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스마트 그리드와 IT 기술 적용 방안

스마트 그리드에 필요한 IT요소기술은 전력망에 IT 인프라가 접목되어 공급과 수요 등 양방향의 실시간 정보교환을 통하여 에너지효율의 최적화와 합리적 에너지 소비를 유도하기 위한 다양한 부가 서비스를 창출할 수 있는 개방형 시스템 네트워크 및 프로토콜이 적용되어야 할 것이다. 스마트그리드는 상위 시스템과 많은 하위 시스템들 간의 통합 네트워크로써 통신 인프라는 지능형 전자기기들(IEDs)간의 단대단 서비스를 제공해야 하고 무엇보다도 전력 공급을 안전하고, 신뢰성 있게 유지되도록 해야 하며, 다양한 인터페이스에 대한 상호 호환성을 지원해야 한다.

스마트 그리드는 기존의 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망으로 정의하고 있다. 그러면 지금까지 기존 전력망으로도 전력을 잘 공급하고 있었음에도 불구하고 왜 복잡하고, 신뢰성과 호환성이 보증되지 않은 IT 기술을 도입해야 하며, 실시간 양방향 통신까지 적용해야만 할까? 목적은 에너지 이용 효율을 최적화하는 데 있다.

스마트 그리드와 IT 기술

스마트 그리드 시스템을 운영하기 위해서는 IT기술의 적용은 필수적이다. 스마트 그리드에서 IT기술이 적용되어야 할 첫 번째 주요대상 분야로는 전체 전력의 수요와 공급을 통합 관리하여 실시간 전력요금을 산정하는 지능형 전력시스템 및 전력거래시스템을 들 수 있다.

각 발전원별 연료비, 발전량, 급전정보 등 실시간 정보를 취득하고 총괄하여 실시간 전력요금 단가를 산정한 다음 그 정보를 수용가의 스마트 양방향 전력량계(AMI)에 뿌려줄 수 있는 시스템으로 수용응답(DR) 체계, 분산전원 및 신재생에너지 운영관리 체계 등과 연계되어 요금산정이 이루어져야 한다. 이러한 시스템은 발/송/변/배전 시스템에 연결되는 모든 전력기기(IED)의 상태를 진단하고 고장지역을 최소화하는 광역감시제어기능을 병행해야 하기 때문에 고도의 정보보안이 요구되는 분야로서 독립적인 전력망으로 구축되어야 한다.

스마트 그리드 활용을 위하여 IT기술을 적용해야 할 두번째 응용대상 분야로는 1차 IT시스템에서 산정된 전력 단가 정보를 활용하여 개별 수용가의 전력요금을 실시간 계산하기 위한 2차 IT 시스템의 구축이다.

수용가별 양방향 스마트 전력량계에 의해 계량된 전력의 사용과 공급량 및 요금 정보는 배전지역별로 기록 유지되어야 한다. 개별 소비자에게는 실시간 전력요금 표시장치를 설치하여 인위적으로 낮은 전력요금 시간대에 전력을 사용토록 유도하고, 스마트 칩이 부착된 스마트 가전제품의 설정을 조절하여 자동으로 저가의 전력을 사용할 수도 있게 된다.

또한, 기본적인 전력 계량 이외에 다양한 네트워크 프로토콜(PLC, 무선, Zigbee 등)을 활용하여 가스, 열 사용량, 수도검침 등 가정용 홈네트워크 시스템과 연계하여 원격으로 가전기기 등을 제어할 수도 있다.

스마트 그리드에 대한 운영 효과를 예상해 보면, 소비자는 실시간 전력요금지원 인프라를 통해 보다 경제성 높은 저가의 전력을 선택할 수 있게 되어 인위적인 에너지절감이 이루어질 것이며, 스마트 칩이 부착된 가전제품에 의한 자동 전력수요조절, 양방향 스마트 전력량계에 의한 신재생에너지 및 저장에너지에 의한 소비자의 전력 재판매 가능, 전력수요응답(DR)에 의한 전력공급자의 효율적 생산계획 수립이 용이, 원자력 발전 비율이 높아짐에 따라 화력발전 비율이 낮아짐으로 기후변화와 녹색성장에 기여할 수 있을 것으로 예상된다.

스마트 그리드와 IT 요소기술

스마트 그리드에 필요한 IT요소기술은 전력망에 IT 인프라가 접목되어 공급과 수요 등 양방향의 실시간 정보교환을 통하여 에너지효율의 최적화와 합리적 에너지 소비를 유도하기 위한 다양한 부가 서비스를 창출할 수 있는 개방형 시스템 네트워크 및 프로토콜이 적용되어야 할 것이다. 스마트그리드는 상위 시스템과 많은 하위 시스템들 간의 통합 네트워크로써 통신 인프라는 지능형 전자기기들(IEDs)간의 단대단 서비스를 제공해야 하고 무엇보다도 전력 공급을 안전하고, 신뢰성 있게 유지되도록 해야 하며, 다양한 인터페이스에 대한 상호 호환성을 지원해야 할 것이다.

