가상 발전소(VPPs) 기술은 유틸리티에게 새로운 기술이 아닙니다. 그러나 기술, 규제 및 시장 조건의 결합이 현재 VPPs를 성숙한 단계에 이르게 하며, 미래의 고급 전력 그리드에서는 재생 가능한 발전량과 전기화된 교통 등이 증가함에 따라 수요 측 유연성을 동적으로 관리하는 데 큰 역할을 할 것입니다.
미국에서는 연방 에너지 규제 위원회(FERC)의 2222번 명령이 조직된 전력 시장에서 VPPs의 참여를 증대시켰습니다. 또한, 인프라 투자 및 직업법안(IIJA)은 스마트 그리드 이니셔티브에 수십억 달러를 투입하며, 인플레이션 감소법(IRA)의 자금도 전국적인 전기화를 가속화할 것이므로 VPPs의 필요성이 더욱 커질 것입니다.
주별로 법제화된 탄소 배출 감소와 전기화 목표, 그리고 배터리 저장 및 전기 차량 배치를 위한 기술별 목표는 배출 감소를 위해 노력하고 있습니다. 유틸리티 회사들의 탄소 배출 감소 의무는 수요 측면 자원에 대한 생각을 바꾸고 있으며, 공공 유틸리티 위원회(PUCs)는 유틸리티 프로그램 및 도매 전력 시장에서 VPP 참여를 조정할 규제적 기반을 마련하고 있습니다.
Rocky Mountain Institute(RMI)의 최근 보고서에 따르면, VPP는 2050년 미국 최대 전력 수요의 14%를 상쇄하거나 제공할 수 있습니다. RMI는 2030년까지 VPP가 최대 전력 수요를 60 기가와트(GW) 줄이고, 전력 섹터 연간 지출을 발전 설치 감소, 도매 에너지 비용 감소, 회피 또는 연기된 전송 및 배전 투자로 인해 170억 달러 절약할 수 있다고 예측합니다. "그러나 도매 시장 가치, 소매 제공, 소비자 인식과 관련된 장벽을 극복해야 VPP의 전체 잠재력을 발휘할 수 있습니다"라고 보고서는 언급합니다.
본 플레이북은 VPP의 사용 사례와 운영 모델을 살펴보며, 유틸리티 산업에서 진화하는 데 관련된 산업 및 시장 변화를 강조합니다.
VPP 정의와 사용 사례
VPP 기술 회사 Virtual Peaker의 CEO인 William Burke에 따르면, 유틸리티 기업들은 VPP에 대해 이야기할 공통 언어가 필요합니다. Virtual Peaker는 Google Nest, Ford, SunPower와 함께 RMI의 새로운 Virtual Power Plant Partnership(VP3)의 창립 멤버입니다. 그는 "정의는 아마도 극복해야 할 첫 번째 장애물입니다. 지금 많은 사람들이 VPP가 정확히 무엇이며 어떻게 사용되는지 정확하게 알지 못합니다."라고 말합니다.
RMI의 VPP 정의는 분산 에너지 자원(DERs), 집계 및 그리드 통합으로 구성됩니다. 그들의 정의에 따르면, VPP는 그리드 운영자에 의한 통합 제어를 통해 서비스 영역 내 가정 및 회사에 분산된 수백 개 또는 수천 개의 DER 장치 집합을 모아 그리드에 가치를 제공합니다. RMI의 정의는 다양한 잠재적인 VPP 모델을 포함하며, 그리드 운영자가 일부 유형의 VPP에 대해 직접적이고 집합적인 제어를 할 수도 있고, 다른 유형의 VPP에 대해 간접적인 제어를 할 수도 있다고 언급합니다. 또한, VPP에 참여하는 장치 소유자들은 그리드에 제공하는 가치에 대해 보상을 받아야 한다고 RMI는 설명합니다.
RMI는 또한 시장 참여 VPP와 소매 VPP 두 가지 큰 분류로 나뉘어집니다. 시장 참여 VPP는 발전 또는 수요 절감 용량을 도매 시장에 직접 판매합니다. 예를 들어 OhmConnect, Sunrun 및 Tesla는 모두 캘리포니아에서 시장 참여 VPP를 운영합니다. 반면에 소매 VPP는 유틸리티 운영 프로그램으로 정의되며 고객의 참여를 집계하고 인센티브를 부여합니다.
Portland General Electric (PGE)는 VPP를 유사한 방식으로 정의합니다. "우리는 기술 플랫폼을 통해 조정되는 분산 에너지 자원과 유연한 부하로 구성된 발전소로 VPP를 정의합니다"라고 PGE의 시니어 솔루션 매니저인 Adam Light가 설명합니다.
