스마트그리드

스마트그리드(smart grid)는 지능형 전력 관리 시스템을 말한다. 스마트그리드는 '똑똑한'을 뜻하는 스마트(smart)와 전기, 가스 등의 공급용 배급망, 전력망이란 뜻의 그리드(grid)가 합쳐진 단어이다. 차세대 전력망, 지능형 전력망으로 불린다. 스마트그리드는 기존의 전력망에 IT(정보통신기술)을 접목해 에너지 네트워크와 통신 네트워크가 합쳐진 전력망이다. 전력공급자와 소비자가 실시간으로 전기사용 관련 정보를 주고 받을 수 있어서 에너지 사용을 최적화할 수 있다.

개요

스마트그리드는 전기 및 정보통신기술을 활용하여 전력망을 지능화,고도화함으로써 고품질의 전력서비스를 제공해 에너지 이용 효율을 극대화하는 전력망이다.한국전력공사에 따르면 현재 전력시스템은 최대 수요량에 맞춰 예비율을 두고 일반적으로 예상 수요보다 약 15% 많이 생산하도록 설계되어 있다. 전기를 생산하기 위해서는 연료를 확보해야하고, 추가로 각종 발전 설비도 필요하며, 버리는 전기량이 많기때문에 에너지 효율도 떨어지게 된다. 또한 화석연료인 석탄이나 석유가스등을 태우는 과정에서 이산화탄소 배출도 늘어난다.

스마트그리드는 에너지 효율 향상에 의해 에너지 낭비를 줄이고, 신·재생에너지에 바탕을 둔 분산전원의 활성화를 통해 에너지 해외 의존도를 줄이고 기존의 발전 설비에 들어가는 화석연료의 사용의 절감을 통해 온실가스 감소효과로 지구온난화를 막을 수 있다. 또한 스마트그리드 구축에 따라 양방향 전력정보 교환을 통해 합리적 에너지 소비를 유도하고, 고품질의 에너지 및 다양한 부가서비스 제공이 가능하다. 신재생에너지,전기차등 녹색기술의 접목,확장이 용이한 개방형 시스템으로 산업간 융합과 복합을 통해 신비지니스 창출도 가능하다.

소비자와 전력회사가 실시간으로 정보를 주고 받기 때문에 소비자는 전기요금이 저렴할때 전기를 사용하고, 저렴한 시간대에 전자제품등이 자동으로 작동하게 할 수 있다. 전력생산자 입장에서는 전력 사용 현황이 실시간으로 파악할 수 있기 때문에 전력공급량을 탄력적으로 조절가능하다. 남는 전력을 양수발전등에 사용하여 전력의 낭비를 줄일 수 있고, 과부하로 인한 전력망의 고장도 에방할 수 있다. 결국 스마트그리드는 일반가정의 전자제품뿐만아니라 공장의 산업용 장비들까지 전기가 흐르는 것을 묶어 효율적으로 관리하는 신개념 시스템이며 공급자와 수요자간 양방향으로 실시간 전보를 교환함으로써 지능형 수요관리, 신재생에너지연계, 전기차 충전등을 가능케 하는 차세대 전력 인프라 시스템이다

등장배경

에너지신사업 선도기관인 한국스마트그리드사업단에 따르면 최근 신기후체제 및 4차산업혁명 시대가 도래함에 따라 새로운 에너지 패러다임에 대응하기 위하여 신재생에너지 확대 정책 등을 강력히 추진중이다. 새정부의 정책 이행을 위한 핵심 플랫폼 중 하나로 등장한 게 스마트그리드라고 볼수있다. 스마트 그리드가 대중적으로 알려진 것은 얼마 되지 않았지만 2000년도 초반부터 미국 전력연구원(EPRL)을 중심으로 스마트 그리드에 대한 연구가 시작되었다. 2003년경 전력망 지능화에 대한 기본계획들이 발표되었고, 이는 2003 CEIDS Mater Plan과 미국 에너지성의 Gird2030 등이 대표적이다. 이후 2007년말에 스마트 그리드 법안으로 알려진 EISA 2007이 제정되면서 본격적으로 추진되었다. 우리나라의 경우 2005년부터 전력IT라는 명칭 아래 연구 개발을 중심으로 관련 사업을 추진해왔다. 이후 2009년부터 스마트 그리드 사업을 본격적으로 추진해 스마트 그리드 로드맵의 개발과 제주 스마트그리그 실증단지를 착공하였다.

