스마트그리드산업의동향및산업화방안 11 산업이슈 스마트그리드산업의동향및산업화방안 목차 Ⅰ. 스마트그리드의개요 Ⅱ. 기술개발동향및발전방향 Ⅲ. 국내스마트그리드사업동향및전망 Ⅳ. 산업화방안 Ⅰ. 스마트그리드의개요 개념 1) 스마트그리드는현대화된전력기술과정보통신기술의융 복합화를통하여구현된차세대전력시스템및관리체계를의미 - 현재의전력망은중앙에집중되고생산자가통제하는중앙집중적인네트워크인반면스마트그리드는다양한공급자가존재하며수요자와공급자간에상호작용을가능케하는시스템 현재전력망과스마트그리드비교 현재 전력망 스마트 그리드 통 제 시 스 템 아날로그 디지털 발 전 중앙집중형 분산형 송 배 전 공급자위주 ( 단방향 ) 수요 공급상호작용 ( 양방향 ) 전 력 공 급 원 중앙전원, 화석연료위주 분산된전원의증가 ( 태양력등 ) 고 장 진 단 불가능 자가진단 고 장 제 어 수동복구 반자동복구및자기치유 설 비 점 검 수동 원격 제 어 시 스 템 국지적제어 광범위한제어 가 격 정 보 제한적 ( 한달에한번총액만 ) 실시간으로모든정보열람 가 격 제 사실상고정가격제 실시간변동가격제 전 력 수 요 급변 ( 수요에의존 ) 거의일정 ( 가격에의존 ) 소비자구매선택 제한적 다양 자료 : 산업연구원 * 본고는산은경제연구소장두석전임연구원이집필하였으며, 본고의내용은집필자의견해로당행의공식입장이아님
12 산업이슈 - 수요 공급자간의양방향통신을이용한정확한실시간가격정보교환및전력공급이가능하여기존의고정화된전력체계가아닌, 변화하는시장정보에따라계속대응하는지능화된전력시스템 스마트그리드로의이행배경 현전력시스템은 100년전에설계돼지금까지사용되고있으며높은안정성을유지하는대규모전력시스템이나잉여발전시설을필요로하는등한계를가짐 - 피크수요 1) 에대비하기위하여 1년에 50시간미만으로사용되는잉여발전기가존재하여효율성이낮고전력생산비가높음 기존전력시스템은잉여전력을저장하는것과전력수요를실시간으로예측하는것이거의불가능 전력수요의집중에따른잉여발전기의필요 잉여발전 원자력등상시발전 자료 : 지식경제부 온실가스감축을위해서향후신재생에너지발전및전기차보급등의확대가필수적으로관련인프라구축이필요 - 화석에너지 1GWh를신재생에너지로전환시약 700t의 CO2감축이가능하며전기차는동급가솔린차대비에너지소비량이작음 - 신재생에너지는변동성이높은자연에너지에의존하기때문에現전력시스템하에서는전력공급의안정성을확보하기어려움 - 충전기 10개를동시충전할경우충전소의전력소비량은 170여개가구의동시소비전력에상당 1) Peak Demand : 최대전력수요량
스마트그리드산업의동향및산업화방안 13 전력사용의분산을통해전력소비의고효율달성 - 특정시간대에사전에정해진가격으로전력공급 정해진가격은시장의수요와공급, 날씨및전력사고등에따라결정돼하루내지는한시간전에수요자에게통보 - 소비자들은실시간가격정보를이용하여다양한형태의전기사용및전력비용을최소화하는소비패턴의변화를통해전체적인에너지비용절감 하루중스마트그리드적용후전력수요추정 잉여발전 원자력등상시발전 자료 : 지식경제부 미국등주요국은전력망의노후화가심각하여재투자와함께스마트그리드로의이행을검토중 - 미국의송배전망관련투자가감소하여송전선 변압기의 70% 가 25년이상되었으며, 차단기의 60% 가 30년이상의노후시설 미국의송배전망관련투자추이 ( 단위 : 10 억달러 ) 6 5 4 3 2 1 0 1975 1980 1985 1990 1995 2000 자료 : Department of Energy( 美 ), "Grid 2030"
14 산업이슈 - 전력망이전국적으로연결돼한쪽의정전이전국적인정전사태로확대가능 03년오하이오 ( 美 ) 지역의전력망이나무에걸린사고로미국북동부지역과캐나다온타리오지역까지정전이확대돼약 100억달러의피해를일으킨사례도있음 Ⅱ. 기술개발동향및발전방향 1. 