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윤진 주
9 years ago
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1 November no.21 융합Weekly 발행일_ 발행처_융합연구정책센터 TIP 전력과 IT를 융합한 스마트그리드 동향 송가은 융합연구정책센터 선정 배경 전 세계가 인구의 증가와 산업화에 따른 에너지의 급격한 사용으로 발생한 에너지 고갈로 인한 에너지 위기와 생태적 기후 환경문제 등에 직면함 - 지속가능한 발전을 지향하는 세계 각국의 핵심정책 중 하나는 사회기반시설의 최첨단화 및 효율화 - 전력과 IT가 결합된 스마트 그리드 구축으로 에너지 효율 증가 및 환경문제 개선으로 인류가 직면한 다양한 문제 해결가능 국내에서도 스마트 그리드는 '04년 전력 IT 추진 종합대책을 시작으로 지속적으로 개발됨 - 전력 IT 개념에서 9대 핵심과제로 도출되고, 제주 실증단지 온실가스감축과 배출권 거래, 신재생에너지 도입, 전기자동차의 도입 등과 맞물려 개념이 확장됨 신재생에너지의 효율적인 사용과 기존 노후된 전력공급 설비의 전면 교체로 각종 사회문제 해결 및 신재생에너지 출력의 불안정성 해결 개요 (정의) 기존 전력망에 정보기술(IT)을 접목한 지능형 차세대 전력망 - 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여, 에너지효율을 최적화하고 새로운 부가 가치를 창출 - 스마트 그리드는 전력사업으로 국한되지 않고 전력, 통신, 신재생에너지, 자동차, 반도체 등 수많은 관련 사업들과 밀접하게 연관됨 제품 시스템(스마트 계량 에너지 저장장치, 에너지 관리장치)과 인프라 정보 통신 기술(전기 충전소 분산 관리시스템, 양방향 정보통신 기술) 구성됨 - 스마트 계량기(AMI) : 양방향 통신 기반의 디지털 계량기로, 실시간으로 전력가격 및 사용정보를 소비자 에게 전달하여 수요 반응을 가능하게하고, 공급자에게는 수요예측 및 부하 관리가 가능하게 하는 장치 - 에너지 저장장치(ESS) : 전력 수요가 적은 시간대(밤)에 전력을 저장한 후, 전력 수요가 많은 피크 시간대 에 사용할 수 있도록 전력을 저장하는 장치

IT가 결합된 스마트 그리드 구축으로 에너지 효율 증가 및 환경문제 개선으로 인류가 직면한 다양한 문제 해결가능 국내에서도 스마트 그리드는 '04년 전력 IT 추진 종합대책을 시작으로 지속적으로 개발됨 - 전력 IT 개념에서 9대 핵심과제로 도출되고, 제주 실증단지 온실가스감축과 배출권 거래, 신재생에너지 도입, 전기자동차의 도입 등과 맞물려 개념이

2 2 - 에너지 관리장치(EMS) : 최종 소비자에게 고품질의 전력을 안정적으로 공급하기 위해 전력계통의 운용 상태를 자동으로 감시분석 및 평가하는 시스템 - 양방향 정보통신 기술 : 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보(전기 사용량 및 요금정보)를 교 환하면서 에너지 이용효율을 높임 출처 : Categories and descriptions from NETL,2010 그림 1. 스마트 그리드기술 분야 스마트 그리드가 구현되면 실시간 요금제, 수요반응 등 다양한 신기술이 등장하고 여러 시스템 변화가 예상됨 - 공급 및 소비정보가 실시간으로 공유되면서 시스템의 효율을 높이는 전력망으로 진화되고, 신기술이 소비자의 선택권을 높이면서 소비자의 욕구 충족가능 표 1. 기존 전력망과 스마트 그리드의 비교 구분 2010 전력망 2030 스마트 그리드 통신 소비자와 소통 미터링 운전 발전 전력 제어 신뢰도 시스템 토폴로지 단방향, 비실시간 제한된 범위 전자기계적 미터링 수동감시정기적 유지보수 집중식 제한적 신뢰도 낮음 사고파급 수동대비 수지상 정해진 방향 전력흐름 양방향, 실시간 영역 확장 디지털 미터링RTP* 가능 자동감시상태기반 유지보수 집중식+분산전원 자동, 광범위 신뢰도 높음 사고한정 또는 자동치유 자동대비 네트워크 다양한 전력 흐름 * Real-time Transport Protocol : 실시간으로 음성을 송수신하기 위한 전송계층 통신규약

스마트 그리드기술 분야 스마트 그리드가 구현되면 실시간 요금제, 수요반응 등 다양한 신기술이 등장하고 여러 시스템 변화가 예상됨 - 공급 및 소비정보가 실시간으로 공유되면서 시스템의 효율을 높이는 전력망으로 진화되고, 신기술이 소비자의 선택권을 높이면서 소비자의 욕구 충족가능 표 1.