특징

스마트그리드의 핵심 특징은 일반적으로 7가지로 설명된다. 1) 소비자 참여, 2) 분산전원 확대와 저장기능 강화, 3) 새로운 전력시장, 4) 고품질 전력, 5) 자산 최적화 및 운영 효율화, 6) 전력망 감시, 7) 보호의 고도화 및 자기치유, 8) 전기차 운행 인프라 등이다. 우리나라는 이러한 특징을 고려해 스마트그리드를 지능형전력망 등 5대 분야로 구분짓고 있다. 지능형 전력망은 개방형 전력 플랫폼을 구축하고 고장예측 및 자동복구 시스템을 구축한다. 지능형 소비자는 지능형 계량 인프라를 구축하며 에너지 관리 자동화 시스템을 구축한다. 지능형 운송은 전국 단위로 충전인프라를 갖춰 V2G 및ICT 서비스 시스템을 구축한다. 지능형 신재생은 대규모 신재생 에너지 발전단지를 조성하고 에너지 자급자족 가정 및 빌딩을 구현하는 것이다. 지능형 전력서비스 분야에서는 다양한 전기 요금제도를 개발하며 지능형 전력 거래시스템을 구축한다. 이외에도 스마트그리드는 양방향 전력망, 소비자 참여, 분산전원 등의 특징을 가지고 있다.

양방향 전력망

기존의 전력망은 단방향 전력망이었다면, 스마트 그리드는 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하고, 이를 통해서 에너지 사용량 예측과 에너지 생산의 탄력적 운용을 통해 에너지 효율의 최적화를 달성할 수 있다. 즉 기존 전력시스템은 최대 수요량에 맞춰서 전력예비율을 두고, 일반적으로 10~15%정도 많이 생산하게 설계된다. 따라서 전기를 생산하기 위한 연료 확보와 각종 발전설비가 추가적으로 필요하고, 버려지는 전기량이 많아 에너지 효율도 떨어진다. 또한 이산화탄소 배출이 늘어나 환경에 악영향을 주기도 하는데 스마트 그리드는 기존 전력망 단점을 보완하기 위해서 에너지 효율 향상을 통해 낭비를 줄이고, 신재생에너지 활성화를 통해 해외 의존도를 감소한다.

소비자 참여

현재는 전력 사업자가 수요자에게 일방적으로 전력을 공급하면 사용자는 소비한 만큼 비용을 지불한다. 하지만 스마트 그리드는 전력 수요자가 실시간으로 가격 정보를 제공받고, 시간대에 따른 적절한 가격을 제공해 소비자가 스스로 기기 사용 시간대를 옮기도록 참여를 유도한다. 전력 가격도 실시간으로 변동되고, 태양광 ,태양열, 풍력등 신재생 에너지 발전을 통해 생산한 여분의 전력을 저장 또는 판매 가능하다. 소비자에게 피크 수요전력을 제공하기 위한 설비 및 운용비용을 줄일 수 있는 효과로도 반영되는데, 에너지 관리의 동기를 부여할 수 있는 적절한 가격제 도입이 중요하다.

