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개요
일본에서는 가정용 전력량계로 기계식 미터를 사용하고 있다. 이것은 아날로그 미터이기 때문에 검침 등도 사람의 손에 의해 이루어진다. 그러나 세계적으로 미터의 디지털화가 진행되고 있으며, 미국과 유럽, 호주의 이러한 동향이 동남아시아, 동아시아에까지 확대되고 있다. 디지털화 된 미터를 흔히 스마트미터라고 부른다.
미터의 디지털화로 인한 이점으로 기존에는 자동검침만이 언급됐으나, 현재는 이를 뛰어넘는 많은 이점이 열거되고 있다. 해외에서는 크게 나눠 IEC형과 ANSI형 두 가지 규격이 존재하며 이들 각각의 특징이 있지만, 디지털화에 따른 기능 확대는 양쪽 모두에서 이루어지고 있다.
특히 진보하고 있는 통신 기능과 연계해 정전 복구관리, 시간대별 요금, 배전자동화, 부하 제어 등의 기능이 이용되며, 이러한 방식은 스마트미터, 스마트그리드, 인텔리그리드(EPRI 제창), 혹은 선진적 미터링 인프라(약칭 AMI) 등의 명칭으로 불린다.
본고에서는 미국을 중심으로 진행되는 많은 프로젝트를 살펴보고, 호주에서 행하고 있는 독자적인 시도에 대해서도 언급하고자 한다.
스마트미터
전력량계는 에디슨이 1881년에 그 원리를 개발한 이래, 전력사업에 있어 빠질 수 없는 기기이다. 일본의 계량법에서는 18품목의 특정 계량기 가운데 하나로 정해져 의무적으로 검정을 받아야 기기이다. 즉, 정밀도, 신뢰성, 데이터의 보전성을 엄격히 요구하고 있다.
기존의 아날로그식, 혹은 기계식(유도형) 전력량계에서 교체된 디지털식 전력량계는 1970년대부터 유럽을 중심으로 개발이 이루어졌으며, 유럽 대부분의 국가에서는 전력량계를 전자식으로 바꾸고 있다. 2006년 현재, 스마트미터의 적용률은 미국 전체에서 6%, 펜실베이니아州에서는 52%를 넘는다.
스마트미터는 <그림 1>에 나타난 것과 같이 세계적으로 ANSI 규격과 IEC 규격으로 만들어진 두 종류로 크게 나눌 수 있다. 각각 미국, 유럽을 중심으로 적용되고 있다.
ANSI 규격의 미터 회로 구성의 일례를 <그림 2>에 나타냈다. 이 미터는 CPU를 중심으로 기억소자 및 통신 회로를 내장하고 있다. 이 외에 래치 릴레이에 의한 원격 스위치를 내장하는 것도 가능하다. 미국에서는 최고 200암페어까지의 스위치가 미터에 내장되어 있는 경우도 있다. 스위치 가격은 5에서 20달러 정도이다. 미터 내에는 콘덴서가 설치되어 있으며, 정전 시에도 정전 정보를 전력회사에 보낸다. 스마트미터 하나하나가 가지고 있는 기능은 <표1>과 같다. 미터는 전력계통의 말단에 존재하며, 거기서 얻는 정보는 전력계통의 계획, 제어, 운용에 있어서 귀중한 자료이다. 전력 유통 인프라(기반) 구축에 있어서 빠질 수 없는 기기인 이유다.
스마트미터에 적용되는 통신 기술
스마트미터에 연결되는 양방향 통신에는 아래에 서술되는 여러 가지 방식이 제안되고 있다. 최종 선택은 다음과 같은 관점에서 이루어진다. 즉,
· 통신 보안 : 암호화 등
· 부설 비용 : 집선장치(Concentrator) 및 리피터(Repeater) 등의 설치 비용
· 운전 비용 : 주로 전화요금 등의 통신 비용
· 소프트웨어 비용 : 초기 비용과 보수 비용
· 오픈 아키텍처(Open Architecture) : 다른 벤더(Vender)기기와의 접속 용이성
· 확장성 : 통신 기술의 혁신이나 통신 서비스 제공자와의 협조
등이다.
1. PLC(전력선 반송 통신)
중압 또는 저압 회선용으로, 비교적 저주파 대역에서의 PLC이다. DLC(배전선 반송 통신)라고 불리는 경우도 있다. 전압이나 전류에 아주 작은 펄스를 실어 신호로 하는 방식은 DCSI社의 TWACS(양방향 자동 통신 방식)가 오래 전부터 이용되어 왔다. 이것은 하행 정보(변전소→가정)는 전압의 제로점 부근에 신호를 싣고, 상행 정보(가정→변전소)에서는 전류 파형에 몇 개의 펄스를 실어 정보를 보내는 방법으로, 미국에서 폭넓게 채용되고 있다.
