해외 스마트 그리드 산업동향

* 자료 : (주)알앤디비즈

제1장. 개요

최근 미국, 유럽 등 선진국이 경기부양책에 스마트 SOC 사업을 대거 포함시키면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다. 스마트 SOC는 다양한 분야에서 센서를 통해 정보를 디지털화하고 센싱의 결과를 상호 연결하여 실시간으로 분석 및 예측해서 최적으로 대응하는 인프라이다. 스마트 SOC는 사회 인프라의 생산성을 비약적으로 제고할 수 있을 뿐 아니라, 양질의 고용창출 등 단기적 경기부양과 장기적 성장잠재력 확충을 동시에 달성하는 유망산업분야로 각광받고 있다.

이러한 스마트 SOC 분야 중에서도 자체 효율 개선효과가 크고, 타 분야에의 파급효과도 큰 분야로 5대 분야를 선정하여 IT기술을 접목하고 있다. 먼저, 교통흐름을 최적으로 제어하는 지능형 교통시스템인 스마트 트래픽, IT 기술을 통해 전력흐름과 정보를 지능적으로 제어하는 스마트 그리드, 광대역 통신망을 활용한 양방향 교육 시스템인 스마트 에듀, 개인 디지털 의료정보를 활용해 맞춤형 의료서비스를 제공하는 스마트 헬스케어, 환경 변화를 모니터링 하여 실시간으로 예측 및 대응하는 시스템인 스마트 에코로 분류되어 진다. 그 중에서도 스마트 그리드는 스마트 트래픽와 함께 주목받고 있는 분야라고 볼 수 있다.

스마트 그리드는 전력의 발전·송변전·배전·판매 전 과정에 IT를 융합하여 전력산업을 선진화, 고도화, 효율화하기 위한 지능화된 전력망을 의미한다. 즉, 기존 전력망에 IT기술을 접목해 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하고자 하는 차세대 전력망이라고 볼 수 있다.

기존의 전력망은 중앙 집중형, 일방향적인 전력 계통의 비효율적이었다고 한다면, 스마트그리드는 기존의 전력망의 한계를 극복하고, 신재생 에너지를 중심으로 하는 다양한 분산 전원이 도입되어 전력계통을 규모에 따라 분산적이고 독립적으로 운영할 수 있는 유연한 형태를 갖추고 있다. 또한 각 계통에 센서, 미터들을 장착하여 소비자의 요구에 실시간으로 반응할 수 있다. 양에서 질로, 공급 중심에서 수요중심으로, 중앙 집중에서 지역 분산적으로 전력 IT기술이 변화하고 있으며, 분산된 네트워크 구조를 가진다는 점에서 에너지 분야의 인터넷과 같은 역할을 수행한다고 볼 수 있다.

이 외에 스마트 그리드의 이점으로는 크게 3가지로 압축할 수 있다. 먼저, 스마트 그리드는 기존의 초고압 설비 중심에서 중저압 기반 배전망의 혁신적인 변화를 가져온다. 분산 전원 체계에서는 송전망이 짧아지고 초고압 설비에 대한 수요가 줄어들게 된다. 심지어 송전이 생략되어 배전에서 직결되거나 발전에서 사용자로 직결되는 사례도 생길 수 있다. 송전설비나 전선업체 입장에서 본다면, 전기자동차 등의 전기 수요 인프라가 확대되는 점이 긍정적인 반면, 중저압 제품의 수요가 많아져 초고압 설비가 대체되는 부정적인 측면을 가지고 있으나 수출활성화를 통해 극복해야 할 것이다.

두 번째, 교류(AC)에 비해 직류(DC)전기에 대한 수요가 증가하게 되어 전력 효율이 높아지고, 탄소배출이 줄어들게 된다. 직류는 품질이 우수하지만 장거리 송전이 어렵다는 단점으로 인해 송전 위주의 현재 전력망에서는 대부분 교류가 사용되고 있다. 그러나 스마트 그리드에서는 장거리 송전의 필요성이 줄어들고 전력용 반도체를 통해 직류도 장거리 전송이 가능하게 된다. 또한 태양광, 연료전지 등은 발전전기 자체가 직류로 생산되어진다. 현재 교류용 설비는 대규모 변전소와 변압기를 필요로 하지만, 직류용 설비는 소규모 변환기(Converter)만으로 교류를 직류로 바꿀 수 있다. 직류용 설비는 효율이 높고, 탄소배출이 적다는 장점이 있다.