3 3 시장 현황 및 전망 전 세계의 에너지 인프라 구축비용은 '30년까지 총 20.2조 달러, 이 중 전력 분야에 대한 투자 비용은 11.3조 달러, 스마트 그리드 시장은 8,700억 달러로 예측됨 - 사업 범위에 따라 기관 별 예측하는 시장규모가 다소 상이함 Frost & Sullivan는 1원격검침 인프라 2수요반응 3배전망 관리 4고압송전 분야를 포함하여 '17년까지 1,252억 달러로 예측 향후 약 6년간 스마트 그리드 투자는 정책 프레임워크가 구축된 국가에 집중될 전망 - 미국, 프랑스, 독일, 스페인, 영국, 일본, 중국, 한국, 브라질 총 9개국에 집중 현재까지 배전망 관리기술(DGM) 시장이 가장 큰 비중을 차지하였으나, 고압 송전(High Voltage) 사업의 비중이 점차 늘어나 비슷한 수준으로 성장할 것으로 전망됨 년까지는 배전망 관리기술(DGM)이 가장 큰 비중을 차지할 것이며, 이는 전력중단의 감소와 전력관리의 향상, 현존하는 자원의 활용 개선에 대한 높은 수요 때문인 것으로 분석됨 - AMI시장은 '17년 144억 달러, 수요반응 시장은 41억 달러, 배전망 관리시장은 584억 달러, 고압송전 시장은 482억 달러로 성장 전망 High Voltage DGM DR AMI 그림 2. 스마트 그리드 시장에서의 기술 별 매출비중( 09-17) 아시아지역의 스마트 그리드 시장규모는 76억 달러( 14)로 19년까지 139억달러 수준으로 증가할 것으로 예상됨 - 전체규모의 78%를 북아시아지역이, 21%는 오세아니아 지역이 차지하고, 특히 한국과 일본이 향후 몇 년 간은 스마트 그리드 기술에서 강세할 것으로 예상됨 - 전기자동차 충전소가 대폭 확장 구축되어 20년까지 약 130만개 설치될 전망

프랑스, 독일, 스페인, 영국, 일본, 중국, 한국, 브라질 총 9개국에 집중 현재까지 배전망 관리기술(DGM) 시장이 가장 큰 비중을 차지하였으나, 고압 송전(High Voltage) 사업의 비중이 점차 늘어나 비슷한 수준으로 성장할 것으로 전망됨 - 2017년까지는 배전망 관리기술(DGM)이 가장 큰 비중을 차지할 것이며, 이는 전력중단의 감소와

4 4 기반 기술 및 이해관계자 스마트 그리드는 전력의 생산, 배전, 송전, 저장 시스템이 결합되어 운영되어, 각 영역별로 목표를 수립하여 기술개발에 주력함 - (생산) 태양광 패널이 지속가능한 에너지개발 시스템으로 채택되고, 풍력에너지 생산 기술이 안정되어 신재생에너지 자원으로 사용됨 - (전력 유통) 녹색빌딩에서 최적화된 지능형 통합 에너지효율시스템을 갖추어 다양한 전기지원 시스템 을 대표함 - (송전) 하이브리드 자동차와 전기자동차의 충전이 간편화되어 스마트 그리드 에너지관리기술 부문의 주요한 성과로 부상될 전망 - (저장) 생산시설 전용 발전소는 주로 작은 산업단지나 거주지역에 에너지를 공급하고, 스마트 에너지 관리시설에서 잔여 에너지를 각 ESS 등의 저장시스템에 저장 후 사용 스마트 그리드를 구성하는 각 단계에 주요 기업들의 기술개발을 활발히 추진 중 그림 3. 스마트 그리드 주요기업 프레임워크 - 트로포스 네트워크(Tropos Newtork) : 산업 및 상업적 전력사용에서 에너지 수요대응, 수요 조절 솔루션을 개발하고, 수요를 관리하여 에너지 비용을 줄이는 전력관리 시스템(전력관리를 위한 무선 입출력 모델) 개발 - 넥스그리드(NEX-GRID) : 전력유통그리드를 운영, 모니터링 및 조작하는 실시간 양방향 통신시스템을 개발하고, 이에는 계량, 에너지 컨트롤 관리, 정전 및 복원관리, 양방향 소통 등 기술을 구현 - 스페이스타임 인사이트(Space-Time Insight) : 방대한 양의 전력사용 정보를 실시간으로 시각적 디스플레이로 변환해주어, 실시간 공급량 결정에 방해가 되는 것을 예방할 수 있도록 함. 시각적 표현으로 에너지 관리에 관련된 다양한 매개변수들을 분석 가능함 스마트 그리드의 가치사슬 네트워크는 관련 기술을 통합하고, 제조하고, 테스트하고, 연구하 는 이해관계자들로 구성됨