분산전원

스마트그리드는 전력회사, 소규모 전력생산자, 수용가등이 정보 통신 기술을 이용해 상호작용하는 네트워크 특성을 가진다. 전력회사는 실시간 가격정보를 제공하고 소규모 전력 생산자는 가격대에 따른 최대 이익을 가지는 전력 공급을 하고 수용자는 최대 이익을 가지는 전력 사용대를 자율적으로 결정한다. 환경에 대한 관심과 에너지 안보에 대한 우려로 전력 분야에 새로운 과제들이 요구되는데, 그 해결책으로 스마트그리드가 등장했다. 부하 응답성을 높이고 손실을 줄이고 분산형 전원의 도입을 증대시키는 운용전략이 필요하다.

종류

스마트계량기(AMI ; Advanced Metering Infrastructure)

스마트계량기는 스마트그리드를 구현하기 위해 필요한 핵심 인프라로서 스마트미터, 통신망, 데이터관리시스템과 운영시스템으로 구성되고 스마트미터 내에 모뎀을 설치해 양방향 통신이 가능한 지능형 전력계량 인프라이다. 또한 스마트미터를 기반으로 미터링 디바이스와 통신해 주기적으로 에너지 사용량을 측정,수집하여 분석하는 시스템으로 하드웨어,소프트웨어,통신,소비자 에너지 디스플레이 및 제어등을 포함한다. 이때 측정 디바이스와 비지니스 시스템 사이의 정보 교환을 위한 양방향 통신 네트워크가 필요한데 이를 AMI 네트워크라고 한다.

에너지관리시스템(EMS ; Energy Management System)

에너지관리시스템은 에너지효율 향상을 목표로 이를 달성하기 위해 관리체제를 일정한 절차와 기법에 따라 체계적이고 지속적으로 추진하는 시스템을 말한다. 공장이나 가정등에서 에너지 사용을 최적화하도록 IT [[[소프트웨어]]로 관리한다. 에너지관리시스템을 사용하면 기업은 비용절감을, 국가는 에너지 소비와 온실가스 배출량을 감축할 수 있다는 장점이 있다.

에너지저장시스템(ESS ; Energy Storage System)

에너지저장시스템은 생산된 전기를 저장장치(배터리등)에 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용시 효율을 향상시켜준다. 에너지저장시스템은 전력저장원(배터리,압축공기등), 전력변환장치,전력관리시스템 등 제반 운영시스템으로 구성되어있다. 실시간으로 변하는 주파수에 즉각적인 충전과 방전으로 전력균형을 유지하는 주파수조정이나 신재생에너지연계, 수요반응, 비상발전등에 활용되어 전력피크 억제, 전력품질 향상과 전력 수급 위기에 대응이 가능하다.

분산형전원

화력 및 원자력 발전과 같은 대규모 집중형 전원과는 다르게 전력 소비가 있는 지역 근처에 정전시만 이용가능한 발전설비를 제외하고 분산,배치가 가능한 소규모의 발전 시설을 지칭한다. 자역간이나 지역 내 송전망의 배전 시설의 간편화와 효율성을 높이기 위해 연료전지, 액화천연가스 가스화, 수소에너지 등의 신에너지나 지열,수력,풍력등의 재생에너지 자원을 이용한다.

활용

• 소비자에게 다양한 전력정보를 실시간으로 전달하여 효율적인 전력소비를 유도한다.
• 전기자동차가 전력을 충전하고 방전하는 시스템을 구축한다.
• 신재생에너지에서 생산된 전력을 안정적이게 공급할 수 있다.
• 정전의 경우 관련 전력망을 부분적으로 단절시킬 수 있기 때문에 정전구간을 최소화할 수 있다.
• 남북한간 또는 동북아시아 국가 간에 전력망울 연계시킬 수 있다.
• 직류송전이 가능해 가전제품등의 전기효율이 향상된다.

