스마트그리드의 전초기지, KEPCO ‘스마트형 배전 센터’

한국전력공사(www.kepco.co.kr)
스마트형 배전센터 설계자_황광수
(現KEPCO 강남지점 팀장)
(02)2105-8290 / hwangksu@kepco.co.kr

개요

세계는 지금 신석기 시대의 농업혁명과 18세기 산업혁명에 이은 인류 역사상 세 번째 대변혁인 '디지털혁명'시대를 맞고 있다. 비약적인 정보 통신 기술(ICT)의 발달로 인터넷과 이동통신은 이미 오래 전에 대중화되어 발전을 거듭하고 있으며, 정보 통신 기술은 생명공학(BT)과 나노 기술(NT), 센스 네트워크 기술이 융합되면서 유비쿼터스(Ubiquitous) 단계로 진화하고 있다. RFID, Web2.0, Haptics Technology, SoC(System-on-a-chip), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), Semantic Web, Telematics, 온톨로지(Ontology) 등 Emerging IT도 날로 발전하고 있다.
최근에는 스마트폰, 스마트카드 등 '스마트(Smart, 똑똑한) 파워'가 시대적 트렌드로 각광받고 있다. 특히 화석에너지의 고갈과 심각한 환경오염 문제의 해결책으로서 '스마트그리드'가 새로운 강자로 부각하고 있다. 스마트그리드란 기존 전력망에 정보 기술을 접목해 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하며 에너지효율을 최적화함으로써 새로운 부가가치를 창출하는 차세대 지능형 전력망이다.
미국 에너지부 산하 국립연구소 PNNL(Pacific Northwest National Laboratory)의보고서 'The Smart Grid : An Estimation of the Energy and CO₂'는 스마트그리드 100% 보급 시 전력 소비 절감과 탄소 저감에 있어 각각 12%의 효과가 있을 것으로 전망했다. 이에 따라 미국 등 선진국에서는 이미 스마트그리드에 대한 연구가 발 빠르게 이루어지고 있으며, 성장과 녹색이 적절하게 조화된 'Smart City'에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.

2009년 G8 정상회담에서 스마트그리드 개발 선도국가로 지정된 우리나라도 '2030년 세계 최초의 국가단위 스마트그리드 구축'이라는 목표를 제시했다. 스마트그리드가 제4의 산업혁명이 될 것이라는 전망, 기후변화 및 환경문제의 유일한 대안이라는 점 등을 반영해 단순히 전력망을 지능화하는 데 그치지 않고 연료전환, 연관 기술 개발 등은 물론, 조선, 반도체, 자동차산업에 이어 향후 20~30년간 우리나라 산업을 이끌어 갈 신성장동력의 한 축으로 스마트그리드를 육성 · 발전시키기 위해 제주 스마트그리드 실증단지를 시범 구축하는 등 정책 추진에 박차를 가하고 있다.

KEPCO의 스마트그리드 전략

이러한 시대적 상황 변화에 대응해 KEPCO에서도 스마트그리드 정책을 주도적으로 일관되게 추진하고 있다. KEPCO의 스마트그리드 전략은 이산화탄소를 저감함으로써 녹색 성장에 기여하는 동시에 새로운 성장동력을 창출하는 것이다. 전력사업의 효율화는 물론이고, 연관 산업에 성장 기반을 제공하며, 해외 동반 진출을 적극 추진해 스마트그리드를 KEPCO를 넘어 국가 차원의 새로운 성장동력으로 견인해 2030년 해외 매출을 4조 3,000억 원까지 확대한다는 계획이다.
이를 위해 KEPCO는 2013년까지 제주도 실증단지를 통해 전력 IT 실증시험을 마치고, 2020년까지 신재생 전원의 비중 확대에 적극 나서 2020년 이후에는 국제 표준에 부합하는 스마트그리드를 완성할 예정이다. 이를 통해 이산화탄소 배출량을 2020년에는 6,300만 톤, 2030년에는 3억 4,000만 톤까지 저감할 계획이며, 발전소 등 기존 설비의 이용 효율성을 높이면 2030년까지 4조 6,000억 원의 비용 절감이 가능할 것으로 보인다.

