[논문 리뷰] Home Energy Management Systems in Future Smart Grids

Ilyas Khan, Anzar Mahmood외 4명|arXiv (Cornell University)|2013. 06. 05.

Smart Grid Energy Management참고 문헌 10인용 수 39

한 줄 요약

이 논문은 향후 스마트 그라이드에서 주거 에너지 관리 시스템(HEMS)에 대한 종합적인 검토를 제안하며, 시간별 요금(ToU), 실시간 요금(RTP), 비상 피크 요금(CPP)과 같은 가격 책정 체계를 통해 피크 수요를 줄이고 에너지 효율을 향상시키기 위해 최적화 및 통신 기술에 중점을 둡니다. 이는 HEMS를 현지 발전과 동적 요금 체계와 통합할 경우 피크 대 평균 비율(PAR)을 크게 낮춰 전력망 안정성과 사용자 절감 효과를 높일 수 있음을 시사합니다.

ABSTRACT

We present a detailed review of various Home Energy Management Schemes (HEM,s). HEM,s will increase savings, reduce peak demand and Pto Average Ratio (PAR). Among various applications of smart grid technologies, home energy management is probably the most important one to be addressed. Various steps have been taken by utilities for efficient energy consumption.New pricing schemes like Time of Use (ToU), Real Time Pricing (RTP), Critical Peak Pricing (CPP), Inclining Block Rates (IBR) etc have been been devised for future smart grids.Home appliances and/or distributed energy resources coordination (Local Generation) along with different pricing schemes leads towards efficient energy consumption. This paper addresses various communication and optimization based residential energy management schemes and different communication and networking technologies involved in these schemes.

연구 동기 및 목표

• 미래 스마트 그라이드 내에서 주거 에너지 관리 시스템(HEMS)이 효율적인 에너지 소비를 가능하게 하는 역할를 분석하기.
• 시간별 요금(ToU), 실시간 요금(RTP), 비상 피크 요금(CPP), 블록 단계 상승 요금(IBC)과 같은 다양한 요금 체계가 가정의 에너지 비용과 전력망 부담을 어떻게 줄일 수 있는지 조사하기.
• 주거 에너지 관리에서 실시간 데이터 교환을 지원하는 통신 및 네트워킹 기술을 평가하기.
• HEMS에서 가정용 가전기기와 분산 에너지 자원(예: 현지 발전)을 조율하기 위한 최적화 기법을 탐색하기.
• HEMS가 피크 대 평균 비율(PAR)과 전체 에너지 절감과 같은 핵심 지표에 미치는 영향을 평가하기.

제안 방법

• 기존 주거 에너지 관리 체계(HEM)와 스마트 그라이드 기술과의 통합에 대한 체계적 검토 수행.
• 시간별 요금(ToU), 실시간 요금(RTP), 비상 피크 요금(CPP), 블록 단계 상승 요금(IBC)을 포함한 다양한 요금 체계 분석.
• 주거용 에너지 기기의 실시간 모니터링 및 제어를 가능하게 하는 통신 프로토콜 및 네트워킹 아키텍처 검토.
• 가정용 가전기기 스케줄링 및 전력망 공급과의 통합을 위한 현지 에너지 발전(예: 태양광 패널)을 고려한 최적화 모델 평가.
• PAR 감소, 에너지 비용 절감, 부하 균형 조절과 같은 지표를 사용해 HEMS의 성능 평가.
• 가전기기 및 분산 에너지 자원의 조율된 제어가 체계적 효율 향상에 어떻게 기여하는지 통합된 결과 도출.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 시간별 요금(ToU), 실시간 요금(RTP), 비상 피크 요금(CPP), 블록 단계 상승 요금(IBC)과 같은 다양한 요금 체계가 주거용 에너지 소비 패턴과 비용 절감에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 통신 및 네트워킹 기술은 주거에서 실시간 에너지 관리를 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ3 HEMS 내 최적화 기법을 통해 피크 대 평균 비율(PAR)을 어떻게 줄이고 전력망 안정성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 현지 발전(예: 屋상 태양광 패널)을 HEMS와 통합할 경우 에너지 효율성과 사용자 절감 효과에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 미래 스마트 그라이드에서 HEMS를 대규모로 구현하는 데 있어 주요 과제와 기회는 무엇인가?

주요 결과

• 동적 요금 모델과 결합된 HEM 체계는 피크 수요를 크게 줄이고 에너지 효율을 향상시킨다.
• 현지 발전과 HEMS를 통합하면 에너지 비용이 낮아지고 주요 전력망 의존도가 감소한다.
• 비상 피크 요금(CPP)과 실시간 요금(RTP)과 같은 요금 체계는 피크 시간대의 부하를 피하는 데 효과적이다.
• 최적화 기반 HEMS는 피크 대 평균 비율(PAR)을 감소시켜 전력망 신뢰성 향상과 인프라 부담 감소에 기여한다.
• 실시간 데이터 교환과 제어를 위해 효과적인 통신 기술이 필수적이다. 이를 통해 HEMS는 최적의 성능을 달성할 수 있다.
• 연구는 가전기기 및 분산 에너지 자원의 조율된 관리가 측정 가능한 에너지 절감과 체계적 효율 향상에 기여함을 확인한다.