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스마트 그리드 – 전력시스템과 그린IT 기술이 융합하다

저탄소 녹색성장이 글로벌 과제로 등장하면서 온실가스 배출을 최소화하는 그린에너지 산업 혁신의 핵심으로 스마트 그리드 개념이 출현하였다. 스마트 그리드는 기존 전력망에 정보통신기술을 접목하여 전력망의 신뢰성, 효율성, 안전성을 향상시키고, 전력의 생산 및 소비 정보를 양방향, 실시간으로 유통함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망 기술이다.

글_ 오승모 기자, oseam@icnweb.co.kr

최근 ‘저탄소 녹색성장’을 바탕으로 녹색기술의 핵심으로 부상하고 있는 스마트 그리드(Smart Grid)는 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여, 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환, 에너지 효율을 최적화하며 새로운 부가가치를 창출하는 차세대 전력망을 말한다. 스마트 그리드는 기존의 아날로그 전력망을 디지털화하고 양방향 통신기술을 통해 전력망 운영자, 발전업체, 전력소비자, 에너지관리서비스업체, 장비제공업체 모두에 새로운 가치를 제공하고, 나아가 국가 경제성장 및 기후변화 대응에도 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있다.

현재 미국은 노후화된 전력계통의 고도화, 유럽은 신재생 에너지의 활용 활성화, 일본은 효율적인 에너지 관리 등과 같이 각 국가별 필요성을 중심으로 스마트 그리드 기술을 경쟁적으로 추진하고 있다. 한국은 향후의 국가발전 신패러다임으로 “저탄소 녹색성장”이라는 비전을 제시한 바가 있으며 이를 위한 구체적인 실행방안으로 세계 최초 국가단위 스마트 그리드를 2030년까지 구축할 계획을 가지고 스마트 그리드 선도국가로서 국제협력을 주도할 예정이다.

스마트 그리드란 무엇인가

스마트 그리드(Smart Grid)는 기존 전력망에 IT 기술을 접목해 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하고자 하는 차세대 전력망을 말한다. 현재의 중앙 집중형, 일방향인 전력 계통의 비효율성을 극복하기 위한 것으로 분산 전원 시스템을 핵심 개념으로 한다. 신재생 에너지를 중심으로 하는 다양한 분산 전원이 도입되어 전력계통을 규모에 따라 분산적이고 독립적으로 운영할 수 있는 유연한 형태를 갖추게 되며, 각 계통에 센서, 미터들을 장착하여 소비자의 요구에 실시간으로 반응하는 지능화된 전력망이다.

전력 산업의 패러다임이 양에서 질로, 공급 중심에서 수요 중심으로, 중앙집중에서 지역 분산으로, 100년 전 기술이 전력 IT기술로 변화하는 것을 의미한다. 미래의 전력망이 분산된 네트워크 구조를 가진다는 점에서 스마트 그리드는 에너지 분야의 인터넷과 같은 역할을 수행한다고 볼 수 있다.

지금까지 전력 네트워크에서는 품질 좋은 전력공급, 선로 상태 감시, 외부 공격에 대한 복구력 증강, 전력 사용량 자동 파악, 피크 전력 수요예측의 다각화 등과 같이 다방면의 현대화 노력을 기울여오고 있다. 그러나 에너지원의 고갈, 지구온난화 방지 및 탄소 배출량 감소라는 인류 절대적 과제에 대한 해결책 강구와 맞물리면서 생산과 소비에 이르기까지 전력 시스템 및 관련 네트워크를 디지털화, 지능화함으로써 에너지 생산, 관리, 활용의 효율화와 고부가가치 실현이 더욱 절실히 요구되고 있다. 이는 스마트 그리드로 정의되고 녹색혁명의 근간으로 세계적으로 주목을 받고 있다.

최근 미국은 스마트 그리드에 주목하고 있다. 최근 미국의 싱크탱크인 미국 진보센터(CAP)는 Green Recovery라는 보고서를 통해 글로벌 금융 위기를 극복하는 방안 중 하나로 스마트 그리드를 지목했으며, 오바마 대통령 역시 미국 재건계획(Rebuilding America) 연설에서 스마트 그리드의 중요성을 강조한바 있다. 또한 작년 4월에는 바이든 부통령이 경기 부양법(American Recovery and Reinvestment Act)의 일환으로 스마트 그리드 보급 촉진을 위해 대규모 예산을 지원하겠다고 밝혔다.