이에 따라 배전 분야에서도 스마트 배전 시스템연구 개발에 박차가 가해지고 있다. 최적 배전망 구성 및 운영 기술, IEC 61850 기반의 배전운영 시스템, 스마트 FRTU(Feeder Remote Terminal Unit), 원격 검침 시스템(AMI) 연계 게이트웨이, DC 배전 타당성 및 경제성 평가 등 스마트 배전운영 시스템을 개발할 계획이며, 표준형 플로그인 만능 수배전반, 반도체 응용 다기능 변압기 개발, 배전기기 상호 운용성 시험 및 평가, 스마트 배전기기 운영 기준 제정 등을 통해 스마트 배전 시스템을 총체적으로 구축해 나갈 방침이다.
뿐만 아니라 KEPCO는 호주 현지 배전회사인 에르곤에너지와 함께 호주 정부가 시행하는 1,000억 원 규모의 스마트그리드 시범사업에 공동 참여하기로 했다. 최종 입찰 결과 발표를 앞두고 관련 호주측 관계자들이 우리나라를 방문, 전력망 운영 기술과 IT 융합의 최고 진화 모델이자 스마트그리드의 전초기지인 '스마트형 강남 배전센터'를 찾았다.

KEPCO 스마트형 배전센터

KEPCO는 2005년 11월, 스마트그리드의 기반이 되는 배전자동화 기술 등 세계적인 기술 역량과 각종 첨단 IT · 광역화 기술이 융합된 '스마트형 배전센터'를 서울의 강남 지역에 개소한 이래, 현재 전국에 걸쳐 41개소를 구축 운영 중이다.
그 중에서도 최초로 개소된 '스마트형 강남 배전센터'는 오래 전부터 스마트그리드 및 전력산업과 관련해 우리나라를 찾는 해외 관계자나 바이어들이 세계 최고의 첨단 지능형 배전 기술의 현주소를 한 눈에 살펴보기 위해 찾는 필수 방문 코스가 됐다.
지금까지 강남 배전센터를 방문한 국내외 인사는 총 2,500명에 이른다. 여기에는 이윤호-최경환 지식경제부 장관, 한준호-이원걸-김쌍수 한전 사장 등 국내 전력산업을 대표하는 인사들과, IEEE, EPRI 관계자 등 미국, 일본을 비롯한 선진국은 물론 아시아, 유럽, 중남미 등 세계 24개국의 스마트그리드 및 전력산업 관계자들이 대거 포함되어 있다. 이에
따라 배전센터에서는 영어, 스페인어 등 5개 국어로 된 홍보용 동영상을 제작해 국내외 방문객의 편의를 도모하고 있다.
특히 지난 2월 배전센터를 방문한 최경환 지식경제부 장관은 첨단 IT가 접목된 스마트형 배전센터에 높은 관심을 나타내며, 이를 토대로 스마트그리드의 성공적인 비즈니스 모델을 개발해 줄 것을 당부했다. 2008년에 이어 두 번째로 강남 배전센터를 방문한 김쌍수 한전 사장도 각별한 관심과 함께 스마트형 배전센터가 스마트그리드의 초석임을 강조하고, 외국인을 대상으로 배전센터를 보다 적극적으로 홍보해 해외에 수출할 수 있도록 홍보용 동영상을 업그레이드해 줄 것을 부탁했다.

뿐만 아니라 제주 스마트그리드 실증사업의 성공적 수행을 위해 지경부 전력산업과장을 비롯해 제주 스마트그리드 실증사업 참여 컨소시엄, 관여 교수, 사업단 등 관계자들도 강남 배전센터를 방문해 제주 실증단지 내 운영센터의 성공적 구축을 위한 벤치마킹을 하기도 했다.
이처럼 배전센터는 배전선로를 안정적으로 운영하는 지능형 중앙제어센터로서의 역할뿐만 아니라 세계가 주목하는 배전 기술 수출의 선봉장 및 스마트그리드의 전초기지로서 전력산업 홍보관 역할도 톡톡히 수행하고 있다.
그렇다면 현재 KEPCO가 보유하고 있는 첨단 배전 기술과 시스템, 정보 통신 기술이 융합된 기술 수준은 어느 정도일까? 그 지표라 할 수 있는 '스마트형 배전센터'를 통해 조명해 보도록 하겠다.

