본고에서는 Advanced Metering Infrastructure (AMI) 네트워크 기반의 자동 수요반응 기술에 대해 소개한다. 수요반응은 피크 수요 기간 동안 전력의 안정화에 큰 기여를 할 수 있으며, 수요반응의 범위와 효과가 증가함에 따라 일반 수용가의 참여가 매우 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 하지만, 다양한 지역에 위치한 수용가를 대상으로 수요반응 서비스를 제공하기 위해서는 유틸리티 또는 수요관리사업자와 고객 간의 수요반응 신호 교환과 정보 공유를 위한 통합 네트워크 구축이 필수적으로 필요하다. 또한, 이기종 시스템 간 상호운용성 보장을 위한 공통의 통신 제어 기술이 요구된다. 본고에서는 AMI 네트워크를 기반으로 IEC/PAS 규격인 Open Automated Demand Response version 2.0 (OpenADR2.0) 기술을 채택하여 수용가를 대상으로 한 자동화된 수요반응 서비스를 실현하고자 한다. AMI 디바이스를 수요반응 자원으로 활용하기 위하여 기존의 기능은 유지한 채로 OpenADR2.0 프로토콜을 탑재하여 수요반응 기능이 추가된 디바이스들을 개발하였으며, 프로토콜 적합성 테스트와 필드 테스트를 통하여 자동화된 수요 반응 서비스 및 부하 감축을 검증하였다. 개발 소프트웨어는 OpenADR Alliance로부터 국제공인인증을 획득함으로써 수요 반응 시스템의 레퍼런스 통신 기술로 적용이 가능하다.
대부분의 수요반응 시스템은 전력 소비가 큰 소비자들을 중심으로 운영되고 있으며, 홈 수용가를 위한 수요반응 서비스의 비중은 상대적으로 작다. 본 논문에서는 스마트 홈을 대상으로 자동 수요반응 시스템을 설계하고, 이에 사용되는 표준 프로토콜을 분석한다. 또한, 응용 프로토콜의 직접적인 구현을 통하여 실제 수요반응 서비스의 동작에 대해서 기술하고, 수요반응 시스템에 적용을 위한 이슈 사항에 대해서도 고찰한다.
현재의 센서네트워크 환경은 자원사용의 효율화를 위한 제어시스템의 지원이 필수적으로 요구된다. 본 논문은 이동에이전트 기반의 데이터 획득기능, Zigbee 기반 데이터 통신기능, 연산 및 능동규칙 처리기능 등을 지원하는 분산제어 프레임워크를 제안함으로써, 센서네트워크 환경에서 무선방식의 분산된 장치들의 자율제어를 통한 효율적 분산제어시스템 구축에 적용하도록 한다. 제안 프레임워크는 환경 변화, 사용자의 행동 변화 및 이상 패턴 탐지 등에 따른 최적 제어를 기반으로 하는 스마트 전력서비스 개발과 수요자의 요구에 자율적 지능적으로 반응하는 수요반응 서비스 개발에 적용이 가능하다.
본고에서는 수요반응을 위한 스마트가전과 서비스사업자 간 인터페이스의 요구사항을 서술한다. 전체 시스템 구조는 NIST Special Publication 1108R2를 참조하되 보안에 대해서는 다루지 않는다. 또한 향후 수용가 중심의 수요반응 보급 및 확산을 위한 발전방향에 대해 알아본다.
효율적인 에너지의 사용을 위해 수요반응이라는 개념이 등장하였고 지능화 된 수요반응 서비스를 제공하기 위한 Open Automated Demand Response(OpenADR) 표준 프로토콜이 개발되었다. 최근 스마트 홈 중심의 에너지 Internet of Things (IoT) 분야에서도 사물인터넷 기술을 이용하여 다수의 스마트 홈 기기들에 수요반응 및 에너지 관리 서비스를 제공하려는 시도가 늘어나고 있다. 그러나 스마트 홈 에너지 IoT 환경에서는 많은 수의 초경량 디바이스들이 연결되기 때문에 기존의 HTTP/XML 기반의 OpenADR 수요반응 프로토콜보다 경량의 메시지를 이용한 수요반응 프로토콜이 필요하다. 본 논문에서는 Smart Energy IoT 환경에서 수요반응 서비스를 제공하기 위한 경량의 CoAP/JSON 프로토콜에 기반 한 경량화된 OpenADR 프로토콜을 제안하고 기존의 HTTP/XML 형식의 프로토콜과 성능을 비교 및 검증하였다.
