에너지연구소 / 배전계통운영자의기능과구조 유정민수석연구원 Abstract 배전망에연계되는분산자원에너지와프로슈머가확대됨에따라배전계통운영자 (distribution system operator, DSO) 의기능과구조에대한논의가활발하게진

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태승 판
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에너지연구소 2018-05 / 2018. 05. 30 배전계통운영자의기능과구조 유정민수석연구원 Abstract 배전망에연계되는분산자원에너지와프로슈머가확대됨에따라배전계통운영자 (distribution system operator, DSO) 의기능과구조에대한논의가활발하게진행되고있다.

1 에너지연구소 / 배전계통운영자의기능과구조 유정민수석연구원 Abstract 배전망에연계되는분산자원에너지와프로슈머가확대됨에따라배전계통운영자 (distribution system operator, DSO) 의기능과구조에대한논의가활발하게진행되고있다. 배전계통운영자는기존의단순계통운영관리를넘어다양한분산자원과전력기술을수용하고이를기반으로하는양방향전력거래를촉진하는통합플랫폼으로이해할수있다. DSO의기능은계통운영시스템, 시장중계플랫폼, 그리고네트워크서비스등크게세가지로요약될수있는데, DER의확대정도에따라그주요기능상차별성이존재한다. 초기단계는주로그리드의안정적운영에중점을둔다면, DER 사용자가증가하면서 DER의네트워크연계, 송전네트워크간의연계, 그리고 DER 거래플랫폼으로진화해나간다. DSO의구조는크게배전운영과소유가통합된구조, 소유권이분리된독립형 DSO, 그리고수직통합형유틸리티모델이있다. 각각의모델은배전계통의소유와운영의분리정도에따라운영효율성과시장효율성이라는측면에서상호 trade-off가발생한다. 향후배전네트워크의안정적운영과비차별적인 DER 계통연계및시장운영을위한적합한 DSO의구조에대한구체적인분석이필요하다.

2 서울에너지공사에너지연구소 전력산업구조의변화 전통적인전력산업구조는 규모의경제 그리고국가기간산업이라는특성으로인해정부규제하의민간독점혹은국가독점기업의형태로발전해왔다. 이들독점산업은발전-송배전-판매부문을통합하여운영하는, 소위수직통합적 (vertically integrated) 구조로운영되어왔다. 이러한수직통합적 독점적전력산업은서비스원가주의 (cost of service) 에기반하고있는데, 이는정부규제기관이전력회사로하여금안정적인전력공급서비스를제공을의무화하고이에대한적절한투자와보수율을전력요금을통해회수할수있도록하는규제방식이다. 하지만발전기술의향상과신자유주의경제이념의확산에따라 1980년대부터영국과미국을중심으로경쟁적전력시장구조가도입되기시작하였다. 이에따라, 기존수직통합적전력회사의발전, 송배전및판매부문이분리되고 (unbundling) 신규발전사업자및소매업자 (retailer) 등이시장에참여하게되어전력시장이다원적 경쟁적방식으로운영되게되었다. 특히, 이시기전력산업구조개편은주로송전부문에서대규모전력 (bulk power) 거래를목적으로하는전력도매시장설립에집중되었다. 이를위해지역송전망운영자 (regional transmission organization, RTO) 와독립계통운영자 (independent system operator, ISO) 등과같은운영기관을설립하여배전네트워크운영및도매시장운영을하도록하였다. 이에반해최근일어나고있는전력산업의변화는그동안상대적으로중요하게다루어지지않았던배전망부문에서발생하고있다. 이변화의가장큰요인은배전망에연계된소규모분산에너지자원 (distributed energy resource, DER) 1) 의급속한확대일것이다. 정책적추진 (top-down) 혹은소비자선택 (bottomup) 에의해배전계통에서의 DER 확대를촉진해야할필요성이커지고있다. 반면에배전계통에서의변동성전원확대에따른전압및주파수불안정성을관리하기위한필요성역시증대하고있다. 판매시장운영측면에서는단순히소비자가생산자를선택하는일방향소매경쟁을넘어분산자원모집사업자 (aggregator) 와프로슈머등다양한소비자와생산자간의양방향거래가크게증가할것으로전망된다. 때문에 DER의확대에따른배전망계획과운영, 그리고프로슈머간시장거래를책임지는배전계통운영자 (distribution system operator, DSO) 의필요성이제기되고있다. 1) 분산에너지자원은기존대규모전력공급시설과는달리사용자근처, 주로배전망에연결된소규모에너지공급시설및이에해당하는서비스를제공할수있는에너지원으로규정할수있다. 소규모태양광, 연료전지, 마이크로가스발전기등과같은발전원과수요반응자원, 에너지저장장치, 전기차, 등이포함될수있다. 02

