지속가능한 스마트 그리드 혁신을 위해 엔지니어가 고려해야 할 것들

마우저, ‘함께 만드는 혁신(EIT)’ 콘텐츠 시리즈 최신호 공개

“디지털화 및 스마트 제어는 2050년까지 건물에서의 CO₂ 배출량을 3억 5천만 톤까지 줄일 수 있다.” – 국제에너지기구(IEA)

[아이씨엔 우청 기자] IEA는 스마트 그리드를 통해 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다고 평가한다. 유럽연합(EU)은 2050년까지 탄소 중립을 달성하겠다는 계획을 발표했으며, 전 세계 정부는 자체 지속 가능성 이니셔티브에 대한 투자를 확대하고 있다.

탄소 중립을 위한 노력은 혁신적인 스마트 그리드 시스템을 통해서 달성을 앞당길 수 있다. 스마트 그리드 시스템을 도입하면 전력 사용량 모니터링 및 에너지 분배의 정밀도를 높일 수 있고, 그리드 시스템과 사용자 간의 양방향 통신도 가능하다.

이러한 분산형 접근 방식은 다양한 에너지원으로부터 전기를 재도입함으로써 재생 에너지를 스마트 그리드에서 다시 활용할 수 있게 한다. 이러한 혁신은 전체 승용차의 50%를 위한 충전 인프라를 지원할 수 있을 뿐만 아니라 점점 더 증가하는 전 세계 인구의 전력 수요를 충족시키고 보다 탄력적이고 지속 가능한 미래를 유지하는 원동력이다.

마우저 일렉트로닉스의 레이몬드 인(Raymond Yin) 기술 콘텐츠 디렉터는 “스마트 그리드는 단순한 업그레이드가 아니라 에너지 관리의 혁명”이라며, “오늘날의 엔지니어들은 AI, 5G, 재생 에너지원을 활용함으로써 전력의 개념을 새롭게 정의하는 솔루션을 찾기 위해 노력하고 있다. 스마트 그리드의 기반을 제공하는 기술들은 엄청난 잠재력을 가지고 있다.”고 말했다.

마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)는 스마트 그리드 기술에 재생 에너지를 통합할 때의 이점을 탐구하고, 지속 가능한 그리드 관리를 달성하는 데 있어 인공지능(AI)과 5G의 역할을 부각한 ‘함께 만드는 혁신(Empowering Innovation Together, EIT)’ 기술 시리즈 최신호를 공개했다.

EIT 기술 시리즈 최신호에서는 스마트 그리드 혁신을 위해 엔지니어들이 설계 단계에서 반드시 검토해야 할 사항들에 대한 인사이트를 제공한다.

글로벌 스마트 그리드 투자는 저렴한 에너지에 대한 글로벌 수요 증가, 탄소 발자국 관리에 대한 인식 제고, 재생 에너지의 부상에 힘입어 오는 2029년에 약 1,850억 달러에 이를 것으로 예상된다.

스마트 그리드 기술은 2000년대 초반부터 주목을 받기 시작했지만, 진정으로 효율적인 에너지 관리에 얼마나 근접해 있을까?

지난 30년 동안 엔지니어와 정책 입안자들은 소비자에게 더 높은 효율성, 향상된 보안을 갖추고 계획되지 않은 정전을 최소화한 전력망을 제공하기 위해 협력해 왔다. 이러한 비전을 달성하려면 다양한 시스템과 장치의 상호 운용성이 우선적으로 필요하다.

전력망은 수요와 공급을 더 잘 맞추고, 안정성과 신뢰성을 개선하며, 더 깨끗하고 지속 가능한 에너지로의 전환을 지원하도록 진화하고 있다. 오늘날 스마트 그리드는 실시간 모니터링 및 자동화를 활용하여 효율성을 개선하고 에너지 흐름을 더 잘 보여주고 있다.

기존 전력망과 비교했을 때, 스마트 그리드는 다음과 같은 몇 가지 새로운 구성 요소를 통합한다.

• 분산 에너지 자원(DER): 재생 에너지가 부각됨에 따라 그리드 운영자는 지역 수준에서 발전과 수요의 균형을 맞출 수 있는 방법을 찾고 있다. 전력을 생산하거나 저장하는 소규모 시스템이 해결책으로 떠올랐으나, 이러한 시스템을 효과적으로 관리하려면 마이크로그리드를 구축해야 한다.

첨단 계측 인프라(AMI): 실시간 양방향 통신을 통해 전력 흐름을 보다 세밀하게 제어할 수 있다. 전력 활용도에 대한 그리드 전반의 가시성을 통해 보다 정확한 수요를 예측하고, 수요 변화에 따라 전력 분배를 자동으로 조정할 수 있다.

• V2G(Vehicle-to-Grid Technology): 전기 자동차(EV)가 전력망에 미치는 영향은 주요 우려 사항이었다. V2G 기술은 EV가 배터리에서 사용하지 않는 에너지를 그리드로 전달할 수 있도록해 이러한 영향을 완화하는데 기여한다. 또한 운전자는 발전량이 많고 수요가 적은 동안에만 차량을 충전하거나 사용 직전에 충전 주기를 시작하도록 예약할 수 있다.

이러한 혁신에 더하여, 인공 지능(AI) 및 5G 연결과 같은 새로운 기술은 스마트 그리드의 기능과 잠재력을 더욱 확장하는데 기여한다.

특히 5G 기술은 고급 IoT 및 엣지(Edge) 사용 사례를 지원한 것과 마찬가지로 IoE(Internet of Energy)를 가능하게 하는 핵심이라 할 수 있다. 5G 표준은 처음부터 IoT를 지원하도록 설계되었고, 혼잡한 도시 환경이나 원격 위치에서 탁월한 속도와 안정성 및 보안을 제공한다. 5G가 가능하게 하는 커넥티드 인프라는 실시간에 가까운 자동화를 지원하여 그리드 관리에서 상당한 진전을 이루었다.

인공 지능(AI)은 스마트 그리드 운영을 혁신할 수 있는 엄청난 잠재력을 지녔다. SAP Insights의 보고서에 따르면 AI 기술은 재생 에너지 기술을 통합하고 그리드를 안정화하며 인프라 불안정성을 줄이는데 필수적이다. AI의 자가 학습 적응력은 재생 에너지를 지원하고 수요가 최고점과 최저일 때 발전의 균형을 맞추는 데 특히 유용하다.

 ‘인간을 잇는 기술(The Tech Between Us)’ 팟캐스트의 진행자인 레이몬드 인 디렉터는 최근 발표한 새로운 팟캐스트 에피소드에서 미국 에너지부(DOE) 전기국의 크리스 어윈(Chris Irwin) 프로그램 매니저과 대담을 통해 스마트 그리드와 관련한 IoT 통합 이슈, 그리고 신뢰성 및 복원력을 보장하기 위해 필요한 사항에 대해 알아봤다.

팟캐스트에서는 또한 서밋 휴먼 캐피털(Summit Human Capital)의 델 스티븐스(Del Stephens) 분산 에너지 자원(Distributed Energy Resources, DER) 담당 수석 기술 제공 리더와 마우저는 그리드 내에서 전기 자동차(EV)의 역할을 비롯하여, 에너지 소비를 경감하고 안정화할 수 있는 방법을 제시했다.

팟캐스트 관련 자세한 내용은 https://www.mouser.kr/empowering-innovation/smart-grid/에서 확인할 수 있다.