국내외 스마트 그리드 기술 동향 - 스마트 그리드 제품의 시험 및 인증
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2010-02-04 오후 4:49:55
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한국전기연구원(www.keri.re.kr)
이용준 스마트그리드기기평가팀장
(031)8040-4422 / yjlee@keri.re.kr
개요
최근 국내외적으로 스마트 그리드에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 전력 인프라와 정보 · 통신 인프라의 결합인 스마트 그리드는 기존 계층 구조의 전력망을 네트워크 구조의 전력망으로, 전력 기반 플랫폼을 비즈니스 기반의 플랫폼으로 전환해 지구 온난화에 따른 기후변화에 대응하고 에너지 효율향상을 통한 에너지 저소비 사회로의 전환, 스마트 그리드 시장 선점을 통한 신성장동력 창출을 위해 패러다임 변화를 모색하고 있다.
국내외 스마트 그리드 동향
이미 선진국에서는 수년 전부터 마이크로 그리드, 인텔리 그리드 등을 통한 에너지 효율 향상과 저탄소 녹색성장을 위한 노력이 경주되어 왔다. 미국은 에너지 안보와 노후 전력망 현대화를 통한 경기부양 추진을 목표로 관련 법령 정비 및 전력망 현대화를 추진하고 있으며, 유럽에서는 신재생에너지 보급 확대, 회원국 간 전력거래 활성화를 위한 기반 구축에 매진하고 있다. 한편 일본은 마이크로 그리드에 초점을 맞춰 태양광발전의 계통연계에 주안점을 두고 있다.
우리 정부 역시 '스마트 그리드 구축을 통한 저탄소 녹색성장 기반 조성'이라는 비전을 제시하고 단계별로 2012년까지 스마트 그리드 시범도시 구축, 2020년까지 광역단위 스마트 그리드 구축, 2030년까지 국가단위 스마트 그리드 구축을 목표로 매진하고 있다.
2009년 녹색성장위원회가 '세계 일류의 녹색선진국 건설'을 비전으로 제시하고 산 · 학 · 연 전문가의 의견 수렴을 통한 국가 로드맵 작성을 완료했다. 지난 2005년부터 추진되어 온 2,500억 원 규모의 전력 IT 10대 기술개발과제를 포함한 5개 분야 10개 컨소시엄이 참가하는 제주 실증단지 착공식이 2009년 8월에 거행됐으며, 2013년까지 관련 제품의 실계통 실증이 진행될 예정이다.
5개 분야는 전력망을 감시 · 제어하고 자동 복구하는 지능형 전력망(Smart Power Grid), 전력 계량 및 에너지 관리 자동화 시스템을 구축하는 지능형 소비자(Smart Consumer), 전기차의 충전 인프라 및 ICT 기반의 전기차 운행 시스템을 구축하는 지능형 운송(Smart Transportation), 신재생 발전단지를 조성하고 대용량 에너지 저장장치를 개발하는 지능형 신재생(Smart Renewables), 다양한 요금제도를 개발하고 소비자 전력거래 시스템을 개발하는 지능형 서비스(Smart Service)로 나뉘어져 있다.
스마트 그리드 제품 시험 및 인증
국내외에서 진행되고 있는 스마트 그리드 구현 및 수출을 위해서는 관련 제품의 신뢰성, 안전성, 정확성 등에 대한 시험 및 인증 확인이 필요하다. 특히 전력 인프라와 정보 · 통신 인프라가 결합되는 스마트 그리드의 특성상 관련 제품 간의 상호 운용성 및 보안에 대한 검증이 중요한 검토 대상으로 떠오르고 있다.
시험 및 인증을 위해서는 먼저 기준이 되는 규격 및 절차가 확립돼야 한다. 현재로서는 국내외적으로 IEC 규격이 전 세계적으로 통용되는 분위기이나, 각 국가의 시장 상황이나 자국 산업의 보호, 관련 기업 간의 이해득실에 따라 관련 규격의 채택 여부가 결정될 전망이다. 시험 및 인증 인프라는 각 국가의 기술 수준을 가늠할 수 있는 척도가 되며, 인프라 구축이 미흡한 분야는 상대적으로 기술 수준 발달이 늦춰지는 것이 일반적인 현상이다. 따라서 제품을 보증하기 위한 시험 및 인증을 통해 시장의 시행착오를 줄이려는 노력이 각 국가별로 추진되고 있으며, 이러한 시험 및 인증은 적합성 평가라는 용어로 국제적으로 통용되고 있다.