3 배전계통운영자의기능과구조 Time Period Structure Rationale / Players Prior to 80s Regulated Generation Transmission Distribution Integrated Utility Natural monopoly Economies of Scale Public utility Retail Cost of service Late 80s to Present Competitive Regulated Competitive Generation Generation Transmission Distribution Retail Retail Unbundled utility Competitive market Erosion of economies of scale(gas turbine) TSO, ISO, PX Present to Future Competitive Regulated Communicative Innovation Generation Prosumers with DER Transmission Generation Distribution Retail Platform provider Facilitation of DERs Integration of ICT and RES Emerge of prosumer and DSO < 그림 1> 전력산업구조변화 주 ) 문국현 (2018) 의발표자료를일부수정하여작성 배전계통운영자의역할 전력계통의운영에는기본적으로세가지중요한기능이있다. 첫번째는시장플랫폼기능이다. 소비자와생산자간의투명하고효율적인전력거래가계통운영의핵심적기능이다. 두번째는네트워크제공기능이다. 이는전기를운송하기위해필요한물리적인네트워크, 송배전네트워크를계획, 건설, 유지및보수하는기능을말한다. 세번째는시스템운영기능이다. 전력시스템은전기라는재화의특성상수요 / 공급의일치와전압및주파수의안정적유지가매우중요하다. 이를위해계통운영자는하루전시장 (day-ahead market), 실시간시장 (intra-day market), 보조서비스시장, 예비율규정등다양한시장과제도를운영하고있다 (MIT, 2016: ). 지금까지이러한핵심적계통운영의기능은대량전력이송을다루는송전부문에서이루어져왔다. 이에반해배전계통은전통적으로최대부하를충족시키는배전설비를건설하고이를안정적으로유지 관리하는것을중심으로운영되어왔다. 하지만이러한기능은배전운영의최소한의기능이며, 향후 DER의확대에 03

4 서울에너지공사에너지연구소 따라보다적극적인기능을하는배전계통운영자의역할이필요하게될것이다. Kristov 와 Martini (2014) 는 DSO의기능을크게 최소 DSO 기능 (minimal DSO function) 과 추가적인 DSO 서비스 (additional DSO services) 로나누어설명한다. 최소 DSO 기능은지금운영중인독점적배전회사 (utility distribution company, UDC) 의연장된역할인데, 이는배전망의안정적운영과송배전망간의유효전력과무효전력흐름을조정 (coordination) 하는역할이다. 추가적인 DSO 서비스는시장촉진기능인데, 이는 DSO로하여금배전망의모든 DER을모아서 TSO/ISO와같은전력수급기관 (balancing authority) 에서운영하는다양한에너지시장에참여하도록하는것을말한다. Martini & Kristov (2015) 는 DER 확대에따라배전계통의주요기능변화를아래 < 그림 2> 와같이보여주고있다. DER의확산이많지않은경우, 배전시스템운영은배전네트워크의현대화와안정적운영을위한투자에집중된다. 두번째단계는 DER 사용자가많아져 DER의계통연계가배전계통운영에서중요하게고려되는단계이다. 이단계는 DER 연계가늘어나배전망의안정적인운영계획이필요한시기인데, DER 용량이전체최대부하의약 5% 이상이되는시점이이단계에해당한다. DER 사용자가증가함에따라전기의역조류문제가발생하기시작하여이에대한배전망보호및안정화기술이요구된다. 한편 DER은유연자원 (flexible resources) 으로서혹은대규모발전시설에대한대안으로서인정받아새로운비즈니스기회를창출할수있다. 따라서이단계에서는안정적인망운영을위해대규모전력시스템 (ISO/RTO 시장 ) 과 DSO 간의보다밀접한연계가필요해진다. 세번째단계는높은 DER의확산과관련정책을통해배전네트워크단위에서 P2P와같은다자간거래가일어나는단계이다. 프로슈머나 DER제공자는전력도매시장이나배전회사와의거래뿐만아니라동일배전망내혹은다른배전망에연계된프로슈머와거래하게된다. DER Level Customer Adoption Stage 1: Grid Modemization Stage 2: DER Integration Moderate to High Level of DER Adoption Stage 3: Distributed Markets Very High DER Adoption Multi-party Transactions & Market Operations DER Integration & Optimization; Dist. Platform Developmment Low DER Adoption Smart Grid Investments Aging Infrastructure Refresh Distribution System Time < 그림 2> DER 확대에따른배전계통의발전 04

