Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.9, No.3, March (2019), pp. 769-776 http://dx.doi.org/10.21742/ajmahs.2019.03.72 에너지프로슈머를위한블록체인기반에너지거래모델 김수곤 송유진 요약 전력산업의 적용은기존에너지시스템의효율적운영을유도할뿐만아니라신재생에너지원 및전력저장장치의결합전기자동차다양한에너지서비스의개발등새로운가치창출로이어질수 있다 본논문에서는가상발전소 (Virtual Power Plant) 환경에서프로슈머 (Prosumer) 간에너지거 래를위해블록체인 을적용한모델을구성하고자한다. 블록체인의스마트계약 기능을통해에너지를구입하고자하는소비자가에너지를판매하는프로슈머에게거래를 요청하면거래정보를블록으로생성하여전력거래에참여한참여자와전력회사에익명으로공개하 여블록을검증받고이전의거래내용과함께블록체인을형성한다논문에서제안하는분산형전원 방식구축을통해신재생에너지분야의산업혁명을이끌어내기위해서향후전력거래소를통한분 산자원중개시장개설이외에별도의중개사업자 들이지역에서직접거래 가가능하 게될것이다 핵심어가상발전소마이크로그리드에너지프로슈머블록체인스마트계약 Abstract The ICT application of the power industry not only leads to efficient operation of existing energy systems, but also can lead to new creation of value, including the combination of renewable energy support and power storage devices, electric vehicles and the development of various energy services. In this paper, Planning to construct a model with a blockchain for energy trading between prosumer in a virtual power plant environment. With the Smart Contract feature of the blockchain, consumers who want to purchase energy can then create an anonymous block of trading information in blocks when they request the transaction from a prosumer that sells the energy. In order to bring about the industrial revolution in the renewable energy sector through the establishment of the decentralized power system proposed in the paper, a separate intermediary business (P2P) will be possible in addition to the opening of a distributed resource brokerage market through the power exchange. Keywords : Virtual Power Plant, Microgrid, Energy Prosumer, Blockchain, Smart Contract Received (December 13, 2018), Review Result(January 21, 2019) Accepted(February 25, 2019), Published(March 30, 2019) 이논문은경희대학교미래사회에너지정책연구원의지원 을받아수행된연구입니다 ISSN: 2383-5281 AJMAHS Copyright 2019 HSST 769
서론 전세계에서친환경에너지기준을충족시키기위해신재생에너지, 차량배기가스규제등친 환경에너지생산및사용권장을위해노력하고있다. 특히차량에대하여, 국가마다내연기관을 탑재한차량인경우배기가스규제를도입하여차량제조사들이이규제에준수하여생산하도록 유도하고있다. 이때문에전세계적으로가스가배출되지않는전기차가각광받고있다. 점진적으 로전기차에대용량배터리가탑재되면전력수요량이증가하면서중앙기관의공급량과국민들의 수요량이균형을이루지못하게될가능성이다분하다. 또한, 자연재해또는발전소의결함으로 인한발전중단은정전으로이어지게되는데, 이는개인적, 사회적비용손실로이어져국가비상 사태발생우려가있다. 본논문에서는기존의집중화된전원으로부터발전된전력을송전받아 사용하는것이아닌프로슈머가직접전력을생산하여사용하거나남는전력을타인에게판매할 수있는블록체인기반의전력거래모델을연구한다. 블록체인의스마트계약(Smart Contract) 기 능을통해에너지를구입하고자하는소비자가에너지를판매하는프로슈머에게거래를요청하면 거래정보를블록으로생성하여전력거래에참여한참여자와전력회사에익명으로공개하여블록 을검증받고이전의거래내용과함께블록체인을형성한다. 에너지거래모델구성요소 프로슈머 마이크로그리드 에너지프로슈머 에너지프로슈머 (Energy Prosumer) 는태양광, 연료전지, ESS(Energy Storage System) 등다양한 770 Copyright 2019 HSST
