제주 구좌읍에 실증 중인 스마트그리드 프로젝트와 별도로 지식경제부는 K-MEG 사업을 추진 중이다. K-MEG 과제 1차 종료 예정인 2014년 성공적으로 완료하면 2014년까지 20%의 에너지 절감 효과를 얻어 건물당 평균 1억 원의 에너지 비용을 줄일 것으로 지경부는 예측하고 있다. 다양한 요소 기술의 융 · 복합, 단위 지역 내 인프라 구축 및 기간망의 연계, 전력 생산 · 분배 · 소비 최적화 제어 및 기간망과의 교류를 위한 연동성 확보, 분산 전원 설치를 통한 에너지 발전 및 저장 · 분배 관련 설비 연계 등이 과제다. 스마트그리드와 상호보완적으로 연동 가능한 마이크로그리드의 현주소, K-MEG의 현황을 짚어본다.
정리 박지혜 기자
K-MEG: Korea Micro Energy Grid
한국형 마이크로 에너지 그리드. 지식경제부 R&D사업의 일환으로 건물의 전기 · 가스 · 열에너지 생산과 사용을 효율화하는 통합 에너지 관리 기술. 소규모 도시, 산업단지, 사무실이나 빌딩이 밀집된 지역 등 일정 지역 내의 수용가에 분산 전원 및 신재생에너지원, 에너지 저장 장치를 갖춘 소규모 전력망(수백 ㎾~수십 ㎿)을 구축하고, 외부 대규모 전력 계통에 연계 또는 독립적으로 운전하도록 하는 기술을 실현하는 프로젝트다..
미래 산업을 선도하고 조기 성과 창출형 과제로 추진 중인 K-MEG 사업은 에너지 생산과 사용을 효율적으로 운영하며 에너지 자족 도시(건물)를 구현하는 토털 에너지 솔루션 개발이 목적이다. 3년간 정부 출연금 562억 원, 민간 부담금 315억 원, 총 877억 원 예산을 투입한다. 총괄 주관은 삼성물산이며 대기업 12개, 중소기업 35개, 기관/학교/연구소 13개 총 60개 수행 기관이 참여하고 있다. 사업 분야는 5개 영역으로 나눠 ▲비즈니스 모델 실증 및 사업화(삼성물산 등 21개사 참여) ▲에너지 통합 운영 관리 시스템 개발 및 구축(KT 등 11개사) ▲에너지 생산 그리드구축(효성 등 13개사) ▲에너지 소비원 최적 관리시스템 개발(나라컨트롤 등 20개사) ▲DC 배전 적용 K-MEG 개방형 테스트베드 구축(KD Power 등 15개사)이다. 2011년 7월 시작해 2014년 6월까지 종료하는 과제로 종료 후에는 2년간 검증 기간을 갖게 된다.
지식경제 R&D 전략기획단 박상덕 MD는 "KMEG 과제 최종 목표는 에너지 사용 효율을 30% 향상하는 시스템 개발 및 실증으로, 건물 외피 기술을 제외한 에너지 사용 방법만으로 이렇게 개선하며 패시브 요소를 추가하면 에너지 효율은 더욱 높아질 것"이라고 언급했다. 박상덕 MD는 또한 "KMEG의 핵심 개념은 융복합화 및 에너지 간 시프트Shift 운영 관리 능력"이라며 "다양한 환경 및 시장 적용성이 높은 플러그 앤 플레이Plug&Play*로 건물 등에 제공 가능한 다양한 에너지 솔루션들이 있는데 수용가에 모든 솔루션 공급이 가능하며 원하는 옵션만 적용하는 것도 가능하다"고 소개했다.