기술개발동향 AMI(Advansed Metering Infrastructure) 오픈아키텍처 (Open Architecture) 2) 를통하여수요자와공급자간에정보의전달을가능하게하는기술로소비자의전력사용정보등을보내주는스마트메터 (Smart Meter) 3) 와스마트메터가생성한자료를전송하는네트워크시스템등으로구성 - AMI 는실시간지불시스템, 과부하관리시스템및사용자의전력사용습관등광범위한전력관련정보의데이터베이스구축및활용 - 수요와공급이기반이된실시간전력시장의기반기술 스마트메터는소비자의실시간소비량및패턴등의계량화및실시간가격정보를전달하는 AMI 의기반시스템 - 공급자및수요자의정보를상호소통하게해주는일종의게이트웨이 (Gateway) 4) 로향후다양한사업기회가파생될것 동메터를이용하면가정의세탁기와난방기는자동으로 AMI 에접속하여가격이일정밴드에있을때에만작동할수있음 태양광발전은일정가격이상에서만자동으로판매하고그이하에서는자체소비하는등의시스템도입을가능하게될것임 네트워크시스템은다양한소비자의전체전력정보를사용 분석하는 Application Layer와분석된정보를사용자에게제공하는 Transport Layer로구성 2) 일반적인통신망과달리전기기구가어느제조업체에서제조되었는지는무관하게서로연결돼정보를제공할수있게해주는기준혹은프로토콜 (protocol) 을의미함 3) 종전의기계식전력량계에서원격검침을통한실시간요금부과를위한전자식전력계 4) 인터넷망등에서단위부분의네트워크의소통을가능하게하는입구
스마트그리드산업의동향및산업화방안 15 스마트그리드시스템관련기기 신재생에너지 스마트메터 전기자동차 기존상용발전소 스마트메터 자료 : 산업연구원 - AMI 기능의원활한구현을위해소비자와대형공급자간다양한통신네트워크가요구되며아직까지표준적인기술은확립되지않았음 AMI 의구성을위한다양한네트워크 이름 RF Mesh Network 3G Network WiMAX 자료 : GTM Research 내용구분장단점 - 다양한연결점을무선주파소를통해연결하여정보를전달하는통신기술 -SmartSync 사와 AT&T 사가협약한통신규약 - 가정내는 3G 망을사용하고게이트웨이와공급자는기존공중망 (WAN 등 ) 을사용 -할당된무선주파소대역에고속, 광대역의무선자료를제공하는통신기술 장 점 -인터넷과같이확장성이좋음 단 점 -갱신주기가길어정전사태등긴급상황에대처가어려움 장 점 -비용이저렴 단점 - 공중망은 AMI 에비적합 장 점 -갱신주기가짧음 -안정적 단 점 -비용이높음 -아직까지많이사용되지않아검증되지않았음 HAN(Home Area Network) 는주로가정내에서스마트메터와같은게이트웨이와소형전력기기를연결하는통신망혹은통신규약 - 주로가정내이용되는근거리통신망으로전력기기들의수요반응을일차적으로집중 취합하여스마트메터에전달및연결 전기기기들의전력사용량감시 통제 운영을위한기반기술 - Zigbee 5) 혹은 PLC(Power Line Communication) 6) 등여러통신망이고려중 5) 소규모네트워크규약으로긴배터리, 낮은갱신비율, 높은안정성을구현하는통신모듈로가정의자동화, 전력의효율적소비등을목적으로함 6) 가정이나사무실의전기선을통해서음성, 데이터, 인터넷등을고속으로이용할수있게하는서비스
16 산업이슈 Google은가정내에서스마트메터와는별도로이미 Zigbee 및인터넷을이용하여네트워크를구성하는등응용사업기회를창출중 수요반응 (Demand Response ; DR) 기술 DR은계약혹은자의에의해서전력피크시의전력사용을축소시키는기술혹은시스템으로스마트그리드의핵심분야중하나 - DR의구현에필수적인스마트메터의보급이미국에서만 4천만대가보급되는등향후급속도로확대될전망 - 전력거래시장에서실시간전력가격이형성돼전력수요급증시바로가격이상승및소비자에게전달 - 소비자는전력피크시에전기사용을줄이는계약이나시장원리에따라전력사용량을감소시킴 30년에는스마트그리드확대에따라 7~8% 의수요량감소가예상 10 8 6 4 2 0 스마트그리드사용에따른전력사용감소전망 2010 2020 2030 8.8 7.8 5.7 4.1 4.4 0.8 0.5 0.2 주거용 상업용 산업용 7.6 ( 단위 : %) 자료 : Electric Power Research Institute, GTM Research 재인용 - 에이전트는일정피크시간대에서전력사용을줄이는협정을다수의소비자와체결한후발전사업자에게판매할수있음 7) DR에의한피크전력분산은경우에따라서는화석연료에의하여발전소를더건설하는것보다효율적일수도있음 7) 가상발전소의기본개념