스마트 그리드에 적용 가능한 통신전달 네트워크 기술로써는 파장분할 멀티플랙싱(WDM) 기술, SONET/SDH 파이버링크, 패시브옵티컬 네트워크(PON), 기가비트이더넷(GbE, 10GbE), 전력선통신(PLC) 등의 유선 네트워크기술과 IEEE 802.15 기반의 ZigBee기술, IEEE 802.11 기반의 WiFi기술, IEEE 802.16 기반의 와이브로 기술, 3GPP/3GPP2 기반의 CDMA, GPRS, 3G/4G 등의 무선/이동통신 기술이 대두되고 있다.

HAN(Home)/BAN(Building)/IAN(Industry)은 스마트 소비자 분야의 홈, 빌딩, 산업체 영역의 통신 네트워크 기술로 기존의 전력선 통신인 PLC 기술과WPAN 영역의 대표기술인 ZigBee, WLAN 분야의 WiFi 등이 대표 기술로 거론되고 있으나 저 전력, 저 가격 및 신뢰성 기반의 통신환경 제공을 주장하는 다양한 프로토콜 간의 시장 확보를 위한 표준선점 경쟁이 치열한 상황이다.

NAN(Neighborhood Area Network)은 스마트 그리드의 필드영역을 담당하는 통신전달 네트워크 기술로 CDMA, 와이브로와 같은 기존의 공중 이동통신망 기술과 IEEE802.11s WiFi 매쉬, IEEE802.15.4g 기반의 SUN(Smart Utility Network) 등의 무선 매쉬 네트워크 기술 및 전력선 통신 PLC 기술,WPAN 영역의 대표 기술인 ZigBee 등이 제시되고 있다.

WAN(Wide Area Network)은 Core/Metro 네트워크와 Backhaul 네트워크로 구성된다. 이 영역의 중계시스템 간 연동은 Ethernet 기반의 유선 네트워크가 사용되고 있으며, Utility 시스템과 관리 시스템 간에는 NAN 영역에서 사용되는 무선 및 이동통신 네트워크 기술인 와이브로와 CDMA 기술이 사용 가능할 것으로 보인다. 이 영역은 무엇보다도 전력시스템 및 네트워크에 대한 정보보안 기능의 신뢰성 검증이 제일 중요하다고할 수 있다.

스마트 그리드의 IT 기술 표준화

전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 대형 디지털 제어시스템으로 스마트 그리드를 구현하기 위해서는 각 구성요소별 표준화 작업이 중요하다. 개별 시스템 간, 네트워크 간 및 디바이스 간의 다양한 물리적 인터페이스 및 프로토콜 등 시스템 통합을 위한 상호호환성을 보장하기 위하여 무엇보다도 표준을 정하는 것이 성공을 보장할 수 있기 때문이다.

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물론 정보기술 분야에서 인터넷 프로토콜(IP), 유•무선 통신기술, 네트워크 기술 등 기존의 디지털 요소기술들은 이미 대부분 국제표준 또는 단체표준으로 제정되어 있으나 스마트 그리드의 전개과정에서 새로이 출현되는 정보통신기기, 시스템 및 데이터 간의 호환성을 보장하기 위한 새로운 기술체계가 필요하고 이러한 체계가 정립되면서 새로운 표준으로 등장하게 될 것으로 보인다.

예로써 스마트 그리드가 전개되면서 디지털 통신기능이 접목된 양방향 적산전력계, 실시간 전력요금 표시장치 등이 출현되고, 변전소 간 네트워크 프로토콜 및 배전계통 제어시스템 기술, 전력 생산원가를 반영한 실시간 전력요금산정 체계의 플랫폼 기술, 에너지를 저장하는 축전시스템(전기자동차, 전력저장소) 운영 네트워크 기술 등이 제안되고 있으며 이들은 향후 새로운 전력거래 비즈니스 모델의 핵심이 될 것이다.

전력계통에서 IT기술은 디지털 제어시스템을 구성하며 실시간 전력요금으로 전력의 수요와 공급의 균형을 총괄 제어하여 설비 및 에너지 이용률을 최적화하는 차세대 전력제어망의 핵심기술 중 하나이다. 전력시스템에 IT기술이 접목되는 스마트 그리드는 표준화를 통하여 완성될 수 있으며, 우리가 글로벌 표준을 선도해 나갈 수 있을 때 우리나라의 전력에너지 이용효율 향상은 물론 관련제품의 세계시장 진출도 가능하게 될 것이다.

또한, 우리나라 IT산업도 세계적인 새로운 수요창출이 가능한 스마트 그리드 산업의 활성화에 따라 가전/통신 신화에 이어 또 다른 새로운 도약을 창출할 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다. 에너지, 전력, IT, 자동차 등 다양한 산업이 통합되어 국가적 시너지를 생산할 수 있는 스마트 그리드의 미래를 기대하게 된다.

아이씨엔 매거진 2010년 06월호

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