전기 · 열 · 가스의 Plug&Play 솔루션 개발 현재 국내외 K-MEG 실증 진행 중인 프로젝트의 개요를 보면 이렇다. ▲삼성물산과 한국산업단지공단의 업무 협력을 통해 국가산업단지에 에너지 그리드 실증 사업 추진으로 국가 산업 인프라 차원의 에너지 효율화 추진 ▲구로디지털 단지 및 반월/시화/금왕 단지 등 실증 단지 프로젝트에 대규모 투자 유치 통해 시장 중심의 비즈니스 모델 조기 검증 추진 ▲전기, 열, 가스 등 통합에너지 그리드에 대한 R&D 및 실증으로 다양한 K-MEG 사업 모델 도출 추진 ▲대규모 통합 운영 관리를 통해 서비스 수준 향상 및 운영 관리 사업 진출 토대 구축 ▲에너지 사용량 예측 결과를 바탕으로 실시간 액티브 BEMS* 체계 구축 및 개별 건물 단위의 BEMS 체계 구축뿐 아니라 건물 군 단위의 에너지 생산-소비 최적화 및 수요반응 등의 구현 ▲저급탄 및 바이오매스 사용이 가능한 플라즈마 석탄 가스화 기술로 고립 지역을 위한 저비용 고청정 소형 화력발전 기술 확보 및 실증 ▲IT와 에너지 융합에 대한 세계 최고 수준의 기술을 보유한 UC 버클리, LBNL, VTT 등과 공동 연구 ▲마이크로그리드의 화두가 될 DC배전 기술 및 서비스 모델의 선점을 통한 기술과 시장을 선도할 수 있는 기회 마련 ▲DC 배전, BIPV*, 배터리 등 신기술의 검증을 위한 캠퍼스형 테스트베드 구축 등이다.
* Plug&Play : '꽂기만 하면 작동한다'는 의미. 컴퓨터 운영 체계에서 시스템을 설치하면 별도의 다른 설정 없이 자동으로 기동하는 것. * BEMS : Building Energy Management System, 건물 에너지 관리 시스템. 환경 센서, 측정기술 등 IT기술을 활용해 건물 에너지 사용량 등을 파악하고 각종 설비 운전 추이를 종합 · 분석, 최적 운전 상태를 유지하도록 돕는 에너지 절감 시스템.
에너지 솔루션에 따라 4개 분야 실증 프로젝트가 진행 중이다. · 전력 그리드 - 구로 디지털산업단지, 코엑스, 서울대학교, 경기 중소기업 종합지원센터, 세종시 첫마을, 미국 SUNY Stony Brook, 미국 CITRIS HQ, 핀란드 VTT-Alto Univ. · 열 그리드 - 반월/시화/금왕 산업단지, 핀란드 VTT-Alto Univ. · 가스 그리드 - 경기 중소기업 종합지원센터 · Off-grid - 경기 화성 PE-IGG, 미얀마 PV Offgrid
국내외 11곳 실증 진행 실증 진행 중인 곳은 공식적으로 국내외 11개다. 국내 최대의 마이크로 에너지 그리드 단지 구성을 목표로 한 구로 G-Valley는 국내 최초 건물 집단에너지 관리 시스템을 도입한 사례이며 LED 조명, 고효율 냉난방 시스템 교체로 전기에너지 절감 20%를 목표로 한다. 45만 2647㎡ 면적, 32개 동, 4100여 개사 규모 가운데 1단지 17개 건물(아파트형 공장, 쇼핑몰 등)을 실증 대상으로 하고 있다. 구로 이마트에는 태양광발전 설비와 에너지 저장 장치(ESS)를 활용한 BEMS 기능을 추가해 운영 중이다. 통합 운영 센터(TOC)는 발전 정보를 실시간으로 파악해 통계 관리 시스템을 운영하며 지능형 DR* 시장과도 연동을 추진한다. TOC의 실시간 정보로 DR 시장 거래에 활용할 방침이다. 삼성물산과 KT에서 실증 주관하는 세종시 첫마을은 현재 주민지원센터와 소방서, 우체국, 보건소 등 4개 빌딩 내 스마트 미터, 스마트 분전반, 센서시스템 등을 적용하고 연계 시스템을 구축했다. 에너지 최적 관리 시스템(OEMS) 및 BAS*에서 제공하는 데이터를 통합 및 관제할 수 있는 에너지 운영센터(EOC) 시스템을 2014년 6월까지 구축, 15%이상 에너지 절감을 목표로 한다. EOC를 통해 태양에너지와 전력, 냉난방 시스템, 조명 등의 에너지사용과 흐름을 모니터링해 에너지를 효율적으로 관리하며 최적화된 운영을 실시한다. 향후 에너지 사용량 등 건물 특성에 따라 에너지 절감 기술을 확장 적용할 방침이며 실증사업을 토대로 향후 모든 공공건물을 대상으로 에너지 통합 관리 방안을 구현할 경우 세종시 전체 연간 1200만Ton의 CO₂배출량 절감 효과가 예상된다. 행정중심복합도시건설청측은 2030년까지 CO₂배출량 70% 감축 목표를 세워 놓고 있다.
