광주과학기술원(GIST) 에너지융합대학원 김윤수 교수 연구팀이 가상발전소 사업자가 희망하는 최소 수익을 보장하는 발전량 및 가격 입찰 기술을 개발했다.

이번 연구성과는 재생에너지나 전기차 등을 통해 발생되는 전력망의 생산량·가격의 불확실성과 변동성 문제를 해결하고 발전사업자의 안정적인 수익을 보장하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

21일 GIST에 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 지난해 기준으로 실시간 시장 가격이 메가와트시(MWh)당 최고 1,197달러, 최저 1,679달러를 기록했다.

한국은 최근 약 8만원에서 23만원 사이의 변동성을 보이는 것으로 나타났다.

한국은 아직 24시간에 대해 1시간 단위로 전력 가격이 결정되는 전일 시장만 운영하고 있지만, 제주에서 실시간 시장 시범사업이 종료되면 실시간 시장이 전국에 확대될 계획이다.

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.

기존의 발전량 및 가격 입찰 문제는 주로 결정론적 모델을 이용해 수익을 극대화하기 위해 입찰량과 가격을 구하는 방식으로 문제를 푸는데 이는 불확실성에 매우 취약하다.

연구팀은 재생에너지 생산량의 불확실성 문제를 해결하기 위해 와서스테인 거리를 불확실성의 측정 지표로 적용했으며, 시장 가격의 불확실성 문제를 해결하기 위해 정보격차 결정 이론을 이용했다.

실제 분포가 예시 분포에서 어느 정도 차이가 있는지 가상발전소 운영자가 설정할 수 있는 방식으로 불확실성 문제를 해결했다.

연구팀은 또 가상발전소 운영자가 희망하는 최소 수익 이상(기대수익)을 보장하기 위한 입찰량과 가격을 구하는 방식으로 접근해 불확실성을 줄일 수 있었다.

김윤수 교수는 “전력망 운영에 있어 에너지의 양적 가치보다 시장의 불확실성에 유연하고 안전하게 대응할 수 있는 능력이 더 큰 가치로 평가될 것이다”며 “이번 연구성과는 손익분기점을 잘 파악하고 있는 사업자 관점에서 설계된 해법이라는 점에서 더욱 활용도가 높을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 김윤수 교수가 지도하고 김준혁 박사과정생과 황진솔 박사과정이 수행한 이번 연구는 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원 사업의 지원을 받았다.

열역학 분야 상위 3.8% 국제학술지 ‘Energy’에 지난 9일 온라인 게재됐으며, 올해 7월 국내 특허로 출원됐다.