자로 전력 산업 체계를 분리하였고, 전력 산업 구성원들이 자유로운 경쟁을 통해 각자의 이익을 추구하는 경쟁을 도입하였다. 예비력 운영도 전력 산업 구조 개편에 따라 전력 시장을 통한 상품으로 거래가 되기 시작하면서 경제성을 반영한 예비력 운영에 많은 관심을 가지게 되었다. 예비력은 전력계통의 안정적인 운영을 위해 필수적인 요소이다. 수요 변동성에 의한 수요 imbalance 발생에 대비해서 SO는 적정량의 예비력 용량 확보와 운영이 필요하다. 현재 예비력 용량 결정 방법은 결정론적 방법과 확률론적 방법을 사용한다. 하지만 기존 용량 결정 방법은 실시간으로 변화하는 수요 imbalance를 반영하지 못하고 안정적인 계통 운영을 위해 과도한 예비력 용량을 확보할 가능성이 있다. 예비력 운영 관점에서 예비력은 각 국가별로 분류하는 기준이 각 국가의 계통 특성에 따라 다르지만 수급균형을 목적으로 수행되는 예비력 기능은 유사하다. 현재 예비력 운영은 각 예비력 자원별로 구분되어 그 역할이 존재하며, 예비력 운영 기준에 따라 각 예비력 자원의 출력량이 결정된다. 하지만 기존의 예비력 용량 결정 방법과 운영 방법은 이상 기온과 대규모 신재생 에너지원이 계통이 연계되는 미래 전력계통 환경에서 안정적인 운영을 보장할 수 없다. 대표적인 사례가 한국에서 발생한 9.15 정전사태이다. 9.15 정전사태는 이상 기온으로 수요 변동성이 증가하여 공급할 수 있는 예비력 자원이 부족하여 발생하였다. 당시 사고가 발생하지 않았다는 점에서 현재 예비력 운영 기준 상 사고 발생을 대비하여 확보된 예비력 자원인 tertiary reserve를 기동하는데 어려움이 있었으며 결국 SO는 계통 보호를 위해 순환정전을 수행하였다. 따라서 예비력 간 기능적으로 분류되는 기준을 완화하여 실시간 수요 imbalance에 대처할 수 있는 예비력 운영 방법이 필요하다. 즉, tertiary reserve를 사고기준으로 운영하는 것보다 비사고시의 수요 imbalance에 대처하는 secondary reserve 기능으로 활용 폭을 넓힘으로써 보다 안정적인 계통운영을 할 수 있다. 예비력 운영에서 tertiary reserve 활용 범위를 확대하면 실시간 수요 imbalance를 반영한 적정 예비력 용량을 결정할 수 있다. Tertiary reserve 투입량에 증가하면 secondary reserve 여유용량이 또한 증가하게 된다. 따라서 실시간 수요 imbalance를 반영한 secondary reserve 필요용량을 결정하여 과도한 secondary reserve 용량 확보를 억제할 수 있고 경제성 있는 예비력 운영을 수행할 수 있다. 본 연구에서는 예비력을 UCTE 기준인 primary, secondary, tertiary reserve로 분류를 하였고, 안정적이고 경제성 있는 계통 운영을 위해서 secondary와 tertiary reserve 간의 기능적, 경제적 상호관계를 고려한 예비력 운영을 방법을 제안하였다. 1장에서는 본 연구의 연구목표와 필요성에 대해서 설명하였고, 2장에서는 이론적 배경에 대해서 논의하였다. 3장에서는 예비력 운영 관련 선행연구에 대해서 설명하였고 4장에서는 분류된 예비력을 수학적으로 모델링하였다. 5장에서는 본 연구에서 최적해를 구하는 방법인 유전 알고리즘에 대해서 소개를 하였고, 알고리즘을 통해 얻은 결과를 6장의 사례연구에서 나타냈다. 사례연구에서는 먼저 실시간 모의를 위한 실시간 수요 imbalance 모델링과 두 예비력 간의 기능적 경제적 상호관계에 대해서 규명하였다. 그리고 가격신호를 반영하여 경제성 평가와 tertiary reserve 출력 속도에 따른 secondary reserve 용량 변화에 대해서 설명하였다. 마지막으로 7장의 결론으로 본 연구를 정리하였다.