1. 서론

최근 정보통신 기술의 발달과 신 기후체제 대응을 위한 신재생 발전의 확대정책으로 에너지산업의 패러다임이 변화하고 있다.⁽¹⁾ 이에 따라 전력의 생산과 소비를 모두 수행하는 에너지 프로슈머(energy prosumer)의 개념이 포함된 다양한 형태의 전력거래시장이 출현하고 있으며, 이는 분산자원 및 지능형 전력망 등을 통해 전력을 자체 생산하고 효율적으로 소비하는 마이크로그리드(microgrid)의 확산과도 깊이 연관되어 있다.^(2,3) 이러한 취지로 아파트단지, 빌딩 등에서 태양광설비와 같은 소규모 신재생 분산전원을 통해 생산된 프로슈머의 잉여전력을 거래하기 위해, 한국전력공사에서는 PPA(Power Purchase Aggrement), 상계거래 및 P2P(peer to peer) 방식의 프로그램들을 개설하였으며, 전력거래소는 소규모전력중개시장의 시범사업을 추진하고 있다.^(4,5) 이러한 국내 에너지 프로슈머 관련 사업들은 목적에 따라 상이한 형태의 세부 프로그램들이 실증을 통해 단계적으로 추진되고 있지만 아직 그 효과가 미진하여 확산을 위한 개선 방안이 필요한 시점이다.

이와 관련하여 선행연구에서는 프로슈머 간 에너지 공유 모델을 설계하여 수요자원시장에 참여하는 방법을 제안하였고,⁽⁶⁾ NYISO(New York Independent System Operator)는 기존 수요반응(DR, Demand Response) 프로그램에 분산전원이 가변출력 제어를 통해 활용될 것으로 전망하여, 이를 기반으로 관련 시장을 개설하기 위해 수요 및 분산자원의 통합운영 메커니즘을 개발하고 있다.⁽⁷⁾ 하지만 이들은 잉여전력을 DR프로그램 참여를 위한 자원으로만 제한하고 있으며, 특히 [7]⁽⁷⁾의 경우 태양광설비와 같은 간헐적 특성을 갖는 분산전원을 보유한 프로슈머의 참여가 어렵다.

프로슈머의 잉여전력은 사용처가 불분명하고, 동일 배전망 내에서 소비되는 것이 효율적이다. 따라서 프로슈머 전력거래 모델은 이러한 특성을 고려하면서 판매자와 구매자 간 합리적인 거래과정을 설계하는 것이 매우 중요하다. 이러한 취지에서 상호 거래의 협상력 제고를 위해 프로슈머의 그룹화 방법 및 영향력 있는 프로슈머를 평가하는 방법이 연구되었다.⁽⁸⁾ 하지만 이는 소규모 잉여전력을 생산하는 프로슈머의 시장참여를 적극 유도하기에는 취약한 구조이다. 소규모 프로슈머는 상대적으로 거래 협상력이 제한적이며, 별도의 관리자를 통한 시장 모델이 필요하다. 이는 부하관리사업자 또는 LA(Load Aggregator)를 통해 거래되는 수요자원시장과 CAISO(California Independent System Operator)가 운영하는 DERP(Distributed Energy Resource Provider) 중심의 분산자원 중개시장⁽⁹⁾을 통해 그 효용성을 확인할 수 있다.

본 논문에서는 소규모 프로슈머의 시장참여 확대를 위해 현존하는 국내 프로슈머 전력거래 프로그램들의 특징을 고찰하고, Pool 거래 기반의 프로슈머 전력소매시장 모델을 설계한다. 제안하는 모델은 배전망 단위의 소규모 Pool을 통해 소매시장 운영이 가능하도록 LDERP(Local DERP) 중심의 거래절차를 구성하였다. 사례연구에서는 다양한 조건에서 LDERP를 비롯한 참여자들의 편익 변화를 분석하고, 이를 기반으로 현행 프로그램과 비교를 수행하여 제안한 모델의 효용성을 확인한다.

2. 국내 프로슈머 전력거래 프로그램 고찰

본 절에서는 합리적인 구조 및 절차에 따라 잉여전력 거래가 가능한 시장을 설계하기 위해, 현행 프로슈머 전력거래 프로그램^(4,5)의 특징을 표 1과 같이 요약하고, 각 프로그램의 의의와 취약점을 분석한다.