스마트그리드산업의동향및산업화방안 17 DR 과기존발전소에의한피크전력대응효과 구 분 비용 (1000$/MW) 가동시간 ( 분 ) Demand Response 240 5 천연가스발전소 400 30 주 : 가동시간은피크전력이예상되고이를감소또는보조전력의사용까지의예상필요시간 자료 : GTM Research 분산형발전 분산형발전은소규모로소비지근처에서신재생에너지혹은기존화석연료를이용하여발전하는마이크로그리드 (Micro Grid) 를의미하나스마트그리드에서의분산형발전은신재생에너지에의한발전으로한정 - 소비지인근에서발전하여전력연결비용등이저렴하고신재생에너지를주로이용하여환경친화적 신재생에너지보급의가장큰문제점은전력생산의간헐성 (intermittency), 다수의마이크로그리드 ( 생산점 ) 와소비점사이의전력흐름을적절히통제하는것 - 간헐성은다양한신재생에너지를교차생산하거나전력저장기술을활용하여극복가능 폭풍이치는날은태양광발전은불가능하나풍력발전은가능 대규모전력저장기술은전력생산의간헐성을완화시킴 - 대규모연결점의전력흐름을통제하기위해다량의 AMI 및 EMS시설필수 EMS(Energy Management System) 는전력계통을운영 관리하는두뇌에해당하는시스템 - 향후분산형발전의증가는기존의중앙집중적인 EMS 시스템을로컬의분산 EMS 시스템으로변화시키게될것임 - 기존의중앙집중식 EMS시스템 ( 좌 ) 와로컬기반의 EMS 시스템 ( 우 )
18 산업이슈 전기자동차 가솔린엔진대신전기모터로구동되는자동차 - 순수하게배터리의힘으로움직여탄소배출량이적고연료를덜소모하는친환경자동차 일반적으로가솔린자동차의에너지효율은 20% 안팎이나전기자동차는 70~ 80% 수준 - 배터리, 전기모터, 배터리시스템등이주요부품 본격적인확산을위해서는배터리관련기술과지능화된충전시스템 (Smart Charging) 기술의향상이선행되야할것 배터리의급속충전기술, 고용량배터리기술등배터리관련기술개발동향 - 방전된배터리를충전하는데 15~20분이소요되는급속충전배터리기술에대한연구가활발하나가솔린충전시간인 3~5분에비해충전시간도길고가격도비싼편 4시그넷시스템( 한 ), 레스터 ( 미 ), M.A.C.( 미 ), 지반 ( 이탈리아 ) 등이 60kW이상급의배터리를개발중 최근도요타는기본배터리보다충전용량을 10배이상늘리는기술을개발하였다고발표하였으나아직까지는연구실수준 충전시스템기술개발동향및과제 - 동일시간에다수의전기자동차가대용량의급속충전을하여대규모로전력을사용할경우그리드에영향을줄수있음 전기자동차와스마트그리드의무선통신을통해피크시간대의전력충전을연기하여동시집중문제를완화시킬수있으나아직까지는연구단계 배터리및충전시스템문제를해결하고, 향후전기차가대량보급되면충전가능한대규모배터리가지역내설치되는것과비슷한효과를가져와피크전력분산에도움을줄수있음 - 미국자동차의 25% 가전기차로변환될경우 750GW의전력을전기차배터리에저장할수있음 - 전력계통과의연계로저렴한시간에전력을충전하고미운행시충전되었던전력을되파는 V2G(Vehicle To Grid) 가능
스마트그리드산업의동향및산업화방안 19 전력저장기술 대규모잉여전력을저수지나동굴에저장하는기술등이있으나입지의제약으로적극적활용이어려움 - 잉여전력을발전기를통해아래의저수지에서위쪽저수지로올리거나, 동굴등에가스를저장하였다가전력피크시에낙차또는압력을통해전력을생산 주요에너지저장장치비교 종류 2 차전지울트라캐퍼시티플라이휠압축공기저장 특징 화학전지와변환장치를통해서저장 전기저항이없는초전도코일에자기에너지로저장 압축공기를지하공동에회전자의회전에너지로저장하여연료와저장동시에연소, 이용 용량 (MW) 1~20 0.5~5 0.1~5 대용량 가동시간순시순시 ( 고속용 ) 순시 ( 고속용 ) - 수명 ( 년 ) 10 30 30 20 효율 (%) 65~70 90 이상 70 이상 65 자료 : 한국과학기술정보연구원 최근까지광범위하게사용되는축전지등은환경오염의문제, 짧은사용가능연도및낮은효율등의이유로한계가많아다른저장방식의연구를적극적으로진행중 - 울트라캐퍼시티 (Ultra Capacity) 는미래형자동차및산업전력시스템에적용되는차세대핵심에너지저장장치로기존캐패시터의낮은에너지밀도와이차전지의낮은출력특성을보완하는에너지저장장치를개발중 - 초전도플라이휠 (Flywheel) 은여분의전기에너지를회전자의회전에너지로저장하는기술로초전도체를이용하여회전자를부상시키고마찰을없애변환효율이 97% 에이를새로운전력저장기술 최근기술적진전이있어상용화추진중으로비콘파워 (BeaconPower( 美 )) 社는잉여전력을 10개의플라이휠에저장하여전력수급을안정화하는 2MW급에너지저장형시스템을발전소에설치
20 산업이슈 전력저장시스템별출력과송전시간 주 : 2005년기준실선은상용화기술이며점선은연구중인기술자료 : 한국과학기술정보연구원 기타 다양한발전원에의한공급이수시로일어나는스마트그리드는현전력시스템보다더욱정교한감독 모니터링시스템을확보해야함 - 처리해야하는정보량이훨씬복잡하여일정수준까지는스스로감시 (self-monitoring) 하고치유 (self-healing) 하는기술이필요 다양한정보를쉽게전달하기위한삼차원시각화기술등도정교화될것임 위상측정기 (Phase Measurement Units; PMU) 는특정지역의전력의초당전압및위상차등을측정하는기계로향후더욱정교해지고광범위한상황인식을바탕으로전력의병목현상을줄이는데활용될것임
