배터리 한 대로 여러 수익을 얻는 조건

배터리 사업의 자료에는 가격 차익, 예비 전력과 백업 서비스의 수익이 함께 등장할 수 있다. 같은 설비가 여러 역할을 한다면 투자비를 더 효율적으로 쓰는 기회가 된다.

하지만 각각의 최대 수익을 더한다고 실제 연간 수익이 되지는 않는다. 서비스를 제공하기로 약속한 같은 시간에 출력과 충전량을 동시에 사용할 수 있는지부터 확인해야 한다.

배터리의 여러 수익을 합치려면, 같은 시간의 출력과 저장 에너지를 중복 약속하지 않았는지 검산해야 한다.

1. 서비스마다 필요한 출력과 에너지부터 적는다

배터리의 MW는 공급할 전력의 크기, MWh는 공급할 에너지의 양이다. 미국 EIA의 배터리 보고서는 명목 에너지 용량을 명목 출력 용량으로 나눈 값을 지속 시간으로 사용한다.

이 두 용량은 서비스에 따라 다르게 필요하다. 짧은 시간에 큰 출력을 제공하는 서비스와, 고객 부하를 여러 시간 유지하는 백업은 같은 이름의 ‘용량’을 쓰더라도 요구 조건이 다르다.

각 약속에는 출력, 연속 제공 시간, 호출 가능 시간과 최소 충전량을 붙인다. 실제 시장의 상품 조건은 운영자와 계약마다 확인해야 한다. 수익의 이름보다 그 수익을 받기 위해 남겨 두어야 할 자원이 먼저다.

가상의 배터리는 최대 출력 100MW, 명목 에너지 400MWh다. 예비 충전량과 방전 손실 등 모든 제한을 반영한 고객 측 전달 가능 에너지는 320MWh로 별도 가정한다. 실제 제품의 효율이나 왕복 효율에서 바로 얻은 값이 아니다.

고객에게 50MW를 두 시간 백업하기로 했다면 전달 가능한 100MWh를 남겨 두어야 한다. 이 약속을 항상 지키면서 외부 재충전도 없는 한 번의 운전 구간에서는 가격 차익 거래에 사용할 수 있는 에너지가 최대 220MWh로 줄어든다.

320MWh 전체를 판매한 가격 차익 수익에 백업 수익을 더했다면, 위 조건에서는 같은 에너지를 중복 사용한 계산이다. 백업을 다른 전원으로 제공하거나 판매 뒤 재충전하는 구조가 있다면 그 시간과 비용을 추가해야 한다.

여기에 요청받으면 평소보다 20MW를 더 공급해 15분 유지하는 상향 예비 서비스를 약속한다고 하자. 호출에 필요한 추가 에너지는 5MWh다. 백업의 100MWh를 남긴 채 호출에도 대응하려면 다른 판매에 쓸 에너지는 최대 215MWh로 줄어든다.

출력에도 제약이 생긴다. 이미 가격 차익 거래로 90MW를 방전 중이면 출력을 20MW 더 올릴 수 없다. 최대가 100MW이기 때문이다. 단순한 위 조건에서는 20MW의 상향 여유를 유지하려면 평상시 방전을 80MW 이하로 제한해야 한다.

에너지가 남아 있어도 출력 약속을 지키지 못할 수 있고, 출력 여유가 있어도 필요한 시간만큼 유지할 에너지가 없을 수 있다. 두 제약을 동시에 검산해야 한다.

여러 배터리 서비스를 함께 최적화한 연구도 가격 차익 거래와 주파수 대응이 같은 출력·에너지 용량을 공유하므로 따로 최적화할 수 없다는 관계를 다룬다. 영국 시장을 대상으로 한 사전 공개 논문이므로 상품 규정이나 수익 결과를 다른 시장에 그대로 적용하지 않는다.

또 백업 50MW가 가격 차익 방전과 동시에 필요해지면 합산 출력을 다시 확인해야 한다. 시장 서비스를 중단하고 백업으로 전환할 수 있는지는 계약 조건이다. 고객의 비상 상황에서 다른 약속을 비용 없이 취소할 수 있다고 가정하지 않는다.

위 운전 구간의 215MWh를 모두 가격 차익 거래로 판매한다고 하자. 설명을 위해 이 부분의 충방전 왕복 효율을 80%, 구매 단가를 MWh당 5만원, 판매 단가를 8만원으로 별도 가정한다.

215MWh를 전달하려면 이 부분에 투입할 충전 에너지는 268.75MWh다. 구매비는 1,343만 7,500원, 판매액은 1,720만원이며 차이는 376만 2,500원이다. 이 금액은 열화, 운영과 설비비를 차감하기 전이다.

백업과 예비 서비스에 남긴 에너지는 이 판매량에 넣지 않았다. 그 에너지를 충전·유지하는 비용과 묶인 자금도 다른 서비스의 수익 계산에서 반영해야 한다. 남아 있는 충전량을 곧바로 손실로 처리하거나, 아직 판매하지 않은 에너지를 판매 수익으로 처리해서도 안 된다.

더 긴 사업 계획에서는 거래마다 남은 충전량이 다음 거래로 이어진다. 한 번의 최고 가격 차익을 매일 반복한다고 가정하기보다 시간별 충방전과 약속한 여유를 이어 계산하는 편이 맞다.

가격 차익이 큰 날에 예비 전력도 비싸질 수 있지만, 같은 시간에 두 서비스가 같은 출력을 요구할 수 있다. 계통 장애로 백업이 필요한 시점에는 재충전이나 시장 거래도 계획대로 되지 않을 수 있다. 수익의 이름이 여러 개라는 사실만으로 위험이 분산되지는 않는다.

사업 자료에서는 각 수익의 최대값보다, 함께 제공할 수 있는 일정에서 계산한 총수익을 찾는다. 시장 참여와 백업의 우선순위, 불이행 비용과 실제 운전 기록을 대조하면 설비 한 대가 감당할 수 있는 약속이 보인다.