스마트그리드의 현재와 미래

국가적인 로드맵, 다분야에서 플랫폼 역할 기대

차세대 전력망으로 정의되는 스마트그리드 사업이 본격적인 괴도에 진입하고 있다. 최근 국내에서는 초기시장 창출을 선도할 ‘제 1차 지능형전력망 기본계획’이 발표됐으며, 세계 주요국도 스마트그리드 실증 및 시범사업을 경쟁적으로 추진하고 있다. 시장조사 기관에서도 스마트그리드 분야에 고성장을 전망하고 나섰다. 이런 스마트그리드의 시장현황과 발전방향을 살펴본다.

정리 | 이진수 기자(ljs@motioncontrol.co.kr)
 

매년 여름마다 폭염은 기승을 부리고 각종 뉴스에서는 전력수급난이 예상된다는 뉴스가 쏟아지고 있다. 2003년 북미, 캐나다 대정전 사례를 통해 알 수 있듯이 전력수급의 중단은 엄청난 경제적 손실과 사회적 혼란을 야기한다. 해마다 반복되는 전력수급난, 그 대안으로 차세대 전력망 시스템인 스마트그리드가 제기되고 있다.

스마트그리드란.

스마트그리드는 에너지 네트워크와 통신 네트워크가 합쳐진 지능형 전력망으로써 ‘똑똑한’을 뜻하는 스마트와 전기, 전력을 뜻하는 그리드가 합쳐진 용어이다. 스마트그리드는 IT를 활용하여 전력생산 및 소비 정보를 양방향·실시간으로 유통함으로써 에너지 효율을 최적화하고 에너지 프로슈머(생산자이자 소비자)의 등장을 가능하게 하는 차세대 전력망이라고 정의할 수 있다.

이런 스마트그리드는 저탄소 녹색성장이 전세계적인 과제로 등장하면서 온실가스 배출을 최소화하려는 그린에너지 산업혁신의 핵심으로 출현하였다. 현재 녹색성장과 기후변화에 대응하자는 목표 아래 세계적으로 스마트그리드에 대한 투자가 확대되고 있다.

특히 스마트 그리드는 향후 성장이 크게 기대되는 시장이다. 전력분야 시장조사기관인 SBI는 2009년 693달러인 글로벌 스마트그리드 시장이 2014년 1,714억 달러 규모로 연평균 성장률이 약 16%에 달할 것으로 전망했으며, 한전 KDN은 스마트그리드 시장규모가 2010년 1,340억 달러에서 2030년 8,700억 달러 규모로 성장할 것으로 전망했다.
 

주요기술과 특성

스마트그리드의 구성요소는 Advanced Smart Meter, 전기차 충전 인프라, 분산형 전원(배터리), 실시간 전기요금제, 전력망의 자기치유(Self-Healing) 기능, 신재생 에너지 생산과 판매 기능, DC전원 공급체계, 전력품질 선택 등 다양한 융합 및 응용기술의 복합체로 구성되어 있다.

기존전력망과 스마트그리드의 차이점은 전원공급 및 통신, 제어면에서 기존 단방향 중앙전원 지역제어에서 양방향 분산전원 광역제어 방식으로의 변화를 들 수 있다. 즉, 전력서비스 개념이 공급위주에서 프로슈머적 관점으로 진화되고 있다.

스마트그리드는 기능적 측면에서 주파수 변동에 따라 가전기기를 차단하고, 전력 수요가 적은 시간대에는 자동으로 전력을 저장하며, 피크 시간대에는 전기료를 절감하기 위한 수요 관리를 해야 한다. 또한 분산 전원들은 기존 전력망의 공급량을 덜어주는 일을 수행해야 한다. 이런 기능을 위한 핵심 기술은 아래와 같다.