PGE는 VPP의 확장 접근 방식을 통해 오래 계획된 2030년까지 80%의 배출량 감축 목표와 2040년까지 100%의 배출물 없는 에너지 목표를 달성하며 오리건의 깨끗한 에너지 타깃을 이루는 데 도움이 될 것입니다. 이 유틸리티는 상업 및 산업 (C & I) 및 주거용 고객 대상으로 다양한 수요 측면 프로그램을 운영합니다.
현재 PGE는 VPP를 사용하여 다음과 같은 세 가지 기본 그리드 서비스를 제공합니다.
주파수 응답 - 주파수 편차를 빠르게 대응하기 위해 몇 초 내에 반응 할 수있는 에너지 자원
비상 예비 - 10 분 이내에 발송 할 수있는 부하 감소 및 발전 및 적어도 60 분 실행 가능, 일반적으로 주요 발전원 손실에 대응하여
최대 부하 감소 - 대개 그리드 전체의 최대 부하를 줄이기 위해 하루 전에 예측되고 발송됩니다.
라이트는 "우리의 VPP는 풍력 및 태양광과 같은 재생 가능 에너지의 변동적인 출력을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다."라고 말했습니다. "또한 VPP를 사용하여 최대 부하 시 특정 변압기의 부담을 줄이는 위치적 이점을 제공하려고합니다. 이렇게하면 장비 수명을 연장하고 용량 업그레이드를 연기하며 시스템 신뢰성 및 내구성을 개선 할 수 있습니다."
그리드에 VPP 시스템의 용량이 증가함에 따라 모든 규모의 유틸리티가 최대 발전과 관련된 재정 및 환경적 영향을 줄이기 위해 이를 배치 할 것입니다.
"작은 유틸리티는 VPP를 사용하여 수요 요금을 피하고, 수직 통합 유틸리티는 피크 발전소 사용을 제한하기 위해 VPP를 사용합니다."라고 Burke는 말합니다.
VPP를 위한 운영 제어 모델
최종적으로, 유틸리티들은 VPPs가 제공할 수 있는 용량에 대해 더 큰 확신을 가짐으로써 피크 발전소에 대한 의존도를 줄일 필요가 있습니다. Burke는 "VPPs를 믿고 특정 결과와 특정 확률로 제공할 수 있는 운영 전략과 제어 기술이 확인될 때까지, 유틸리티들은 피크 발전소를 대기 상태로 유지할 것입니다."라고 말했습니다
Virtual Peaker는 두 가지 핵심 VPP 비즈니스 모델을 기반으로 구축되며 VPP 운영 제어 모델을 정의해야 한다는 필요성을 제시하며, 이를 Technical VPP라고 부른다.
소매 VPP는 유틸리티가 소유한 커뮤니티 태양광 배열과 함께 배터리와 같은 집계 리소스이다. 이 모델의 장점은 유틸리티가 직접 디스패치를 제어하고 가용성 및 그리드 조건에 미치는 영향에 대한 실시간 인사이트를 보유할 수 있다는 것이다. 단점은 높은 초기 자본 비용과 토지 이용 및 사이트 개발을 포함한 긴 건설 주기이다.
시장 참여 VPP는 3자가 고객 소유의 DER(주로 배터리)를 소프트웨어 기반의 집계로 제어하지만 실시간으로 기기를 디스패치할 수는 없으며 고객 관계를 제어한다.
Technical VPP는 모든 장치 유형의 DER 집계 소프트웨어를 통해 가상 발전소를 조율하는 기술적 기능을 제공한다. DER는 소비자가 소유하며 유틸리티나 3자와 상호 운용성을 공유하기 위한 인센티브를 제공한다. 유틸리티나 3자가 고객 관계를 소유하며 실시간으로 디스패치할 수 있다.
Virtual Peaker는 고급 기술적 VPP가 전통적인 발전소와 운영상 동등하며 최상위 에너지 부하 형태를 조정할 수 있다고 말하며, 초보적인 수요 반응 프로그램보다 훨씬 가치가 있다고 주장한다. 예를 들어, DER에 대한 전통적인 수요 반응 프로그램은 참여 장치에 동시에 부하를 감소하도록 명령을 보내는 경우가 대부분이다. 수요 감소는 즉각적이지만 양과 지속 시간은 예측할 수 없다.
반면에 Virtual Peaker의 고급 기술적 VPP는 VPP 내 모든 DER, 즉 배터리, 온도 조절기, EV 충전기, 온수기 및 기타 DER의 종류에 관계없이 각 장치의 상태를 개별적으로 모니터링하며 유틸리티가 미리 설정한 매개 변수에 맞게 시간 경과에 따라 수요를 조절하기 위해 개별화된 신호를 보낸다. "유틸리티는 시간 경과에 따라 수요가 어떻게 보이도록 요구할지 알려줍니다," Burke는 말합니다. "우리는 그 고수준 신호를 받아들여 복잡한 최적화를 실행하며, 개별 장치 제한과 고객 편의, 그리고 보상율과 같은 프로그램 제한을 고려합니다. 결과는 고해상도, 실시간 제어 및 예측 가능성입니다."
