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스마트 그리드 시스템! 에너지 효율을 높여줄 신성장 동력

2013. 9. 9. 10:03

 

여러분은 스마트 그리드(Smart Grid) 하면 무엇이 떠오르나요? 우리가 알고 있는 그리드 시스템은 자원을 여러 군데 분산시킨 뒤, 사용할 때 필요한 것을 부분별로 가져와서 사용하는 시스템을 말합니다. 그래서 자원의 병목현상 등을 없애고 효율적인 사용을 할 수 있게 만들곤 하는데요. 스마트 그리드의 ‘그리드’라는 단어에도 그러한 의미가 들어있습니다. 이것으로 유추해 볼 때, 스마트 그리드는 자원의 분배 및 사용을 좀 더 스마트하게 조절하면서 사용할 수 있는 기술이란 생각이 드는데요. 오늘은 스마트 그리드에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.


<그림1. 스마트 그리드>

스마트 그리드의 실제 뜻을 살펴보면 자원의 사용을 효율적으로 관리한다는 측면에서 앞서 설명한 그리드 시스템과 비슷하다고 볼 수 있습니다. 하지만 현재 스마트 그리드 시스템의 개념은 ‘효율적인 전력 관리 및 사용의 최적화’라는 의미에 가깝습니다. 다시 말해, 스마트 그리드는 기존 전력망에 IT를 접목하여, 전력 생산 및 소비 정보를 실시간으로 상호 교환함으로써 에너지효율을 최적화하는 차세대 전력망입니다.

스마트 그리드를 이해하기 위해 스마트 그리드를 추진하게 된 배경에 대해 잠깐 얘기하고자 합니다. 그 배경에는 2000년대 북미 대규모 정전사태가 있는데요. 이 사태 이후 기후 변화 대응과 에너지 효율 향상, 그리고 신성장 동력 창출이라는 숙제를 안게 되었습니다.

좀 더 자세히 보면, 기후 변화 대응을 위한 강력한 조치가 필요하다는 국제적인 요구가 증가하였고 국가 온실가스 감축 목표 달성을 위한 각 나라의 노력이 필요했던 것입니다. 또한, 에너지와 전력의 조화, 환경 및 안전 문제로 인한 원자력 발전소의 규제가 현실화되었습니다. 최근 문제가 되고 있는 모든 환경 문제 및 대응 방안이 스마트 그리드의 추진 배경에 녹아있다고 해도 과언이 아니죠.

이뿐만 아니라, 화석 연료 고갈(석유, 석탄 등)에 대비할 필요가 있고 에너지 수입의 의존도가 너무 크다는 점(97%), 그리고 정보화 사회에 들어서면서 전력 소비가 상대적으로 증가한 것도 규제의 필요성을 가져왔는데요. 한국의 경우도 여러 이유로 전력 소비가 지속해서 증가하고 있습니다. 이에 따라 에너지 효율 향상이 스마트 그리드 추진의 배경이 되고 있습니다. 또한, 신성장 동력으로서 스마트 그리드의 가치가 올라가기 시작했다는 것 역시 결정적인 배경이 되었지요.

환경 문제 대응, 에너지 효율 향상, 신성장 동력의 필요. 이렇게 3가지의 숙제를 해결하기 위해서 각 나라는 스마트 그리드에 본격적으로 투자하고 있으며, 한국 역시 제주도의 실증단지를 비롯하여 스마트 그리드에 대한 투자가 다양하게 이뤄지고 있습니다.


<그림2. 스마트 그리드 구성요소>

이제 스마트 그리드의 구성요소를 간략히 살펴볼까요? 스마트 그리드는 발전, 지능형 송전시스템, 지능형 배전시스템, 지능형 전력기기, 전력 통신망으로 구성되어 있습니다. 발전소를 거쳐 전기(에너지)가 만들어지면 지능형 송배전 시스템을 통해 전력 손실을 최소화시키는 데 주력하는데요. 전력 통신망과 지능형 전력기기를 활용하여 정확한 사용량 측정 및 그 결과에 따라 체계적으로 전력 사용을 계획합니다.

위에서 살펴본 것처럼 스마트 그리드는 에너지의 효율적인 생산 및 송전, 배전, 그리고 측정을 통해서 효과적으로 에너지를 사용할 수 있게 해줍니다. 그중에서도 현재 스마트 그리드의 세계적인 핵심 기술로 떠오르고 있는 것이 AMI(원격 검침기 – 스마트 미터) 기술인데요. AMI는 스마트 미터에서 측정한 다양한 데이터를 원격 검침기에서 측정하여 전력 사용 분석을 자동으로 진행하는 기술입니다. 집집이 있는 스마트 미터가 해당 집에서 사용되는 전력의 사용량을 자동으로 검침하고 그 결과 값을 통신망을 통해 원격 검침 시스템으로 전달하는 형태죠. 원격 검침 시스템은 각 스마트 미터를 통해 얻은 검침 데이터를 바탕으로 각 집에서 사용하고 있는 전력 사용량에 맞게 전기세를 부과하도록 합니다.