스마트그리드산업의동향및산업화방안 21 2. 업계동향 투자동향 스마트그리드에는전통적인유틸리티산업과 IT 등의기술응용이많아이종업체간의제휴 협력을통한대응이중요 주요업체의 Value Chain 자료 : GTM Research 전력회사들은정부의예산지원등을통한수익보장책을통해전자계량기등스마트그리드사업적극추진중 미국전력회사의스마트그리드접근전략 회사명담당지역내용 PG&G Edison SDGE Xcel Energy 북서부 중남부 남부 북동부 자료 : KT 경제경영연구소 -1976년부터수요관리프로그램추진 -2012년까지 23억달러투자하여 510만개전자개량기및 42만개가스계량기교체 -530만개전기계량기기운영및가스계량기원격검친중 -2013년까지 17억투자계획 -140만대전기계량기, 90만대가스계량기교체 -2011년까지 6억불투자예정 -관련업체들과콘소시움을구성스모트그리드관련사업확장및태양광, 풍력발전기의전력사업화
22 산업이슈 DR 및네트워크유지관리에경쟁력을보유한통신업체들은전력업체와제휴하여인터넷기반의가정용지능형전력망시스템제공 - DR분야에서는 Comverge, EnerNoc이시장을선도하고있으나아직까지시장형성초기상태 주요 DR 관련업체현황 업체내용 Comverge - Nasdaq 상장 - 초기에시장진입 EnerNoc - 기술장벽보다는경험 ( 이력 ) 형성이더중요 자료 : GTM Research - 이미전력망시스템분야에진출한통신업체외에대형 IT업체들도관련기술을보유한업체들과의제휴를통해역량을높이는중 Google, Microsoft 등은자사의장악력을높이기위해 HAN(Home Area Networks) 관련소프트웨어를무료로배포할예정 통신업체들의스마트그리드접근전략 분류회사명내용 통신 IT AT&T Verizon T-Mobile BT Google Microsoft -택사스전력회사와공통으로휴대폰을이용하여전력량계를조절하는서비스개발중 -계량기네트워킹기업인 SmartSync와파트너쉽을맺어자사의무선네트워크개방을통해새로운사업모델제시 -전력누출장치, 원격모니터링관련모바일 Applications공급 -자사의광태이블기반의브로드밴드서비스에서홈에너지모니터링서비스제공 -Itron 사와스마트미터의에너지데이터관련공동개발협의 -Ambient와스마트그리드프로젝트를실시하며데이터수집, 분석, 관리, 실시간가격제시등기능제공 - 스마트미터기술업체인 Echelon 과파트너쉽을체결하여 Sim(Subscriber Identification Module) 카드를이용자사의무선망에접속하여관련서비스제공 -유럽의재생에너지환경에서스마트미터의연결을위한통신네트워크의성장을유도 -무선게이트웨이인홈허브에홈에너지모니터링기능추가 -09.9월 GE와기술및정책공동개발발표 -스마트메터와에너지관리장치에서나오는정보를 Google 에제공돼웹에서확인하게해주는툴인 Power Meter 테스트중 -AMI 관련전문업체인 Silver Spring Network 에 1억달러규모투자하여전기운영시스템등에너지관리주도권확대노력중 -그린 IT 전략의일환으로신재생에너지, Plug-in 자동차기술및환경재앙대처등을연구중 -HAN(Home Area Networks) 관련소프트웨어의무료배포선언 -HAN 관련소프트웨어의개발및무료배포선언 자료 : GTM Research, 경제경영연구소
스마트그리드산업의동향및산업화방안 23 설비업체들은자사의기술을개방하고타사와의협력체계를강화하는등안정적인서비스제공에주력하고있음 - Itron, GE, Landis+Gyr, Elster, Sensus, Echelon 등전통적인중전기관련장비판매업체들은직접 Smart Meter 등을통해시장에진입중 비교적진입이용이한 Smart Meter, Grid 최적화등에주로진출 주요설비업체들의스마트그리드진출현황 회사명내용 Tendril - 전력사업자의 Back Office 와대화가능한 Software 와협력기반에너지관리 H/W 의기술명세및 API 공개 8) 로협력체계강화 - 지난 4 년간 2000 만달러를투자하여관련기술개발 - 전력소비자의인터넷포탈인 