해외 변동적 재생에너지 출력제한 방식

두 번째는 풍력단지의 SCADA를 이용한 풍력단지의 출력제한 방식 이다. 다수 대의 풍력발전기가 있는 풍력단지에는 SCADA가 설치되어 있는데, 통상 SCADA를 통해 풍력발전기의 기동, 정지와 함께 풍력발 전기 출력의 지령값도 풍력발전기에 전달한다. 또한, 풍력단지의 연계 점에서의 유효전력의 값을 측정하고, 풍력단지의 출력이 지령값에 도 달하는지를 제어한다([그림 2-11] 참조).

<표 2-3>에서는 북미의 출력제한 방식에 대해 기술하고 있다.

HECO에서는 Must-Run 발전기의 최소출력 지시 후에 신규 재생에너

지부터 출력제한하는 방식을 채택한다. CAISO와 MISO는 혼잡 문제 의 원인이 되는 발전기부터 출력제한을 수행하는 방식을 채택한다.

NYISO는 경제적 순서에 따라 출력제한을 시행하는 시장적인 방법을 채택하고 있다(NREL, 2010).

<표 2-4>에서는 유럽 국가 중에서 스페인과 아일랜드의 재생에너지 출력제한 방식에 대해 기술하고 있다. 스페인의 경우, 전일 시장에서 출력제한량을 예측하고 당일 시장에서 실시간으로 출력을 제한한다.

출력제한 제어는 Generation Control Center(GCC)로부터 지시를 받고,

10MW 이상 대형 풍력발전기들이 출력제한에 참여한다. 아일랜드의

경우에는 Eirgrid Control Center(ECC)로부터 출력제한 신호를 받고, 10초 이내에 출력제어 지시를 이행해야 한다(NREL, 2010).

구분 재생에너지 출력제한 방식

Spain

 10MW 이상 풍력 발전기들은 모두 Generation Control Center(GCC)로부터 통제됨

 전일 시장에서 예정된 출력제한 및 당일 시장에서 실시간 출 력제한 수행

Eirgrid (아일랜드)

 석탄 발전기, 복합 발전기, 수력 발전기 다음으로 풍력 발전기 출력제한 수행

 출력제한 대상 풍력발전기는 Eirgrid control center에 의해 제어 되며 출력제한 신호에 10초 이내 반응해야 함

<표 2-4> 유럽지역 재생에너지 출력제한 방식

출처: NREL(2010, p.7)을 참조하여 재구성

국내의 경우에는 아직까지 재생에너지에 대한 출력제한량 분배 방법 에 대한 규정이 부재하다. 현재로서는 재생에너지로 인한 출력제한이 거의 없는 상황이나, 향후 재생에너지의 증가로 인하여 출력제한의 빈 도가 증가하여, 이로 인한 문제가 발생할 수 있을 것으로 예상됨에 따 라 이에 대한 규정 신설이 필요하다. 재생에너지 출력제한 분배 방법 에 따라서, 이해당사자들의 이득이 크게 달라질 수 있기에 이는 신중 하게 선택해야 한다. <표 2-5>에서 제시된 해외의 재생에너지 분배 방 법을 참고할 필요가 있다.

출력제한 원인

출력제한

방법 내용 해당 기관

송전선로 혼잡 (Local)

-  혼잡 해결에 효과적인 지역 혹은 발전기들을 우선적으로 출력제한

CASIO, MISO, SPP, ISO-NE

수급 불균형 (Global)

LIFO (Last In First Out)

 발전기의 역순으로 출력제한 UK, HECO

Pro Rata  진입순서, 설비용량에 상관없이

균등하게 출력제한 ISO-NE

Rota

 사전에 정해진 순서대로 순환하여 출력제한. 계통 운영자의 재량으 로 매 일/주/월 마다 바뀔 수 있음

PSCO, NSP, SPS

<표 2-5> 국외에서 적용 중인 재생에너지 출력제한량 분배 방법

출처: NREL(2014a, pp.37,39,40,42,47,50) 및 Kane and Ault(2014, p.69)를 참조하여 재구성

재생에너지 출력제한량을 분배하기 위해 각 기관 및 국가는 전력계 통 및 전력시장의 상황에 따라 서로 다른 재생에너지 출력제한 분배 방법을 채택하고 있다. 출력제한량 분배방법은 크게 비시장적인 방법 과 시장적인 방법으로 나뉜다. 재생에너지 관련 시장이 없는 국내의 경우 단기적으로는 비시장적인 방법을 채택하는 것이 효과적일 것으로 생각되며, 장기적으로는 재생에너지가 시장에 입찰하여 중앙급전으로 출력을 제한하는 시장적인 방법으로 나아가는 것이 효과적일 것으로 보인다.

<표 2-5>에 나온 방법 외에도, 비시장적인 출력제한 분배 방법을 1)

LIFO, 2) Pro rata, 3) Rota, 4) Technical best, 5) Greatest carbon benefit, 6) Most convenient, 7) Generator size 등으로 분류할 수 있다.

이 중 대표적으로 사용하는 방법은 LIFO(Last In First Out), Pro rata, Rota 방식이며, 수행하는 방식은 다음과 같다(Kane and Ault, 2014).

 LIFO(Last In First Out) 방식: 발전기 진입의 역순으로 출력제한

을 수행하는 방식이다.

 Pro rata 방식: 발전기를 균등한 용량으로 출력제한하는 방식이다.

 Rota 방식: 사전에 정해진 순서로 순환해가면서 출력제한하는 방

식이다.

[그림 2-12]는 출력제한을 시행하지 않을 때 발전기별 발전량을 보 여준다. 이는 출력제한량 분배방안에 대한 예시를 보여주기 위한 것으 로서, 각 발전기들의 특징은 아래 기술된 바와 같다.

