Smartgrid and power by icn

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스마트그리드로 전력대란 없는 세상을...

2013. 01. 14.

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I. 개 요 스마트그리드란 전력망에 정보기술(IT)을 접목하여 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환, 에너지 효율을 최적화하며 새로운 부가가치를 창출하는 차세대 전력망 기술을 의미한다. 이는 에너지와 IT의 대표적 융합사례로써 전력망의 신뢰성, 효율성, 안정성을 향상시키고, 전기자동차 충전을 지능화하고 재생에너지와 전력계통 연계를 용이하게 하여 재생에너지 보급을 촉진시켜 준다. 현재 세계 전력산업은 전력수요 증가, 에너지위기감 확산, 환경오염 문제, 전력시스템 노후화 등의 주요 문제에 직면해 있다. 한편, 우리나라는 에너지의 97%를 수입에 의존하고 있고, 에너지원의 83%가 화석연료이며, 세계 10위의 탄소배출국이다. 이러한 에너지난의 해결과 전력산업의 효율 향상을 위한 해결책의 하나로 스마트그리드가 부상하고 있다. 스마트그리드(smart grid)는 ‘발전-송전ㆍ배전-판매’의 단계로 이루어지던 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 ‘지능형 전력망’이다.

그림 1. 스마트그리드 주요 구성 요소

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현대화된 전력기술과 IT 기술의 융복합화를 통해 구현되는 차세대 전력시스템 및 관리체계를 의미한다. 또한, 지능형 장치, 양방향 통신, 고급제어시스템을 갖추어 분산형, 지능형 전력망 관리 플랫폼을 갖추고, 이 플랫폼 위에서 재생에너지 통합, 전기자동차 충전방식 지능화, 스마트 계량, 전력망 모니터링, 수요반응(demand response)과 같은 애플리케이션을 가동할 수 있다. 주요 구성요소로는 ASM(Advanced Smart Meter), 전기차충전인프라, 분산형전원(배터리), 실시간전기요금제, 전력망의 자기치유기능, 신재생에너지 생산판매 기능, DC전원공급체계, 전력품질선택 등이 있다. 스마트그리드는 에너지와 IT의 대표적 융합사례로써 전력망의 신뢰성, 효율성, 안정성을 향상시키고, 전기자동차 충전을 지능화하고 재생에너지와 전력계통 연계를 용이하게 하여 재생에너지 보급을 촉진시켜 준다. 전력망 운영자, 발전업체, 전력소비자, 에너지관리서비스업체, 장비제공업체 모두에게 새로운 가치를 제공하고, 국가 경제성장 및 기후변화 대응에도 큰 기여를 할 것으로 기대되고 있다. 미국, EU 등 주요국가들은 전략적으로 스마트그리드를 육성할 계획이다. 미국의 벤처캐피털의 스마트그리드 투자액은 2005~2008년간 연평균 97.3%씩 급성장하였으며, 2009년에 잠시 급감했다가, 금융위기 이후인 2000년부터 다시 투자가 활기를 되찾았다.

IEA는 2006~2030년 중 스마트그리드 관련 전세계 투자액이 3조달러에 이를 것으로 추정하고 있으며, Pike 리서치도 2010~2015년간 2,100억달러의 시장이 형성될 것으로 전망한 바 있다.

II. 주요 국가별 정책동향 1. 미국 미국은 평균 60년에 달하는 노후설비 교체와 전력시스템 고도화 목표 하에, 스마트그리드 정책을 추진하고 있는데, 민간이 기술개발을 주도하고 정부는 재정지원을 담당한다. 스마트그리드 관련 연구는 IntelliGrid, ADA, GridWise 등으로 EPRI(미전력연구소), 에너지부(DOE)가 담당하며 송배전, 분산전원 등의 분야에서 IntelliGrid 아키텍처 설계, 실시간 계통 해석, 마이크로 그리드 운영기술, 배전선로 선진화 등의 연구를 수행하고 - 2 -

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있다.

2007년말에는 2008년부터 2020년까지 스마트그리드 연구개발과 시범사업을 국책사업으로 한다는 내용의 ‘The Energy Independence and Security Act(에너지자립안보법)’이 미연방 의회를 통과하였다.

