[논문 리뷰] Peer to Peer Sharing of Distributed Energy Resources

Siddharth Patel, Ram Rajagopal|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 22.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 10인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 주거 환경에서 屋上 태양광 및 에너지 저장 장치의 피어 투 피어(P2P) 임대 시장을 제안하여, 소유자가 아닌 자들이 소유자로부터 용량을 임대함으로써 전기 요금을 절감할 수 있도록 한다. 노던 캘리포니아의 실시간 시간대 소비 데이터를 사용하여, 15% 이내의 보급률에서 중앙집중식 모델과 유사한 시장 잉여를 생성할 수 있음을 확인했으며, 이는 분산 에너지 자원(DER)의 보급을 촉진할 수 있지만, 지역적 매칭 감소로 인해 배전망 비용이 다소 증가할 경우 직접 보조금이 더 저렴한 정책 도구가 될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

As the penetration of distributed energy resources in the residential sector increases, the scope for sharing arrangements expands. We model a peer-to-peer rental market for rooftop solar and energy storage in the residential sector, with households seeking to minimize their electricity costs. For varying adoption levels, we characterize the market rental price, quantity, and participation rate. We find that up to 15% adoption, the peer-to-peer market generates a surplus comparable to that attainable though a centralized sharing model. The peer-to-peer market can incentivize an increase in total adoption in the long run. We find that direct subsidies would be a cheaper way to increase adoption if enabling the peer-to-peer market increases distribution grid costs by more than a few percent. This cost increase would be related to how locally the peer-to-peer market can match renters and owners. We compute metrics of this localness and find that the market clears quite locally for a wide range of adoption rates.

연구 동기 및 목표

• 주거 환경에서 태양광 패널 및 배터리와 같은 분산 에너지 자원(DER)에 대한 피어 투 피어 임대 시장을 모델링하는 것.
• 이러한 시장이 중앙집중식 모델과 비교해 전기 요금 절감, 참여율, 총 시장 잉여에 어떤 영향을 미치는지 평가하는 것.
• 특히, 배전망 비용 증가 가능성을 고려할 때, 피어 투 피어 시장 활성화와 직접 정부 보조금 간의 정책적 대안성을 평가하는 것.
• 피어 투 피어 거래의 지리적 지역성과 이를 통한 배전망 인프라 및 운영 비용 영향을 분석하는 것.
• 전력망 사업자, 공급업체, 집합체 등 주요 이해관계자들이 피어 투 피어 시장의 도입을 장려하거나 차단하는 데 있어 어떤 전략적 인cent티브를 가질 수 있는지 분석하는 것.

제안 방법

• 노던 캘리포니아의 실시간 시간대 주택 전력 소비 데이터를 대량으로 활용하여 개인 주택의 수요 및 DER 용량을 모델링한다.
• 단일 매개변수로 주택 특성에 따라 스케일링된 태양광(PV) 시스템과 배터리 저장 장치의 조합으로 넷제로 DER 자산을 정의한다.
• 소유자는 사용하지 않는 DER 용량을 비소유자에게 임대할 수 있는 피어 투 피어 임대 시장을 모델링하며, 분석 기간 전체에 걸쳐 계약이 체결된다.
• 다양한 DER 보급 수준에서 시장의 수요 및 공급 함수를 추정하고, 균형 임대 가격과 참여율을 도출한다.
• 피어 투 피어 및 중앙집중식 공유 모델 하에서의 총 시장 잉여를 비교하며, 이전 연구에서 확보한 기준치를 활용한다.
• 지리적 근접도를 측정하는 지표를 계산하고, 이를 통해 배전망 비용에 미치는 영향을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 주택용 분산 에너지 자원(DER)에 대한 피어 투 피어 임대 시장이 중앙집중식 공유 모델과 유사한 수준의 잉여를 얼마나 생성할 수 있는가?
• RQ2 피어 투 피어 시장은 분산 에너지 자원의 총 보급에 어떤 영향을 미치며, 장기적으로 보급 증가를 위한 인cent티브를 어떻게 제공할 수 있는가?
• RQ3 피어 투 피어 시장 활성화로 인해 배전망 비용이 다소 증가할 경우, 직접 정부 보조금이 동일한 보급 증가를 달성하기 위해 더 비용 효율적인 정책 도구가 되는 조건은 무엇인가?
• RQ4 피어 투 피어 거래는 어느 정도 지역적으로 이루어지며, 이러한 지역성은 배전 시스템 비용과 혼잡도에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 전력망 사업자, 공급업체, 집합체 등의 이해관계자들이 피어 투 피어 시장의 출현에 대해 어떤 인센티브를 공유하거나 충돌하는가?

주요 결과

• 분산 에너지 자원(DER)의 보급률이 15% 이내일 경우, 피어 투 피어 시장은 중앙집중식 공유 모델과 유사한 총 잉여를 생성한다.
• 피어 투 피어 시장은 비소유자가 태양광 및 저장 장치의 혜택을 접근할 수 있도록 하여, 장기적으로 DER 보급 증가를 유도할 수 있다.
• 피어 투 피어 시장 활성화로 인해 배전망 비용이 몇 퍼센트 이상 증가할 경우, 동일한 보급 증가를 달성하기 위해 직접 보조금이 더 저렴한 정책 대안이 될 수 있다.
• 피어 투 피어 시장 거래는 다양한 보급률 수준에서 상당히 지역적으로 이루어지며, 대부분의 거래가 인근 주택 간에 이루어짐을 시사한다.
• 이웃 간에 지역적으로 생성된 태양광 전기를 소비하도록 장려함으로써 피어 투 피어 시장은 총 배전망 비용을 감소시킬 수 있다. 이는 장거리 전력 수송의 필요성을 줄이기 때문이다.
• 현재 전력망 요금 체계는 남은 태양광 전기를 저가로 매입함으로써 에너지 저장의 인센티브를 제한한다. 더 높은 매입 가격이 적용된다면 피어 투 피어 시장의 범위가 줄어들어 직접 전력망 수출을 장려할 수 있다.