효과적인 전력 사용을 위해. 기존 전력망에 IT와 통신을 결합한 스마트그리드 시스템!

보통 스마트그리드(Smart Grid)라고 하면 어떤 것이 떠오를까요? 우리가 보통 알고 있는 그리드 시스템은 자원을 여러군데 분산시켜놓고 사용할 때 한군데서 가져오는 것이 아닌 여러군데 분산되어 있는 것을 부분별로 가져와서 사용하는, 그래서 자원의 병목현상 등을 없애고 효율적인 사용을 할 수 있게 만드는 시스템이라고 생각할 수 있을 듯 합니다. 그리드(Grid)라는 단어에 그런 의미가 포함되어 있으니 더욱 그럴 수도 있겠고요. 스마트그리드라고 하면 이런 자원의 분배 및 사용을 좀 더 스마트하게 조절하면서 사용할 수 있게 할 수 있다는 의미일까요?

기존 전력망에 IT와 통신을 결합하다. 스마트그리드!

실제적으로 스마트그리드의 의미는 크게보면 자원 사용의 효율적인 관리를 한다는 측면에서는 그동안에 알고 있었던 그리드 시스템과 비슷하다고 볼 수도 있겠지만 현재의 스마트그리드 시스템의 개념은 전력에 관련된, 효율적인 전력 관리를 사용의 최적화를 의미합니다. 기존 전력망에 IT를 접목하여, 전력 생산 및 소비 정보를 양방향, 실시간으로 교환함으로 에너지효율을 최적화하는 차세대 전력망이 스마트그리드라는 이야기입니다.

스마트그리드의 추진 배경

이런 스마트그리드가 왜 추진되게 되었는지 잠깐 언급해보고자 합니다. 2000년대 북미 대규모 정전사태 이후 기후 변화의 대응과 에너지 효율 향상, 그리고 신 성장동력 창출이라는 숙제를 앉게 됩니다. 기후 변화 대응에 대해서는 기후 변화 대응을 위한 강력한 조치에 대한 국제 사회요구가 증가하였고 국가 온실 가스 감축 목표 달성을 위한 각 나라의 노력을 필요로 하게 되었으며 에너지와 전력의 조화가 필요하게 되었고 환경 및 안전 문제로 인한 원자력 발전소의 규제가 현실화 되었다는 것입니다. 최근 문제가 되고 있는 모든 환경 관련 부분이 스마트그리드의 추진 배경에 다 녹아있다고 해도 과언이 아니죠. 게다가 화석 연료 고갈(석유, 석탄 등)에 대비할 필요가 있고 에너지 수입의 의존도가 너무 크다는 점(97%)도 있으며 정보화 사회에 들어서면서 전력 소비가 상대적으로 증가하였습니다. 그리고 한국의 경우 낮은 전력 가격과 편의성으로 전력 소비는 지속적으로 증가하고 있는 추세지요. 에너지 효율의 향상을 필요로 하고 있으며 이것 역시 스마트그리드 추진의 결정적인 배경이 되고 있습니다. 그린 IT 구축과 반도체와 IT의 뒤를 잇는 신 성장 동력으로서의 스마트그리드의 가치가 올라가기 시작했다는 것 역시 스마트그리드의 추진배경이 되겠지요. 이렇게 3가지의 숙제를 해결하기 위해서 각 나라들은 스마트그리드에 본격적으로 투자하고 있으며 한국 역시 제주도의 실증단지를 비롯하여 다각도로 스마트그리드에 대한 투자가 이뤄지고 있는 상황입니다.

스마트그리드의 구성요소

그렇다면 스마트그리드의 구성요소를 간략히 살펴보지요. 스마트그리드는 발전, 지능형 송전시스템, 지능형 배전시스템, 지능형 전력기기, 전력 통신망으로 구성되어 있습니다. 발전소를 통해서 전기(에너지)가 만들어지면 지능형 송배전 시스템을 통해서 전력 손실을 최소화 시키는데 주력합니다. 그리고 전력 통신망과 지능형 전력기기를 통해서 사용에 있어서 정확한 사용량 측정 및 그 결과에 따른 체계적인 전력 사용을 계획하는 것이 스마트그리드의 구성요소라고 보면 됩니다. 