Vantange 는 Internet 을통해가정의전력사용에대한모든정보를실시간수집 - 관련시스템가격은약 100 불 ( 전력회사부담 ) 이며설치후 5~15% 의전력수요감소 GE -Google 과스마트그리드기술을공동개발중에있으며다양한하드웨어와소프트웨어개발중 - 스마트그리드보안문제해결을위한파트너쉽강화 Alstom - 전통적인유틸리티회사인 Alstom 은 Microsoft 와전략적제휴를통해관련사업에진출중 자료 : GTM Research, 경제경영연구소 가장유망한분야중하나인 AMI 는전력기술과 IT 기술이모두필요한분야로주요네트워크업체와 IT회사들의전략적제휴를통해사업전개 - 미국내주요 AMI 회사들은 Smart Sync, AT&T와같은무선통신사업자나 GE, Gridnet과같은차세대 WiMax 사업자와전략적제휴중 - 주요네트워크업체들은전세계스마트그리드프로젝트에자사의서버와소프트웨어등을제공 - AMI 관련분야에진출한 Itron은아날로그계량기를만들던회사에서 IT 관련벤처회사를흡수 합병하여 AMI 사업에진출 8) Open Api 정책 : 특정웹기술 ( 언어 ) 을사용하여웹사이트상호간에혹은웹사이트와응용프로그램간의정보교환이가능케하는일련의기술
24 산업이슈 주요네트워크업체들의스마트그리드진출현황 회사명내용 IBM CISCO Silver Spring Networks -미국전력연구원주도의연구 개발에참여하여스마트그리드구축기술과방법론개발 -다양한시범사업에참여하여서버와소프트웨어를통해데어터수집과분석 -IBEC 사를통해 BPL 9) 서비스를미국동부에제공하여초고속기반의 Utility 점검, 통제관리등관련기술제공 -IBM기술중심의표준화및개방형기술혁신주력 - 보안기능을보유한네트워크의인프라솔루션을스마트그리드의기초플랫폼으로제공계획발표 - 스마트그리드관리, 비용의최적화, 자동화솔루션및에너지사용실태를관리해주는솔루션제공 -Duke Energy 와전략적제휴 -5 백만건의계량기연결사업수주 ( 최대규모 ) - 리딩업체 자료 : GTM Research, 경제경영연구소 향후전망 미국, EU 등주요국은전략적으로스마트그리드를육성할계획이며중전기, IT 관련높은기술력을보유한우리나라도스마트그리드관련대규모투자를계획중임 주요국의스마트그리드추진현황 국가내용 미국 EU 일본 한국 - 에너지부는 2020 년까지스마트그리드설비투자시연방정부가 20% 보조 - 경기부양책 경제회복및재투자접 에따라 2009 년부터스마트그리드개발프로젝트에 45 억달러지원 -2022 년까지전건물의 80% 를스마트그리드에포함시킬계획 - 영국은 2020 년까지 70 억파운드를투자, 모든가정에스마트미터기설치예정 - 이탈리아의 ENEL( 국영전력회사 ) 는 1999 년부터 2700 만가구를대상으로원격검침, 보안등을구현하는프로젝트진행중 - 스폐인의 Endesa( 전력회사 ) 는 2001 년부터대규모스마트그리드관련연구중 - 프랑스는 2012 년까지 4 억유로를투입, 2017 년까지스마트계량기보급완료 - 구주전력은전력정보시스템에 IP 전송망을채택 - 도쿄전력및마스시타전공은공동주택의전기사용량의측정및통제를위한시스템을개발중 -2007 년 Ota-City 실증단지등에서 Micro Grid 를실재운영하고있으며, 2010 년에는대규모실증단지를계획중 -2009 년 6 월, 미국과전략적제휴체결 -2009 년 7 월, G8 에의해서스마트그리드글로벌선도국가선정 -2009 년 11 월, 최종로드맵확정 -2010~2013 년까지실증및스마트메터보급 -2020 년까지소비자측전력망지능화완료 -2030 년까지국가단위최초스마트그리드구축 자료 : 지식경제부, Department of Energy( 美 ) 9) Broadband Over Powerline 의약자로전력선을사용하여데이터전송등통신을하는기술