이처럼 전력 수급의 효율성이 부각되고, 신재생 에너지가 확대되면서 차세대 전력망에 대한 글로벌 차원의 관심은 꾸준히 증가해 왔다. 그렇다면 미국이 지금 스마트 그리드에 대한 투자에 주목하는 이유는 무엇인가?

이에대해 LG경제연구원은 “미국이 스마트 그리드에 주목하는 이유”라는 보고서를 발표했다. 보고서는 1) 미국의 전력망 노후화로 송배전 설비에 대한 기본적인 투자가 절실한 상황이며, 2) 스마트 그리드를 통해 효율적인 전력 소비 체계를 만들어서 발전 및 송배전에 필요한 막대한 투자비용을 줄인다는 구상이며, 3) 풍력, 태양광 등 신재생 에너지의 확대도 스마트 그리드 도입을 앞당기는 요인이라고 분석했다.

이러한 분석은 미국에만 유효한 것이 아니라, 전세계적으로 공통적인 사항이라고도 볼 수 있다. 전력망의 현대화, 소비의 최적화, 신재생 에너지의 확대 등으로 인해 미국의 스마트 그리드 도입이 가속화되고 있다. 특히 실시간 정보 공유를 가능케 하는 정보통신기술의 도입은 기존 전력망의 효율화뿐만 아니라 다가오는 미래에 대응하는 초석이 될 전망이다. 게다가 실시간 요금제(Dynamic Pricing)와 같은 제도적 지원까지 병행될 경우, 스마트 그리드는 온실가스 저감, 에너지 안보 확립 등의 목표를 저렴한 비용으로 달성하는 강력한 수단이 될 수 있다.

LG경제연구원은 “우리나라에서도 전력 사용량이 꾸준히 증가하면서, 공공기관 및 건물의 에너지 효율화가 중요한 이슈로 등장하고 있다. 또한 정부의 적극적인 지원하에 신재생 에너지 사용 역시 꾸준히 확대될 전망이다. 온실가스 감축 및 화석연료 가격 상승 등에 직면하고 있기 때문이다.”고 밝혔다.

스마트 그리드와 각국의 정책

미국은 2000년 전력대란, 2001년 대규모 정전사태 및 2003년 중동부지역 정전사태 경험을 통해 과 같이 EPACT05와 EISA07 법안 등을 마련하여 산학연관이 참여한 다양한 프로그램을 추진하고 있다. 특히, 오바마 행정부가 들어서면서 녹색뉴딜정책 차원에서 재정 지원, 기술 유치, 표준안 마련 등의 다양한 지원책을 강구하고 있다.

유럽은 2030년까지 스마트 그리드 분야에 1 trillion 유로를 투자할 계획으로, EU 차원에서 신재생에너지 중심의 분산형 전원의 보급 확대, 환경 보전, 태양광 에너지 보급, EU 국가 간 전력 거래에 초점을 두고 스마트 그리드 프로젝트를 추진하고 있다. 특히, 범 유럽 연구개발 프로그램(Framework Program 7)을 통해 에너지 집약, 에너지 디자인, 에너지 소비 관련 IT 기반 에너지 효율화 과제를 적극 추진하고 있으며, 2020년까지 에너지효율 20% 제고, 온실가스 20% 감축, 전체 에너지의 20%를 재생 에너지로 대체하는 Triple Twenty 전략을 수행중에 있다.

일본 경제산업성은 2007년 12월 Cool Earth 정책 수립을 시작으로, 2008년 3월 2050년까지 온실가스 배출량을 반감시키기 위한 ‘Cool Earth-에너지 혁신 기술 계획’을 발표하였고, 이를 통해 ITS, 고효율 IT 기기 및 네트워크, HEMS/BEMS 및 지역 EMS, 이산화탄소 회수 및 저장 등의 에너지 관리기술을 핵심기술로 IT 분야를 비롯한 21개 분야의 주요 에너지 혁신 기술 개발을 수행하고 있으며, 국가차원의 신 전력 네트워크 시험ㆍ시범 단지(약 10개 사이트)를 구축하여 분산전원 통합 실증 시험을 추진하고 있다.