2020년까지 국가 송ㆍ배전망 고도화, 수용가 전력사용 효율화를 목표로 전력시스템 운용과 자원의 최적화, 분산전원의 도입과 통합, 수요반응, 미터링, 충전형 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 개발을 추진할 계획이다. 한편 2010년에는 ICT 분야의 에너지 효율성을 개선할 수 있는 새로운 기술개발을 지원하기 위한 장비 및 소프트웨어, 전력공급망, 냉각 등 3개의 영역에 대한 프로젝트에 4,700만 달러 투자계획을 발표했다. 미국의 정보산업에서 중요한 부분을 차지하는 데이터처리, 저장 및 통신산업이 빠르게 성장함에 따라 에너지 사용량이 증가하였고, 이로 인해 발생하는 에너지 효율성 문제와 환경문제 해결 필요성이 증대하고 있다. 이를 해결하기 위해 서버기반 및 IT, 통신시스템에서 발생하는 전력 손실 및 열발생을 최소화하는 기술개발을 통해 에너지 효율성을 높인다는 것이다. 이를 통한 새로운 전력관리 소프트웨어는 데이터센터 및 서버 팜(Server Farm)에서의 에너지 사용을 50%까지 절감할 수 있다. 또한 오바마 행정부는 스마트그리드 추진전략으로 보듯이 경기부양법안, 에너지부의 스마트그리드 프로젝트 비용의 50% 보조금 지급기준, 프로그램 및 시연 프로젝트 지원한도 상향 조정, 표준화 주도 등의 다양한 정책을 펼치고 있다.

2. EU EU는 미국과는 달리 기후변화협약에 적극 대응하고 다른 국가들에 비해 기술 우위에 있는 신재생에너지의 지속적인 보급을 주창하고 있다. 분산전원(신재생) 수용과 에너지 효율 제고 목표 하에 환경보전, 분산형 전원의 보급 확대, 국가간 전력거래, EU 차원의 그리드 서비스에 초점을 두고 있는 것이다. 스마트그리드 관련 연구는 Smart Grids 등의 과제를 유럽위원회(EC)의 주도 하에

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송배전, 분산전원 등의 분야에서 수용가와 양방향 서비스 기술, 전력망의 효율성과 안정성 향상기술 등의 연구를 수행하고 있다.

표 1. 주요 국가의 스마트그리드 정책 비교

EU는 스마트그리드 전략을 위해 5개의 연구부문과 19개의 세부과제를 설정했는데, 주요 연구과제로는 스마트배전망 구축, 효율적 장거리 에너지 공급, 송배전 자산관리, 지속가능한 운영과 전력공급 관련 미래 예측기술의 개발, 고객 인터페이스 기술의 혁신 및 표준화, 규제개혁방안 등이 있다.

European Smart Grids Technology Platform은 2006년에 착수하여 2020년 완성을 목표로 하고 있으며, 2020년까지 신재생에너지 비율을 20%로 확대하고, 에너지 효율을 20% 향상하는 ‘20-20-20’ 목표를 설정하였다. 유럽 전역에 걸쳐 송배전을 효율화하고 국가 간 전력거래를 활성화하며, 2020년까지 전력망을 하나로 통합하고 신재생에너지를 기존 전력망에 통합시키는 것이 목표이다. 이 프로그램에는 ABB, Siemens, Shell, BP 등 많은 기업이 참여하고 있으며, EU 주도로 대체에너지 사용 및 국가간 전력거래 활성화를 도모하고 있다. 구성요소는 신재생에너지, 분산발전, 송전자동화, 배전자동화, advanced metering, 전기자동차 등이 있다. 기존의 전력에 IT 기술을 활용하는 수준을 넘어서, 에너지 라이프 사이클을 전 단계에 - 4 -

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걸쳐서 IT기술을 확산시키는 방향으로 에너지 부문에서의 IT 활용범위를 확대하였다. 또한 유럽 각국은 기계식 미터기를 전자식 스마트미터기로 교체하고 있다. 이렇게 유럽은 분산전원 수용과 에너지 효율 제고를 목표로 스마트미터 보급에 중점을 두고 있다.

표 2. 미국 오바마 행정부의 스마트그리드 추진 정책

3. 일본 일본에서는 스마트그리드를 기존의 전력망과 신재생 및 분산전원의 연계를 통해 안정적이고 효율적으로 운영되는 발전된 형태의 전력망으로 정의하고 있다. 이에 일본은 온난화 대응 및 에너지 안보 측면과 핵심기술 선점을 통한 경제력 제고라는 배경 하에서 스마트그리드를 추진하고 있다. 일본정부는 혁신적 에너지 운용, 신재생에너지 확대라는 목표 하에 에너지 및 환경문제 해결, 일본 산업의 경쟁력 강화를 도모하고 있다. 구체적으로는 에너지 및 환경 문제를 해결하고 산업 경쟁력을 강화한다는 차원에서 2030년까지 스마트그리드 구축 사업을 완료한다는 전략이다. 그리고 국가 차원의 신재생에너지 자원을 수용할 수 있는 마이크로그리드 개념의 신전력 인프라 개발 및 시범단지를 구축하여 개발기술의 상용화를 촉진하고 있다.

