차세대 똑똑한 전력망, 스마트 그리드!

차세대 똑똑한 전력망, 스마트 그리드!

대학생신재생에너지기자단 19기 양은우

 

머리말

  최근 기후변화 및 에너지 자원 고갈에 따른 에너지 효율화가 이슈로 대두됨에 따라 전력과 IT 기술을 융합한 스마트 그리드가 차세대 성장동력으로 주목받고 있다. 스마트 그리드는 세계적으로 화석연료와 원자력 에너지를 이용한 발전에 대한 의존성을 낮추고, 고갈에 대한 대비의 필요성이 대두되면서 이를 해결하기 위한 방안으로 등장하였다.  우리나라에선 한국판 그린 뉴딜의 저탄소 분산형 에너지 정책으로 스마트 그리드가 관심 대상이 되고 있다. 따라서 본 기사에서는 '스마트 그리드'에 대한 소개와 활용 현황 그리고 한국판 그린 뉴딜에서의 '스마트 그리드'에 대해서 알아보고자 한다. 

스마트 그리드란?

 스마트 그리드란 ‘똑똑한’을 뜻하는 ‘Smart’와 전기, 가스 등의 공급용 배급망, 전력망이란 뜻의 ‘Grid’가 합쳐진 단어로 기존 전력망에 정보․통신기술을 접목하여, 공급자와 수요자간 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 지능형 수요관리, 신재생 에너지 연계, 전기차 충전 등을 가능케 하는 차세대 전력 인프라 시스템이다. 즉,  전기 공급자와 생산자들에게 전기 사용자 정보를 제공함으로써 보다 효과적으로 전기 공급을 관리할 수 있게 해주는 서비스이다. 기존의 전력망이 아날로그/전기기계적, 중앙집중체계 방사상구조, 수동 복구, 고정요금, 단방향 정보흐름의 구조를 갖고 있다면 지능형 전력망인 스마트 그리드는 디지털/지능형, 분산 체계 네트워크 구조, 자동 복구, 실시간 요금, 양방향 정보 교류의 구조를 갖고 있다. 

[자료. 1 스마트 그리드의 시스템 구조도]

출처 : 한국스마트그리드사업단

스마트 그리드의 구성요소

스마트 그리드는 크게 3가지 구성요소로 이루어져 있다.

 1) EMS(에너지 관리 시스템)

 정보통신기술(ICT)을 이용해 에너지 사용 상황을 최적으로 파악하고 관리해 비효율적인 에너지 사용을 줄임으로써 능동적으로 에너지 관리를 하는 시스템이다. 종류로는 공장에서 사용되는 FEMS, 빌딩과 같은 건물에서 사용되는 BEMS, 가정집에서 사용되는 HEMS 등이 있다. 

[자료 2. 가정에서 사용되는 EMS]

출처 : HEAT4COOL

2) ESS(에너지 저장 시스템) 

 생산된 전기를 저장 장치에 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하여 전력 사용 효율 향상을 도모하는 장치이다. 특징으로는 신재생 에너지 자원에서 전력을 생산할 때 수반되는 송전 상의 제약을 최소화할 수 있다. 또한 풍력이나 태양광 발전 시스템에서 생산되는 신재생 에너지가 단속적이라는 결점을 보완할 수 있고, 그리드 시스템의 주파수를 안정시킬 수 있다. 일반 주택 및 상업용 시설의 에너지 비용을 절감할 수도 있다.

[자료 3. ESS]

출처 : 한국에너지공단

3) AMI(지능형 원격 검침 인프라, 스마트 계량기) 

 다양한 유형의 분산전원 체계, 배전지능화 시스템 등과의 정보 연계 등 미래 지능형 전력망 운용을 위해 요구되는 최우선적으로 구축해야 할 지능화 전력망 인프라이다. 표준화된 프로토콜을 통해 시스템 간 상호운용성을 확보하여 미터기를 통한 양방향 통신을 지원한다. 이는  소비자의 전력자원 측정 및 제어를 기반으로, 양방향 데이터 통신을 통해 에너지 효율을 제고하고 에너지 네트워크 운영 효율성 및 신뢰성을 향상시킨다.