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.9, No.3, March (2019) 분산전원을연계해소비자가스스로전력을생산하고저장하고소비하는것을의미하며, 소비자를 뜻하는 Consumer 와공급자를뜻하는 Producer 가융합된개념이다 [ 1]. 더나아가자신이소비 한후에남는잉여전력을커뮤니티내 P2P(Peer to Peer) 거래를통한자가소비로범위가확장될 수있다. 에너지프로슈머를위한시스템은소규모태양광발전시스템이나연료전지가주된발전 원으로사용되며, 에너지저장을위한 ESS를연계하고시스템전체를제어할수있는 Gateway ( 인버터, 분전반등) 가결합되어구성된다 [11]. 2.2 마이크로그리드 마이크로그리드는대규모전력망이가진문제점, 즉발전원의입지문제, 전력수송을위한설 비의사회적수용성문제, 수요와공급의불균형으로인한지역적갈등과보상문제들을해결할 수있는새로운전력망개념이다. 이는발전소에서만전기를생산하는것이아니라양방향송배전 시스템을바탕으로다수의프로슈머가전력을생산하는구조로서마이크로그리드는프로슈머가생 산하는전기에너지를활용하여전체네트워크의에너지를극대화시키기위한기술이다 [ 2]. 이러한마이크로그리드의장점은에너지소비절약과설비를최소한으로줄일수있고소비자의 입장에서는전기를통해수익을올릴수도있는전력공급시스템이다. 즉, 중앙시스템이아닌분 산시스템이마이크로그리드이고, 전기를직접생산함과동시에공급자역할까지하는프로슈머 (Prosumer) 가등장하게되었다. 마이크로그리드의구성요소에는발전원, EMS(Energy Management System), ESS(Energy Storage System) 가있다. 가상발전소 가상발전소의개념도 VPP 는 [ 3] 처럼수요관리솔루션으로서다수의최종사용자전원을통합하고전원네트워크 에연결하는방식으로작동한다. 이솔루션을통해첨두(Peak) 부하시간에건물이발전되는전력을 건물수요로돌리는것으로수요목표치를달성하는데에도움을받을수있게된다. 이수요관리 ISSN: 2383-5281 AJMAHS Copyright 2019 HSST 771
패턴은건물뿐만아니라지역사회까지확장할수있다. 가상발전소 (Virtual Power Plant, VPP) 는모든전력사업자, 모든국가가마주하고있는첨두부하 위기를해결하기위한에너지솔루션이다. 하루의특정시기에몰리는수요로인해중앙집중화된 전력망구조에상당한부담이가해진다. 이렇게수요가증가하는것은일반적으로가정용및상용 전력수요가늘어나기때문이다. 피크수요전력망에연결된수요자의수가늘어나면하루의특정 시간, 1 년의특정시기에몰리는첨두(Peak) 수요가증가하게된다. 전통적인전력산업과가상발전소를비교하면 [ 4] 와같다. 전통전력산업과가상발전소의비교 블록체인기반에너지거래모델구성 블록체인개요 블록체인기술은 2008 년익명의 사토시나카모토 란인물이 Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash 라는연구를공개함으로써대중에알려졌다. 블록체인은중개기관에의존적인기 존의거래방식에서벗어나거래당사자간의직접적인거래를통해신뢰성을보장한다. 이는기존 중앙통합형거래시스템에서발생하는데이터및트랜잭션관리비용및보안문제를개선시킬수 있는방안이되었다. [ 5] 와같이기존거래방식에서은행을가정할경우거래를위해계좌정보나송금정보, 가지 고있던돈의정보등을은행에저장하고이를거래할때확인을하고거래하게된다. 이거래정 보는최소한만저장하며최소한의인원만접근이가능하다. 즉, 은행만이정보를가지고있다. 그 러나블록체인의경우, 우선블록은데이터정보를가지고있고사용자들이거래를하게되면블 772 Copyright 2019 HSST