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스마트그리드와 유사한 TIPS 프로젝트로 신규 전력 네트워크 감시와 전체 네트워크 신뢰성을 평가하는 데 있어 IT를 적극 활용한다. 일본은 일본판 스마트그리드인 TIPS를 추진하는데 있어 전기차와 축전지 등 관련산업의 육성과 경쟁력 강화에 관심을 보이고 있다.

III. 스마트그리드 주요 기술 최근 국제적으로 스마트그리드에 대한 기술과 환경구축이 매우 빠르게 진행되고 있다. 세계적인 추이를 보면 이제는 개념설계 단계를 넘어 이를 실제 전력망에 적용해 그 성과를 어떻게 증명할 것인지에 제사회의 관심이 집중되고 있다. 유럽과 미국은 리드(송전망) 지능화와 함께 신재생 전원 개발, 소비자 반응을 이용한 수요자원의 활용 극대화를 추진하고 있고, 우리나라는 소비자 관점에서 스마트그리드를 추진하고 있다. 미국 등 주요 선진국들은 현재까지 AMR(자동미터검침) 같은 원격검침 시스템 개발에 주력해 왔는데, 앞으로 원격검침시스템에 통신인프라, 전자미터링, 미터 데이터 통합기술을 융합한 발전된 형태의 AMI(첨단검침인프라) 구축에 주력하고 있다. 현재 미국, 유럽을 중심으로 에너지망의 지능화 및 통합이 추진되고, 국내에서는 전력 IT 연구를 통해 지능형기기를 개발중이다.

(1) AMI(Advansed Metering Infrastructure) 오픈 아키텍처(Open Architecture)를 통하여 수요자와 공급자간에 정보의 전달을 가능하게 하는 기술로 소비자의 전력사용 정보 등을 보내주는 스마트 메터(Smart Meter)와 스마트 메터가 생성한 자료를 전송하는 네트워크 시스템 등으로 구성된다.

AMI는 실시간 지불시스템, 과부하 관리 시스템 및 사용자의 전력사용 습관 등 광범위한 전력관련 정보의 데이터베이스 구축 및 활용이 필요하며, 수요와 공급이 기반이 된 실시간 전력 시장의 기반 기술이다. 스마트 미터는 소비자의 실시간 소비량 및 패턴 등의 계량화 및 실시간 가격정보를 전달하는 AMI의 기반 시스템이며, 공급자 및 수요자의 정보를 상호 소통하게 해주는 일종의 게이트웨이(Gateway)로 향후 다양한 사업기회가 파생될 것으로 기대된다.

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(2) 수요반응(Demand Response) 기술 DR은 계약 혹은 자의에 의해서 전력피크시의 전력사용을 축소시키는 기술로 스마트그리드의 핵심분야중 하나이다. DR의 구현에 필수적인 스마트미터의 보급이 미국에서만 4천만대가 보급되는 등 향후 급속도로 확대될 전망이다. 소비자는 전력피크시에 전기사용을 줄이는 계약이나 시장원리에 따라 전력사용량을 감소시킬 수 있게 되었으며, 이는 세탁기나 전자제품의 가동 시간을 조절하는 것이 가능하다. 이에 2030년에는 스마트그리드 확대를 통해 7~8%의 수요량 감소가 가능하다는 분석이 있다.

(3) 분산형 발전(Micro Grid) 소규모로 소비지 근처에서 신재생에너지 혹은 기존 화석연료를 이용하여 발전하는 마이크로 그리드를 의미한다. 신재생에너지 보급의 가장 큰 문제점은 전력생산의 간헐성, 다수의 마이크로 그리드(생산점)와 소비점 사이의 전력흐름을 적절한 통제가 어렵다는데 있다. 이는 다양한 신재생에너지를 교차 생산하거나 전력저장 기술을 활용하여 극복이 가능하다. 또한 중앙집중식으로 구성되었던 EMS(Energy Management System)도 분산형으로 변화하는 계기가 되고 있다.

(4) 전기자동차 순수하게 배터리의 힘으로 움직여 탄소 배출량이 적고 연료를 덜 소모하는 친환경 자동차로써 일반적으로 가솔린 자동차의 에너지 효율은 20% 안팎이나 전기자동차는 70~80% 수준에 달한다. 배터리 및 충전시스템에 대한 기술개발이 전기자동차 시장의 관건이 되고 있다.