- 신재생 발전기: A, B, C (총 3대) - 발전기 설비용량: 15MW로 모두 동일 - 출력제한 전 전체 발전량: 33MWh - 출력제한 전 A 발전기 발전량: 9MWh - 출력제한 전 B 발전기 발전량: 12MWh - 출력제한 전 C 발전기 발전량: 12MWh

[그림 2-12] 출력제한 전 발전기별 발전량

출처: Anaya and Pollitt(2012, p.9)를 참조하여 저자 재구성

 LIFO(Last In First Out) 방법

[그림 2-13] LIFO 방법 예시

출처: Anaya and Pollitt(2012, p.9)를 참조하여 저자 재구성

- 진입 순서: A → B → C - 감발 순서: C → B → A - 총 감발 필요량: 15MWh - A 감발량: 0MWh - B 감발량: 3MWh - C 감발량: 12MWh

[그림 2-13]은 LIFO 방법에 따른 출력제한 결과를 나타낸다. 발전기

의 진입순서를 보면, A가 가장 빠르고, C가 가장 늦게 진입했다. 이 때문에, C부터 감발을 수행한다. C의 발전량인 12MWh를 모두 감발 하고 나면, 다음 감발 순서인 B가 나머지 감발을 수행하게 된다. 이와 같이 계통 내 필요 감발량을 각 재생발전기에 분배한다.

 Pro rata 방법

[그림 2-14] Pro rata 방법 예시

출처: Anaya and Pollitt(2012, p.9)를 참조하여 저자 재구성

- 감발 순서: 진입 순서 상관없이 균등 감발 - 총 감발 필요량: 15MWh

- A 감발량: 5MWh - B 감발량: 5MWh - C 감발량: 5MWh

[그림 2-14]는 Pro rata 방법에 따른 출력제한 결과를 나타낸다. Pro

rata 방식은 진입 순서와 상관없이 균등한 양을 출력제한 한다. 총 감

발이 필요한 용량이 15MWh라고 가정 시 A,B,C 각각의 발전기가 균 등한 양만큼 감발을 수행하게 된다. 이 방식에서는 혼잡 등 제약에 걸 린 모든 발전기들이 동일한 양의 감발을 수행하게 된다.

 Rota 방법

[그림 2-15] Rota 방법 예시

출처: Anaya and Pollitt(2012, p.9)를 참조하여 저자 재구성

- 감발 순서: B → A → C → B - 총 감발 필요량: 15MWh - A 감발량: 3MWh - B 감발량: 12MWh - C 감발량: 0MWh

[그림 2-15]에 나타내듯이, Rota 방법은 사전에 정해진 순서로 순환 출력

제한 하는 방법이다. 먼저 출력제한의 우선순위가 높은 발전기의 출력제한 가능용량을 모두 소진하게 되면 다음 순서의 발전기의 출력제한이 수행된

다. Rota 방법은 사전에 출력제한을 수행할 순서를 정해놓기 때문에 계통

운영자가 적용하기 쉽다는 특징을 가지고 있다(Kane and Ault, 2014).

 시장기반 출력제한 방법

[그림 2-16] 시장기반 출력제한 방법 예시

출처: Karim L. Anaya et al.(2012, p.9)를 참조하여 예시 재구성

- 감발비용 순: A < B < C (A가 가장 적음) - 총 감발 필요량: 15MWh

- A 감발량: 9MWh - B 감발량: 6MWh - C 감발량: 0MWh

[그림 2-16]은 시장기반의 출력제한 방식을 나타낸다. 동 방식에 따

르면 경제성을 근거로 발전기별 감발비용 입찰을 수행하고, 낙찰된 비 용에 의해 감발을 수행한다. 최저비용으로 감발이 가능한 발전기부터 감발을 수행한다.

비시장적인 출력제한 방식을 적용할 경우에는 각 방식의 특징을 살 펴 국내 상황에 적절한 방식을 채택해야한다. LIFO 방법의 경우에는

계통에 늦게 진입한 발전기부터 출력제한을 수행하기 때문에 기존 발 전사업자의 권리를 보호할 수 있으나, 계통 문제에 직접적인 원인이 되는 발전기를 출력제한하는 것이 아니라 진입순서에만 의존하기 때문 에 효과적인 출력제한을 수행하지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 신규 발전사업자의 계통 진입 의지를 저해할 수 있다(Kane and Ault, 2014).

총 출력제한 용량을 발전기마다 고르게 분배하는 방법인 Pro rata 는 계통 내에 재생발전기가 많아질수록 총 출력제한용량을 계산하는 것이 어려워지지만, 이는 각 발전기의 최대 출력가능용량(Max Cap)을 미리 설정해놓음으로써 어느 정도 해결할 수 있다. 그러나 이는 재생발전기 의 이용률에 직접적인 영향을 미칠 수 있다(Kane and Ault, 2014).

사전에 정해진 순서대로 순환감발을 수행하게 되며, 계통 운영자의 지시에 따라 일/주/월별로 변경될 수 있는 Rota 방법은 계통 내에 재생 발전기가 많아질수록 출력제한량은 많아지게 되고 자주 출력제한을 수 행해야할 수 있다. 이는 각 발전기의 연간 이용률의 불확실성이 커질 수 있다는 단점이 있으나 계통운영자가 미리 발전기마다 최소한의 보 장된 출력용량(Min Cap)을 설정하여 어느 정도 해결할 수 있다(Kane and Ault, 2014).

국내의 경우에는 아직까지 재생에너지 관련 시장이 없기 때문에, 단 기적으로는 비시장적인 방법으로 출력제한을 시행하고, 중장기적으로 는 시장적인 방법으로 단계적인 개선을 통하여 출력제한을 시행하는 것이 바람직할 것으로 안다.