Demand Shifting or Ancillary Service?: Optimal Allocation of Storage Resource to Maximize the Efficiency of Power Supply

Demand Shifting or Ancillary Service?: 효율적 재생발전 수용을 위한 에너지저장장치 최적 자원 분배 연구

Variable renewable energy (VRE) such as solar and wind power is the main sources of achieving carbon net zero, but it undermines the stability of power supply due to high variability and uncertainty. Energy storage system (ESS) can not only reduce the curtailment of VRE by load shifting but also contribute to stable power system operation by providing ancillary services. This study analyzes how the allocation of ESS resources between load shifting and ancillary service can contribute to maximizing the efficiency of power supply in a situation where the problems caused by VRE are becoming more and more serious. A stochastic power system optimization model that can realistically simulate the variability and uncertainty of VRE was applied. The analysis time point was set to 2023 and 2036, and the optimal resource allocation strategy and benefits of ESS by varying VRE penetration levels were analyzed. The analysis results can be largely summarized into the following three. First, ESS provides excellent functions for both load shifting and ancillary service, and it was confirmed that the higher the reserve price, the more limited the load shifting and focused on providing reserve. Second, the curtailment of VRE can be a effective substitute for the required reserve, and the higher the reserve price level, the higher the curtailment of VRE and the lower the required amount of reserve. Third, if a reasonable reserve offer price reflecting the opportunity cost is applied, ESS can secure economic feasibility in the near future, and the higher the proportion of VRE, the greater the economic feasibility of ESS. This study suggests that cost-effective low-carbon transition in the power system is possible when the price signal is correctly designed so that power supply resources can be efficiently utilized.

태양광과 풍력을 중심으로 한 변동성 재생발전(VRE)은 탄소중립 달성의 주요수단이지만 높은 변동성과 불확실성으로 인해 전력공급의 안정성을 훼손시킨다. 에너지저장장치(ESS)는 수요이전을 통해 재생발전의 출력제한을 경감시킬 뿐만아니라 보조서비스 제공을 통해 안정적인 전력시스템 운영에 기여할 수 있다. 본 연구는 VRE로 인한 문제점이 점점 본격화되는 상황에서 ESS자원을 수요이전 기능과 예비력 제공기능 간에 어떻게 분배하는 것이 전력공급 효율성 최대화에 기여할 수 있는지 분석한다. 분석모형으로 재생발전의 변동성과 불확실성을 현실적으로 모의할 수 있는 확률적 전력시스템 최적화 모형을 적용하였다. 분석시점은 2023년과 2036년으로 설정하여 재생발전 보급수준별 ESS 최적자원분배 전략과 편익을 분석하였다. 분석결과는 크게 다음의 3가지로 요약가능하다. 첫째, ESS는 수요이전과 예비력 제공 모두에 탁월한 기능을 제공하며, 예비력 가격이 높게 설정될수록 수요이전 기능은 제한하고 예비력 제공에 집중함을 확인할 수 있었다. 둘째, 재생발전 출력제한은 필요예비력에 대한 대체재 역할을 하며, 예비력 가격 수준이 높아질수록 출력제한은 증가하고 필요예비력은 감소하는 것이 비용 합리적이다. 셋째, 기회비용이 반영된 합리적인 예비력 가격이 적용될 경우 ESS는 가까운 미래에 경제성을 확보할 수 있으며, ESS의 경제성은 재생발전 비중이 높을수록 더 커짐을 확인할 수 있었다. 본 연구는 전력공급 자원이 효율적으로 분배될 수 있는 가격기능이 바로 설때 비용 효율적인 전력부문 저탄소 전환이 가능함을 시사한다.