[자료 4. AMI]

출처 : 한국에너지공단

스마트 그리드의 효과 

 스마트 그리드는 중앙으로부터 전력을 공급하던 수직적인 체계에서 벗어나 전력망을 지능화함으로써 분산 전환 방식과 같은 양방향 수평적 공급체계를 기반으로 하고 있다. 따라서 스마트 그리드의 구축에 따라 단순히 전력 공급원으로부터의 에너지를 공급받는 일방적인 전력거래 패턴에서 벗어나 일반 가정 및 개인 또한 반대로 공급자에게 에너지를 판매하는 양방향 전력거래 시장의 도입이 가능하다. 또한 기존의 수요자 계층이 자신이 보유하고 있는 잉여전력을 판매하는 전력 거래 시장이 구축되며 이로 인해 고정 전력 요금제였던 지금과 달리 실시간 변경 요금제로 변경이 가능하다. 따라서 기존 방식인 추가 잉여 전력생산 방식이 아닌 양방향 소통을 통해 한정된 에너지 자원을 보다 효율적으로 활용 할 수 있게 된다. 또한 전력 생산자 입장에서는 전력 사용 현황을 실시간으로 파악하기 때문에 전력 공급량을 탄력적으로 조절할 수 있다. 전력 사용이 적은 시간대에 최대 전력량을 유지하지 않아도 되므로 버리는 전기를 줄일 수 있고, 전기를 저장했다가 전력 사용이 많은 시간대에 공급하는 탄력적인 운영도 가능하다. 또 과부하로 인한 전력망의 고장도 예방할 수 있다.

 

 

스마트 그리드의 활용 현황 

1) 전기 자동차 산업

 기존의 자동차의 복잡한 구조의 내연기관과 달리 모터와 배터리만으로 구동되는 전기자동차는 단순한 구조와 연비 등에서 높은 효율성을 가진다. 스마트그리드 기술은 충전 부하를 전력수요가 높은 시간대에서 낮은 시간대로 이전하는 역할을 수행한다. 이때 사용하는 스마트미터(Smart Meter) 즉, 첨단 계량장비는 공급 자와 소비자 간의 양방향 정보의 흐름을 가능케하고 소비자와 공급, 생산자가 지불해야 할 비용을 최소화할 수 있도록 전기자동 차 충전(V2G)을 계획할 수 있게 된다. 또한 원격 연결과 연결 해제를 가능하게 한다. 스마트그리드의 데이터를 클라우드 컴퓨팅을 활용하면 효과적으로 로 운영, 관리할 수 있다. 스탠퍼드 대학에서 출판한 인공지능과 미래의 삶에 대한 2030 보고서에 따르면 자율 주행 자동차의 보급이 완료된 상태에서는 개별 자동차들이 상호 간에 실시간으로 통신하면서 도로를 주행하게 된다. 이는 미래의 자율주행 전기자동차는 서로 의사소통을 하면서 사고를 예방하고 교통체증을 줄일 수 있을 뿐 아니라, 심지어 충전을 위해서 차량을 정지할 필요 없이 운행 중에 차량을 연 결하여 전지를 충전하는 것이 가능할 수 있다는 뜻이다.

[자료 5. V2G 개념도]

출처 : anygate 홈페이지

2) 전기 거래 시장

  스마트 그리드로 인한 프로슈머의 등장과  양방향으로 전기에너지를 송출/수신할 수 있는 장치의 보급은 개별 사용 자들이 적극적으로 참여하는 전기 거래 시장을 활성화시킬 것이다. 또한 전기 거래 시장에서는 전기를 생산하지도 소비하지도 않고, 단지 ESS를  이용해서 전기를 저장하여 판매하는 트레이더들도 등장할 것이다. 이들은 전기 가격이 싼 시 점의 전기를 전기 가격이 비싼 시점으로 옮기 는 역할을 하여 시장의 유동성을 공급하고 거래를 활성화시킬 것이다. 이들의 역할로 사용 자층이 두터워지고, 거래를 통한 사회적인 경제적 잉여를 창출해 낼 것이 기대된다.

이 두 가지 외에도 스마트 그리드는 단순히 전력망을 지능화하는 것에서 그치는 것이 아닌 정보통신산업, 전력저장장치(축전지), 풍력발전, 태양광발전, 스마트 시티 등 다른 산업과의 연계성에서 큰 파급효과를 가지고 있다.