스마트그리드산업의동향및산업화방안 25 - 미국의벤쳐캐피털의스마트그리드투자액은 05~ 08년간연평균 97.3% 씩급성장중이며, 금융위기의여파로 09년은투자액이급격히감소하였으나하반기부터는다시증가할것으로예상됨 미국벤쳐캐피털의스마트그리드분야의연간투자액 연 도 벤처캐피털투자액 2005 60 2006 281 2007 419 2008 461 자료 : GTM Research ( 단위 : 백만불 ) IEA는 06~ 30년중스마트그리드관련전세계투자액이 3조달러에이를것으로추정하였고 Pike Research는 10~ 15년간 2,100 억달러의시장이형성될것으로추정 세계스마트그리드관련시장부분별비중 ( 10~ 15) 구분 송전망개선 분산자동화 DR AMI 전기차관련 기타 비중 (%) 44 24 11 11 8 2 자료 : Pike Research Ⅲ. 국내스마트그리드사업동향및전망 1. 국내추진배경 국내전력망은타국에비해높은효율과안정적인시스템을보유하여국내스마트그리드도입은낡은전력망교체차원에서추진되고있는미국등과다소차이가있음 - 미국, 일본, 한국의송배전손실률 10) 은각각 6.6%, 4%, 5% 이며 06년국내기준 1% 송 배전손실률이증가하면연간 2,000억원의추가비용필요 우리나라의스마트그리드도입은에너지비용의감소, 신재생에너지발전의확대 10) 발전소에서생산된전기가최종소비자에게보내지는동안손실되는비율
26 산업이슈 여건마련및수출산업화등국제경쟁력확보차원의전략적추진성격이강함 - 화석연료를수입하여전력을생산하는구조상생산비를감소시키고안정적인전력생산을위해효율적인전력생산체계절실 유가는연초대비 64.8% 증가하고가채년수도한계를보임 - 향후수출산업화하기위해서는신재생에너지발전의확대, 이들의스마트그리드로의연결및국내시장의테스트배드화등이필요 세계에너지가채매장량및가채년수 구 분 석 유 석 탄 천연가스 가채매장확인량 12,379억 bbl 8,475억톤 177조m3 연간생산량 298억 bbl 64억톤 3조m3 가채년수 42년 133년 60년 자료 : BP Statistical Review of World Energy, 2008.6 2. 기술수준및현황 국내스마트그리드기술은 AMI, Smart Meter 등기계적인측면에서는선진국과유사한기술력을확보하였으나 DR, 전기자동차관련설비등의기술수준은낮음 - 미국등선진국대형 IT 업체들은스마트그리드관련 Hardware뿐만아니라 Software 분야에서도높은기술수준을보유하고있는데반하여국내관련 Software 분야는취약 특히대규모수요자와공급자의통합 운영기술등은아직까지미확보 국내스마트그리드기술수준 ( 선진국 = 5) 구현기술 현수준 비 고 AMI 5 전력 IT 관제로연구중 Smart Meter 5 외국수준기술력확보 모니터링설비 5 기반기금과제로연구중 분산형 EMS 4 연구중, 적용가능 전기품질보상장치 3 연구시적용가능 전기저장설비 3 외국도개발중 연계운영, 협조제어, 보호 3 연구시적용가능 전기자동차 2 준비중 수요자원시장 2 시장이있으나활용도낮음 실시간가격제도 (RTP) 1 제도없음, 매우중요한기술 자료 : 한국전력
스마트그리드산업의동향및산업화방안 27 국내배전자동화기술은선진국수준이나분산발전및다양한소비패턴이반응하는지능형배전시스템의계획 운영기술은낙후 AMI 20년까지보급을완료할계획으로총 5조 4천억원규모의시장이형성될전망 - 스마트그리드구축을위한핵심사업으로, AMI 의구축만으로도실질적인전력수요감소및전기요금절감효과가가능해가장먼저산업화될전망 국내스마트그리드시장규모전망 ( 단위 : 억원 ) 구 분 2010~2012 ~2015 ~2020 ~2025 ~2030 합계 전력계통망 360 7,200 15,480 21,600 27,360 72,000 AMI 3,024 5,400 45,576 - - 54,000 HEMS 375 7,500 16,125 22,500 28,500 75,000 기타 XEMS 450 9,000 19,350 27,000 34,200 90,000 가전제품모뎀 135 2,700 5,805 8,100 10,260 27,000 전기차인프라 - 216 1,605 1,886 1,886 5,594 합 계 4,344 32,016 103,941 81,086 102,206 323,594 자료 : 지식경제부 - 지식경제부는 20년까지 1조 4,740억을투입하여기계식계량기를전량스마트미터기로교체할계획 LS산전, 누리텔로콤은각각 AMI 분야선도업체인 Silver Spring Network( 美 ), GE( 美 ) 와제휴를맺어국 내외보급기반마련 보급예정인경제형및일반형의스마트미터 구분 경제형 일반형 자료 : 지식경제부 활용대상 주택용 (300kWh 미만 ), 2 만원 300kWh 이상주택, 상가, 심야용, 5 만원이상 점유율 검 침 범 위 대 수 주 요 기 능 56% 소비전력량 ( 유효전력량 ) 1,000만대 원격검침, 시간별계량 (1시간) 통신 44% 경제형 + 역률, 피크전력계량 800만대 원격검침, 시간별계량 (15분 ) 통신