마지막으로 스마트 그리드 하부에는 수많은 마이크로 그리드(Micro Grid)가 존재하게 되어 자체적 전력망을 구축할 수 있다. 마이크로 그리드는 소규모 분산발전시스템만을 연결한 저압 네트워크로, 통상적인 발전량은 수백KW에서 2MW정도의 소규모이다. 예를 들면, 아파트 단지별로 신재생에너지 전원과 저장 시스템, 냉난방시스템 등 제어가능 부하를 연결해 자체적인 전력망을 형성할 수 있다. 이러한 스마트 그리드는 Energy System 통합분야, 신재생 에너지 분야, 환경분야뿐만 아니라 그린 카 등의 수송 분야 빌딩 및 가전제품 분야 산업·농업 분야에서도 효율성을 향상시킬 수 있으며, 친환경적이면서도 첨단 발전 로드맵을 구축할 수 있는 적용 범위가 무한한 산업이라고 볼 수 있다.

기존전력망	비교항목	스마트 그리드
중앙전원 (화석원료 위주)	전원공급방식	분산전원 (태양력, 풍력, 전기차)
방사형 구조	구조	네트워크 구조
단방향 통신	통신방식	양방향 구조
아날로그/전자기계적	기술기반	디지털
수동복구	사고 시 복구	반자동 복구 및 자기 치유
수동설비점검	설비점검	원격설비 점검
지역적인 제어시스템	제어시스템	광범위한 제어시스템
제한적인 가격정보	가격정보	모든 가격 정보열람 가능
고객의 제한적 선택가능	고객의 선택	고객의 다양한 선택 가능

<표1> 기존 전력망과 스마트 그리드의 비교

제2장. 스마트 그리드 기술 동향

스마트그리드를 구성하는 기술요소는 발전부분에서 청정에너지를 생산하는 분산전원 분야, 전력망 부분에서는 에너지효율을 높이고 외부 충격이나 사고에도 자가 복구가 가능한 전력망 관리 분야 그리고 사용자들의 에너지 효율을 높이고 전력품질을 높이는 사용자 전력관리 분야로 크게 세 가지 분야로 나눌 수 있다.

1. 분산전원분야

가. 분산전원(Distributed Resource) 계통 연결

현재 태양광 발전, 풍력발전, 마이크로 터빈, 연료전지, 왕복운동기관 등을 이용하여 소규모로 생산된 전력은 대부분 예비전력으로 이용되고 있고, 전체 전력망에 유기적으로 연결되어 있지 않다. 이들을 기존 전력망에 통합하기 위해서는 보다 정교하고 자동화된 제어 시스템이 필요하다. 이를 통해 신뢰도를 높일 수 있으며 근거리 발전으로 인한 전력 손실을 줄이고 전력발전으로 인해 생기는 열 손실을 줄일 수 있다.

나. 전력저장기술(Energy Storage Integration)

전력저장 기술은 전력흐름을 안정화 시키고 전력망에 가해지는 외부 충격에 대한 완충장치 역할을 할 수 있다. 전통적으로 쓰이는 납축전지가 일반적으로 쓰이며 대규모의 Sodium sulfur 전지가 일본에서 사용되고 있다. 역방향 전지(reversible flow batery) 연구도 진행하고 있다. 또한 여러가지 기타 기술로 초전도 자기 에너지 저장장치, 플라이후리 등이 쓰이고 있으며, 발전소 규모의 플라이휠 테스트가 미국에서 진행하고 있다. 이러한 저장 기술을 갖춘 스마트그리드는 큰 경제적 효과가 있을 것으로 예상하고 있다.

2. 전력망 관리

가. 실시간 감시(Real-Time Monitoring)

발전소부터 송전소, 변전소, 그리고 사용자까지의 전력망 곳곳에 센서들을 설치하여 전력망상태, 전력 사용량 등의 정보를 실시간으로 감시 가능하도록 하는 기술로써 전력망의 고속 진단 및 문제 발생시 자가 복구를 할 수 있다. 또한 송전망 사용 효율을 높이며 신뢰도와 경제성을 높이며, 그 예로 WAGES 등이 있다.