5 5 Integration Development Stakeholder Testing Manufacturing 그림 4. 스마트 그리드 가치사슬 네트워크 - 스마트 그리드 기술 R&D는 학술연구기관 및 대학 연구센터의 협력연구로 기술연구센터에서 진행되며, 기술개발의 전적인 권한 및 책임은 연구실 단위에서 소유 - 연구개발은 대기업이나 각 영역별 연구지원기관을 통해 지원되고, 개발된 기술 및 상품은 라이센싱 되거나, 자금을 지원한 대기업/정부지원기관에 매각되고, 이들은 기술의 실제 활용을 위해 산업규모로 표준화하는 작업을 수행함 - 가치사슬 네트워크는 이해관계자들에 기술이 상업화되는데 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있도록 최적화 됨 University Center Center Product Licensing Purchasing Stakeholder University 그림 5. 스마트 그리드기술 가치사슬 국가별 지원현황 (중국) 정부에서 스마트 그리드 심층개발전략을 수립, 주요 에너지소비 절감 수단으로 스마트 그리드를 채택함 - 정부는 전력 그리드의 효율성을 높이고 지속가능한 에너지발전을 위하여 신재생기술을 통합할 계획 - 국가전망공사(State Grid Corporation)는 '30년 완성 계획의 스마트 그리드 프로그램을 설계하고, '20년까지 최소 960억 달러 투자 계획 (미국) 경기부양 법안인 ARRA(American Recovery Reinvestment Act)('09)을 통 해 스마트 그리드 개편에 45억 달러 투자 - 35억 달러는 기존 전기 전력망 점검에, 4억 달러는 지역 스마트 그리드 설명 프로그램에, 2억 달러는 에너지 보관 및 설명에 투자

실제 활용을 위해 산업규모로 표준화하는 작업을 수행함 - 가치사슬 네트워크는 이해관계자들에 기술이 상업화되는데 소요되는 시간과 비용을 절약할 수 있도록 최적화 됨 University Center Center Product Licensing Purchasing Stakeholder University 그림 5.

6 6 (일본) 전기전력기업협의회, 정부, 각종 공공기관에서 스마트 그리드 개발을 주도적으로 추진 - 전기전력기업협의회에서는 태양전력생산을 결합한 스마트 그리드의 개발에 박차를 가하여, '20년 완성을 목표로 1억 달러의 투자계획을 밝혔으며, 정부는 국가 스마트 미터링 이니셔티브를 선언함 (스페인) 정부에서 전력유통업체에 가격 변동 없이 현재 전기계량기를 스마트 계량기로 교체 하도록 함 - 공익사업업체 엔데사(Endesa)는 자동화된 계량관리시스템 구축 계획과 함께 '10-'15년에 약 1천 300만 명의 고객에 저전력 네트워크를 구축할 것으로 발표 기대 요인 및 한계점 스마트 그리드는 전력 연관사업 및 가전, 건설 등 타 산업에 큰 파급효과를 일으킴 - 전력수요 변화에 따라 효율적으로 대응하여 공급할 수 있는 스마트 그리드 기술로 신재생 에너지, 에너지 저장장치, 전기차 산업이 부상 - 기존 가전, 건설 등의 산업이 스마트시장과 결합하여 스마트 가전, 스마트 빌딩, 스마트 홈 시장을 형성하는데 촉매제 역할 반면 스마트 그리드 기술의 꾸준한 발달과 시설의 자동화로, 전기의 생산자와 소비자 간의 정보교환이 가능해지면서 사용자는 사이버 공격으로부터 점점 취약해짐 - 멀웨어*(컴퓨터 파괴 소프트웨어)와 같은 사이버 위협이 꾸준히 발생하고, 사건 수는 최근 몇 년간 지속적으로 증가하여 '12년도 이후로 두 배에 이름 * 바이러스나 트로이목마와 같이 시스템에 해를 입히거나 시스템을 방어하기위해 특별설계된 소프트웨어 사회기반시설과 유무선 네트워크는 모든 잠재적 객체로, 시스템의 가장 중심에 침투하여 정보의 조작 추출 능력을 확보하면 공격 대상의 피해를 최대화함 - 소프트웨어에 모든 시스템이 통제되고, 전력이 공급되는 스마트 그리드 시대가 본격화되면 사이버 공격에 의한 피해가 현저하게 증가하므로, 이를 예방하고 방어하기 위한 효과적인 사이버 보안방법의 개발이 필수적임 참고문헌 (재)한국 스마트그리드 사업단 Frost & Sullivan (2013),Smart Energy Management in Grids 한국 수출입은행(2012),스마트 그리드 시장 현황 및 전망