[수요반응] 스마트 온도 조절기는 애리조나의 열기에 견디도록 전력망을 돕고 있습니다

CanaryMedia, 9월14일 2023년 | 뜨거운 기온 속에서, 애리조나는 전력 그리드가 과부하일 때 사람들이 에어컨을 끄도록 독려하는 유틸리티 프로그램을 통해 성공을 거두고 있습니다.

 

Smart thermostats are helping Arizona's grid ride out brutal heat

2023년 7월 12일, 애리조나의 템피에서는 온도가 110°F 이상이었던 12일째였을 때 해가 떠올랐다. (Rebecca Noble/Getty Images)

 

애리조나의 세 가지 큰 유틸리티는 기록적인 폭염이 계속되는 상황에서도 전력 공급을 유지하기 위해 대체로 상식에 어긋나는 방법을 사용했다 - 손님들에게 에어컨을 좀 더 낮추도록 요청했다.

 

7월과 8월에 애리조나에서 가장 큰 세 개의 유틸리티는 전력 수요가 최고조에 이르는 오후와 저녁 시간대에 100,000명을 초과하는 고객들에게 총 276MW의 전력 사용을 감축하도록 요청할 수 있었다. 그 동안 이러한 유틸리티가 공급하는 남부 애리조나 지역은 110°F 이상이었던 기록적인 연속적인 폭염을 겪고 있었다.

 

이러한 통계는 EnergyHub이라는 회사로부터 나왔으며, 해당 회사는 애리조나 퍼블릭 서비스, Salt River Project, 투산 일렉트릭 파워에 대한 스마트 온도 조절기 기반의 수요대응 프로그램을 운영하고 있다. 많은 유틸리티들과 마찬가지로 APS, SRP, TEP은 전력 사용이 에어컨 사용에 대한 부담에 대해 그리드에서의 온도 설정을 원격으로 상승 하강시키는 것에 동의하는 고객들을 위해 인센티브와 무료 또는 할인된 스마트 온도 조절기를 제공하며, 고객은 수동으로 온도를 재설정하여 "옵트 아웃" 할 수 있다.

 

하지만 애리조나와 같이 지난 여름에 겪은 폭염이 지속되는 상황에서 이렇게 일관된 결과를 고객들이 보여주는 것은 모든 유틸리티에게 가능하지 않다. 이번 여름 동안 고객들은 이 세 개의 유틸리티에서 8~10개의 별개 이벤트에 참여하면서 최대 참여 시점에서 최대 300MW의 부하 절감을 이뤄냈다고 EnergyHub의 전략적 고객 성공 매니저인 Jessie Guest는 말했다.

 

이는 최대 전력 수요가 18,000MW 이상이었던 이번 여름에 비하면 큰 양은 아니다.

 

하지만 전력 수요가 최고조에 이를 때마다 작은 폭의 부하 절감이 중요하며, 이는 그리드 균형 조정에 있어서 필수적인 도구인 이용자 기반의 "수요대응" 자원으로 간주된다. 미국의 많은 유틸리티들이 전체 동네에 전력을 차단하여 그리드 안정성을 유지하기 위해 전력을 줄이는 필요성에 직면하고 있기 때문에 수요대응 프로그램은 이러한 최후의 수단을 피하는 한 가지 방법을 제공한다.

 

중요한 시기에 고객들에게 에너지 사용을 줄이도록 설득하는 것은 단기적인 그리드 부족을 해결하기 위해 새로운 화석 연료 기반 "피커" 발전소를 건설하고 가동하는 것보다 훨씬 저렴하고 오염도가 적다. 또한, 그리드 수요를 충족하기 위한 투자 및 에너지 비용이 많은 부분을 차지하고 있기 때문에 수요대응 프로그램은 특히 경제적으로 효과적이다.

 

그것이 애리조나 퍼블릭 서비스 (APS)가 2030년까지 65% 이상의 탄소 제로 에너지와 2050년까지 100% 탄소 제로 에너지를 달성하기 위해 분산 에너지와 수요대응에 크게 의존하려고 하는 부분적인 이유이다.

 

APS는 다음 네 해 동안 1GW 이상의 새로운 태양광, 풍력 및 배터리를 추가할 계획이다. 하지만 이 유틸리티는 이미 2024년까지 200MW의 수요대응을 모집하는 목표에 가까이 다가섰으며, 이번 여름에는 170MW의 수요대응을 달성했다. 이 중 절반 이상은 2018년에 시작된 Cool Rewards 주거용 스마트 온도 조절기 프로그램에서 나온 것으로, 2020년에는 42MW, 2021년에는 80MW, 작년에는 약 100MW를 달성했다.