적합성 평가란 제품, 프로세스, 시스템, 사람/기관 등에 대한 규정된 요구사항의 충족 여부를 실증하는 활동을 말하며, 여기에는 시험, 검사, 제품인증, 경영시스템인증, 자격인증(사람의 특정 자격에 대한 인증) 등이 포함되어 있다.
WTO에서는 권장하는 ISO 규격 기반의 적합성 평가 시스템은 아래와 같이 구성된다(<표 1> 참조).
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시험(Test)은 '특정한 제품, 공정 또는 서비스의 하나 또는 그 이상의 특성을 규정된 절차에 따라서 측정하는 기술적인 작업'으로 정의하고 있다. 검사(Inspection)는 '관련 특성의 측정, 관찰, 시험 또는 계량에 의한 적합성 평가'로 정의하고 있어 시험을 포함하는 보다 포괄적인 개념이다.
인증(Certificate)은 '제품, 프로세스, 시스템, 사람/기관 등을 대상으로 정해진 표준이나 기술규정 등 평가 기준에 만족하는지 여부를 판단하기 위해 자격을 갖춘 자가 평가를 직접 수행하거나 제3자의 평가 결과를 입증하는 행위'로 정의된다.
스마트 그리드 관련 제품이 시험 대상인지, 검사대상인지, 인증 대상인지는 제품의 수요자가 택할 수 있으나, 안전성 관련 사항은 국가가 강제적으로 지정할 수 있다. 안전성에 관련된 부분은 인증제도를 활용하고 있다.
스마트 그리드 관련 제품 국내 인증제도
국내에서 운용되고 있는 현행 인증제도(KAS : Korea Accreditation System)는 법적 근거의 유무에 따라 법정 인증제도와 민간 인증제도로 구분되며, 법정 인증제도는 다시 강제성의 유무에 따라 강제인증과 임의인증으로 나뉜다. 또한 각 부처에서 시행되고 있는 인증제도는 인증, 형식승인, 검정, 형식검정, 형식등록 등 인증대상 특성에 따라 다양하게 운영되고 있다.
스마트 그리드 관련 제품 중 국내에서 제품인증이 진행되고 있는 품목은 <표 2>와 같다.
이러한 인증제도 이외에도 스마트 그리드와 관련해 활용이 가능한, 현재 운용 중인 인증제도를 살펴보면 다음과 같다.
1. 신제품 인증 (NEP : New Excellent Product)
산업기술혁신촉진법에 따라 국내에서 최초로 개발된 기술 또는 이에 준하는 대체기술로서 기존의 기술을 혁신적으로 개선 개량한 신기술이 적용된 제품으로, 사용자에게 판매되기 시작한 후 3년을 경과하지 않은 신개발 제품을 대상으로 하고 있다. 스마트 그리드에 적용되는 제품은 새로운 기술의 적용 및 기술의 융 · 복합화에 주안점을 두고 개발되고 있어 많은 제품이 신제품 인증제도를 활용할 것으로 예상된다. 운영기관은 기술표준원이다.
2. 신기술 인증 (NET : New Excellent Technology)
기술개발촉진법에 따라 국내 기업 및 연구기관, 대학 등에서 개발한 신기술을 조기에 발굴하여 그 우수성을 인증함으로써 신기술의 상용화 촉진 및 신기술 제품의 신뢰성 제고로 초기 시장 진출 기반을 조성하기 위해 마련됐다. 향후 2년 이내에 상용화가 가능한 기술, 기존 제품 성능을 현저히 개선시킬 수 있는 기술, 제품의 생산성이나 품질을 현저히 향상시킬 수 있는 공정기술을 대상으로 한다. 현재 진행 중인 스마트 그리드 과제의 관련 기술들이 이 분야에 해당될 것으로 예상된다. 운영기관은 기술표준원이다.
3. 녹색인증
녹색성장정책의 실질적 성과 창출을 위해 금융, 세제 등의 지원을 통해 녹색산업의 민간참여 확대 및 기술, 시장, 산업의 신속한 성장을 유인하기 위해 2010년 1월 시행 목표로 추진 중인 녹색인증은 녹색기술인증, 녹색사업인증, 녹색전문기업확인의 3분야로 나뉜다.
