[논문 리뷰] LCOE-based Pricing for DLT-enabled Local Energy Trading Platforms

Marthe Fogstad Dynge, Ugur Halden외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 01. 24.

Smart Grid Energy Management인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 기존의 감소 추세에 있는 보조금 제도(FiT)를 대체하여 블록체인 기반 지역 에너지 거래 시장(LEMs)에 대해 LCOE(전기의 등가비용) 기반 가격 설정 메커니즘을 제안한다. 프로슈머의 LCOE를 바탕으로 현지 거래 가격을 설정함으로써, 프로슈머의 수익성은 유지하면서 소비자 비용은 감소시킨다. 결과적으로 소비자 비용 감소 효과가 뚜렷하고, FiT 및 경매 기반 대안 대비 더 나은 혜택을 제공함으로써 탈중앙화된 에너지 거래의 공정성과 투명성을 향상시킨다.

ABSTRACT

Support schemes like the Feed-in-Tariff (FiT) have for many years been an important driver for the deployment of distributed energy resources, and the transition from consumerism to prosumerism. This democratization and decarbonization of the energy system has led to both challenges and opportunities for the system operators, paving the way for emerging concepts like local energy markets. The FiT approach has often been assumed as the lower economic bound for a prosumer's willingness to participate in such markets but is now being phased out in several countries. In this paper, a new pricing mechanism based on the Levelized Cost of Electricity is proposed, with the intention of securing profitability for the prosumers, as well as creating a transparent and fair price for all market participants. The mechanism is designed to function on a Distributed Ledger Technology-based platform and is further set up from a holistic perspective, defining the market framework as interactions in a Cyber-Physical-Social-System. Schemes based on both fixed and variable contracts with the wholesale supplier are analyzed and compared with both the conventional FiT and to its proposed replacement options. The results show a cost reduction for the consumers and a slight loss in revenue for the prosumers compared to the FiT scheme. Comparing it to the actual suggested replacements to the FiT, however, it is clear that the pricing mechanism proposed in this study provides a substantial increase of benefits for both prosumers and consumers.

연구 동기 및 목표

• 이전에 프로슈머의 에너지 거래 참여를 지원했던 감소 추세에 있는 보조금 제도(FiT)의 단계적 폐기 문제를 해결하기 위해.
• FiT를 대체할 수 있는 투명하고 공정하며 수익성이 확보된 지역 에너지 거래 시장(LEMs)을 위한 가격 설정 메커니즘을 설계하기 위해.
• 사이버-물리-사회 시스템(Cyber-Physical-Social-System) 프레임워크를 통합하여 프로슈머의 수익성 확보와 소비자 비용 감소를 동시에 달성하기 위해.
• 경제적 효율성과 시장 참여도 측면에서 FiT 및 경매 기반 대안과 비교하여 LCOE 기반 메커니즘의 성능을 평가하기 위해.
• 분산장부기술(DLT)과 LCOE 기반 가격 설정을 통합함으로써 안전하고 추적 가능하며 사용자 友好的한 LEM 운영의 실현 가능성과 이점을 입증하기 위해.

제안 방법

• LCOE 기반 가격 설정 메커니즘은 프로슈머의 분산 에너지 자원(DERs)의 평균 LCOE를 기반으로 현지 에너지 거래 가격을 설정함으로써, 비용 회수와 수익성 확보를 보장한다.
• 이 메커니즘은 사이버-물리-사회 시스템 프레임워크 전반에서 보안성, 투명성, 감사 가능성을 확보하기 위해 DLT 기반 플랫폼에 구현된다.
• 모델은 프로슈머와 도매 공급자 간의 고정 및 변동 계약을 분석하며, 다양한 시장 포화 수준에서의 결과를 비교한다.
• 공급-수요 비율(SDR)과 동적 시장 정산 방식을 활용하여 주변 지역의 실시간 에너지 수요-공급 균형에 따라 가격 조정을 결정한다.
• 이 접근법은 프로슈머를 가격 수용자로 간주하여 실제 에너지 기여도에 따라 비용과 혜택을 분배함으로써 공정성을 향상시킨다.
• 모델은 다양한 수의 프로슈머를 포함한 주거 지역을 대상으로 시뮬레이션을 수행하여 연간 소비자 비용과 프로슈머 수익을 측정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시장 포화 수준이 다양할 경우, LCOE 기반 가격 설정 방식이 FiT 대비 소비자 비용과 프로슈머 수익에 미치는 영향은 어떠한가?
• RQ2 FiT를 LCOE 기반 가격 설정으로 대체할 경우, 지역 에너지 거래 시장 내 프로슈머 투자의 경제적 타당성은 어떻게 변화하는가?
• RQ3 사회 복지와 시장 공정성 측면에서 LCOE 기반 메커니즘은 경매 기반 및 기타 비용 공유 가격 설정 방식 대비 어떻게 성과를 내는가?
• RQ4 LCOE 기반 메커니즘이 DLT 기반 지역 에너지 거래 플랫폼에서의 투명성과 신뢰도를 얼마나 향상시키는가?
• RQ5 제안된 가격 설정 모델 하에서 에너지 저장 장치의 통합은 LCOE 값과 시장 참가자의 전략적 행동에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• LCOE 기반 가격 설정 방식 하에서 소비자는 시장 포화 수준에 관계없이 상당한 비용 감소를 경험한다.
• FiT 제도 대비 프로슈머의 수익은 약간 감소하지만, 이는 경매 기반 대안 대비 훨씬 유리한 혜택으로 상쇄된다.
• 특히 프로슈머 비율이 높은 상황에서 LCOE 메커니즘이 FiT 및 경매 기반 모델을 모두 능가하는 전반적인 시장 효율성과 공정성 확보에 기여한다.
• 이웃 지역에 6명 이상의 프로슈머가 존재할 경우, 시장가 포화 상태에 도달하여 유틸리티에 빈번한 초과 판매가 발생함으로써 시장 균형점이 도달함을 시사한다.
• 메커니즘은 현지 자가소비 비율을 증가시켜 모든 시나리오에서 태양광 발전량의 52%가 현지에서 소비됨을 보여주며, 에너지 효율 향상과 전력망 의존도 감소를 시사한다.
• 에너지 저장 장치의 통합은 시장 포화를 연기하고 프로슈머의 투자 유인도 강화하여 성숙한 LEM 환경에서의 투자 매력도 복원할 수 있다.