Introduction to Microgrids, Local Energy Communities, and Local Energy Markets
기존의 전력 계통은 발전소에서 생산된 전기를 소비자에게 전달하는 단방향 구성이다. 하지만, 신재생에너지 발전원, 전기 자동차를 이용한 V2G 서비스와 같은 분산 전원의 도입되면서, 기존의 소비자 중에서 전기를 직접 생산하여 공급자 역할까지 하는 프로슈머의 개념이 등장하기 시작했다. 기존의 전력 계통에서 이 프로슈머들은 전기를 자급자족만 할 뿐, 전체 계통에 관여하여 전기를 공급하는 역할을 하진 않았다. 따라서 잉여 전력을 버리는 경우가 발생해 분산 전원으로부터 발생할 수 있는 전력 공급의 효율이 떨어졌다. 하지만 마이크로그리드는 분산 전원이 생상하는 전기 에너지를 활용하여 전체 전력 계통의 에너지를 극대화시키기 위한 기술로, 스마트 미터기를 기반으로 한 양방향 송배전을 바탕으로 다수의 프로슈머가 전력 생산의 역할을 하게 된다. 따라서 마이크로그리드는 신재생 발전원, 화력 발전기, ESS를 포함하는 분산 전원으로, 계통 연계 뿐만 아니라 독립 운전 시에도 부하에 수급을 맞춰야 한다.
1. Local Energy Community(LEC)란?
유럽 전력 계통에서는 마이크로그리드 활성화를 위한 움직임이 나타나고 있다. 이 포스팅에서 소개할 Local Energy Community(LEC)를 통해 분산전원과 주변 부하가 통합되어 운영된다. LEC는 계통에 연결되어 전력의 공급, 분배, 사용에 참여하는 합법적인 단위로, Local Community에 환경적, 경제적, 사회적 이점을 주는 목적으로 운영된다. LEC는 유연한 분산 전원, 혹은 부하를 가진 프로슈머, 혹은 소비자가 이루는 공동체를 의미하고, 배전 계통에 아랫단에서 운영되는 형태로 계통 내 상관 관계를 가지고 있다.
2. 유럽의 Local Energy Market
European Union(EU)에서는 현재 zonal pricing 방법에 따라 지역을 기준으로 전기 가격이 책정되고 있다. Zonal pricing은 전력 전송이 가상의 구리 판(cupper plate)에서 이루어지고 있다고 가정하는 방법이다. 따라서 지역 간의 전력 거래 및 전력 전송을 계획하는 데에 있어서 발생하는 선로 손실을 전혀 고려하지 않는다. 또한, 신재생 에너지원 출력, end-user에 의해 발생하는 변동성 역시 고려하지 않은 고정 요금이 적용되고 있는 상태이다.
EU의 배전 계통에서는 전력 수요와 공급의 변동성 및 피크 수요 증가가 특징적으로 발생하며, 선로제약의 부재로 인해 re-dispatch 비용이 증가하고 있다. 또한, 소규모의 프로슈머와 소비자가 계통 상황에 맞게 수요 혹은 공급을 맞춰 유연성을 제공할 수 있는 동기를 부여할 인센티브 정책이 부족한 상태로 평가되고 있다. 아래 그림은 각국의 에너지 관련 정책을 나타낸다.
Local Energy Market을 이용하면, end-user가 계통, 시장에 참여하여 유연성을 제공할 수 있고, 더불어 계통의 제약 사항도 고려해 계통 서비스 제공할 수 있는 장점이 있다. 그로 인해 최종적으로 계통의 congestion 관리 및 유지, 보수에 들어갈 비용이 감소하는 효과가 있다.
Local Energy Market은 위의 그림과 같이 공간적으로 제한된 지역에 end-user도 참여하는 전기 거래를 통해 유연성 제공을 가능하게 한다. 시장 참여자는 작은 규모에서는 아파트의 일반 가정부터, energy community나 microgrid와 같은 energy subsystem으로 구성된다. 이로 인해 Local level에서의 발전량과 수요의 균형을 맞춰 수요 피크 완화와 선로 손실 감소의 효과가 있다.
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A conventional power system is a one-way system delivering electrical power produced by power plants to consumers. However, with the introduction of distributed energy sources such as renewable energy sources and V2G services using electric vehicles, the concept of prosumer, which produces electricity directly from existing consumers, began to emerge. In conventional power systems, these prosumers were only self-sufficient in electricity, not involved in the entire system to provide electricity. Consequently, the use of surplus power has resulted in a less efficient power supply from distributed power sources. However, a microgrid is a technology to maximize the energy efficiency of the entire power system by utilizing the electrical energy generated by distributed sources, with many prosumers serving as power providers based on smart meters. Therefore, a microgrid is a small grid system that includes renewable power sources, thermal power generators, and ESSs, which supply electrical power to the load during independent operation as well as a grid-connected condition.
1. What is a Local Energy Community (LEC)?
In the European power system, there is a movement to activate the microgrid. Distributed power generators and the loads near them are integrated and operated through the Local Energy Community (LEC), which is introduced in this posting. LEC is a legal unit that is connected to the grid and participates in the generation, distribution, and use of electricity and operates for the purpose of giving the Local Community an environmental, economic, and social advantage. LEC refers to a community comprised of prosumers having flexible distributed sources or loads, and consumers, and has an intra-system correlation in the form of operating at the lower level of the distribution system.
2. Local Energy Market in Europe
In the European Union (EU), electricity is currently priced by region according to the zonal pricing method. Zonal pricing is a method assuming that electrical power moves on a virtual copper plate. Therefore, it does not take into account line losses in planning electricity trades and transmissions between regions at all. In addition, the variability generated by end-user and the renewable energy source output, is not being reflected, just applied with fixed rates.
In the EU distribution system, the increasing volatility of power demand and the increasing peak demand occur, and re-dispatch cost is increasing by the absence of line constraints. In addition, there needs incentive policies to motivate small prosumers and consumers to provide flexibility by change demand or supply according to grid situations. The figure below shows energy-related policies of each country.
Using the Local Energy Market, end-user can provide flexibility by participating in grid and electricty market, and also by considering the situations of the system. As a result, the cost of managing, maintaining and repairing the system is reduced.
Local Energy Market enables to provide flexibility through electricity trades involving end-users in spatially restricted regions, as shown above. On a small scale, market participants consist of energy subsystems, from general households in apartment to energy communities or microgrids. This has the effect of mitigating demand peaks and reducing line losses by balancing power generation at the local level.