기존의 제품 인증제도와는 별개로 녹색성장을 위한 국가 차원의 인증제도로 한국산업기술진흥원이 주도적으로 추진하고 있으며, 상당 부분의 스마트 그리드 관련 기술, 사업, 기업이 관련이 있다.
① 녹색기술인증은 정부가 별도로 선정, 고시하는 10개 분야 59개 기술에 대해 기술성, 시장성, 전략성 등을 종합 평가해 100점 만점에 70점 이상인 기술을 인증대상으로 선정한다.
② 녹색사업인증은 녹색기술과 녹색제품을 이용해 에너지자원의 투입과 온실가스 및 오염물질의 발생을 최소화하는 사업에 대해 인증하는 것으로, 역시 100점 만점에 70점만 넘으면 인증된다. 친환경 위주로 평가하며 총 9대 분야 87개 사업으로 구성돼 있다.
③ 녹색전문기업확인은 창업 후 1년이 경과된 기업으로서 인증 받은 녹색기술에 의한 전년도 매출 비중이 총 매출의 30% 이상인 기업을 녹색기업으로 인정하는 것이다.
활성화가 예상되는 국제 인증제도 및 향후 전망
아직까지 스마트 그리드만을 위한 국제적인 인증제도가 마련되어 있지 않아 앞으로도 기존 적합성 평가 시스템 기반의 시험 인증이 계속적으로 이루어질 것으로 예상된다.
국외의 경우 UL 및 CE 등 다양한 인증제도를 운영 중에 있어 이들을 스마트 그리드에 적용하는 것도 가능할 것으로 보인다. 제품의 시장 점유율이 높은 선진국 제조사가 참여하여 규격 제정 및 시험 절차 정립에 적극적으로 참여하고 있으며, 이들이 중심되어 형성된 단체가 시험, 인증제도를 주도하고 있다. UCAIug(Utility Communication Association
International User Group), DLMS/UG(Device Language Message Specification/User Group) 등이 그 대표적인 예이다. 향후 활성화 될 것으로 예상되는 시험 및 인증제도를 살펴보면 다음과 같다.
1. 지능형 전력기기 및 상호 운용성
최근 미국의 NIST를 중심으로 스마트 그리드가 본격적으로 진행되는 가운데 상호 운용성 기틀을 마련하고 관련 규격 지정과 개정 및 새로운 작성을 준비하고 있다. 향후 스마트 그리드가 보편화 된다면 이와 유사한 국제 인증제도가 지속적으로 생겨날 것으로 예상된다.
미국 UCAIug가 주관하는 IEC 61850 적합성 평가는 UCAIug의 Expert Group을 중심으로 IEC 61850 규격 기반의 시험 절차를 제안하고 이를 시험할 수 있는 시험기관을 지정해 평가를 진행하고 있다. 평가기관은 제3자 기관을 대상으로 하는 Level A와 제조사를 위한 Level B 그룹으로 구분되어 있으며, UCAIug의 시험 절차에 따른 시험을 실시하여 관련 제품의 적합성을 평가한다. IEC 61850 규격은 초기 변전소 자동화를 위한 규격에서 출발했으나 대상 분야를 전력 전반으로 확대하고 있고 풍력발전에도 활용된 바 있어 향후 빠른 속도로 확대될 것으로 예상된다. 국내에서도 IEC 61950-90-3을 제안하여 국제 규격 제정에 노력하고 있다. 따라서 향후 급속히 확대될 것으로 예상되는 적합성 및 상호 운용성 시험 평가 기반 구축이 빠른 시일 내에 가시화 돼야 할 것이다.
고속 전력선 통신의 경우 통신을 위한 KS 규격을 제정했으며, 이를 기반으로 한 국제 규격이 제정됐다. 시험 절차 및 시험 환경 구축이 진행 중에 있어 국내 주도의 시험 및 인증체제를 정립하면 국제 규격 선도 및 관련 시장 확대에 유리할 것으로 예상된다.
지능형 유연송전(FACTS)에 관련한 능동형 커패시터나 지능형 전력기기의 핵심요소인 지능형 차단기의 시험 및 인증평가에 있어서는 대부분 기존 시험 설비로 수행이 가능하나, 신기술 적용 및 신제품 확대가 예상되므로 관련 설비 및 시험 절차 등의 검토가 필요하다.