최근 아파트의 경우에는 지하에 통합 검침반이 있기 때문에 한 곳에서 각 집의 전력 사용량을 확인할 수 있지만, 검침원이 따로 확인해야 하는 불편함이 있는데요. 몇몇 시범단지에서 시험진행 중이니 앞으로는 자동으로 각 집의 전기 사용량을 알아내어 전송할 수 있을 것입니다.


<그림3. HAN(Home Area Network)>

실제 AMI 기술에는 다양한 IT 기술과 동시에 통신 기술이 융합됩니다. 그동안 Zigbee라는 통신기술을 사용하여 측정한 전기 사용량을 전송했는데요. 최근에는 WiFi와 PLC(전력망 전송)가 많이 쓰이고 있습니다.

현재 스마트 그리드 사업에는 한국전력뿐만 아니라 이동 통신사도 많이 참여하고 있습니다. 이동 통신사는 내부의 데이터 송신을 위해서 WiFi를 적극적으로 활용하고 한국전력은 PLC를 활용하고 있지요. 즉, 각기 자신 있는 방법을 통신기술로 제시하고 있는 것입니다. 물론 두 방법 모두 장•단점이 존재합니다. 먼저, WiFi는 통신모듈 장착이라는 문제와 통신 거리가 짧다는 것이 단점이지만 송•수신율은 높습니다. 반면, PLC는 전기선이 어디에서나 연결되어 있지만 송•수신율이 낮다는 문제가 있습니다. 서로 다른 특징을 갖고 있기 때문에 어느 쪽이 더 우세하다고 말하기는 아직 어렵습니다.

위에서도 언급했지만, 현재까지 스마트 그리드 기술은 자동검침을 통한 효율적인 에너지 분배 쪽으로 가닥을 잡고서 진행되고 있습니다. 위 그림처럼 HAN(Home Area Network)을 구축하고 그 안에서 효율적으로 스마트기기까지 통제할 수 있는 시점은 아직은 멀어 보이는데요. 적어도 4~5년은 더 지나야 하지 않을까 생각됩니다. 하지만 AMI를 통해서 효율적인 전력 계측이 가능해지고 스마트 미터와 쌍방향 통신이 이뤄져 전력의 공급까지 조절할 수 있게 된다면, AMI를 통해 중앙에서 효과적으로 전력을 분배하는 수준에 이르게 될 것입니다.

실제로 몇몇 시범단지에서는 이런 전력의 효과적인 분배를 할 수 있도록 시스템을 구축하고 테스트도 함께 진행하고 있는데요. 예를 들어, 모든 가정에 200의 전기를 분배하는 경우를 생각해 보겠습니다. 이때 스마트 미터를 통해서 사용하는 전력량을 측정한 결과 평균 100의 전기를 사용하고 어떤 가정만 300을 사용한다면, 100을 사용하는 가정에는 100의 전기를, 300을 사용하는 가정에는 300의 전기를 각각 송전하는 것이 가능해집니다. 또한, 몇 달 집을 비워 전기를 사용할 필요가 없을 때에는 아예 전기를 공급하지 않을 수도 있습니다.

스마트 그리드는 사람이 직접 검침하는 검침 방법의 불편함과 검침 시간에 따라 발생하는 오차 등 검침 기준의 불분명함을 해소합니다. 또한, 데이터 축적을 통한 다양한 통계 데이터 확보 및 그 데이터를 바탕으로 하는 다양한 작업을 가능하게 합니다. 빅데이터 기술이 여기에 함께 쓰일 수 있는데요. 아직은 먼 얘기처럼 보일 수도 있겠지만, 이런 기술이 전국으로 확산되어 지역별 데이터를 분석한다면 전력의 생산과 공급부터 관리는 어떻게 하는 것이 효율적인지 한눈에 다 볼 수 있겠지요.

스마트 그리드의 세계로 가기 위해서는 앞으로 험난한 길을 걸어야 합니다. 여전히 국가 간 기술 격차가 크고 생각보다 국내의 스마트 그리드 기술 수준이 높지 않기 때문인데요. 정부를 중심으로 스마트 그리드에 대한 관심이 높아져 가고 있는 것은 사실이지만 아직도 그 관심 정도는 초급수준이라고 전문가들은 이야기합니다. 그래도 언젠간 효과적인 전력 사용과 조절을 할 수 있는 스마트 그리드 시대가 올 것입니다. 그렇지요?

 

 

l 글 이학준 (http://poem23.com/ 필명: ‘학주니’)

Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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