 

이번 여름에는 78,000개의 연결된 온도 조절기와 110MW 이상의 부하 절감 능력이 있다고 APS의 고객 대 그리드 솔루션 책임자인 Kerri Carnes는 말했다. "이러한 고객 제휴 프로그램은 100% 깨끗한 에너지로의 여정에서 저희에게 점점 더 중요한 역할을 할 것입니다,"라고 그녀는 말했다.

 

고객들에게 맞춤형 스마트 온도 조절기 수요 대응 프로그램 설계하기

전력망을 유지하기 위해 많은 사람들이 지속적으로 불편함을 견뎌내는 데에는 한 가지 마법같은 방법이 없습니다. 그러나 매력적인 금전적 인센티브, 고객 기대 관리의 철저한 유지, 유틸리티 전력망 및 에너지 시장 운영과의 긴밀한 통합은 아리조나에서 효과적으로 도움이 되었습니다.

 

무료 또는 매우 할인된 스마트 온도 조절기는 핵심 출발점입니다. Google Nest, ecobee, Honeywell Home 등 잘 알려진 브랜드의 기업들이 제공하는 스마트 온도 조절기를 무료로 제공하는 공공 요금제 및 수요 대응 공급자들이 전국적으로 점점 더 많아지고 있습니다. 이를 통해 고객들은 이러한 기기들이 제공하는 더 큰 유연성과 제어력을 활용할 수 있습니다.

 

이러한 추세는 아리조나에서도 나타나고 있습니다. APS는 Cool Rewards에 가입하는 고객들에게 여러 해 동안 무료 온도 조절기를 제공해왔습니다. Salt River Project와 Tucson Electric Power는 몇 년 동안 최대 100달러 이상의 스마트 온도 조절기 환급을 제공하고 있으며, 올해 여름에는 이들이 무료 온도 조절기도 제공했습니다.

 

스마트 온도 조절기를 이미 보유한 고객들에게도 인센티브가 제공되며, 수요 대응에 등록된 각 장치마다 최대 50달러의 일시적인 크레딧을 받을 수 있습니다. 또한, 참가자들은 유틸리티에 따라 연간 25달러에서 40달러 사이의 크레딧을 적립합니다.

 

중요한 점은 이러한 프로그램이 특정 일자에 참여하지 않는 고객들을 처벌하지 않는다는 것입니다. 이는 수요 대응 프로그램에 일반적으로 해당되지 않는 사실입니다. 특히 유틸리티가 비상 상황에서 대규모 전력 감축을 위해 상업 및 산업 고객들을 의존하는 경우 더욱 예외가 인정되지 않습니다.

 

그러나 EnergyHub은 미국 전역의 60개 이상의 유틸리티를 대상으로 주택용 프로그램을 운영한 경험을 통해 "성과에 대한 지불 모델은 전반적인 참여도를 감소시킵니다"라고 말했습니다. "그것은 프로그램 참여보다 일시적은 편안함을 선택한 고객들을 처벌하는 것입니다."

 

Carnes도 수요 대응 프로그램이 "지나치게 복잡하거나 형벌적으로 느껴지면 고객들이 떠날 것입니다"라고 동의합니다.

 

"이벤트를 호출하는 날이 바로 저의 생일 파티인 경우에는 어떻게 될까요?"라고 그녀는 말했습니다. "에어컨을 끄는 것을 거부했기 때문에 아이의 생일 파티에 참석하는 사람들이 편안하게 지낼 수 있도록 하려고 선택한 것에 대해 처벌받아야 할까요?"

 

"산업이 정말로 소비자 중심의 자원을 해결책의 일부로 삼고자 한다면, 우리는 고객을 사람으로 대우해야 합니다"라고 그녀는 말했습니다.

하기 전에 '무엇을 기대해야 하는지, 얼마나 오랜 시간이 걸리는지, 온도가 얼마나 설정값을 초과할지'에 대해 이메일과 문자 메시지로 알려줍니다. 심지어 '애리조나의 불을 계속 켜놓는 데에 당신이 영향을 주고 있습니다'라는 중간 시즌 메시지를 보내는 것도 큰 도움이 되었습니다."

 

이러한 소통은 양방향으로 이루어집니다. 쿨 리워드 프로그램이 처음 두 해를 지난 후에는 "일부 조사에서 고객들이 '우리에게 더 많은 보상을 해야 한다'고 말했습니다"라고 Carnes 는 말했습니다. "그래서 우리는 다시 계산을 해보았고 동의했습니다 - 고객들에게 더 많은 보상을 해야 합니다." 따라서 2022년에 연간 참여 보상금을 25달러에서 35달러로 인상했습니다. 이 인상 이후 등록 인원은 증가하였습니다.