한국판 그린 뉴딜에서의 스마트 그리드

 우리나라 정부는 2020년 7월 14일 코로나19 사태 이후 경기 회복을 '한국판 그린 뉴딜'을 확정·발표하였다. 이는 2025년까지 디지털 뉴딜, 그린 뉴딜, 안전망 강화 등 세 개를 축으로 분야별 투자 및 일자리 창출을 목적을 하고 있다. 스마트 그리드는 한국판 뉴딜의 최대 핵심사업인 '지역균형 뉴딜'에서 관심을 받고 있다. 소규모 지역에 전력을 자급자족할 수 있는 스마트 그리드 시스템인 '마이크로그리드'가 지역균형 뉴딜의 에너지망 구축에 최적이기 때문이다. 마이크로 그리드는 송배전에 의한 전력 손실과 고압 송전을 위한 인프라가 최소화되므로 그 자체로 탄소저감에 효과적이다. 정부는 한국판 뉴딜에 투입되는 160조 원 가운데 약 47%에 달하는 75조 원을 지역균형 뉴딜에 투입할 것이라 밝힌 바 있다.

[자료 6. 한국판 그린 뉴딜 주요 내용]

출처 : 기획재정부

맺음말 

 지금까지 전반적인 스마트 그리드에 대한 분석과 활용 현황에 대해 알아보았다. 전 세계가 탄소제로, 탄소중립을 외치고 있는 와중에  탄소중립을 위해 우선 언급되는 방법은 ‘에너지 절약’으로 이와 관련해 다양한 방안들 중 하나인 ‘스마트 그리드'가 주목을 받고 있는 상황이다. 또한 위에서 언급했듯이 스마트 그리드는 한국판 뉴딜에서 주목받는 시스템이다. 하지만 국내에서는 2004년부터 산학연구 기관과 전문가들을 통해 스마트그리드 관련 기술을 개발해왔지만 개발 17여 년이 지난 지금도 마이크로 그리드 및 스마트 그리드가 아직 한국 대중의 일상에 자리를 잡았다고 말하기는 어렵다. 그 이유는 바로 '저렴한 한국의 전기료'때문이다. 우리나라의 전기료는 다른 국가에 비해 가정용도 산업용도 모두 저렴한 편이다. 평소 전기를 저렴하게, 편리하게 이용할 수 있다는 점은 큰 장점이지만, 마이크로 그리드의 상용화에서는 오히려 한계점으로 작용한다. 마이크로 그리드 구축을 위한 투자비용에 비해 이익을 내기 어려운 상황인 것이다. 하지만 이익을 내기 어렵다고 스마트 그리드의 추진을 멈춰서는 안될 것이다.  전 세계적으로 탄소중립을 추진하는 만큼, 환경 이슈에 발맞춰 신재생에너지 및 마이크로그리드, 스마트그리드로 변화가 필요하다. 지금은 스마트 그리드의 미래를 위한 초기 단계이기 때문에 정부, 관련 기업들, 관리자들과의 협업이 필요할 것이다. 
 

 

 

 

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'스마트 그리드' 에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "스마트 그리드 보안문제 어디까지 해결되었을까?", 13기 정수인, 14기 윤재성, 15기 김수연, 16기 이지현, 16기 이지윤, https://renewableenergyfollowers.org/m/2807

2. "스마트 그리드(지능형 전력망)?", 14기 이한주, https://renewableenergyfollowers.org/m/2676

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참고문헌

1) 김경택, "비츠로테크, 글로벌 '탄소중립' 선언에 수혜 주목…스마트그리드 핵심설비 美 등에 공급", 매일경제, 2020.11.13, https://www.mk.co.kr/news/stock/view/2020/11/1168275/

2) 심민규, "스마트 그리드( 스마트 에너지)의 스마트 시티에의 통합에 대한 문헌 연구", 한국전자거래학회, 2020.02

3) 오기택, 윤성욱, " 스마트 그리드 활용사례 연구", 대한전기학회, 2020.07

4) 조해진, "[2021 전기산업대전] 스마트그리드 축소판 ‘마이크로그리드’…韓 상용화가 어려운 이유", 산업일보, 2021.04.13, http://www.kidd.co.kr/news/221780

5) 진윤선, 배정효, "스마트 그리드 추진 동인 및 기술 동향 분석", 대한전기학회, 2020.10

6)한국동서발전, 한국동서발전 공식블로그, " 그린 뉴딜과 함꼐하는 제 2의 전기 혁명 스마트 그리드!", 2020.10, https://blog.naver.com/iamewp/222121234731

7)한국 스마트 그리드 사업단, "스마트 그리드 알아보기",  https://www.smartgrid.or.kr/bbs/content.php?co_id=sub5_1