(5) 전력저장 기술 대규모 잉여전력을 저수지나 동굴에 저장하는 기술 등이 있으나 입지의 제약으로 적극적으로 활용이 어려운 실정이다. 최근까지 광범위하게 사용되는 축전지는 환경오염의 문제, 짧은 사용연도 및 낮은 효율 등으로 다른 저장방식에 대한 연구가 적극적으로 추진되고 있다.

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III. 국내 스마트그리드 정책 동향 우리나라의 스마트그리드 도입은 에너지 비용의 감소, 신재생에너지 발전의 확대 여건 마련 및 수출 산업화 등 국제경쟁력 확보 차원의 전략적 추진 성격이 강하다.

IT 분야에서 축적한 기술과 노하우를 활용하여 스마트그리드 분야에서 새로운 성장동력을 창출하는 데 중점을 두고 있다. 추진방향으로는 수출산업화를 위한 신재생에너지 발전 확대, 이들의 스마트그리드로의 연결 및 국내시장의 테스트베드화 등이다. 스마트그리드 관련 연구는 전력 IT로써 지식경제부가 주도하고 송배전, 통신, 분산전원 등의 분야에서 전력선통신 기술, 배전지능화 기술 등의 연구를 수행하고 있다.

표 3. 스마트그리드 국가 로드맵

우리나라는 2004년부터 전력 IT(지능형 전력망 기술) 종합대책을 수립했으며, 산학연 기관과 전문가들을 통하여 기초기술을 개발해 왔다. 정부도 2005년부터 발전, 송배전, 사용자 등 전력 네트워크를 지능화하기 위한 10대 국책과제를 선정하고 기술개발을 진행하였다.

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그리고 2008년 그린에너지산업 발전전략의 과제로 스마트그리드를 선정하고 법적 제도적 기반을 마련하기 위하여 지능형전력망구축위원회를 신설하였다. 한편 2009년초에 ‘세계 최초 국가 단위의 지능형 전력망 구축’에 대한 국가 비전이 발표되었으며, 에너지/환경문제 대응, 차세대 성장동력화, 저탄소 생활화를 주요 과제로 추진하면서 국제적인 차원에서 공동으로 수행할 수 있는 상세 로드맵을 수립하고 있다.

2009년 6월에는 가전제품과 네트워킹을 통하여 전력사용을 최적화하고 소비자에게 실시간 전기요금 정보를 제공하는 전력관리장치인 ‘첨단 스마트미터(Advanced Smart Meter)’와 전기자동차 충전 인프라, 분산형 전원(배터리), 실시간 전기요금제, 전력망의 자기치유 기능, 신재생 에너지 제어 기능, 직류 전원 공급, 전력 품질 선택 등을 필수요소로 하는 ‘한국형 스마트그리드 비전’을 발표하였다. 이에 따라 정부는 제주도를 스마트그리드 실증단지로 선정하고 2010년부터 본격적으로 기술실증에 착수한뒤, 2011년부터 시범도시를 중심으로 대규모 보급을 시작할 예정이다. 스마트그리드 국가 로드맵 정부는 2010년 1월 스마트그리드 국가로드맵을 확정하였다. <표 1>에서 보듯이 비전은 스마트그리드 구축을 통한 저탄소 녹색성장 기반 구축이고, 2030년까지 세계 최초의 국가 단위 스마트그리드 구축을 목표로 하고 있다. 전기자동차 충전소는 2011년 제주 실증단지 200대 규모를 시작으로 2030년까지 2만 7,000여 대 규모 인프라를 전국에 보급할 계획이다. 정부는 스마트그리드의 성공적 추진을 위해 민관 공동으로 2030년까지 총 27조5,000억원을 투자할 계획이다. 추진내용으로는, ① 지능형 전력망, 소비자, 운송, 신재생발전, 전력서비스 등 5대 분야의 기술개발과 인프라 조기구축, 법ㆍ제도 정비 등의 정책과제, ② 전기차의 상용화를 위해 2011년부터 전기차 급속 충전기 등을 국내 어디서나 이용이 가능하도록 설치, ③ 기술개발 활성화를 위해 기술개발 부분의 세액감면 도입, 지능형전력서비스 지원을

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위한 다양한 요금제 개발 등이 있다.

2009년 6월 5일 스마트그리드 구성요소와의 연계성, 시범 도시로의 성장 가능성 등을 고려해 실증단지 용지로 제주를 선정하였다.

