- 유럽 송전망을 접속 지점과 전력선으로 나타낸 지도이며, 지역별 소비와 발전이 실제 전력 흐름 제약 안에서 어떻게 맞물리는지 한눈에 볼 수 있음
- 초록 점은 소비보다 발전이 많은 지점, 보라 점은 발전보다 소비가 많은 지점이며, 삼각형은 전력선의 흐름 방향을 표시함
- 표시 수치는 선택한 날짜를 2시간 단위로 나눠 전체 소비를 충족하면서 총 발전 비용을 최소화한 최적화 알고리듬 결과임
- 데이터는 공개 유럽 전력망 모델 pypsa-eur에서 가져왔고, 시각화 코드는
coppersushi저장소에 공개되어 있음 - 계산 방식은 실제 전력망 운영의 최적 전력 흐름과 같지만, 실제 입찰 가격과 발전량이 공개되지 않아 역사적 평균 기반 가정을 사용함
지도가 보여주는 전력 흐름
- 지도는 유럽 전기 송전망을 점과 선으로 시각화함
- 각 점은 인근 정착지의 전력 소비와 발전소의 전력 생산이 전력망에 연결되는 접속 지점임
- 점과 기호는 전력의 수급 상태와 흐름을 구분함
- 🥒 초록 점: 발전량이 소비량보다 많아 전력망으로 전력을 내보냄
- 🍇 보라 점: 발전량보다 소비량이 많아 전력망에서 전력을 가져옴
- ▲ 삼각형: 전력이 흐르는 방향을 표시함
- 삼각형에 마우스를 올리면 전력선에 흐르는 전력량과 각 선의 전체 용량을 볼 수 있음
- 점 위에 마우스를 올렸을 때 보이는 수치는 해당 지점의 발전량 합계에서 소비량을 뺀 값임
최적 전력 흐름 계산 방식
- 표시된 수치는 최적 전력 흐름(optimal power flow) 을 찾는 최적화 알고리듬 실행 결과임
- 알고리듬은 선택한 날짜에 대해 다음 조건을 계산함
- 어떤 발전소가 얼마나 많은 전력을 생산해야 하는지
- 하루를 2시간 단위 구간으로 나누어 계산
- 전체 발전 비용이 최소가 되도록 조정
- 모든 전력 소비가 충족되도록 보장
- 각 접속 지점과 시간 구간마다 다음 입력을 모음
- 인근 정착지와 산업의 총 소비량
- 태양광, 풍력, 수력, 석탄, 석유, 가스, 원자력의 MW당 발전 가격
- 가스, 석탄, 원자력 등 기존 발전소의 지점별 총 발전 용량
- 선택한 날짜의 과거 데이터를 바탕으로 계산한 태양, 바람, 강물 흐름 상태
- 태양광, 풍력, 수력 발전소가 최대로 생산할 수 있는 전력량
- 각 전력선이 최대로 전송할 수 있는 전력량
- 이후 발전소별 생산량을 추정하고 개선하면서, 모든 조건을 만족하는 최소 발전 비용 조합을 찾음
데이터와 코드 출처
- 데이터는
pypsa-eur에서 가져옴 pypsa-eur는 유럽 송전 시스템의 공개 최적화 모델임- 지도 시각화를 만들기 위해
pypsa-eur위에 작성한 추가 코드는coppersushi에 공개되어 있음
실제 전력망과의 차이
- 수학적 계산 방식은 실제 전력망 운영자가 안정적인 전력 공급을 위해 사용하는 방식과 같음
- 각 발전소가 실제로 얼마나 생산하는지는 발전소가 제시하는 가격에 따라 달라짐
- 이 가격은 시간마다 크게 바뀌며, 실제 가격과 실제 발전량은 공개되어 있지 않음
pypsa-eur는 태양광, 풍력, 석탄, 원자력 등의 가격을 역사적 평균에 기반해 가정한 뒤, 전체 소비를 최소 생산 비용으로 충족하는 최적화 알고리듬을 실행함- 따라서 결과는 “누가 얼마나 생산하고 전력이 어떻게 흐르는지”를 계산하는 실제 방식에 가깝지만, 입력 데이터는 실제 입찰 가격과 실제 발전량이 아님
- 모델의 한계는
pypsa-eur논문 4장에서 더 자세히 다룸
재생에너지와 송전망 제약
- 난방, 승용차, 트럭 운송을 전기화하고 전력을 거의 무배출 방식으로 생산하면 선진국 배출량 대부분을 줄일 수 있음
- 하지만 재생에너지 발전 설비를 더 짓는 것만으로는 충분하지 않음
- 모든 지역의 소비를 충족해야 하며, 전력망이 감당하지 못하면 생산된 에너지를 사용하지 못하고 버려야 할 수 있음
- 재생에너지 발전을 어디에 지을지도 중요하며, 생산된 전력이 실제로 쓰일 수 있도록 전력망 제약을 함께 고려해야 함
- 관련 문제를 더 길게 다룬 글로 The Copper Plate Must Die가 연결되어 있음