스마트 계량은 유럽의 OpenMeter와 ZigBee가 대표적인 규격 제정 및 시험 인증 작업을 진행 중이다. ZigBee의 경우 ZigBee Alliance라는 단체에서 통신 적합성 시험 및 인증을 주관해 진행 중이며, 인증기관은 3개 기관으로 TRaC-KTL(영국), NTS(미국), TUV(독일)가 있고 국내에서도 TTA(한국정보통신기술협회)에서 인증사업을 하고 있다.
주로 배전자동화에 사용되고 있는 DNP(미국 중심) 및 IEC 60870(유럽 중심) 기반의 적합성 평가분야도 시험 및 인증 시스템을 국내에 도입해야 할 지 검토해야 할 대상이다.
2. 대용량 신재생 계통연계
세계적으로 풍력 터빈 시험 · 인증분야는 독일의 DEWI, DEWI-OCC, WIINDTEST, GL, 미국의 NREL 등에서 관련 기술을 확보하고 시험 및 인증사업을 주도하고 있다.
국내에서는 한국에너지기술연구원, 한국기계연구원, 재료연구소 및 학교 등에서 풍력발전 시험 · 인증분야에 대한 실증 사이트 및 시험 설비를 구축하고 있다. 그러나 주로 풍향, 블레이드, 증속기, 베어링 등의 구조, 기계 및 풍력자원 조사 분야 등에 치우쳐 있으며, 전기제어 시스템 전문기관이 없어 이 분야의 시험 · 인증에 어려움이 있다. 국내 풍력발전 시험 · 인증기관 및 제조업체에 종사하는 인력이 기계분야 전공자로 편중되어 있어 스마트 그리드의 주체인 전력계통 분야의 전문성을 가진 기술 인력확보가 필요한 시점이다.
풍력발전의 최종 목표는 전기를 생산하여 계통에 연계하는 것이며, 선진국에서는 그 중요성을 감안해 계통연계, 전력품질, Grid Code, 계통외란에 대한 보호기능을 위한 성능 평가 및 인증을 강화하고 있다.
풍력발전기 개발 자체도 중요하지만 향후에는 풍력발전기 계통연계, 안정적 운영, 효율 및 신뢰성 향상과 직접적으로 관련된 전기제어 시스템 관련 기술적 문제 해결 및 시험 · 인증에 많은 투자가 필요할 것으로 예상된다.
3. 전기차 충전장치, 인터페이스 및 모터, Power Train 등
국내의 경우 전기자동차용 급속 충전장치는 환경부 과제로 60㎾을 개발 중에 있고, 완속 충전장치는 지경부 과제로 추진, 전기자동차 커넥터 및 Inlet도 지경부 과제에서 개발 중에 있다.
미국 및 영국 등 전기자동차 선진국에서는 이미 완속 충전장치를 거리에 설치하여 일반인이 활용할 수 있는 수준까지 와 있다. 우리나라도 2011년에 제주도 스마트 그리드 시범단지에 보급할 예정이다. 전기차용 주요부품인 전기모터, 배터리, Power Train 등은 국내에서 일부 개발하고 있으나 선진국 기술 대비 매우 열악한 수준이다. 배터리나 Power Train 등은 국내 LG화학, 삼성 SDI, LS산전 등에서 개발 중에 있다.
전기차용 커넥터 및 Inlet의 표준화는 미국 자동차협회인 SAE에서 주도적으로 추진하고 있으며 IEC에서도 SAE 규격을 기반으로 진행 중에 있다.
전기차용 충전기 인프라 구축 분야는 급속장치와 같은 직류설비에 대한 부분과 자동차용 리튬 배터리 등 고용량 분야에 시험 인증 평가 설비가 필요할 것으로 예상된다.
4. 지능형 가전기기, 통신장치, In-Home Display 등 AMI 기기
AMI용 지능형 가전기기, 통신장치, In-Home Display는 국내에서 이미 개발했거나 충분한 기술을 보유하고 있어 통신 프로토콜의 상호 운용성을 위한 시험 설비 구축 및 국제 공인기관 자격 획득이 필요할 것으로 판단된다.