전력 수요가 증가하고 재생 가능 에너지에 대한 관심이 증폭됨에 따라, 수요를 억제하여 필요한 공급량을 줄일 수 있는 '수요반응' 프로그램에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 연구는 가정에 스마트미터를 구비한 국내 사용자들을 대상으로 진행된 에너지 수요반응 실증사업에 대한 실증분석으로, 사전심층 인터뷰, 설문 및 기술수용모델 분석을 통하여 가정 전력 사용자들이 수요반응 프로그램을 받아들이는 데 중요한 요인들을 살펴본다. 수요반응의 목표는 피크시간대에 미션이 발령되면 전력사용량을 평소보다 줄이는 것이며, 실험대상은 스마트미터 구입 경로와 에너지를 절감했을 때 보상받는 방식에 따라 2개의 상이한 집단으로 구성되었다. 집단 A는 주로 IoT플랫폼 서비스에 가입하는 과정에서 마케터와의 대화를 통해 전체 서비스 중 하나인 스마트미터 서비스에 함께 가입하는 경로로 수요반응 프로그램에 유입되었고, 보상으로는 통신비 할인을 받았다. 반면 집단 B는 스마트미터를 자발적으로 구매하거나 에너지 자립 마을 지역주민으로서 지자체 지원을 통해 스마트미터를 지원 받아 프로그램에 유입되었고, 미션 성공에 대한 보상은 사회적 기부를 통해 이루어졌다. 분석 결과 집단 A는 인지된 용이성과 인지된 유용성 외에 인지된 유희성도 포함된 확장된 기술수용모델이 적합함을 알 수 있었고,집단 B는 모델의 적합도가 떨어지기는 하지만 집단 A에 비해 인지된 유용성에 대한 중요도가 높음을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 집단 특성에 따른 프로그램 설계방향을 제시하여 향후 수요반응 프로그램을 효과적으로 운영하는 데에 도움을 줄 것으로 보인다.
본 논문은 스마트그리드 환경에서 경제성 기반의 수요반응 효율을 얻기 위한 EMS 알고리즘 개발에 관한 것이다. EMS 시스템은 전력의 정확한 비용을 소비자에게 노출시킴으로써 전력 사용에 대한 소비자의 사용 패턴을 변화시키고 더 나아가 전력 자원을 효율적으로 배분하고자 한다. 경제성 수요반응은 전기요금의 시간대별 차등 책정을 특징으로 하며 개발된 EMS시스템은 RTP요금제를 바탕으로 실시간(RealTime), 양방향(Two-way), 상시(Economic)측면에서 전력회사와 소비자 모두에게 효율적인 인프라와 서비스를 제공하고자 개발되었다. 본 논문은 AMI기반 제주 수요반응 사업 과제로 개발된 EMS 시스템이며, 주택용(HEMS), 상가용(SMES), 빌딩용(BEMS)로 나누어 전력 소비자에 따른 EMS 알고리즘을 제시하고자 한다.
최근 들어 급격하게 증가하는 전력 수요와 더불어, 전력의 효율적인 소모를 위한 다양한 방법이 제시되고 있다. 그 중 가장 대표적인 예가 바로 스마트 그리드에 기반 한 수요반응 시스템이다. 이는 기존의 수동적이고 일방적인 전력 수요가 아닌, 서비스 공급자와 소비자의 통신을 통한 효율적인 전력 소모가 가능한 시스템이다. 이러한 수요반응 시스템은 대부분 이더넷, TCP/IP 기반의 HTTP통신을 활용하며, 현재는 하나로 정의되어 있지 않은 다양한 통신 응용 프로토콜이 존재한다. 본 논문에서는 이러한 수요반응에서 응용할 수 있는 프로토콜들의 종류와 그 응용에 관한 내용에 대하여 분석한다.
본고에서는 스마트그리드의 수요 측면을 구성하며, 최종 소비자와 전력사사이의 전력 정보서비스 인프라이고 소비자의 능동적인 에너지 절감을 위한 수요 반응(Demand Response)실현의 핵심 수단인 AMI (Advanced Metering Infrastructure)의 그 구조와 기술 동향에 대해 알아본다.
전력산업의 환경변화에 따라 단일 공급자였던 한전을 비롯하여 전력판매사업자, 민간부하사업자, 에너지컨설팅사업자 등 에너지관련 서비스를 제공하는 주체자(이하 ESP : Energy Service Provider)의 참여로 전력시장이 경쟁체제로의 변화가 예상된다. 이러한 주체는 전력에너지 관리 최적화를 위한 수요측의 전력자원과 정보의 통합관리가 필요하다. 또한 수요측 서비스 개선과 동시에 수익을 창출할 수 있는 부가 서비스의 개발이 또한 요구될 것이다. 최근 석유가격의 지속적인 상승으로 도매시장가격은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 현재 우리나라는 CBP 형태의 전력시장에서 시간대별로 변하는 전력가격(SMP)에 의하여 시장가격이 정해진다. 따라서 시장가격이 높아지면 높아질수록 전력을 구입하고 있는 전력사업자의 경우 구입비의 증가로 재무 건전성 확보에 악영향을 초래한다. 따라서 효율적인 전력 수요절감을 통해 구입전력비를 절감할 수 있는 신수요관리 기법이 필요하다. 이러한 신수요관리 기법은 국가적으로는 하계수급비상 해소와 신규 건설비용 및 혼잡비용을 회피하고, 전력사업자는 구입전력비의 절감을 통해 전력도매시장가격의 안정을 도모할 수 있다. 이러한 수요절감 기법 중 수요측의 자율적인 참여 및 반응을 기반으로 하는 수요반응(Demand Response, 이하 DR)이 있으며, 이는 전력사업자와 수요 측 전력부하설비와의 양방향 통신 및 제어 인프라 구축이 필요하다. 본 논문은 이러한 DR운영에서 반드시 필요한 수요측 전력부하설비와의 양방향 통신 및 제어 인프라구축에 대한 방법 및 결과를 제시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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