 그 외에 전력선에 여러 가지 주파수의 커리어를 세워 그 위에 신호를 싣는 방식이 있으며, 실내에서의 배전선을 이용한 통신에 많이 이용되고 있다.
Cannon Technologies, Hunt Technologies 등이 주요 메이커다.
 2. BPL(브로드밴드 전력선 반송)
브로드밴드에 의한 저압 회선용 PLC 기술이다. 미국에서는 약 6채의 가정을 한 대의 저압 변압기가 맡고 있으며, 중압용 변전소에서 이러한 변압기 20~25대를 한데 모아 신호를 보내는 구조가 일반적이다. 한편, 유럽에서는 한 대의 저압 변압기가 100세대를 아우르는 경우도 있으며, 적용방법이 바뀐다.
실용화 되고 있는 시스템 제공자로서는 Ambient, Amperion, Current Technologies 등이 있다. 일본에서는 규제로 인해 실용화가 이루어지고 있지 않다.
3. 고정 RF(무선)
고정된 기지국에 의한 무선통신 기술이다.
Cellnet, Elster, Hexagram, Itron, SSN(Silver Spring Networks) 등이 해외 주요 메이커다.
4. 디지털 휴대전화 통신
휴대전화를 이용한 통신 방식이지만, 통신요금이 가산되기 때문에 항구(恒久)적인 설비로 이용하는 경우는 적다.
선진적 미터링 인프라(AMI)
1. AMI 기능
AMI 혹은 스마트그리드 등으로 불리는 플랫폼은 앞에서 서술한 다기능 스마트미터와 양방향 통신기능을 합쳐 백오피스(Back Office) 시스템과 연결, <표 2>와 같은 기능을 실현했다(<그림 3> 참조).
이러한 기능 중 다음 다섯 가지는 미국에서 실시되는 스마트미터 프로젝트 가운데 30% 이상의 전력회사에서 운용되고 있는 기능이다.
· 전력요금 표시 등의 고객 서비스
· 도전(盜電) 등의 부정사용 검사
· 전압이나 주파수, 고조파 등의 전력 품질 감시
· 정전 세대의 동정(同定)이나 지리 정보 시스템(GIS)과 연계한 복구 합리화를 위한 정전 복구 관리
· 전압 유지에 따른 송전손실 저감 등
2. AMI의 경제 효과
미국에서의 스마트미터 가격은 사용되는 기능에 따라 다르지만, 평균적으로 미터 한 대당 76달러이다. 유럽의 ENEL에서는 89달러로 보고됐다.
거촌(据村)을 포함한 투자액은, 수도미터의 디지털화를 동시에 한 Jacksonville 전력(플로리다) 한 대당 214.29달러를 제외하고 비싼 곳에서는 150달러(BPL을 이용한 TXU)이다. 평균적으로는 140.8달러이다.
비용 내역은 45%가 미터 자체, 20%가 통신, 15%가 거촌, 11%가 프로젝트 매니지먼트, 9%가 데이터 매니지먼트 등의 정보 시스템이다.
한편, 얻을 수 있는 이익으로서
① 자동 검침과 고객 서비스 : 올바른 검침을 정확한 시간에 행할 수 있다. 이것은 고객에 대한 서비스가 된다.
② 자산 관리 : 자산 관리에 필요한 정확한 데이터를 얻을 수 있다. 그 외에 식생(植生) 관리, 상세한 전압 관리, 미터의 고장 진단 등의 네트워크형 자산관리(NAM)를 할 수 있다.
③ 부가 가치 서비스 : 시간대마다 전력 사용 정보를 고객에게 제공하고, 시간대별 전력요금 적용 등이 가능하다.
④ 정전 복구 관리 : 정확한 정전 지역 파악, 복구시간 단축, 정전 복구의 올바른 파악, 개개의 고객단위에서의 정전 확인이 가능하다. 하나의 단말로부터 1분간 약 8천 세대의 정전 정보를 얻을 수 있다.
⑤ 재정 개선 : 정전에 따른 고정(苦情) 저감, 복구 시간 단축, 현금 흐름 개선(검침에서 청구까지의 시간 단축, Billing)을 실현할 수 있다.
미국에서의 통계에 따르면, 자동 검침만으로 얻을 수 있는 이익은 미터당 1.35~3달러/월이며, 거기서 발생하는 비용은 1.25~1.75달러/월이다. 또한 펜실베이니아州의 PPL에서는 정전에 관계되는 정보 활용에 따른 비용 저감이 10% 있었다.
