미래 전력망의 핵심 과제 중 하나는 열병합전력 (CHP), 태양 광 발전 시스템, 풍력 발전용 터빈 등의 분산 에너지 자원 (DERs)을 다루는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해, 새로운 개념들이 현재 발전되고 있다. 그러나 시장은 아직 초기 단계이며, 아직 일반적으로 받아들여지는 용어가 없다. “마이크로 그리드”, “가상 발전소” (VPP), “임베디드 발전”과 “스마트 유통 네트워크는”와 같은 용어는 모두 유사한 개념을 설명한다. 이러한 개념들의 공통점은 전부 에너지 자원과 부하, 이 두 가지의 아이디어를 모두 포함하고 있다는 것이다. 대부분의 VPP 개념은 “발전소”라는 용어가 일반적으로 에너지원에만 관련되어 있음에도 불구하고, 부하 관리의 개념을 포함한다.

미국의 에너지 마이크로그리드 교환 집단 부서는 마이크로그리드를 “그리드에 대해 하나의 통제 가능한 독립체의 역할을 하는 명확하게 정의된 전기적 경계 내에서 상호 연결된 부하와 분산된 에너지 자원의 집단”이라고 정의한다. 마이크로그리드는 그리드 연계 및 섬 모드 둘 다에서 그리드가 작동할 수 있도록 그리드를 연결할 수도, 연결을 끊을 수도 있다. [US1]

                           Smart grids and microgrids: Overview
                           

버클리 연구소의 마이크로그리드 그룹은 마이크로그리드 [LBL1]의 세 가지 주요 특징을 묘사한다 [LBL1]:

• 전체 시스템의 에너지 요건 설계: 마이크로그리드는 최종 사용자의 전체 에너지 시스템을 최적화한다. 예를 들어, 열병합발전 (CHP) 시스템은 전기의 국부적 열 발생에 의한 열 낭비를 제한하기 위해 사용될 수 있다.

• 최종 사용자에게 상이한 수준의 전력 품질 및 신뢰도 (PQR) 제공: 마이크로그리드가 임계 하중 (조명 등)에서 높은 품질의 전력을 제공하는 반면, 낮은 임계 하중 (냉동 또는 환기 등)은 효용에 따라 낮은 전력 품질 및 신뢰도를 제공한다.

• 하나의 통제 가능한 독립체로서의 마이크로그리드에 대한 제시: 마이크로그리드는 혼잡을 줄이도록 도우며 새로운 세대의 요구를 보충하고 지역 전압 지원을 제공하며 부하 수준의 급격한 변화에 반응하는 “모범 시민”의 역할을 하는 하나의 통제된 시스템으로서, 스스로를 그리드 주변에 분포하게 한다.

마이크로그리드의 이러한 모든 특징은 마이크로그리드에 독립적인 지역적 통제 기능의 존재를 전적으로 가정한다. 널리 정립된 용어가 없기 때문에 (부하 관리의 측면을 명확하게 포함하기 위해서), 우리는 앞으로 “가상 발전소/마이크로그리드 관리 시스템” (VPP / MMS)이라는 용어를 사용할 것이다. 이는 마이크로그리드가 계층적일 수 있으며 하나의 VPP가 여러 마이크로그리드를 관리 할 수 있다고 가정한다.

가상 발전소/마이크로그리드 관리 시스템 (VPP/MMS)의 주요 기능은 상이한, 이질적인 에너지 자원 및 부하의 통합과 데이터 자산 관리, 에너지 관리와 외부 파트너들과의 통합을 포함한다. 한번 더 참고로 우리의 자산 통합 아키텍쳐 (AIA)를 사용한 다음 도표는 전형적인 VPP/MMS의 개요를 제공한다.

Overview: Virtual power plant/microgrid management system (VPP/MMS)

상이한 에너지 자원 및 부하의 통합은 일부 게이트웨이 및 에이전트의 자산에의 직접 설치를 통해 또는 자산이 이미 원격 통합 능력을 제공할 경우 후미의 연결 장치를 통해 일어날 수 있다. VPP/MMS의 후미는 전형적으로 다양한 통합 자산의 배치와 관리를 가능하게 하는 어떤 종류의 자산 관리 기능을 제공한다. 사건, 결함, 시계열 데이터 같은 통합 정보 및 자산 기록과 같은 자산 관련 정보는 중심적으로 관리된다.

이러한 자산 데이터를 만들어 나가면서 VPP/MMS는 상이한 자산과 그들의 에너지 공급과 소비 수준을 관리하는 데 필요로 하는 논리를 이행한다. 이는 모델링, 예측, 일정 관리 및 실시간 최적화를 포함한다. 대부분의 마이크로그리드는 완전히 자율적으로 기능할 수 없으므로, VPP/MMS는 또한 기상 예보 데이터 및 시장 가격 등의 정보를 수신하는 외부 시스템과 통합되어야 한다. 뿐만 아니라 VPP/MMS는 많은 경우에 에너지 거래, 청구 및 TSOs/DSO(전송 및 분배 시스템 운영자)와 관련된 다른 프로세스와 같은 외부 프로세스에 통합될 것이다.