세계적으로는 IT와 통신 기술이 융합되는 AMI 기술에 집중

이렇듯 스마트그리드는 에너지의 효율적인 생산 및 송전, 배전, 그리고 효율적인 측정을 통해서 에너지 사용을 효과적으로 진행할 수 있게 해줍니다. 그 중에서 현재 세계적으로 스마트그리드의 핵심 기술으로 떠오르고 있는 것이 다름아닌 AMI(원격 검침기 - 스마트미터) 기술입니다. AMI는 스마트미터에서 측정한 다양한 데이터를 원격 검침기에서 측정하여 자동적으로 전력 사용에 대한 분석을 진행하는 기술입니다. 각 집에 있는 스마트미터가 해당 집에서 사용되는 전력의 사용량을 자동으로 검침하고 그 결과값을 통신망을 통해서 원격 검침 시스템으로 전달합니다. 원격 검침 시스템은 각 스마트미터를 통해서 얻어온 검침 데이터를 바탕으로 각 집에서 사용하고 있는 전력 사용량에 맞게 전기세를 부가할 수 있습니다. 최근에 아파트의 경우에는 지하에 통합 검침반이 있어서 한군데서 각 집의 전력사용량을 확인할 수 있지만 여전히 검침원이 확인해야 하는 불편함이 존재합니다(그래도 한군데서 볼 수 있다는 것이 얼마나 편한지 -.-). 앞으로는 그렇게 하지 않고 자동으로 각 집에서 사용하고 있는 전기의 사용량을 알아서 자동으로 전송할 수 있다는 것입니다. 이미 그렇게 하고 있는 것이 아니냐고 할 수도 있지만 몇몇 시범단지에서는 진행하고 있지만 전국적으로 시행될려면 아직도 먼 것이 현실이지요.

실제로 AMI 기술에는 다양한 IT 기술과 동시에 통신 기술이 융합됩니다. 스마트미터가 각 집에서 사용하고 있는 전기기기의 전기 사용량을 측정하고 그것을 전송하기 위한 통신기술로 그동안에는 Zigbee가 많이 사용되었지만 최근에는 WiFi와 PLC(전력망 전송)가 많이 쓰이고 있습니다. 스마트그리드 사업에 기존의 한국전력을 비롯하여 이통사들도 많이 뛰어들었습니다. 이통사들은 이런 내부의 데이터 송신을 위해서 WiFi를 많이 이야기하고 한국전력은 PLC를 많이 이야기합니다. 각기 자신있는 방법을 많이 제시하는 편이지요. WiFi는 통신모듈 장착이라는 문제와 통신 거리가 짧다는 것이 단점이지만 송수신율은 높지요. PLC는 전기선은 어디서나 다 연결되어 있지만 송수신율이 낮다는 문제가 있습니다. 양쪽 모두 장단점이 존재합니다. 어느쪽이 우세하다고 말하기가 어려운 것이 사실이지요.

위에서도 언급했지만 현재까지의 스마트그리드 기술은 자동검침을 통한 효율적인 에너지 분배쪽으로 가닥을 잡고 진행되고 있는 것이 현실입니다. 위의 그림처럼 HAN(Home Area Network)을 구축해서 그 안에서 효율적으로 스마트기기까지 통제할 수 있는 시점은 아직까지는 좀 멀어보이죠. 적어도 4~5년은 더 지나야하지 않을까 생각을 해봅니다. 하지만 적어도 AMI를 통해서 효율적인 전력 계측이 가능해지고 스마트미터와의 쌍방향 통신이 이뤄져서 전력의 공급까지 조절할 수 있게 된다면 AMI를 통해서 중앙에서 효과적으로 전력을 분배하는 수준까지 이르게 될 것으로 보입니다. 실제로 몇몇 시범단지에서는 이런 전력의 효과적인 분배가 이뤄지도록 구축되고 테스트가 진행되고 있는 것으로 알고 있습니다. 예를 들어, 보통은 모든 가정에 200의 전기를 분배한다고 했을 때 스마트미터를 통해서 사용되는 전력의 양을 측정한 결과 평균 100만 사용한다고 하고 어떤 가정은 300을 사용한다고 한다면 100만 사용하는 가정에는 100의 전기를, 300을 사용하는 가정에는 300의 전기를 송전할 수 있습니다. 또 몇달 집을 비워야해서 전기를 사용할 필요가 없을 때에는 아예 전기를 공급하지 않게 할 수도 있습니다(돈을 안낸 가정의 경우에는 직접 전선을 끊어서 전기를 끊어버리는 것이 아닌 스마트미터로 전력공급중지 명령을 내려서 전기사용을 못하게 할 수도 있겠죠).

이런 스마트그리드 기술은 사람이 직접 검침하는 불편함 및 검침의 기준의 불분명함(검침 시간에 따라서 오차가 생기겠죠) 해소, 그리고 꾸준한 데이터 축적을 통한 다양한 통계 데이터 확보 및 그 데이터를 바탕으로 하는 다양한 작업을 가능하게 합니다. 빅데이터 기술도 여기에 쓰일 수도 있겠죠. 허황된 얘기처럼 보일 수도 있겠지만 이런 기술이 전국에 퍼져서 각 지역마다 나오는 데이터들을 분석한다면 어떻게 전력을 생산하고 공급하고 관리하는 것이 효율적인지가 한눈에 다 보일 수도 있을 듯 싶습니다.

위에서 언급했던 그런 스마트그리드의 세계로 갈려면 여전히 험난한 길을 걸어야 할 듯 합니다. 여전히 기술에 대한 격차는 크고 생각보다 국내의 스마트그리드 기술의 수준은 높지 않다고 알려지고 있습니다. 정부를 중심으로 스마트그리드에 대한 관심이 높아져가고 있는 것은 사실이지만 아직도 초급수준이라고 전문가들은 이야기합니다. 그래도 언젠가는 위의 그림처럼 효과적인 전력 사용 및 조절이 가능한 스마트그리드 시대가 오지 않을까 싶네요.