5 배전계통운영자의기능과구조 배전계통운영자의구조 앞서살펴본배전계통운영자의역할처럼배전계통운영자의구조역시아직까지하나의정립된모델은없으며해당지역의전력시장구조및제도에따라상이한형태를가질것으로예상된다. 여기서는 MIT (2016) 연구를중심으로네트워크운영의중요한기능인배전망서비스제공, 배전망운영및시장운영을위해서크게세가지형태의 DSO의구조를살펴보고자한다. 첫번째는배전망소유자 (distribution network owner, DNO) 와배전관리자 (distribution operator, DO) 의결합형태이다. 이는도매시장의 TSO의역할과비슷한배전계통운영자모델인데, 하나의배전회사가배전망서비스, 배전망운영및시장플랫폼서비스를모두제공한다. 때문에범위의경제 (economies of scope) 를이용하여보다효율적인계통운영을할수있다는장점이있는반면에 DER 제공자에게투명하고비차별적인망접근권제공을저해할수있다는위험이있다. 두번째형태는독립배전계통운영자 (independent distribution system operator, IDSO) 모델이다. 이는송전계통에서의독립계통운영자 (ISO) 와흡사한구조로서, IDSO는배전망을소유하지않고배전망계획과운영을책임지는형태이다. IDSO는배전망과시장운영에이해관계가없기때문에보다투명한배전계통계획과시장운영을할수있다는장점이있다. 또한배전회사는구조적또는재정적분리없이그들의배전망소유권을유지한채시장에참여할수있어절차적으로수월하게배전운영시스템을디자인할수있다는장점이있다. 하지만배전계통의운영과소유의분리는통합운영으로부터오는 범위의경제 편익을다소희생해야한다는단점이있다. 배전계통은수많은배전시설과시장참여자가서로연계되어있어송전계통보다훨씬복잡한구조를가지고있어보다통합적인계통운영과관리가필요한데독립계통운영자모델에서는이러한통합적운영이어렵기때문이다. 또한배전계통에대한이해가높은기존배전회사는다른 DER 소유자보다유리한조건에서시장에참여할수있다는문제점이있다. 세번째는수직통합전력회사로하여금 DSO의역할을부여하는것이다. 수직통합전력회사 DSO 모델 (vertically integrated DSO, VI DSO) 은배전뿐만아니라송전, 발전그리고판매부문까지소유및운영하고있는유틸리티가배전계통의운영을맡기때문에 DER 사업자에대한시장차별이발생할가능성이크다. 때문에 DER 사업자에대해비차별적인망접속권을보장하여공평한경쟁시장을운영하기위해서는보다엄격한규제가필요할것이다. 예를들어, 투명하고비용효과적인망접속료의설정과 DER 계통연계확대를위한장기계획수립등수직통합전력회사의공정성과 DER 확대를위한규제가종합적으로마련될필요가있다. 하지만앞선두가지모델에비해이러한수직통합형 DSO 모델은적용가능성이낮아보인다. 우선기술적인문제가있다. 향후 DER의위치, 시간별발전량, 전압및주파수영향과같은배전망내복잡성이크게증가할전망이므로배전망과송전망을통합적으로운영하는것은현실적으로대단히어려운과제이다. 오히려송배전망을각각운영하면서다중적 (layered) 혹은계층적 (hierarchical) 최적화를 05

