정확한 태양광 발전 예측은 가변적인 재생 가능 자산을 관리 가능하고 예측 가능한 전원으로 변환합니다. 전력망 운영자의 경우 태양광 예측은 파견 일정 및 균형 조정에 필수적입니다. 배터리 저장 사업자의 경우 발전 예측은 BESS 충전/방전 일정을 직접 결정하고 차익 거래 또는 보조 서비스 수익을 얼마나 얻을 수 있는지 결정합니다. 전 세계적으로 태양광 보급률이 증가함에 따라 예측 능력이 핵심적인 경쟁 차별화 요소가 되고 있습니다.
태양광 예측이 BESS 운영에 중요한 이유
태양광과 함께 배치된 BESS는 운영자가 합리적인 확신을 가지고 향후 2~48시간 동안 태양광 발전량이 얼마나 될지 알고 있는 경우에만 최적으로 운영될 수 있습니다. 예측 없이:
- BESS는 구름이 태양열 출력을 감소시키는 낮 동안(태양광이 부하를 처리할 것으로 예상) 방전할 수 있으며, 이로 인해 그리드 가져오기와 BESS 방전이 동시에 발생합니다.
- BESS가 충전을 보류하여(실현되지 않는 최대 수요 이벤트를 대기) TOU 차익거래 기회를 놓칠 수 있습니다.
- 도매시장 입찰에서는 24~48시간 전부터 예측이 필요합니다. 잘못된 예측은 실시간 시장에서 과소/과잉 생산 불균형 페널티로 이어집니다.
예측 범위 및 적용
| 지평선 | 이름 | 신청 | 최선의 방법 |
|---|---|---|---|
| 0~2시간 | 현재 방송 / 일중 | 실시간 BESS 파견, 부대서비스 | 스카이 카메라, 위성 이미지 |
| 2~6시간 | 단기 | 장중입찰, BESS 스케줄링 | 수치적 기상 예측(NWP) + ML |
| 6~48시간 | 하루 전 | 하루 전 시장 입찰, 유지 관리 일정 | NWP 앙상블, 통계적 후처리 |
| 7~30일 | 중기 | 자원 계획, O&M 스케줄링 | 계절별 NWP 모델, 기후 데이터 |
| 1~30년 | 장기(자원평가) | 프로젝트 파이낸싱, 에너지 수율 분석 | 위성 TMY 데이터세트(Solagis, Meteonorm) |
방사조도 예측 방법
1. 수치적 기상예보(NWP)
NWP 모델(GFS, ECMWF, NAM)은 첫 번째 원리에 따라 대기를 시뮬레이션하여 1~25km 공간 해상도에서 지구 수평 복사 조도(GHI), 온도, 바람 및 구름량에 대한 격자 예측을 생성합니다. ECMWF는 일반적으로 전 세계적으로 가장 정확한 NWP 모델입니다. GFS는 무료로 사용할 수 있습니다. 한계: NWP 모델은 복잡한 지형과 해안 지역에서 낮은 공간 해상도와 체계적 편향을 가지고 있습니다. 기간: 6시간 ~ 10일 이상.
2. 위성 기반 현재 방송
정지궤도 위성(미국의 GOES-16/17, 유럽의 Meteosat, 아시아의 Himawari)은 구름 움직임 벡터(CMV) 예측을 제공하여 구름 움직임을 추적하여 0~6시간 전에 조도를 예측합니다. 위성 기반 방법은 높은 공간 해상도(1~4km)에서 현재 구름 상태를 볼 수 있기 때문에 짧은 지평선(0~4시간)에서 NWP보다 성능이 뛰어납니다.
3. 머신러닝/통계 후처리
현대 예측 시스템은 NWP와 위성 데이터를 ML 모델(그라디언트 부스팅, LSTM 신경망)에 대한 입력으로 결합하여 지역별 편향(사이트별 지형 효과, 에어로졸 패턴, 인근 언덕의 음영)을 수정합니다. ML 사후 처리는 일반적으로 원시 NWP에 비해 RMSE를 10~25% 향상시킵니다. 훈련을 위해서는 1~2년간의 현장 조도 데이터가 필요합니다.
예측 정확도 지표
- RMSE(제곱 평균 오차): 기본 예측 정확도 측정항목 설치된 용량의 % 또는 kWh로 표시됩니다. 10MW 태양광 발전소의 일반적인 하루 전 RMSE: 맑은 날에는 용량의 8~15%, 구름이 많거나 기후가 변하는 경우 15~25%
- nRMSE(정규화된 RMSE): RMSE는 평균 생산량의 %로 표시되므로 용량이 다른 현장 간 비교할 수 있습니다.
- MAE(평균 절대 오류): RMSE보다 이상값에 덜 민감합니다. 임계값을 초과하는 오류로 인해 비용이 발생하는 계약 위약금 계산에 유용합니다.
- 스킬 점수: 지속성 예측에 비해 개선됨(현재 세대가 다음 시간 세대와 동일하다는 순진한 가정) 기술 점수 >30%는 의미 있는 예측 값을 나타냅니다.
예측을 BESS 파견에 통합
MPC(모델 예측 제어) BESS 파견 시스템은 24~48시간 태양광 예측을 사용하여 충전/방전 일정을 최적화합니다.
- 6시간마다(또는 위성 기반의 경우 15분마다) 업데이트된 NWP 기반 태양광 예보를 수신합니다.
- BESS 충전 상태, TOU 관세 일정, 수요 예측 및 태양열 예측을 고려하여 예측 기간 동안 최적화를 실행합니다.
- 최적의 일정을 실행합니다. 예측이 새로 고쳐지면 15~30분마다 업데이트됩니다.
- 실제 및 예측 생성을 추적합니다. 지속적인 편향 수정을 위해 ML 모델에 실제 내용을 입력합니다.
Sungrow의 iSolarCloud 플랫폼은 전력 예측과 BESS EMS를 통합하여 BESS 운영자가 타사 시스템 없이 예측 기반 파견을 구현할 수 있도록 합니다. 도매 시장에 참여하는 프로젝트의 경우 인증된 예측 서비스 제공업체(예: Solargis Energy, Solcast, DNV GL Energy Transition)가 시장 입찰에 대한 수익성 있는 예측을 제공합니다.