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한편, 국내에서도 이미 2005년부터 발전, 송배전, 사용자 등 전력 네트워크를 지능화하기 위한 10대 국책과제를 선정하고, 이에 대한 기술 개발을 진행하고 있다. 특히, 2009년 2월 대통령 주재의 녹색성장위원회 1차 보고에서 “세계 최초 국가 단위의 지능형 전력망 구축”에 대한 국가 비전이 발표되고, 우리나라가 기후변화주요국회의(MEF)에서 이탈리아와 함께 스마트 그리드 선도국가로 지정됨에 따라 이를 달성하기 위해 에너지ㆍ환경문제 대응, 차세대 성장동력화, 저탄소 생활화를 주요 과제로 추진하면서 국제적인 차원에서 공동으로 수행할 수 있는 상세 로드맵을 수립중에 있다.

또한 개발된 기술의 상용화 및 산업화 촉진을 위해 실증 시스템을 구축하여 검증 및 평가체계를 구축하는 지능형 전력망 시범 단지 사업을 추진하고 있다. 2009년 7월 제주시 구좌읍으로 시범 단지가 결정되었고, 송변전 시설, 분산 전원 장치, 전기 자동차 충전 시설 및 AMI 등에 대한 기술실증이 완료되는 대로 2011년부터 시범도시를 중심으로 대규모로 보급할 계획이다.

인프라 확충과 신사업 창출

전력망의 지능화라는 비전은 오래 전부터 차근히 추진되어 왔으나, 최근 들어서는 탄소 배출량 감소, 지구온난화 방지라는 명제에 따라 선진 각국의 정책입안 및 표준화는 더욱 가속화되고 있다. 인류가 인터넷이라는 정보 교환의 인프라를 통하여 다양하고 풍요로운 생활을 영위할 수 있도록 급속히 발전하였듯이 에너지를 위한 인프라 구축을 통한 도약을 눈앞에 두고 있다.

스마트 그리드는 에너지의 효율적 이용, 무정전-고품질 전력서비스 제공, 신재생 분산형 전원의 보급 확대 기반 마련, 에너지-환경문제의 주요 솔루션, 신성장동력 그리고 녹색생활 가속화를 위해 반드시 추진해야 할 과제로 꼽히고 있다.

한국전파진흥원은 ‘그린 IT 스마트 그리드 동향’ 보고서에서 “(특히) IT 기술은 스마트 그리드의 자가치유(selfhealing), 수요반응(demand-response) 보안(security), 전력 품질 보장(power quality) 및 전력거래(power trading)를 실현시키는 필수 기술이며, 양방향 유무선 통합 통신 네트워크, 센서 네트워크, 프레임워크 소프트웨어, 보안 등의 최신 IT 기술이 전력 네트워크의 지능화를 위한 원동력”이 될 것이라고 밝혔다.

한국전자통신연구원은 ‘스마트 그리드 기술 동향’ 보고서를 통해 스마트 그리드 시스템 도입으로 인해 새로이 창출되는 사업영역으로 “수요반응 프로그램, 홈네트워크 전력관리자, 에너지포털서비스, 에너지효율 컨설팅, 통합 검침, 소형 신재생 전원, 소형 전력 저장장치, 전기자동차 운영서비스, 탄소 배출권 및 RPS 수익사업 등이 예상된다.”고 밝혔다.

또한 “한국의 세계 최첨단 정보 통신(IT) 기술은 그 어느 나라보다 앞선 스마트 그리드 구축 기회를 가지고 있다. 스마트 그리드가 실현되면 기반 조성, 핵심 기술 개발 및 신 비즈니스 활성화로 글로벌 경쟁력 확보, 신산업 및 녹색일자리 창출과 저탄소 녹색 사회가 실현되고, 스마트 그리드의 국가 브랜드화로 지속적인 경제성장을 달성할 수 있다.”고 전망했다.

아이씨엔 매거진 2010년 06월호

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