Ameren(미주리州)에서는 배전용 변압기의 적정 부하 배분에 따라 연간 2백만 달러의 비용 저감을 실현했다. PG&E(캘리포니아州)에서는 정전에 따른 불만 전화 처리에 연간 4천 3백만 달러의 비용을 삭감할 수 있었다고 했다. 이것은 모두 극히 일부분에 지나지 않는 효과이다.
해외에서의 AMI 실시 사례
1. 미국에서의 개요
미국에서 이루어지고 있는 스마트미터 적용의 프로젝트 가운데 큰 전력만 살펴보면 다음과 같다.
PG&E에서는 전력용 510만 세대, 가스용 410만 세대, Exelon(펜실베이니아州)의 전력가스용 210만 세대, TXU(텍사스州)에서 240만 세대, Xcel Energy(미네소타州)에서 190만 세대 등이 중심이다. 통신 방식으로는 고정 무선이 중심이며, 다음으로 PLC가 많이 이용되고 있다.
2. PG&E
PG&E(퍼시픽 · 가스 · 전력)에서는 전력요금의 유연성 및 계통 운용의 합리화 등을 대상으로 스마트미터 프로젝트를 개시했다. 2006년 11월 캘리포니아州의 남부 사우스밸리(South Valley)에서 개시했으며, 2011년 10월에는 모든 전력량계를 스마트미터로 교체하는 선진적 미터링 인프라를 구축한다는 계획을 진행 중이다. 한편, 이 계획을 통해 검침
비용 저감, 원격 스위치 개폐, 미터 운용, 정전 복구관리 등으로 연간 1억 6천만 달러의 비용을 저감할 수 있을 것으로 내다보고 있다.
PG&E에서의 통신 방식은 <그림 4>와 같이 전력용은 PLC, 가스용은 무선 방식을 채용하고 있다.
3. TXU
텍사스의 배전회사인 TXU의 프로젝트는 통신 방식에 BPL을 이용하는 적은 수의 적용 예이다.
2005년에 시작됐으며, 기존 배전 계통을 이용해 고속 인터넷 등의 서비스를 제공할 수 있다.
중압의 배전선에 커플러(Coupler)를 사이에 두고 인터넷을 접속한다. 자동 검침은 물론이고, 배전 계통 감시, 변전소자동화 등도 이 AMI로 실시하고 있다.
TXU에서는 AMI 기능을 실현함에 있어 비용적으로도 PLC로 충분했지만 고속의 인터넷 서비스를 비즈니스의 일환으로 해 BPL 채용을 결정했다.
4. 호주에서의 예
호주의 빅토리아州에서는 최종적인 AMI 구축을 목표로 독자적인 프로젝트를 행하고 있다. 이 지역에서는 4개의 배전회사가 배전 지역을 10으로 나눠 각각 다른 스마트미터 및 통신 방식으로 AMI를 시험하고 있다. 각각의 프로젝트 중심은 다음과 같다.
GE/DCSI/Echelon/L&G/Elster/HuntTechnology/EDMI/Intermoco(PRI meter)/AMPY(L&G)/Iskraemeco
이 프로젝트는 2007년 7월에 허가를 얻어 착수에 들어갔다. 공통으로 이루어지는 정보 수집은 ㎾ 시(時), ㎸ar 시(時), 전압이다. 4년간 240만 세대의 미터를 스마트미터로 바꿀 계획이며, 호주 정부의 사회기반청(DOI)이 주도하고 있다.
마무리
세계적으로 전력량계는 디지털화를 향해 가고 있다. 이러한 가운데 전력계통 말단에서 얻을 수 있는 정보를 유효하게 활용 가능한 인프라를 구축하면, 전력계통의 신뢰도 향상 및 자산 관리의 합리화를 꾀할 수 있으며, 기업경영에 있어서도 커다란 이점이 된다.
이미 설치한 미터를 교체하는 데는 시간이 걸린다. 우리 각자는 이러한 해외 동향을 어떻게 자국에 도입해 독자적이고도 고도의 전력계통을 구축할 것인지 고민하고 연구를 게을리 하지 말아야 할 것이다.
전력량계
연결되어 있는 회로의 유효전력을 시간에 대해 적산해 측정하고 기록하는 전기계기의 한 종류이다. 이 전력 적산은 적분 구간 동안 회로에 전달된 에너지이고, 측정하는 단위는 주로 킬로와트시(㎾h)이다. 전기 공급사업에서 종량요금제 거래에 사용되기도 한다. |
<Energy News>
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