6 서울에너지공사에너지연구소 추구하는것이보다효과적일수있다 (Martini & Kristov, 2015). 제도및규제로인한어려움도있다. 현재정도의차이는있지만이미많은나라의전력시장은발전과판매부문등이분할되어기존수직통합적유틸리티의모델은찾아보기어려운상황이다. 우리나라도지난 1990년대말전력산업구조개편을통해발전부문이한전으로부터분리되어운영되고있어수직통합적 DSO 모델의적용이현실적으로쉽지않다. 발전 발전 발전 TSO TSO TSO 배전소유 배전소유 배전소유 DSO 배전운영 DSO 배전운영 DSO 배전운영 <DNO/DO DSO> <IDSO> <VI DSO> 소결 현재우리나라는한국전력이전국적차원에서배전망운영관리자역할을하고있으나앞으로는배전망연계 DER 확대에따라지역을기반으로하는배전운영의필요성이점차커질것이다. 앞서살펴본바와같이배전망의소유와운영을책임지는배전소유및운영통합 DSO 모델 (DNO/DO DSO) 혹은독립배전계통운영자 (IDSO) 모델이 DSO의일반적인구조가될것으로예상된다. 하지만이러한두가지구조에서도소유권에대한문제, 역할, TSO와의관계, DER 확대와운영을위한다양한제도및시장구조에대해서는보다구체적인논의가필요할것이다. 한가지강조해야할점은이러한새로운 DSO 조직은 DER의확대에따른자연스러운기술적진화과정이라기보다는정책과제도및기술의상호작용에의해나타나는새로운전력플랫폼이라는것이다. 즉, 분산에너지자원의사회적 환경적편익을최대로이용하기위해서는보다체계적이고일관적인정책이 DSO 논의과정에수반되어야할필요가있는것이다. 특히, 우리나라는분산에너지자원의시스템적가치를반영할수있는시장메커니즘이부재하다. 전력시장은주로대규모전력거래에집중되어있고소규모에너지자원이제공할수있는급전응동, 예비력및보조서비스기능을활용하기위한제도가제한적이다. DSO의구조에대한논의와더불어분산에너지자원의확대를위한체계적인가격결정및계통연계를지원하기위한제도적뒷받침이병행되어야할것이다. 06

7 배전계통운영자의기능과구조 참고문헌 Kristov & Martini st Century Electric Distribution System Operations. Retrieved from on December 1, Martini & Kristov Distribution Systems in a High Distributed Energy Resource Future. LBNL MIT Utility of the Future. 문국현 미래환경변화대응을위한해외 DSO운영사례와국내모델제언. 2018년도싸이레드한국위원회하계학술대회 07

8 수석연구원유정민 에너지환경정책학박사 관심연구분야전력산업구조개편, 신재생에너지정책, 기후변화대응정책 주요저서에너지인프라안보의개념틀과구성요소 (2016), 에너지전환을위한소통적전력계획의모색 (2016), 전환적기후변화적응에대한비판적고찰 (2015), 런던과뉴욕의기후변화적응정책의제도화와거버넌스구조에대한비교연구 (2015), 전력산업구조개편담론의재구성 (2011) 전화 이메일 에너지연구소 주소서울시양천구목동서로 20 서울에너지공사 1 층 전화 / FAX HOMEPAGE 발행처에너지연구소 발행인박진섭 담당자이재석

2001 년 4 월전력산업구조개편과함께출범한전력거래소는전력산업의중심 기관으로서전력시장및전력계통운영, 전력수급기본계획수립지원의기능을 원활히수행하고있습니다. 전력거래소는전력자유화와함께도입된발전경쟁시장 (CBP) 을지속 적인제도개선을통해안정적으로운영하고있으며, 계통운영및수급

2001 년 4 월전력산업구조개편과함께출범한전력거래소는전력산업의중심 기관으로서전력시장및전력계통운영, 전력수급기본계획수립지원의기능을 원활히수행하고있습니다. 전력거래소는전력자유화와함께도입된발전경쟁시장 (CBP) 을지속 적인제도개선을통해안정적으로운영하고있으며, 계통운영및수급 계획수립등전력수급안정에도최선의노력을기울이고있습니다. 이번에발간하는 2016년발전설비현황은