그림 2. 제주 스마트그리드 실증단지 개요

국내 제품 및 기술의 시험평가, 연구자료 축적 등을 위해 제주도 구좌읍 6,000호를 대상으로 실증산업을 추진하고 있는데, 전기연구원, 한전 등이 주축이 되어 2009년 7월~2010년 12월까지 18개월간 약 600억 원을 투자하여 구축하고 있다. 정부는 제주 실증단지를 국내 산업 활성화와 해외 진출을 위한 교두보로 육성할 계획이며, 수출 전략산업으로 발전할 수 있도록 민관 공동의 통합 수출 지원체계를 구축할 예정이다. 제주 실증단지는 지능형 송/배전망 구축인 Smart PowerGrid, 소비자 중심 에너지 효율화를 도모하는 Smart Place, 그린카 확대 기반을 마련하는 Smart Transportation, 신재생발전원 안전성 제고의 Smart Renewable, 개방형 통합 에너지 시장 활성화를 꾀하는 Smart Electric Service 등 5가지로 구성되어 있다.

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그림 3. 스마트그리드 주요업체 밸류 체인

IV. 이제 통합운영 기술을 쌓아야 할 때 국내 전력망은 다른나라에 비해 높은 효율과 안정적인 시스템을 보유하고 있어 국내 스마 트그리드 도입은 낡은 전력망 교체차원으로 추진되고 있는 미국 등과 다소 접근방법에서 차이가 있다. 우리나라의 스마트그리드 도입은 에너지 비용의 감소, 신재생에너지 발전의 확대 여건 마 련, 수출 산업화 등 국제 경쟁력 확보 차원의 전략적 추진 성격이 강하다. 향후 수출 산 업화를 위해서는 신쟁생에너지 발전을 확대하고, 동시에 이들의 스마트그리드로의 연결 및 국내시장의 테스트베드화 등이 절실하다. 특히 국내 스마트그리드 기술은 AMI, 스마트미터 등 기계적인 측면에서 선진국과 유사한 기술력을 확보했다고 할 수 있으나, DR, 전기자동차 관련 설비의 기술수준은 아직 낮은 수준에 머물러 있다는 것이 전문가들의 평가이다. 장두석 산은경제연구소 선임연구원은 ‘스마트그리드 산업의 동향과 산업화 방안’ 보고서에 서 “미국 등 선진국 대형 IT 업체들은 스마트그리드 관련 하드웨어 뿐만 아니라 소프트웨 어 분야에서도 높은 기술수준을 보유하고 있는데 반해 국내 관련 소프트웨어 분야는 취 약”하다고 밝혔다. 그는 또한 “특히 대규모 수요자와 공급자의 통합 운영기술 등은 아직까 지 미확보” 수준이라고 평가했다.

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AMI 국내 시장의 경우, 2020년까지 정부의 보급완료 정책에 따라 총 5조 4천억원의 시 장이 형성되고 있으나, 국내 일부 업체가 해외 선도업체와 제휴를 통해 보급하고 있는 수 준이다. 그러나 AMI 관련 기기뿐만 아니라 응용 소프트웨어, 운영 노하우 등도 중요한 시장을 형성할 것으로 전망되고 있어 관련 기술 개발 및 노하우 축적이 필요한 실정이다. 전기자동차 관련 국내 배터리 기술은 해외 주요 전기자동차 메이커들에게 국내 배터리 업 체가 시장을 선점하는 등 기술적으로도 선진국 수준이나 계통연계 및 운영기술은 국내외 적으로 아직 초기단계에 불과하다. 때문에 충전 관련 부품, 인터페이스 등 인프라 구축에 필요한 핵심분야의 기술 개발이 필요하며, 주요 핵심기술 중의 하나인 배터리 운영 기술 확보도 서둘러야 할 분야이다. 또한 스마트그리드는 전력산업 뿐만 아니라 자동차, 배터리, 반도체, 가전산업에 이르기까 지 다양한 분야서 2030년까지 20~50조원의 신규 수요를 창출할 것으로 전망되고 있어 신재생에너지, 스마트미터, 스마트빌딩, 스마트가전 등과 함께 이를 위한 다양한 전력전자 기술이 요구된다.

[참조 자료] * 주요 국가의 스마트그리드 정책 동향, 한국전자통신연구원 * 한국형 스마트그리드의 추진동향 및 전망, 정보처리학회 * 스마트그리드 정보통신기술, 한국통신학회 * 한국스마트그리드사업단 www.smartgrid.or.kr * 한국스마트그리드협회 www.ksmartgrid.org

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