 

미국 전역에는 애리조나의 공공 요금제보다 수익성이 높거나 더 많은 수익을 창출하는 수요 반응 프로그램을 가진 유틸리티가 많지만, 이를 구현하는 데 있어서는 많이 소극적이었습니다. 또한, 비상 시에 전력 사용 감소를 위해 고객에게 무료로 전력 사용을 자발적으로 줄이도록 요청하기만 하고 보상이 있는 수요 반응 프로그램이 없는 유틸리티는 수요 반응 전체를 고객이 완전히 무시하게될 위험에 처해 있습니다.

 

유틸리티를 위한 스마트 온도 조절기 수요 반응 프로그램 찾기

그러나 Carnes 는 인간적인 접근이 중요하다는 것은 고객을 "자원"으로 대우하면서 발전소나 이웃 유틸리티와의 에너지 거래 관계와 유사하게 다루어야 한다는 점을 강조했습니다. 수요 반응에 과도한 비용을 지불하는 것은 단순히 더 많은 전력을 구입하는 것과 비교했을 때 상대적인 비용 효과성을 상쇄시킬 수 있습니다.

 

그러나 주택용 수요 반응 프로그램의 주요한 제한은 충분한 고객을 유지하여 관리 및 운영 비용에 대한 대가로 제공할 수 있는 에너지 절감량을 보장하는 것이었습니다. 유틸리티는 예전에 고객들에게 수요 반응 프로그램에 참여한 것에 대해 충분히 알리거나 보상하지 않는다는 비판을 받아왔으며, 이로 인해 수요 반응 프로그램의 성장이 제한되었습니다.

 

동시에 유틸리티와 그들의 규제 기관은 그리드가 실제로 필요로 하는 시점에 고객이 의미 있는 부하 감축을 할 수 있는지에 대해 회의론적인 입장을 취해왔습니다. 이러한 불확실성으로 인해 유틸리티는 수요 피크를 다루기 위해 수요 반응에 의존하는 것보다 새로운 발전소나 그리드 용량에 대한 투자와 같이 더 비용이 많이 드는 방법을 포기하기를 꺼렸습니다.

 

현재로서는, 연방 기관과 에너지 분석 기관이 각기 다른 지역에서 확인한 이론적 수요 반응 잠재력을 완전히 활용하고 있는 유틸리티는 없습니다. Brattle Group 컨설턴시의 2019년 보고서에 따르면, 미국은 2030년까지 기존의 약 60 기가와트의 수요 반응 용량을 두 배로 늘릴 수 있으며, 이로 인해 매년 150억 달러의 이익을 얻을 수 있으며, 추가 전력 발전소의 사용과 건설을 대부분 피할 수 있습니다. 이 중 스마트 온도 조절기는 새로운 용량의 주요한 공급원 중 하나입니다.

 

애리조나와 전국의 유틸리티는 점점 극단적인 날씨와 화석 연료를 대체해야 하는 필요성으로 인해 쿨 리워드와 같은 "수요 측면" 대안이 점점 중요해지고 있습니다.

 

Carnes는 APS가 이런 측면에서 수요 반응을 전략의 핵심 요소로 삼고 있다고 말했습니다. "우리 팀은 운영 팀과 통합되어 있습니다. 주간 계획 회의에 참석합니다 - 에너지 시장의 전망은 어떠한지, 날씨는 어떻게 될 것인지, 준비해야 할 플리트의 변경 사항은 있는지."

 

APS는 스마트 온도 조절기가 장착된 고객과 그리드 및 에너지 시장 운영 간의 긴밀한 통합을 여러 가지 혁신적인 방식으로 활용하고 있다고 Carnes는 말했습니다. 예를 들어, "서머피크 시간"에 낮에 저렴한 태양 에너지가 풍부한 남서부 그리드 전체에서 에어컨을 더 일찍 가동하여 차가운 공기를 저장하고, 오후와 저녁에는 태양 에너지가 사라지지만 실외 온도와 전력 수요가 여전히 높은 시간에 에어컨을 더 오랫동안 끌어두는 "사전 냉각"이라는 방법이 있습니다.