현행 국내 프로슈머 전력거래 프로그램은 한국전력공사와 전력거래소에서 다양한 거래 형태를 도입함으로써 프로슈머의 개념을 구체화하고 있다.

① 자가용 PPA 거래의 경우 프로슈머는 Utility와 구매계약을 통해 월 가중 계통한계가격(SMP, System Marginal Price)으로 정산 받는다. 이는 가중 정산에도 불구하고 다른 프로그램보다 정산단가가 낮고, 소규모 잉여전력의 경우 REC(Renewable Energy Certification) 참여용량 제한으로 인해 프로슈머의 REC 거래가 용이하지 않다. ② 상계거래의 경우 프로슈머의 당월 전기요금을 잉여전력량만큼 상계하며, 이월이 가능하다. 이는 누진제도를 적용받는 수용가의 요금 절감에 효과적이다. 그러나 전력소비량 대비 과다용량의 분산자원이 설치된 경우, 현금정산이 불가하여 계속된 잉여전력량 누적의 우려가 있다.⁽¹⁰⁾ ③ P2P거래의 경우 프로슈머는 Utility의 매칭을 통해 누진제도를 기반으로 인근 수용가와 직접 잉여전력을 거래한다. 잉여전력량이 높은 프로슈머는 여러 번의 매칭과정을 통해 적정소비 규모의 수용가를 찾는 과정이 필요하여, 전력소비 요금이 판매 정산금보다 낮은 프로슈머는 P2P거래 참여가 제한적이다. ④ 중개거래의 경우 프로슈머의 잉여전력을 매집하는 중개업자를 통해 ‘도매시장’에 참여하는 구조이며, 프로슈머 자원의 관리가 용이하다. 하지만 이는 CAISO의 분산자원 중개시장과 유사하게 프로슈머의 ‘전력생산’ 측면 기능에만 의미를 부여한 구조로, 이웃 간 거래를 통해 프로슈머와 전력소비자 모두에게 도움이 되는 ‘국민 참여 형 모델’로 확산하기에는 제한적이다.

3. 소규모 Pool 거래 기반 프로슈머 전력소매 시장 모델

본 절에서는 앞서 고찰한 각 프로그램의 취약점을 개선하기 위해 소규모 Pool 거래 기반 프로슈머 전력소매 시장의 모델을 그림. 1과 같이 제안한다.

제안한 모델은 소규모 Pool을 이용해 공동주택단지, 주상복합 건물과 같은 동일배전망 내에서 상호 거래가 가능하도록 설계하였고, 이를 관리하기 위한 LDEPR를 통해 소규모 전력거래의 용이성을 확보하였다. 또한 시장에 참여하는 프로슈머를 ‘판매자’로 설정하고, 인근에서 전력을 소비하는 수용가를 ‘구매자’로 설정하여 제안하는 모델의 운영 구조 및 절차를 설계하였다.

4. 사례연구

사례연구에서는 본 논문에서 제시한 모델의 효용성을 확인하기 위해, 다양한 판매자 잉여전력량( $P_k^{Pro}$)과 구매자 전력소비량(P_i)에 대해 LDERP 소매시장의 모의 정산결과를 고찰하고, 동일한 조건에서 현행 프로그램과의 비교분석을 수행한다.

5. 결 론

본 논문은 판매자와 구매자 간 상호거래가 가능한 Pool 기반 프로슈머 전력소매 시장 모델의 구조를 설계하였다. 제안하는 모델은 LDERP가 참여자간 요금제 및 잉여전력분배방안 등을 협의하여 운영이 가능하도록 유사한 구조를 갖는 현행 수요자원시장을 기반으로 거래절차를 구성하였다. 사례연구에서는 제안시장의 참여자 편익을 다양한 조건에서 분석하였고, 이를 기반으로 현행 프로그램들과 비교하였다. 그 결과 제안하는 LDERP 중심의 요금제 기반 소매시장은 Pool을 통해 복잡한 매칭 과정 없이 참여자의 편익 확보가 가능하여 소규모 수용가들의 참여확대가 용이함을 확인하였다. 향후 LDERP의 다양한 Pool 형태에 따른 사업전략을 고찰하기 위해 최적 잉여전력 분배방안에 관한 연구가 필요하며, 다양한 발전원에 따라 상이한 출력특성 및 초기비용을 고려하여 시간대별 또는 에너지원별 요금정산방안에 관한 연구가 수행되어야 할 것으로 사료된다.