보랄베르그 라인 밸리(라이엔탈)은 대략 24만명의 인구가 사는 오스트리아에서 인구밀도가 높은 대도시이다. 스마트 시티 라이엔탈 프로젝트는 보랄베르그 연방주와 가장 큰 지역 전력 회사인 illwerke vkw에 의해 시작되었다. 목표는 지역이 가능한 한 2050년까지 에너지 자급자족이 가능하도록 지역 재생 에너지(수력 같은)를 개선하는 것이다[SCR14]. 이 시도의 한 중요한 부 프로젝트는 다양한 에너지원과 에너지 부하의 균형을 잡는 것을 돕기 위해 가상 발전소를 건설하는 것이다. 현재의 초점은 확장성보다는 기능적인 통합에 더 중점을 두고 있다:

• 광전지 시스템 (PV)

• 열 펌프와 기억장치가 달린 전기 보일러를 포함하는 소비자 기기,

• 충전 인프라와 자동차 공유 회사가 제공하는 전기 차량을 포함하는 전기자동차 인프라

• 배터리 저장 시스템

광전지 에너지 예측

현재 프로젝트는 한 지구에서 VPP로 PV 시설을 통합하고 있으며 다른 것들도 곧 따를 것이다. 집계된 데이터는 PV 전력 생산의 하루전 예측을 계산하는 데 사용된다. VPP는 시설의 질제 전력 생산량을 15분마다 감시한다. 이는 예측의 정확성을 향상시키는데 도움이 된다. 아래의 도표는 PV 시설의 한 시기 며칠 동안의 예상(적) 및 실제(청) 전력 생산량을 보여준다.

VPP dashboard: Forecast versus actual energy

소비자 기기: 부하 관리

이 프로젝트는 능동 부하 관리를 지원하는 많은 신축성 있는 소비자 기기를 선택해 왔다. 이 기기들은 덜 중요하며 더 낮은 전력의 질과 신뢰성(PQR-위의 논의를 보라)을 지원한다. 더욱이, 그들은 능동 부하 관리 시나리오에 통합시키기 위한 전제조건인 외부 조작 인터페이스 또한 지원한다.

더 신축성 있는 소비자 기기들을 사용하기 위한 이 기본 발상은 정점 에너지 상황을 이용하고 공급이 적을 때에는 전원차단을 이용하는 것이다. 이를 지원하기 위해, VPP는 다음 24시간동안의 생산 예측을 이용해 가동 일정을 만들어낸다. VPP는 기술적 통합, 외부 데이터(예를 들면, 빈에서의 EXAA 전기교환), 한계값의 정의와 충족, 그리고 소비자의 우위를 조직한다.

전기자동차 인프라

스마트 그리드를 위해, 전기자동차 인프라와의 통합은 두 가지 이유에서 흥미롭다:

• 전력 소비자로서의 전기차량(EVs): 충전 과정 동안, EVs는 전력 소비자의 역할을 한다(그리드의 관점에서는).

• 전력 저장 장치로서의 EVs: EVs의 배터리는 이들 장치가 오직 EV가 충전소에 연결되어 있는 동안만이라는 한계가 있는 전력 저장 장치로 사용될 수 있다.

스마트 시티 라이엔탈의 최초의 초점은 EVs를 전력 소비자로 통합시키는 것이었다. 이를 지원하기 위해, 프로젝트는 자동차 공유 제공자들이 운영하던 여러 충전소를 VPP에 틍합시켰다. 가능한 충전 일정을 만들어내기 위해, VPP는 지역 전력 생산 예측, 차량 보호 데이터, EV 전력 요구량, 충전 상태(SOC) 데이터, 충전소의 부하 개요를 포함하는 다양한 입력을 고려해야 한다. 아래의 도표는 여러 EV의 요소와 어떻게 그들이 마이크로그리드의 흐름에서 각각 통합되는가에 대한 개관을 제공한다.

                     e-mobility load management system
                     

학습된 교훈들

보쉬 소프트웨어 이노베이션의 Michael Schlauch는 스마트 시티 라이인텔 프로젝트를 지원하는 보쉬의 프로젝트 매니저이다. 그의 그 프로젝트에 관한 주요 생각은 이러하다:

“우리는 여전히 예측 과정에서 개선될 여지가 큼을 봅니다. 그것은 소비자들이 집에서 소비하는 것에 관한 예측과 마찬가지로 PV 시설의 생산 예측에도 적용됩니다. 자, 투자된 프로젝트의 끝을 넘어서기 위해서는 더 긴 시간 프레임이 필요합니다. 그게 특정 단위세대의 습관적이고 개인화된 소비상태를 추론하는 유일한 방법입니다, 예를 들면, 우리의 보랄베르그 응용과학 대학과 특화된 IT 회사들과의 협력 덕분에, 넓은 법위의 지역적 구조적 수치들로 이 종류의 예측을 얻는 데 우리는 순조롭습니다.” “식기세척기 같은 소비자 기기들은 수요측 관리의 합리적인 진전을 만들기에는 너무 작습니다. VPP에 통합된 기기들은 더 유연해져야 합니다. 이는 열 펌프에나 전기 보일러에나 유효합니다. 그리고 물론, 이는 우리가 매우 다양한 단계의 유연성을 지닌 시설을 제공하는데에도 도움이 됩니다.”