- AMI(Advanced Metering Infrastructure) : 양방향 통신, 공급자와 수용자의 능동적인 참여를 통한 수요반응(DR)으로 에너지 효율을 높이는 스마트그리드 실현에 필수적인 핵심 인프라

- HAN(Home Area Network) : 가정 내 정보가전을 포함한 각종기기를 유무선통신 인프라를 통해 제어하고 관리하는 역할을 담당 전력 스마트미터와의 연계

- 스마트 네트워크 기술 : 스마트그리드 요소 기술들을 위한 인프라를 제공하는 측면에서의 통합 통신 플랫폼 기술

- 스마트그리드 보안 기술 : 전력 측정 데이터 및 통신 모듈에 대한 Tempering, 서비스 거부(DoS), 크로스 서비스 공격 방지 기술과 정보의 불법 변경 및 유출 방지 기술, 그리고 시각화를 기반으로 한 신속한 보안상황 인지 기술

- 실시간 감시 시스템 : 송전선로에서 발생할 수 있는 위기상황을 실시간으로 감시함으로써 송전선로의 고장을 예방하고 설비 전력의 여유를 고려하여 보다 효율적으로 송전선로를 운용하기 위한 기술

- 스마트 배전 기술 : 광범위하게 산재되어 있는 배전설비를 IT시스템을 이용하여 집중 원격 감시 및 제어하고 선로고장 구간 및 최적 계통 전환 등 배전 계통 운용을 지능화하는 기술

- 변전 자동화 기술 : 변전소의 로컬 및 원격 제어와 현재 상태를 감시하는 기술
 

시장 동향

미국, 유럽, 캐나다 등 세계 주요국은 기술력 확보를 통한 경쟁우위를 바탕으로 빠르게 성장하는 스마트그리드 시장 선점을 위해 스마트그리드 실증 및 시범사업을 경쟁적으로 추진하고 있다. 각국의 정책이나 기술 동향을 종합해 보면, 미국은 노후화된 전력 인프라의 교체와 스마트 홈과 같은 수용가 서비스 제공, 유럽은 신재생에너지 중심의 분산형 전원의 보급 확대 및 EU 국가 간 전력 거래, 그리고 일본은 에너지 관리 측면에 초점이 맞추어져 있다.

우리나라는 2009년 2월 10일 대통령 주재 녹색성장위원회 1차 보고에서 ‘세계 최초 국가 단위의 지능형 전력망(Smart Grid) 구축’에 대한 국가 비전 발표를 시작으로 다양한 정책들이 수립되고 있다.

2009년 11월 스마트그리드 추진전략을 발표한 이후 2009년 제주 실증단지 구축, 2010년 국가 로드맵 수립, 지난해 11월 지능형전력망법 제정 등 산업육성을 위해 노력하고 있으며, 2012년 마련한 제1차 지능형전력망 기본계획을 통해 계량기, 전기차 충전기, 에너지 저장장치 등 관련기기 보급 사업을 통해 초기시장 창출을 선도하며 해외 수출기반을 다지는 등 2030년 스마트그리드 비전을 향해 적극 추진 중이다.

최근 발표된 지능형전력망 제1차 기본계획을 살펴보면, 현재 국내 스마트그리드 산업의 밸류체인은 통신부품은 파워챔프와 크레너스가 있으며, AMI는 한전KDN, LS산전, 로엔케이, LG유플러스, KT 등으로 구성돼 있다.
 

향후 전망

스마트그리드 시장상황과 추진동향을 살펴보면, 세계 각국은 각나라 실정에 맞는 스마트그리드 정책을 수립하여 체계적으로 진행 중이다. 따라서 우리나라도 관련법과 제도정비를 통해 보급사업을 추진하는 등 사업이 혼선없이 지속적으로 추진될 수 있도록 해야 한다.

국내에서는 2030년까지 총 27.5조원을 투자하는 육성 플랜을 국가적인 로드맵으로 계획하고 있다. 기후변화 대응, 에너지 효율성 제고, 신성장동력 창출 등을 목표로 크게 지능형 전력망, 소비자, 운송 신재생, 전력서비스 등 5대 추진 분야로 구성하고, 법제도의 정비뿐만 아니라 2011년부터 전기차 급속 충전기 설치 및 스마트 미터 보급 확대를 중심으로 2030년까지 총 27.5조원을 투자할 계획이다.