배전센터의 역할 및 스마트그리드와의 연관성

배전센터는 전력설비의 신경망인 배전계통에서의 고장 발생, 부하전류 상태 등을 24시간 실시간(Real Time)으로 감시 제어하는 곳이다. 평상시에는 계통의 신뢰성 관리와 작업 관련 개폐기 조작 지시 업무 등을 담당하고, 비상시에는 고장 감시 및 고장 구간 색출, 고장 복구를 위한 개폐기 원격 조작복구 업무 등을 수행하는 배전계통 운영의 핵심(Core) 센터이다.
즉, 차량 충돌 등으로 인해 불시에 고장이 발생하면 고장 발생 지점을 실시간으로 파악한 후, 현장 출동 없이 현장의 개폐기를 원격 조작을 통해 고장개소를 분리한 채 건전 구간에는 전기 공급을 재개함으로써 배전계통의 동요 없이 광역 · 동시다발적인 정전 발생을 방지하는 신속 복구 시스템이다.
배전센터는 신속한 고장 복구 및 고객 지원을 위해 그동안 개별로 운영되던 각종 시스템을 연계용 프로그램으로 융합해 유기적으로 구현했다. 당초 우리나라 전역에 시설된 9,000여 개의 배전계통망은 사업소 규모에 따라 27개의 배전사령실과 189개의 사업소 단위 지령체계로 나뉘어져 있어 지령 체계가 복잡하고 혼란이 가중됐었다. 이를 지역별, 권역별로 41개 배전센터로 나누어 광역화했으며, 배전계통 운영은 배전자동화 시스템(DAS), 신배전 정보 시스템(NDIS), 기동보수 시스템 등이 통합 구현되는 지능형 Multi-Screen을 통해 IT화했다.
또한 배전센터와 각 지점을 연결하는 통신망 및 제어 시스템도 구축됐으며, DAS용 하드웨어 및 소프트웨어 통합, 원방 감시 시스템(SCADA), NDIS~DAS 간 연계시스템 구축 등으로 현재 배전센터는 배전계통의 자동화, 지능화 및 원격화 운전이 이루어지고 있다.

스마트그리드에서는 전력망 고장을 미리 예측하고 고장 복구를 과학화, 지능화해 고품질, 고신뢰성의 전력을 공급하는 스마트 파워 그리드 분야의 핵심 역할을 N/W(네트워크) 운용센터가 담당하는데, 이런 중추적인 역할을 수행하는 곳이 바로 '스마트형 배전센터'이다.
즉, 스마트그리드는 KEPCO가 지금까지 추진해온 전력IT 분야의 기술력이 총체적으로 집약된 스마트형 배전센터의 확장된 개념이라 할 수 있다. 따라서 그동안 쌓아온 기술과 경험, 노하우를 바탕으로 스마트형 배전센터의 연장선에서 스마트그리드 사업을 추진해 나간다면 스마트그리드 구현의 초석이 될 수 있을 것이다. 그 이유는 스마트형 배전센터와 스마트그리드 N/W 운용센터의 역할이나 기술적 측면이 동일하기 때문이다. 다만 수요반응(DR)에 의해 가전기기가 능동적으로 동작하고, 전기자동차를 위한 전기충전소가 지금의 주요소로 대체되는 등 지능화된 전력망 속에서 전력 사용의 효율화와 패러다임이 다양하게 변화하는 것일 뿐이다.

[그림 5] 스마트형 배전센터 운영 체계 [그림 6] 스마트그리드 구성도

스마트형 배전센터 탄생 배경

KEPCO는 IT의 급속한 발전에 힘입어 배전설비를 효율적으로 관리하고, 배전계통을 체계적으로 운영하기 위해 배전자동화 시스템(DAS) 및 신배전정보 시스템(NDIS) 등 다양한 시스템을 개발 구축해 전력망 운영에 접목해 왔다. 그러나 이러한 최신 시스템의 도입에도 불구하고 시스템들이 개별로 개발돼 시스템 간 연계성이 미흡했고, 운영 체계나 운영 환경도 열악한 실정이었다.