사용자 경험: X 요소
장치 획득은 VPP가 RMI에서 예상한 수준에 도달하기 위해 중요합니다. 결국, 사람들은 그리드 운영자를 위한 것이 아니라 자신의 목적을 위해 워터 히터, 스마트 온도 조절기, 태양열 발전 및 전기 자동차를 구입합니다. 그래서 그들에게 이로운 것이 있어야 합니다.
참여 보상을 높이는 것은 도움이 되지만, 압도적인 참여를 얻기에는 충분하지 않습니다. "특히 유틸리티 프로그램의 경우, 더 통합된 고객 경험이 필요합니다."라고 RMI 매니저인 케빈 브렘은 말합니다. "지금은 스마트 온도 조절기 프로그램, EV 프로그램 및 시간대별 사용 프로그램에 가입할 수 있지만, 모든 것이 매우 구획화되어 있으며, 이로 인해 고객과 서비스 제공 업체 모두가 의미 있는 참여를 하기 어렵습니다."
Virtual Peaker의 버크는 이견에 동의하지만, 고객이 디바이스와의 경험을 고려하는 것만으로는 충분하지 않다고 말합니다. 그들은 자신의 디바이스 경험이 방해받지 않기를 원할 뿐만 아니라, 또한 그들의 라이프 스타일과 행동 패턴에 맞게 디바이스를 최적화하는 데 도움이 필요합니다. "그것이 채택이 실제로 이루어지는 때입니다. 우리가 디바이스 소유자에게 가치 있는 파트너가 되어 그들이 투자한 것을 최대한 활용할 수 있도록 도와줄 때입니다."라고 그는 말합니다. "하지만 모든 이해 관계자와 디바이스의 요구 사항과 제한을 최적화할 수 있는 지능형 시스템이 있어야 하며, 일반적인 프로그램으로는 성공하지 않을 것입니다."
"특히 유틸리티 프로그램의 경우, 더 통합된 고객 경험이 필요합니다."
케빈 브렘
RMI 매니저
VPP 도전과 약속
VPP 기술이 개선됨에 따라 유틸리티는 DERs를 대응 계획에 포함시키기 시작할 것입니다. 이는 현재 통합 사용자 경험을 방해하는 일부 조직적 구획을 극복하는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 Brehm에 따르면 규제당국도 VPP를 다루는 방식을 변경해야 합니다. "우리는 차별화된 전기차, 전기화를 위한 별도의 서류 등이 아닌 적용 기술 다중 접근 방식을 필요로 합니다."
결국, Brehm은 VPP가 수십 기가와트에서 수백 기가와트로 확장될 수 있도록 VPP를 확장하는 데 대한 도전을 적극 극복할 것으로 기대합니다. "앞으로 5~10 년 동안 VPP가 유틸리티 및 전력 그리드 운영자에게 더 많은 서비스를 제공할 것으로 예상됩니다. VPP는 과거에 비상용량으로 사용되었지만 이제는 일상적인 에너지 및 부가 서비스를 제공하기 시작합니다. 시간이 지남에 따라 더 많은 VPP가 분배 혜택을 제공하고 커뮤니티 마이크로 그리드의 일환으로 에너지 탄력성을 지원할 것입니다."
PGE는 통합 자원 계획에 VPP를 접목시키기 시작한 많은 유틸리티 가운데 하나입니다.
PGE의 Light는 "우리 프로그램은 운영과 거의 관계없는 자원에서부터 더운 날의 부하를 실질적이고 예측 가능한 수준으로 줄이는 것까지 성장했으며, 이는 큰 변화입니다." 라며 "이제 내부적으로 이 능력을 증명했으므로 완전히 운영화하여 확장할 수 있도록 할 것입니다." 라고 말했습니다.
Virtual Peaker, PGE 및 VP3 회원들은 VPP 채택의 선두주자이며, 지리적으로는 동서 해안과 텍사스 지역이 가장 강합니다. 그러나 궁극적으로는 나머지 지역에서도 작동할 모델을 증명하는 데 있습니다. Light는 "다른 공공시설에 가능성을 보여주면서, 우리는 기술 파트너 생태계가 번영할 수 있도록 더 많은 피어들이 자체 VPP에 투자하도록 희망합니다. VPP가 공공시설 운영의 일부가 되도록 그리드 서비스에 대한 더 깊은 통합을 이끌고 싶습니다." 라고 말했습니다. "그러면 고객이나 기술 공급자이든, 당신의 장치를 유틸리티에 연결하고 그 가치를 실현할 방법이 있다는 것을 확신할 수 있습니다."
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