28 산업이슈 - AMI 관련기기뿐만아니라응용소프트웨어, 운영노하우등도중요한시장을형성할것으로예상돼관련기술개발및축적등이필요 전기자동차 국내전기자동차의보급확대는전력량증가보다는전력사용패턴및관련응용분야등에서스마트그리드보급을촉발할것으로예상됨 - 최근발표한지식경제부의전기차보급확대정책이실현되었을경우추가전력소요량은현시설용량의최소 0.2% 에서최대 2.2% 지식경제부의전기자동차보급목표는 20년까지소형차의 10% 로필요전력량은현행전력생산시설용량의최대 0.3% 에불과 전력예비율이 10% 이상인것을감안하면전기자동차가대량으로보급되더라도단순전체전력사용량의증가효과는크지않을것 - 배터리및전력집중사용의완화기술등의개발이강화되고, 충전소등의보급도확대될것으로예상됨 총대수의 10% 소형차의 10% 국내전기자동차보급에따른필요전략사용량비중 ( 단위 : 대, %) 2009.9 2020 2030 1,780,228 2,683,159 3,896,011 (1.0) (1.5) (2.2) 366,550 611,365 887,716 (0.2) (0.3) (0.5) 주 : 1. 괄호안은필요전략사용량비중전력사용량 = 전기자동차의총필요전기사용량 / 2009년기준시설용량 2. 평균운행거리는 14,600km로가정하고에너지효율은 1kwh에 8km로가정 3. 자동차등록대수증가율은 2005년~2009년 9월현재연평균증가치인 3.8% 적용자료 : 지식경제부, 국토해양부 전반적인국내배터리기술은선진국수준이나계통연계및운영기술은국내 외적으로아직초기단계 - 충전관련부품, 인터페이스등인프라구축에필요한핵심분야의기술은본격적으로개발중 - 주요핵심기술중의하나인배터리운영기술은아직까지취약
스마트그리드산업의동향및산업화방안 29 국내신재생에너지발전의계통연계 전국적인신재생에너지발전의기반이되는마이크로그리드가구축돼소형신재생에너지발전단지가확산될예정 - 건물에도박막형태양전지등소규모신재생에너지발전시설이설치돼에너지자급자족형 (zero energy) 빌딩등장 제로에너지빌딩사업 2012 2020 2030 시범사업 10 30 자료 : 스마트그리드국가로드맵 ( 초안 ), 지식경제부 ( 단위 : %) 스마트그리드와분산형발전의통합이진행중에있으며관련범용기술의선진국대비기술격차는거의없는편이나분산형발전과 EMS의통합기술, 발전예측기술및최적운용기술등은낙후됨 제주도실증단지 정부는본격적인스마트그리드확대에앞서, 국내제품및기술의시험 평가, 연구자료축적등을위해제주도구좌읍 6,000호를대상으로스마트그리드실증사업을추진중 - 전기연구원, 한전등이주축이되어 09년 7월~ 10년 12월까지 18개월간약 600 억원을투자하여실증단지구축추진 구좌읍은신재생에너지연구단지와풍력 태양광등신재생에너지발전시설이다수포함돼스마트그리드실증을위한적지 - 정부는국내기업뿐만아니라외국기업에도개방하는등글로벌스마트그리드허브로육성계획 육성분야는 Smart Place에서 Smart Service 까지 5개분야로주요업체들은향후국내 외스마트그리드관련사업을선점하기위해컨소시움을구성하여사업참여를모색중
30 산업이슈 제주도스마트그리드관련실증단지주요사업 ( 단위 : 억 ) 분야내용업체예산 Smart Place - 가정및직장에서스마트메터사용의일상화로전력상용의분산화를유도 - 전기사용의분산화유도 - 스마트메터, 통신망, 에너지관리시스템등 - 한전, LS 산전, LS 전선, 대한전선, 삼성물산, 삼성전자등 39 개사 - SKT, SK 에너지, 삼성전자, 현대중공업, 안철수연구소 30 개기업 - KT, 삼성전자, 삼성 SDI, 삼성 SDS, 삼성물산, 효성, 미리넷등 15 개업체 - LG 전자, LG 파워콤, GS 건설, GS EPS 등 - 3 개콘소시움선정예정 200 Smart Transportation - 거리및가정에서의전기차충전인프라구축 - 전기차의배터리교환소, 충전기등충전인프라등 - 한전, SK 에너지, GS 칼텍스콘소시움 - 3 개콘소시움선정예정 90 Smart Renewable - 풍력 태양광발전등의전력망연계와잉여전력의타지역사용연계 - 신재생용저장장치및마이크로그리드운영기기, 시스템등 - 한전, 현대중공업, 일진전기, 포스콘콘소시움 - 2 개의콘소시움선정예정 90 Smart PowerGrid Smart Elec. Service 자료 : 지식경제부, 전력신문 - 양방향전력전송, 자동치유및자동복구, 각종첨단기기와의통신을통한전력수요제어 - 지능형송전망, 디지털변전소및전력시스템통합제어솔루션 - 소비자에맞는다양한전력요금제공 - 녹색 품질별실시간요금제, 전력컨설팅, DR 이운영되는전력서비스설계및운영 - 한전, 중전기기사 100 - 한전, 전력거래소등 100 3. 