나. 송배전 자동화(Transmission/Distribution Automation)

기존에는 전력망의 관리자가 변전소나 전력 수요시설(병원, 가정 등)의 현장에서 수동으로 처리하던 작업들을 자동으로 원격 제어를 가능케 하는 기술로써 미국에서는 일부 지역에 상용화 시켜본 결과, 송전에서의 큰 효율 증대와 5%가량의 전력 절감을 할 수 있었다. 또한 이 기술을 통해 어느 지역에 전력 공급이 불안정하거나 정전이 되었을 때 병원이나 금융기관 등 안정적인 전력공급이 필요한 곳에 자동적으로 안정적인 전력을 공급해 줄 수 있다.

다. AMI(원격검침 시스템)/수요응답(Demand Response)

전력공급자와 수요자 사이의 양방향 통신을 통하여 전력망의 상태에 따라 유연하게 전력 사용량을 조절하는 기술이다. 예를 들어 전력망에 과부하가 걸릴 때, 고객은 전력 사용 자제요청을 인터넷이나 각종 온라인 매체를 통해 실시간으로 받게 된다.

또한 전력사용 절감 시 요금 청구서로 보상을 받을 수 있다. 전체 전력사용량을 줄이고 피크 시 자가 발전에 의해 분산전원 발전을 사용함으로써 분산 전원 보급을 촉진할 수 있다.

라. 통신 네트워크(Communication Networks)

케이블, 광섬유 송전선과 무선통신은 스마트그리드를 통합하는 중요한부분이다. 전력망 상태에 따라 전력기기들이 정보를 주고받고 대응하게 한다. 사용자 수요 관리영역에 있어서 사용자 정보 게이트웨이(consumer information Gateway)는 쌍방향으로 전력망과 연결되어 가정, 공장 등 수요자 측의 전력사용 정보를 전력망에 전달하는 핵심적인 역할을 하게된다.

3. 사용자 전력 관리

가. 스마트 미터(Smart Meter)

전력 사용량을 시간마다 디지털 방식으로 기록하여 원격통신을 통해 보고하는 방식으로 이 장치는 스마트그리드 시스템에서 매우 중요한 역할을 하며, 전력망의 전력사용량 시간대별 변화에 따라 가격측정을 가능케 한다. 즉, 피크 시간동안 전력사용을 피하게 함으로서 고객은 경제적인 보상을 받음과 동시에 전력망에 걸리는 부하를 줄일 수 있다.

나. 스마트 빌딩(Smart Building)

냉난방, 조명 등의 에너지 사용을 센서와 자동제어 기술을 이용해 전력망과 연결되어 건물 에너지사용을 전력망 상태에 따라 조절하는 기술을 의미하며, 수요응답이 필요한 때 건물에너지 사용을 줄일 수 있다.

다. 스마트 가전제품(Smart Appliance)

스마트 가전제품은 스마트 칩이 내장 되어 전력망의 신호를 받아 전력망에 부하가 걸릴 시 사용을 줄일 수 있다. 또한 전기요금이 저렴할 때만 작동하도록 프로그래밍할 수도 있다. 온수기, 냉난방장치에 응용되어 피크 시의 전력 사용을 줄이고 전력망의 안정성을 높일 수 있다.

라. 수요자 전압조절(Consumer Voltage Regulation)

모든 전기기구들은 표준전압에 작동하도록 설계되어 있다. 그러나 현재 전력망에서 공급되는 전기의 전압은 변동이 심하여 에너지를 낭비하고 민감한 반도체 설비, 모터 등의 수명을 단축시키고 있다. 수요자 측에 전압 조절장치를 설치하여 고품질의 전력을 공급한다.

관련 기사

써보랜드, 다품종 소량생산 시대 하네스 전문기술 경쟁력 강화

효성중공업(주), 수출 전용 초고압차단기 신공장 준공

삼원액트, ‘액트온’으로 사명 변경…생산 인프라 확충·글로벌 사업 확대 추진

댓글 0