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.9, No.3, March (2019) 록을생성하게된다. 이블록은새로운거래를할때마다새로생성되는데이블록을기존의거래 기록이저장된블록들과함께보관한다. 기존의기록들과함께저장된모든거래기록을공공거래 장부라하며모든정보가암호화되어있다. 그리고거래시에이암호화된장부를네트워크에연 결된 PC 들이서로대조하여확인하고거래를하게된다. 그런데이대조작업을할때, 컴퓨터내 의거래장부를가지고있는모든사용자들의장부와비교하여과반수가문제없음을확인해야지만 거래가이루어진다. 모든사람들이분산된장부를가지고있기때문에거래내역의위조가어렵다. 블록체인은전자서명, 공개키, 해쉬함수등의보안기술을이용하여가상화폐인비트코인, 이더리 움등에서적용되었고금융권, 비금융권에서도블록체인활용방안에대해서연구중이다. 비트코인 에서블록체인은주기적으로발행하는화폐인비트코인의가치가이동한이력을저장하는일종의 분산된디지털장부라고할수있다. 이장부는위/ 변조를할수없도록암호기술로만들어지고 소유권의이동을위해거래과정과해쉬값을통해검증단계로만들어진다. 위/ 변조여부를판단 하기위해거래정보들을모아블록의해쉬를만드는데, 이때이전블록의해쉬값도포함되어블 록의해쉬를만드는데연관성을가진다. 이블록들이사슬처럼연결되는데, 이를블록체인이라한 다. 블록체인의거래순서는 [ 5] 와같다. 블록체인거래순서 스마트계약 (Smart Contracts) 는중개자없이 P2P(Peer to Peer) 로쉽고편리하게계약을체결하 고수정할수있는기술이다. 이기술은블록체인 (Blockchain) 의분산원장기술 (DLT, Distributed Ledger Technology) 이라는특성을이용해금융거래, 부동산계약, 공증등다양한형태의계약을 이해당사자간의공유네트워크를통해계약과계약의결과에대한신뢰를쌓아나갈수있는기 반하에확보된자동화된계약처리의형태를갖고있다[14]. 여기서분산원장기술이란복제, 공유 또는동기화된디지털데이터에대한합의기술이다. 이때데이터들은지리적으로여러사이트나, ISSN: 2383-5281 AJMAHS Copyright 2019 HSST 773
여러국가또는여러기관에분산되어있게된다. 즉중앙집중적인관리자나중앙집중의데이터 저장소가존재하지않고기능이동작하게된다. 스마트계약기술은이더리움 (Ethereum) 블록체인 을기반으로해비트코인보다한단계발전했다고해서블록체인 2.0 이라고도부른다[15]. 에너지거래모델 블록체인기반에너지거래모델 [Fig. 6] Blockchain Based Energy Trading Model 기존의시스템은발전소에서전력을생산하고소비자들은수동적으로공급만받았다. 하지만앞 으로는분산형마이크로그리드형태의분산전력망이구축될것이다. 이에따라모든분산형전원 과소비자를네트워크로연결하면에너지공급과소비를최적의효율로관리할수있다. 증가하는 수요및공급에의해전력시장이변화하고있기때문에미래에는에너지거래모델이필요할것이 다. 효율적거래를위해분산된데이터를블록체인으로관리한다. 마이크로그리드거래시스템을블 록체인기술과접목하여보안성, 무결성, 가용성이보장된환경에서자유롭게전력거래를할수 있다. 시스템에서전력거래시블록체인을이용할경우보안성이강화되어효율적인전력거래를 할수있다. 블록체인기반에너지거래모델은 [ 6] 과같이크게소비자(Consumer), 프로슈 머(Prosumer) 들이있는 VPP 부분과 Block들이연결되어있는 Blockchain 부분으로구성되어있 다. 소비자가에너지구매요청을하게되면프로슈머는이요청을보고계약을승인한다. 에너지 거래과정중의모든트랜잭션 (Transaction) 이블록에저장되어서로연결되기때문에보안성이보 장될수있다. 774 Copyright 2019 HSST
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.9, No.3, March (2019) 에너지거래순서도 전력거래에서의블록체인활용방안은 [ 7] 과같다. 소비자(Consumer) 가전력거래를요청하 면, 거래내용을검증하고타당한경우전력송전명령을하고판매자의동의여부를파악한다. 이 때판매자의동의여부는블록체인을기반으로한디지털서명을통해확인한다. 판매자(Prosumer) 가동의한거래인경우에는 EMS(Energy Management System) 의내부에있는스마트미터(Smart Meter) 가거래할전기에너지의단위를가치로환산한다. 그이후엔스마트계약(Smart Contract) 조건하에전력을송전하고, 소비자에게제공되는전력에대한거래내용이담긴블록이생성된다. 그리고거래에참여한모든사람들의검증을통하여블록체인에연결한다. 4. 결론 전력산업의 ICT 적용은기존에너지시스템의효율적운영을유도할뿐만아니라신재생에너지 원및전력저장장치의결합, 전기자동차, 다양한에너지서비스의개발등새로운가치창출로이어 질수있다. 본논문에서는프로슈머가전력을생산하여사용하거나남는전력을타인에게판매할 수있는블록체인기반전력거래모델을연구하였다. 향후과제는이러한모델을근거로가상발 전소기반의전력거래시스템을구성하는것이다. 전력수요에대해서잉여전원에서전력을조 달하는방식에대해서, 제삼자를개재시키는것에의한수수료등의비용을낮추기위해, 전력회 사로부터분산형전원의발전요청, 대가지불과같은전력거래이력을블록체인으로관리하고 스마트콘트랙트를활용하고자동으로처리함으로써투명하고효율적인전력공유경제를형성할 수있다. 분산형전원방식구축을통해신재생에너지분야의산업혁명을이끌어내기위해서향후 ISSN: 2383-5281 AJMAHS Copyright 2019 HSST 775