특히 기술의 표준화를 선점할 수 있는 빠른 기술의 표준화를 이뤄야 한다. 여기에 기술적인 보완대책을 마련해 보완성도 강화해야 한다. 여기에 IT분야의 기술과 경험을 살려 스마트그리드 인프라 구축을 확고히 해야 하며, 소비자가 만족할 만한 가격요금제도 확정해야 한다.

향후 스마트그리드 발전 방향은 전력 인프라와 정보·통신 인프라가 융합된 고효율 차세대 전력망으로, 전력망이 전력공급을 위한 인프라로, 가전·통신·자동차·에너지 등 비즈니스의 플랫폼 역할로 진화될 것이 예상된다.
 

LS산전
스마트미터의 위상 그린 비즈니스까지

LS산전은 스마트그리드 사업의 핵심 기반인 IHD(In Home Display; 스마트미터 디스플레이) 보급사업 입찰에서 1순위 사업자로 선정, 이 분야 선도기업으로서의 위상을 더욱 공고히 했다. 또한 LS산전은 다양한 요금제를 적용해 실시간으로 에너지 수요관리가 가능한 차세대 스마트 미터 기술로 국내 첫 특허를 획득한 회사이다.

최근 LG산전의 스마트그리드 사업은 더욱 탄력을 받아 세계 최초 수상 태양광 시스템 전용 모듈 개발은 물론 그린 비즈니스를 위한 다양한 라인업을 구축하고 있다. LS산전은 최근 ‘에너지 수요관리가 가능한 지능형 전자식 미터 및 이를 이용한 수요관리 방법’ 특허까지 획득했다.

LS산전은 미래형 자동차 전장부품, 녹색전력IT, 신재생에너지, 친환경전력기기 등을 아우르는 스마트그리드 분야를 신성장 동력사업으로 집중 육성하고 있다. 한편 LS산전의 구자균 부회장은 그린 비즈니스 비전으 ‘Greenocomotion(녹색을 성장동력으로)’을 선포, 차별화된 그린 솔루션을 제공해 50% 이상 에너지효율 향상과 온실가스 배출 제로를 지향하는 녹색기업으로서의 도약을 천명한 바 있다.

스마트 그리드 상용화 위한
NI FPGA 기반 컨트롤 시스템

내쇼날인스트루먼트(이하 NI)는 스마트 그리드 연계형 전력 변환 시스템을 위한 NI Single-Board RIO GPIC를 출시했다. NI Single-Board RIO GPIC는 임베디드 시스템 디자인의 비용과 리스크를 상당히 줄일 수 있는 NI LabVIEW 시스템 디자인 툴 체인과 함께 표준 RIO 아키텍처를 제공한다. 이 제품은 새로운 디지털 에너지 변환 시스템의 디자인, 테스트 및 대량 배포를 구현할 수 있도록 NI R&D가 지속적인 투자와 연구를 진행하였다.
 

이 새로운 시스템은 표준 아날로그 및 디지털 입출력 세트와 FPGA 안에 58개의 DSP 코어를 내장하여 제공함으로써 대부분 스마트 그리드 전력 전자 애플리케이션(AC 송신 시스템을 위한 DC-AC, AC-DC, DC-DC, AC-AC 컨버터, 신재생 에너지 생성, 에너지 저장 및 가변 속도 구동 애플리케이션 포함)의 고급 제어, 입력/출력, 높은 성능 및 낮은 비용을 충족시킨다.

National Renewable Energy Laboratory의 에너지 시스템 통합 기술 R&D 매니저인 Dr. Bill Kramer는 “NI 프로그래밍 툴을 통해 FPGA 레벨에서 컨트롤을 프로그래밍 할 수 있다”며, “병렬로 실행되는 다중 컨트롤을 직접 작성하여 새로운 전력 전자 디자인을 생성하고 전력 그리드에 배포하고 난 후에 하드웨어에서 재설정 가능하다고 상상해 보자. NI 툴은 미래지향적”이라고 전했다.