문제점

일자리감소

AMI(스마트계량기)등이 도입되면 네트워크를 통해 자동으로 검침이 이루어진다. 지금처럼 검침원들이 매달 일일이 검침을 할 필요가 없어진다. 즉 검침원들은 일자리를 잃게 되는 것이다. 더구나 스마트계량기는 전기뿐아니라 수도와 가스도 같이 계량할 수 있기 때문에 수도와 가스 검침원들도 필요가 없어진다. 현재 한국전력공사에 따르면 250만개의 계량기를 스마트 계량기로 교체했고, 현재도 지속적으로 교체중이며 2022년까지 전국 2000만 호의 계량기를 교체한다는 계획을 밝혔다. 이렇듯 전국의 가정이 모두 스마트 계량기로 교체될 경우 직업을 잃을 검침원은 약 1만명에 달할 것으로 보인다. 이에 외부 업체에 고용된 전기검침노동자들은 따로 전기검침연대 비상대책위원회를 꾸려 이에 대한 대책을 세우는 중이다.

사생활침해

고용문제와 더불어 스마트계량기같은 스마트그리드를 사용하게 되면 누군가가 나의 일거수일투족을 모두 알 수 있게 되는 문제가 생긴다. 초단위의 전기 사용량, 수도사용량, 가스사용량등은 집에 몇명이 거주하고, 언제 집이비며,언제 잠애 드는지 까지 모두 알려준다. 이러한 문제 때문에 미국등 외국에서는 스마트 계량기등의 설치여부를 선택할 수 있다. 또한 네덜란드의 경우는 개인 정보 보호 정책에 위배되기 때문에 도입을 중단했다.

보안위험성

분배망에서의 중요한 스위칭은 각기 다른 네트워크에 걸쳐 이루워지고 고압전압에 의해서 보호되지만,스마트그리드가 빠르게 확대되면서 하드웨어와 사이버 공격의 가능성이 높아졌다. 상호운용성을 달성하기 위해 IP(Internet Protocol)를 이용하는 추세가 높아지고 있는데, IP를 이용하면 저비용으로 동작하는 견고한 네트워크를 구축 가능하나 인터넷에서처럼 공격에 취약해지게 된다.

전망

스마트그리드의 개발로 에너지 효율이 최적화되고 전기충전,태양광,풍력 등 신재생에너지를 안정적으로 이용이 가능하다. 이 기술은 무한한 시장성 때문에 주목을 받고 있는데, 국제에너지기구(IEA)는 2030년까지 스마트그리드 관련 시장에서 전 세계적으로 최소 2조 9,880억 달러가 창출될 전망이라고 밝히기도 했다. 앞으로 변화하는 정책에 기인하여 스마트그리드는 더욱 활성화 될 것이고 우리나라의 에너지 수급이 화력,원자력 발전에서 신재생에너지나 LPG 발전으로 전환될 것이 예상돼 이에 따라 스마트그리드가 개입될 여지가 더 많을 것으로 예상된다.

참고자료

• 이지영 기자 , 〈스마트 그리드〉, 《용어로 보는 IT》, 2017-03-30
• pmg 지식엔진연구소, 〈스마트 그리드〉, 《시사상식사전》
• 〈스마트그리드란?〉, 《한국전력공사》
• 〈한국스마트그리드사업단〉, 《한국스마트그리드사업단》
• 〈스마트 그리드〉, 《두산백과》
• LG디스플레이 디플, 〈전력을 효율적으로 사용할 수 있는 스마트그리드 원격검침 인프라 AMI〉, 《네이버포스트,》2019-07-03
• 〈에너지관리시스템〉, 《한경경제용어사전》, 2009-07-01
• 박재용 팩트체커, 〈스마트 그리드, 전력 효율관리인가 전력 민영화 출발인가〉, 《NEWSTOF》,2018-12-04
• Maxim Integrated,〈스마트 그리드 보안의 필요성 절실히 보여주는 최근의 사례들〉, 《Technical Report》,2015-01-19
• 박종배 , 〈[스마트 그리드의 이해와 그 시사점]〉, 《IT 기획시리즈》,2009, p.28-35
• 황무창,김지해 " Green Home 에너지 관리를 위한 Application". 한국HCI학회 학술대회,2013, P.1236

같이 보기

• 스마트미터링

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