[그림 7] 배전센터 구축 배경 [표 4] 배전센터 변천 과정

과거 배전센터(舊배전사령실)의 계통 운영은 DAS, NDIS 등 각 시스템의 개별 모니터에 나타난 계통도, 회로도를 별도로 출력해 벽면에 테이프로 연결시킨 후 관할 구역의 전체 계통도를 파악하는 원시적인 방식이었다. 선로의 신설이나 변경, 철거 등이 있을 경우 컴퓨터에서 수정 작업을 한 후 다시 벽면 계통도를 교체 · 부착하는 번거로움이 따랐고, 이러한 반복된 수작업은 계통 도면의 훼손을 불러와 계통도 연결의 완벽성을 보장하기 어려웠다. 또한 신속한 수정이 이루어지지 않을 경우 배전계통운영에 심각한 오류가 발생하는 문제점이 있었으며, 고장 발생 시 각종 개별 시스템을 번갈아 확인해야 하는 불편함과 시간 지연이 발생해 고장 복구에 오랜 시간이 걸릴 소지가 있었다.

[그림 8] 배전센터 단계별 구축 과정 ⒜ 동경전력 본사 재해대책 상황실 ⒝ 동경전력 시나가와(品川)지점 사령실 [그림 9] 동경전력 배전사령실 전경

이에 KEPCO는 2005년 배전계통 운영 업무의 총체적인 메카의 장으로서 향후 IT형 설비 운영의 표준모델이 되는 세계 최고의 차세대 스마트형 배전센터를 구축한다는 목표 아래 개별적으로 운영되던 DAS, NDIS 등 기존 시스템을 첨단 지능형 Multi-Screen에 융합해 업무의 효율성과 신뢰성을 향상시키고 시너지 효과를 극대화한다는 방침을 세웠다.

⒜ 개선 전, (구)배전사령실의 벽면 계통도 ⒝ 개선 후, 스마트형 배전센터 [그림 10] 시스템 융합 및 환경 개선이 이루어진 배전센터 전경

뿐만 아니라 전력품질(Power Quality)에 대한 고객 욕구의 급속한 변화에 따른 상시 무결점의 전력공급체제 구축을 위해서는 방대한 전력설비의 복잡, 조밀화를 극복해야 하고, 고장 발생 시에는 신속한 복구를 위한 지능형 운영체제 구축이 필요하게 됐다. 그러한 인식 아래 배전계통 운영 업무의 효율성과 신뢰성 향상을 위해 하드웨어적 전력망에 소프트웨어적인 최신 IT형 시스템과 통신 기술이 융합된 배전센터 구축을 추진하기에 이르렀다.
전국 사업소를 대상으로 스마트형 배전센터 통합시스템 구축 희망 사업소를 공모한 끝에 최종적으로 강남지점이 선정됐다. 수도 중심부에서 배전계통이 복잡, 조밀해 운영의 효율성을 최적으로 도모할 수 있으며, 본사와 인접해 있고 IT형 빌딩이 밀집해 있어 국내외 관계자의 방문이 용이하고 구축의 상징성이 크며, 구축 공간 확보가 용이한 점 등이 선정 이유였다.
외국의 구축 사례를 파악하기 위한 해외 출장과 자료수집 등을 통해 일본(동경전력, 구주전력), 미국(COBB) 등 해외 선진 전력회사를 대상으로 한 벤치마킹과 연구용역을 수행해 장 · 단점을 파악했으며, KEPCO가 보유하고 있는 기술력이면 미국, 일본을 압도하는 최고 수준의 배전센터 구축이 가능하다는 자신감으로 본격적인 설계에 들어갔다.
그리하여 2005년 11월 강남지점 60평 규모에 총 사업비 19억 원을 투입해 최첨단 기술이 융합된 고도화된 스마트형 배전센터가 탄생하게 됐다.

[표 5] 배전센터 연도별 구축 현황

배전센터는 구축 즉시부터 정전시간 단축 등 획기적인 성과가 잇따르면서 국내외적인 호평과 함께 방문객이 줄을 이었다. 이를 계기로 전국 41개소 중 40개소가 이미 구축 운영 중이며, 현재는 올해 9월 준공을 목표로 제주지역에 구축 중이다.