전력거래소를통한분산자원중개시장개설이외에별도의중개사업자 (Aggregator) 들이지역에서 직접거래(P2P) 를할수있는정책 환경마련도필요한요소이다. [1] Information and Communication Technology Promotion Center, Trend of energy research technology on the IoT, Weekly Technology Trends, No.1805, 2017.7.19 [2] Samjung KPMG Institute of economy, Social city, a shared economy and civilian-centric city, Samjong INSIGHT Issue 46, 2016 [3] Kim Shin Ah, Park Jong-Il, Energy Prosumer Business, New Opportunities for Energy Business, LG Instiute of economy, 2016 [4] KEMRI, Concept and application case analysis of power domain digitization, KEMRI Electric Power Economy REVIEW No.19, 2017.9.18 [5] KEDDI, Analyzing Block Chain Concepts and Use Cases, KEDDI Power Economy REVIEW Unit 7, 2017.4.3 [6] Ministry of Trade, Industry and Energy, plan for 3020 renewable energy transfer, 2017.12 [7] Ulsan Development Institute, ICT - based energy based industrial rapid growth The response direction of Ulsan, Issue Report Vol.123, 2016.11.21 [8] Energy economy institute, development of solar PV model for households in the vicinity of nuclear power plant, global nuclear power plant market Insight, 2017.12.22 [9] Sytoogenga, Thinking about the Land Sale by Smart Contracts, Substantial Research on Land, 2017 [10] SPRI, Blockchain Technology: Prospect and Implications in Perspective of Industry and Society, 2017 [11] Giles Parkinson, Regulator says Australia facing prosumer energy revolution, 2014 https://reneweconomy.com.au/regulator-says-australia-facing-prosumer-energy-revolution-17341/ [12] Korea Energy Corporation, I want to know about the mysterious island "Energy of Ulleung Island", 2016 http://blog.energy.or.kr/?p=10293 [13] Cho Kang Hee, Power Markets Behind Meter 'Virtual Power Generating Station', 2017 http://www.koenergy.co.kr/news/articleview.html?idxno=90396 [14] Tokenpost, What is the Smart Contract?, 2017, https://tokenpost.kr/terms/5447 [15] A.Yoshiharu et.al, Blockchain: Architecture and Theory, Wikibooks, 2017 776 Copyright 2019 HSST