광주과학기술원(GIST)은 김윤수 에너지융합대학원 교수팀이 가상발전소(VPP) 사업자가 희망하는 최소 수익을 보장하는 발전량 및 가격 입찰 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
이번 연구 결과물은 재생에너지나 전기자동차 등으로 발생하는 전력망 생산량과 가격 불확실성 및 변동성 문제를 해결하고 발전사업자의 안정적인 수익을 보장하는 데 활용할 수 있다.
연구팀에 따르면 전력망에 재생에너지와 전기차 등 불확실성과 변동성이 큰 에너지 자원이 차지하는 비중이 점차 증가함에 따라 시간대별 도매 전력 가격의 편차도 심해지고 있다. 재생에너지 보급률이 높은 미국 캘리포니아주의 경우 2023년 기준 실시간 시장 가격이 메가와트시(MWh)당 최고 1197 달러, 최저 -1,679 달러를 기록했다. 우리나라는 최근 약 8만 원에서 23만 원 사이의 변동성을 보이는 것으로 나타났다.
우리나라는 아직 전일 시장만 운영하고 있지만 제주에서 실시간 시장 시범사업이 종료되면 실시간 시장이 전국에 확대될 것으로 보인다. 실시간 시장이 도입될 경우 유럽과 북미 시장에서 확인할 수 있듯 짧은 시간 주기로 출력 변동이 가능한 가상발전소의 적극적 시장 참여를 예상할 수 있다.
하지만 전력 가격의 높은 변동성과 불확실성은 사업자의 시장 참여에 큰 걸림돌이 된다. 기존 발전량 및 가격 입찰 문제는 주로 결정론적 모델을 이용해 수익을 극대화하기 위해 입찰량과 가격을 구하는 방식으로 해결하고 있는 데 이는 불확실성에 매우 취약하다.
연구팀은 재생에너지 생산량의 불확실성 문제를 해결하기 위해 확률분포 간의 차이를 간단히 표현할 수 있는 정량적 지표인 '와서스테인(WM)'를 적용했다. 또 시장 가격의 불확실성 문제를 해결하기 위해 불확실성이 매우 높은 환경에서 사용자가 원하는 수준의 안전함을 보장하는 정보격차 결정 이론을 이용했다.
연구팀은 VPP 운영자가 희망하는 최소 수익 이상(기대수익)을 보장하기 위한 입찰량과 가격을 구하는 방식으로 접근해 불확실성을 줄일 수 있었다. 시뮬레이션 결과, 연구팀의 WM은 준수한 신뢰도(95%)와 기대수익(88.3%)을 보여 여러 기법 중에서 신뢰도와 수익성을 가장 잘 절충한 현실적 대안이 될 것으로 나타났다.
김윤수 교수는 “전력망 운영에서 에너지의 양적 가치보다 시장의 불확실성에 유연하고 안전하게 대응할 수 있는 능력이 더 큰 가치로 평가될 것”이라며 “이번 연구 성과는 손익분기점을 잘 파악하고 있는 사업자 관점에서 설계된 해법이라는 점에서 더욱 활용도가 높을 것으로 기대한다”고 말했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
