구역전기사업 전력계통의 공급신뢰도 산정을 위한 연구

Abstract

최근 분산형 전원의 보급 확대, 열(냉난방)·전기 통합에너지 수요 증대 와 에너지 효율성 제고, 환경개선 효과 증진 등이 에너지산업에 요구되 는 가운데 국내에서는 2003년 12월 30일 구역전기사업이 도입되었다[3]. 구역전기사업의 주된 목적은 아파트 단지나 호텔, 병원 등 집중적으로 전력수요가 발생하는 수요지 인근에 고효율․소형의 열병합발전기로 전 기를 생산해 그 공급 구역의 전기사용자에게 직접 공급하는 것이다[9]. 구역전기사업의 가장 핵심적인 허가기준은 해당 공급 구역 내 최대 전 력수요의 60% 이상의 공급설비의무기준이다[1]. 이에 과부족 전력 발생 으로 외부 전력계통과의 연계접속설비구축은 필수이다. 구역전기사업은 비용절감과 이익을 위해 자체 전력생산보다는 외부 전력계통으로부터 전 기를 공급받아 해당 구역 내에 전기를 공급하는 정도가 크다[10]. 또한 구역 내 설비고장, 정비를 위한 공급설비 정지 등 비상시에는 외부 전력 계통에 전적으로 의존해야하기 때문에 구내 발전설비뿐만 아니라 연계접 속설비를 포함해 계통의 공급신뢰도를 평가하는 것은 매우 중요하다. 그러던 중, 2017년 구역전기사업장 내 전력설비 고장으로 인한 9시간 동안 정전 및 열공급 중단은 구역전기사업의 구조적․제도적 문제점으로 인한 잠재적인 공급신뢰도 맹점이 부각되었다. 이에 정부는 구역전기사 업의 공급신뢰도를 개선하고자 2017년 7월 전력계통 신뢰도 및 전기 품 질 유지기준 개정안을 행정 예고했다. 그 중 주요 공급설비 신뢰도에 관 해서는 구역전기사업 실 계통에서 N-1, N-2 등의 임의의 선정된 상정사 고를 해석하는 안전도(Security)확보에 초점을 맞춘 결정론적 방법론에 기반 한다. 반면 확률론적 방법은 예상치 못한 모든 설비의 고장 발생가 능성으로 인한 공급능력과 전력수요변동 등의 불확실성을 고려할 수 있 기 때문에 고장에 따른 계통의 안전도뿐만 아니라 장기간의 통계적 관점 에서 신뢰도 분석에 따른 합리적인 설비투자계획을 가능케 할 수 있다. 이에 본 연구에서는 연계계통의 등가보조발전기모델을 기반으로 발전설 비와 연계접속설비를 포함한 설비고장확률과 수요부하변동 등을 고려한 확률론적 공급신뢰도 평가방법을 구역전기사업 모의계통에 적용하여 사 례연구를 수행하였다. 구역전기사업 전력계통은 배전계통을 포함한 발전 계통이기 때문에 신뢰도 지수 LOLE(Loss of Load Expectation)를 활용 하였다. 현 국내 전력수급기본계획 중 전력설비의 건설계획단계에서 사 용하는 LOLE(0.3 days/year)와 동일한 수준으로 공급신뢰도를 비교분석 하였다[2]. 구역전기사업 주 고객대상은 아파트 단지나 상가, 빌딩 등이 기 때문에 신뢰도 분석을 위한 구역전기사업 내 연간 일최대 전력수요는 이와 부하종류가 유사한 수도권 배전계통 데이터를 반영하였다. 구역전 기사업의 초기 설비 투자비용 부담완화를 위한 공급설비의무기준과 연계 접속설비의 관계를 공급신뢰도 측면에서 분석하였고 대책방안을 제시하 고자 한다. 구역전기사업자는 자체 전기사용자를 보호할 의무가 있고 분산형 전원 으로써의 본래 역할을 위해 적절한 공급신뢰도를 기반으로 설비계획과 설비운용상의 추가방안을 합리적으로 결정할 수 있을 것이라 기대한다.

In response to the changes in environments of electricity power industry, the interests of Distributed Generation(DG) have increased. In South Korea, Community Energy System(CES), established in 2003, is considered to be one of the solutions to DG network systems. CESs operators are responsible for the reliable and safe energy supply to their own customers under both normal and emergency conditions. This paper proposes a probability method to evaluate the reliability for CESs by using a system reliability index, loss of load expectation(LOLE). As CESs include interconnection of external power system due to the supply facility mandatory standard, the proposed method considers the forced outage rate of the interconnected lines as well as generators. Also the current policy and status of CESs were investigated in aspect of a reliable energy supply. The analysis shows that the proposed method is effective in evaluating the adequacy of CESs, and the system operators can utilize the method for constituting their systems in compliance with the reliability standard.