 

Carnes는 이는 단순히 집을 오후에 시원하게 유지하기 위한 방법뿐만 아니라 시간대별로 변동하는 전기 요금을 활용하는 방법이라고 말했습니다. APS는 "시간대별 사용요금"을 적용하여 정오 시간에는 고객에게 더 적은 금액을 청구하고 오후와 저녁 시간에는 전기 수요가 자주 급증하는 시간대에 더 많은 금액을 청구합니다. 동시에 광범위한 사전 냉각은 APS가 태양 에너지가 풍부한 캘리포니아를 포함한 이웃 지역으로부터 저렴한 오프피크 태양 에너지를 더 많이 구매하고 고비용 피크 시간에 전력을 덜 사용할 수 있도록 합니다.

 

APS는 스마트 온도 조절기가 장착된 가정의 에너지 사용 감소를 조절하여 그리드의 변동을 더욱 균형있게 할 수도 있다고 말했습니다. 이는 고객이 너무 오랫동안 집을 더워지게하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 고객이 전기에 대해 더 비싼 금액을 청구받는 사전 설정된 오후 4시부터 7시까지의 시간과 정확히 일치하지 않는 실시간 조건에 대응하는 방법입니다. "거주지의 피크가 7시 1분에 끝난다고 해도 시스템의 피크가 끝난 것은 아니다"라고 그는 말했습니다.

 

유연한 배치는 또한 "스냅백"을 피할 수 있도록 도와준다고 그는 말했습니다. 스냅백은 많은 에어컨을 동시에 다시 켜서 그리드를 더욱 불균형하게 만들 수 있는 영향입니다. 이는 수요 반응에서 흔한 문제이며, 잘 설계된 프로그램에서는 피해야 할 문제입니다."

 

수요 반응 접근 방식의 비교와 대조

애리조나의 주요 유틸리티 회사들이 취하는 접근 방식은 폭염 관련 그리드 부하로 고통받는 두 개의 다른 주 (캘리포니아와 텍사스) 에서 주택 집합 수요 반응이 개발되는 방식과 약간 대조적입니다.

 

2020년 8월 폭염으로 인해 순환 정전이 발생한 이후 캘리포니아는 긴급 그리드 자원에 수십억 달러를 투자했으며, 주에서 수십만 명의 고객이 스마트 온도 조절기 프로그램에 등록되어 있습니다. 이 프로그램에는 주의 최대 공공 서비스인 Pacific Gas & Electric을 포함하여 10만 명 이상의 고객이 참여하고 있으며, 수요 반응 공급업체인 OhmConnect에는 20만 명 이상이 등록했습니다.

 

그러나 수요 반응 옹호자들에 따르면, 이러한 프로그램에 참여하는 것을 보상하는 주의 점점 복잡하고 번거로운 구조로 인해 그 영향력이 제한되었습니다. 최근 주의 수요 반응 접근 방식에 대한 변경은 이러한 잠재력을 더욱 침해할 수 있다고 업계가 경고하고 있습니다.

 

또한, 텍사스에서는 에너지 시장의 자유화와 정책으로 인해 주거용 에너지 효율성과 수요 반응에 대한 투자와 인센티브가 제한되어 있어, 그리드 전문가들에 따르면 이 주는 주거용 거주지의 그리드 부하 완화 잠재력에서 많은 다른 주에 비해 뒤쳐져 있습니다. 이는 2021년 2월의 겨울 폭풍으로 인한 치명적인 그리드 붕괴를 포함하여 상승하는 여름 전력 수요에 대한 계속적인 과제에도 해당됩니다.

 

미국 에너지 정보국의 2022년 5월 보고서에 따르면, 에너지 효율성과 수요 반응에 대한 투자는 텍사스의 현재 주력인 화석 연료 가동 전력 발전소 보다 더 저렴하고 빠르게 여름과 겨울 그리드 비상 상황을 줄일 수 있다고 밝혔습니다. 특히 무료 또는 저비용의 스마트 온도 조절기와 에어컨 수요 반응을 결합한 것이 가장 큰 여름 시간대의 부하 감축 잠재력을 가지고 있다고 합니다.

 

EnergyHub의 전력 시스템 부사장인 폴 하인스는 미국 에너지 정보국의 2022년 데이터를 인용하여 애리조나와 텍사스의 접근 방식이 서로 다른 결과를 나타내고 있다고 강조했습니다. 그 데이터는 애리조나의 유틸리티 기업이 텍사스의 공공 서비스 기업에 비해 고객 당 최대 부하 감축 킬로와트 수를 거의 3배 더 많이 가능하게 한 반면, 고객 당 비용은 2배만 더 많이 지출한 것으로 나타났다고 그는 말했습니다.

 

"캘리포니아와 텍사스 모두 복잡한 인센티브 프로그램의 계층을 작동해야 합니다," 하인스는 말했습니다. "우리가 발견한 것은, 이를 간단하게 만들수록 더 큰 성공을 거둘 수 있다는 것입니다."