* BIPV : Building Integrated Photovoltaic System, 건물 일체형 태양광발전 시스템. 건물 지붕 및 입면에 PV(Photovoltaic, 태양광발전) 모듈로 건축물 외피 마감을 대체하는 시스템. * DR : Demand Response, 수요반응. 전력 공급 상황, 피크 부하율 및 전력 생산 · 공급 가격에 따라 소비자가 반응할 수 있는 메커니즘. 시장 가격 신호와 옵션에 기반을 둬 수용가에서 사용량을 조정하도록 하는 것으로 전력 안정성의 강화, 정전 회피, 인센티브 제공을 통한 에너지 절감 촉진, 추가적 인프라(발전 설비 및 송배전 설비 등)의 구축을 지연하는 기능을 제공.
산업 단지의 독립 그리드 모델을 실증 중인 경기 화성 PE-IGG에는 75㎾ 스팀 플라즈마 토치 2기를 적용 가스화기 테스트 중이다. 쓰레기를 연소해 에너지화 하는 사례는 있으나 저급 석탄을 가스화 하는 프로젝트는 이번이 처음이기에 업계 관심이 집중되고 있다. 고급탄 가격은 약 300달러/Ton인데 비해 저급탄은 20달러/Ton로, 그냥 버려지는 저급탄을 활용하면 기존 대비 1/15 수준의 원료비로 가능해 전기 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 전 세계 전기로 사용하지 못하는 저급 석탄이 많다. 각각 5099업체와 8389업체가 입주해 있는 반월/시화 국가산업단지는 삼성물산, 효성, 에버랜드 주관으로 산업단지 폐열을 재활용해 스팀 및 전력 등 재생 자원을 수요 상황에 따라 효율적으로 공급하는 히트 그리드 실증 진행 중이다. 공급 업체 4개사와 수급 업체 6개사 대상으로 히트 그리드 사업화모델을 도출할 방침이다. 그린 캠퍼스를 지향하는 서울대학교는 DC 배전적용을 위한 테스트베드를 연면적 2280㎡, 지상 3층 규모 공과대학 재료공학부 건물에 구축했으며 향후 모든 건물에 에너지 절감 기술 및 BEMS 구축을 목표로 하고 있다. DC 배전 기술 개발, DC 배전적용 실증 구축, 박막형 BIPV, AMI* 시스템 및 TOC 연동 실증 중이다.
* BAS : Building Automation System, 건물 자동화 시스템. 대형 빌딩의 냉난방, 조명, 방범 등 관리 기능을 관제실에 설치된 관리 전용 컴퓨터로 조절하는 시스템.
서울 염리동 KT 기업RC센터에 구축한 K-MEG 통합 운영 센터(TOC)에는 국내외 에너지 모니터링이 가능하다. K-MEG TOC는 빌딩 · 산업시설 · 도시 규모의 에너지 통합 관리를 실현한 컨트롤 타워로 에너지 정보 모니터링, 데이터 관리 등을 온라인으로 상용 운영한다. 현재 마이크로그리드 실증 대상인 세종시 첫마을, 코엑스 아트리움, 구로 이마트 등의 원격 검침 인프라를 수집해 관리하고 필요에 따라 전력 수요 관리를 지원한다. K-MEG TOC는 집단 및 원격 에너지 관리 기술 확보와 K-MEG 사업의 글로벌 시장 진출에 브레인 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.