세탁기, 냉장고 등에 통신기능을 부가하고, 수용가 반응(DR) 기능을 포함하는 지능형 가전기기는 국내 기반기술이 튼튼하므로 시험 인증 평가에는 큰 문제가 없을 것으로 판단된다. 국외의 지능형 가전기기 제조회사의 경우, 세탁기와 스마트미터를 연결하여 전기요금이 쌀 때 세탁기를 동작하게 하는 등 새로운 기술이 적용된 지능형 가전제품의 출시가 활발할 것으로 예상됨에 따라 이 분야에 대한 시험 및 인증 수요도 크게 증가할 것이다. 국내 시험인증기관 중 가전 및 통신기기 시험을 수행할 수 있는 기관이 많이 있으므로 해당기관들을 적극 활용하고 일부 부족한 설비를 보완하면 성능 인증 평가에는 큰 문제가 없을 것으로 사료된다.
AMI는 단위 제품의 시험 및 인증도 중요하나 전체 시스템 단위의 시험 평가가 필요할 것으로 예상된다. 새로운 제도가 도입될 것이고 이를 기반으로 한 사업 모델이 다양하게 표출될 것이다. 따라서 이러한 구현 시스템이 구축자나 사용자의 요구에 맞게 구축됐는지를 평가할 수 있는 체계를 시험, 인증차원에서 접근해야 할지 시스템 개발, 감리 측면에서 접근해야 할지에 대한 부분은 심도 있는 논의가 필요하다.
5. 직류 배전 및 저압 기기
IDC(인터넷 서버만 모아 놓은 빌딩)에는 많은 서버가 설치되어 있다. 기기 특성상 모두 직류를 사용하며, 장비에서 발산되는 열을 식히기 위해 냉난방 공조시설을 가동한다. 최근에는 직류만을 공급하여 열이 나지 않게 한 한국통신의 IDC 센터에서는 최대 효율이 30% 정도 증가된 사례도 있다.
이와 같이 기존의 교류배전에서 직류배전으로 바꾸면 전기 소모량이 획기적으로 줄어들 수 있어 직류급전에 대한 많은 연구가 시행되고 있다. 이를 위해서는 직류기기에 대한 계량, 차단 설비, 부하 설비 등이 필요하다.
우리나라를 포함해 대부분의 국가가 향후 직류 사용을 적극 검토하고 있어 배전급 전력기기의 시험평가 환경 구축이 필요할 것으로 예상된다.
마무리
이외에도 보안 등을 포함한 많은 분야의 시험 및 인증 체계 구축이 필요할 것으로 예상되나 현재 운용되고 있는 국가 인증제도를 최대한 활용하고 앞에서 언급한 녹색인증과 같이 뚜렷한 목표가 제시될 경우 새로운 제도를 심도 있게 검토해야 할 것으로 판단된다.
새로운 적합성 평가제도 도입 시 검토해야 할 사항을 끝으로 이 글을 마치고자 한다.
⑴ 정부 규제의 최소화(해외의 경우 단체(시장)중심으로 추진)
⑵ 국제적 요건의 부합화
⑶ 중복검사 배제
⑷ 민간사업자 능력 활용
⑸ 국제화에 도움
⑹ PL 보험과의 연관성 고려
IHD(In Home Display)
가정 내에 설치되는 디스플레이로, 각종 전력 정보 등을 표시하는 장치
SCADA(Supervisory Control Amd Data Acquisition)
발전, 송 · 변전 시설 등 여러 종류의 원격지 시설 장치를 중앙 집중식으로 감시 제어하는 시스템
ToU(Time of Use : 계절별 시간대별 요금제)
기 예측된 예상수요에 따라 요금을 시간대별, 계절별 구분해 적용되는 요금제
VPP(Vitrual Power Plant : 가상발전소)
다양한 분산전원을 모아서 마치 하나의 전원처럼 운전 및 제어하는 가상발전소
AMR(Automatic Meter Reading)
전기, 가스, 수도 등의 사용량 검침을 IT기술을 이용해 중앙검침센터에서 자동으로 수행하는 시스템
RTP(Real Time Pricing)
소비자 측 실시간 요금제로서 실제 발생되는 발전비용과 수용에 따른 시장가격이 반영된 요금제
DSM(Demand Side Management)
전력공급 상황, 피크 부하율, 전력생산과 공급가격에 따라 소비자의 전력사용량을 조정할 수 있는 부하 관리 기법
DR(Demand Response)
전력공급 상황, 피크 부하율, 전력생산과 공급가격에 따라 소비자가 반응해 전력사용량을 조정할 수 있는 메커니즘 |
<Energy News>
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