향후전망 우리나라는중전기산업과 IT산업이고르게발전하여향후스마트그리드산업의주도권을선점할수있는역량보유 - 국내중전기산업 11) 의 08년기준생산및수출은각각 8조, 8.5조규모 중국, 중국, 동유럽등을중심으로중전기관련수출이증가해왔으며, 미국과의교류확대를바탕으로 4,000억달러에달하는노후전력망교체사업에도진출예정 11) 발전기, 전동기, 변압기, 차단기, 배전및제어기, 변환및안정기, 원자로및전기로등을포함
스마트그리드산업의동향및산업화방안 31 한국전력에의한독점적인전력공급체계는스마트미터기등의빠른보급에유리하며관련기술습득및해외시장선점이용이 국내실시간전력거래시장이확대 발전하여 30년에국가간전력거래까지확대될예정 - 장기적으로는전력관련파생상품등금융상품과연계돼새로운시장형성도기대됨 전력시장의변화 연도 2012 2020 2030 내 용 실시간거래가격정보형성 자료 : 스마트그리드국가로드맵 ( 초안 ), 지식경제부 양방향전력거래 국가간전력거래 스마트그리드는전력산업뿐만아니라자동차, 배터리산업, 반도체및가전산업까지다양한분야에 30년까지누적기준 20~50조원의신규수요를창출할것으로전망됨 - 전력분야는송전, 변전등대규모중전기시장 - 전기자동차의보급과관련된배터리, 충전소등관련시장 - 에너지저장을위한시장 스마트그리드사업으로창출될산업분야 산업구분 2009 년 2030 년 전력산업 중전산업통신산업가전산업 건설산업 자동차산업 에너지산업 자료 : 지식경제부 화석연료위주의발전원 신재생 분산전원의일반화 ( 스마트그리드 ) 기저발전 ( 원자력 석탄 ), 첨두발전 기저발전 ( 원자력 석탄 ) 위주 스마트그리드 효율적전력수요관리 첨두발전원수요감소 전력산업영역이계량기까지 전력산업영역이계량기이후가전제품까지확대 전기절약컨설팅사업의일반화 공급자위주의제한된전력시장 다수의공급자와수요자가참여하는완전경쟁전력시장 중전기기와 IT 기술의융합제품일반화각각고유한산업영역으로구분 Smart Meter 등신전력설비의일반화 기능 성능위주 전력상황에반응하는스마트가전제품 (Smart Appliance) 개발 조명 에어콘 TV 등이전기요금에연동되어전력사용최적화 편의성 디자인을고려한 효율적전력이용이가능한스마트건물 (Smart Building) 확대 건물설계 스마트그리드 신재생에너지수용으로전력효율극대화 가솔린 디젤엔진위주 플러그인전기자동차일반화 수송분야의電化촉진, 탄소배출경감 석유판매위주 전력판매 ( 전기충전소 ) 전기자동차활성화를위한新에너지인프라
32 산업이슈 Ⅳ. 산업화방안 전략산업으로서의인식제고 상대적으로효율적인국내전력시스템은스마트그리드도입에장애요인이될수있음 스마트그리드는산업파급효과가매우큰만큼국가차원의전략산업으로육성필요 스마트그리드시스템의확대방안 AMI의기반기술인스마트메터의보급확대로 AMI 구축촉진 - 스마트계량기, 정보교환시스템등하드웨어의핵심기술뿐만아니라개별전력수요량을실시간으로파악하여시장가를도출 전달하는소프트웨어의개발이요구됨 - 스마트메터자체시장은상대적으로크지않으나 AMI 관련시장의확대가능성은매우큰편 - 전력의지능화뿐만아니라도시가스등의지능화에이르기까지응용영역확대 천연가스등의경우저장이가능하여비교적효율적인편이나 AMI 및 DR의적용은전체적인소비절감의가능성을높임 HAN 시스템의관련통신규약을표준화하여업체및업종간호환성강화 - 신재생에너지에의한발전시스템도 EMS 및 HAN 시스템에연결하여분산형발전시스템확대유도 전기차관련충전시스템의확충 - 전기차의확대보급을위해서는효율적인배터리기술이기반이된충전스테이션의확보가필요 - 전기차보급및관련스마트그리드인프라성장을위해고성능배터리와충전시스템등의핵심기술확보필요 초기시장조성 주요 IT 업체들과의협력강화로기술개발을촉진하고경쟁력을제고하여스마트그리드시장선점
스마트그리드산업의동향및산업화방안 33 스마트그리드시장의실증단지확대를통한국내업체의참여기회확대 - 참여업체수를확대시켜기술개발및운영노하우획득기회제공 - 참여분야세분화로다양한업종을가진업체의참여확대 - IT업체들의참여를늘려 IT와의융합확대 실시간가격체제, 소비자의소규모공급자화, 통신네트워크와가정용기기의연결등새로운전력공급체계의도입을뒷받침하기위해관련법제정비