마이크로그리드 5가지 유형 현재 전 세계에 추진 중인 마이크로그리드 프로젝트는 400개 정도로 추산되며 대표적으로 5가지 유형으로 나눈다. · 도시 개발형: 친환경 빌딩, 주택, 스마트 교통수단 인프라가 구축된 에코 시티를 종합적으로 구현하는 프로젝트. · 스마트그리드형: 스마트 미터링, 송배전망 등 스마트그리드 인프라 구축이 핵심. · 신재생에너지 도입형: 풍력, 태양광 등 신재생에너지를 도입한 분산형 발전을 통해 지역 에너지 자급도 및 효율을 제고하는 프로젝트. · 차세대 기술 실증형: 차세대 기술을 검증하는 R&D 단계 기술 실증을 위한 테스트 베드형 프로젝트(주로 축전 시스템, DR 구현). · 스마트 교통 시스템형: 스마트 교통수단인 EV 관련 충전/방전 인프라(V2G, G2V)를 구축하는 프로젝트. · 그밖에 공업 단지형, 스마트 하우스형, IT 개발형 등이 있다.
지역적으로 중국에서 가장 활발하게 추진 중인 것으로 나타났으며 프로젝트 유형별 시장 매력도 및 내부 역량을 종합해 보면 도시 개발형이 최우선 관심 영역으로 나타났다. 중국에서도 집중되는 유형이 도시 개발형 프로젝트로 이 가운데 80% 이상은 1조 원 이상의 거대 자본이 투입되고 있다. 국내 도시 개발형 마이크로그리드 적용은 아직 조심스럽다. 전략기획단 박상덕 MD에 따르면 본격적인 상업화 시점 및 K-MEG 준비도 등을 고려하면 신중한 접근이 필요하다는 분석이다. 박상덕 MD는 "파일럿 단계의 시장 형성으로 도시 개발형 모델에 적용하는 핵심 기술인 Holistic Urban Planning 설계 기술, Hybrid System TOC, Advanced ESS, DER(분산 전원) 기술이 아직 초기 단계에 불과하고 이로 인해 시장 개화 시기가 지연되고 있는 실정"이라며 "K-MEG의 주요 기술인 BAS, G-BEMS, 이종 에너지원 통합 관리 TOC 기술 또한 추가 실증프로젝트를 통해 검증이 필요하다"고 밝혔다.
* AMI : Advanced Metering Infrastructure, 첨단(원격) 계량 인프라. 양방향 통신 기반의 디지털 계량기와 기타 전기 사용 정보 전달 및 제어 장치로 구성돼 있는 기반 인프라. 이는 실시간 전력 가격 및 사용 정보를 소비자에게 전달해 수요반응을 가능케 하고 공급자에게는 더욱 정확한 수요 예측 및 부하 관리를 가능케 한다.
K-MEG의 사업 모델
· 빌딩 부문 ① BEMS, BAS를 도입해 빌딩 공조 및 냉난방 시스템, 조명을 통합 제어하고 분산형 전력(PV, BIPV, 소형 열병합발전 등)의 최적화를 구현하는 스마트 빌딩을 설계 · 건축 · 운영. 에너지 절감 효과를 선제적으로 고려한 패시브 및 액티브설계. 관련 업체: 삼성물산, 삼우설계 ② BEMS, BAS를 구축해 조명 · 동력 · 공조 · 온수 · 냉난방 에너지원(가스 · 전기 · 열)을 관리. 관련 업체: KT, 효성, 나라컨트롤, 삼성물산 ③ 태양광, 태양열, FC-HP 등 분산형 발전을 통해 빌딩 내 에너지 수요를 충당하고 저장해 비상 시 전원 활용. 관련 업체: 효성, 삼천리, KD Power ④ 스마트 빌딩 운영 관리는 물론 ESCO 컨설팅 서비스 제공. 관련 업체: 삼성물산, 에버랜드
· 산업 단지
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Heat Grid(열 그리드) 사업은 주요 수요처에 공단 폐열 등을 재활용해 스팀 및 전력 등 재생 자원을 수요 상황에 따라 옵티멀하게 공급하는 모델.
· Off-grid
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오지, 섬 등 에너지 공급이 어려운 지역에 현지 에너지 자원을 활용해 독립형 전력 그리드를 설치하는 사업.
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