월간전기

전 세계가 지향하고 있는 스마트 커뮤니티는 정보통신기술(Information and Communication Technology: ICT)을 통해 쾌적성을 확보하면서 신재생에너지를 활용하여 쌍방향형 및 재해에 강한 에너지시스템 구축을 실현하는 것이다. 최근에는 에너지시스템에 한정하지 않고 상하수도, 교통, 운수, 의료, 정보통신 등 사회생활을 지지하기 위해 정비된 공공구조, 즉 사회기반(인프라스트럭쳐 또는 인프라)의 통합적 관리 및 최적제어를 지향하는 넓은 의미의 개념도 제안되고 있다. 시민의 생활 및 사회경제활동은 사회인프라를 기반으로 성립되는데, 스마트 사회에서는 모든 사회인프라가 ICT 시스템에 의해 각각 효율적으로 운용관리됨과 동시에 그것들이 상호연계되어 개인에서부터 사회전반에 이르기까지 최적성이 확보되게 된다. 본고에서는 ICT시스템의 기본적 기능 및 현황을 기술함과 동시에 스마트 사회에 있어서 ICT가 어떠한 역할을 수행하는가에 대해 정리한다.

사회시스템과 ICT
사회시스템과 ICT의 관계
사회시스템에는 다양한 정의가 존재하지만, 여기서는 사회인프라를 이루는 것과 사회인프라를 이용한 사회 및 조직, 사업자의 사회경제활동, 그리고 개인 및 지역 등에서의 생업활동을 이루는 것으로 보고 있다.([그림 1] 참조) 사회인프라를 운용관리하거나 사회경제활동 및 시민생활을 효율적이고 원활하게 운영하기 위해서는 정보를 교환·처리하는 시스템이 필요하다. ICT시스템은 사회인프라에서는 구성요소의 감시제어 및 관리에 적용되며, 사회경제활동 및 시민생활에 있어서는 산업분야의 생산관리 및 서비스 제공, 정보전달 및 처리 등에 적용된다.

ICT시스템의 기본적 기능 및 구성
ICT시스템은 사회시스템의 신경계통을 이루며, 인간과 인간 사이를 잇는 Human to Human(H2H) 기능, 인간과 사회시스템의 구성설비를 잇는 Human to Machine (H2M) 기능, 또 사회시스템의 구성설비 간을 잇는 Machine to Machine(M2M) 기능이 있다.([그림 2] 참조) 예를 들면, 에너지 인프라에 있어서 ICT시스템은 에너지의 발생 및 변환, 유통, 이용 관련 기기 및 설비(여기서는 1차 구성요소라 부르기로 하며, 전력인프라에서는 발전기 및 변압기, 송전선, 전동기 등)에 대해 신호의 수수 및 변환, 정보의 입출력, 전달 및 처리 등을 담당한다. 사회인프라에 있어서 ICT시스템은 계산기 및 임베디드 기기를 이용한 설비자동제어의 관점에서는 M2M의 형태이며, 운용자에 의한 설비운전의 관점에서는 H2M의 형태이다. 한편, 사회경제활동 및 시민생활에 있어서는 H2H 및 H2M의 형태가 많다.

일반적으로 ICT시스템에는 하드웨어로 센서, 단말제어장치, 표시·조작장치, 통신 네트워크, 계산기 시스템 등이 있으며, 소프트웨어로 시스템 관리 및 정보처리·축적 프로그램, 휴먼 인터페이스 등이 포함되어 있다. 이러한 ICT시스템을 체계적으로 정리할 경우 여러 가지 관점들이 있지만, 그 하나의 예를 [표 1]에 나타냈다. 애플리케이션에 대해서는 상위 개념으로서 비즈니스 모델 및 ICT시스템의 활용 방안 등이 관련되어 있다. 사회인프라 분야에서는 설비의 계획, 설계, 운용, 진단, 분석, 보전 등의 애플리케이션이 많다. 애플리케이션에 따라 ICT시스템 전체의 아키텍처(정보처리 및 시스템 구성의 형태, 계층구조 등)가 검토된다. 정보처리시스템에 대해서는 이용형태(유스케이스)에 따른 데이터 구조의 규정(정보 모형화)이 중요하며, 아울러 소프트웨어 및 계산기 시스템의 구성을 검토한다. 통신 네트워크에 관해서는 통신미디어, 통신범위, 통신방식 등이 고려된다. 정보의 입출력 장치 및 단말장치에는 각종 센서, 모바일 단말, 제어장치 등이 있다. 최근에는 스마트미터와 같이 센서 및 정보처리기능과 통신기능을 구비한, 이른바 인텔리전트화(지능화)가 진행되고 있는 것과 복수의 기능이 융합된 장치도 출현하고 있다. 또 통신기능을 구비한 분산형 전원용 인버터 등 사회인프라의 1차 구성요소와 ICT 기능이 결합된 기기도 출현하고 있다.
하나의 예로 전력인프라 분야의 관리용 ICT시스템에 대해 해설한다. 전력계통의 감시제어시스템([그림 3] 참조)과 관련해서는 제어소 및 발변전소 간 마이크로파 무선 및 광파이버에 의한 자영 통신회선을 이용한 계산기 네트워크가 잘 정비되어 있어 최근에는 인터넷 프로토콜(IP)화도 진행되고 있다. 단, 발변전소 간을 잇는 계통사고 시 고속으로 자동제어를 실시하는 계통보호시스템과 관련해서는 그 요구 성능 및 신뢰도가 매우 높기 때문에 기존의 디지털 통신방식이 이용되고 있다. 또한, 전력설비의 보전업무용에 모바일 기기 및 무선 LAN 등의 적용도 검토되고 있다. 한편, 배전계통 이하의 수요 측 시스템과 관련해서는 고압 배전선 기기의 간단한 원격감시제어가 이루어지고 있으며, 수용가단의 전력계측제어를 위한 스마트미터의 도입이 시작된 단계이다.

ICT의 기술 수준과 관련하여 사회경제활동 및 시민생활의 분야에서는 최신 ICT기술의 도입이 급속도로 진행되고 있으나, 사회인프라 분야에서는 신뢰성, 확실성, 안전성 등이 중시되기 때문에 기술을 잘 검토한 신중한 도입이 진행되고 있다.

ICT를 보다 활용한 사회시스템
스마트 사회에 있어서는 ICT시스템을 중심(핵)으로 하여 안전성과 안정성, 경제성, 효율성, 환경성, 편리성, 쾌적성 등 개개의 요건 충족도를 높이면서, 상호간 조정을 실시하여 전체로서의 최적화를 도모하는 것이 중요하다고 하겠다.([그림 4] 참조) 예를 들면, 시민생활 분야에서는 ICT를 활용하여 주거환경 및 생활자 주변의 상태를 정밀히 측정해 공조기기 등의 치밀한 제어를 실시함으로써 쾌적성을 향상시킴과 동시에 불필요한 공조를 제어하여 에너지 낭비를 줄이는 것이다. 교통 분야에서는 자가용 및 업무용 차량, 공공교통기관의 시시각각 운행상황을 차세대형 첨단교통시스템(ITS)에 의해 개별적 혹은 종합적으로 파악하여 에너지 소비의 최소화, 최단으로 이동 가능한 방책을 실시간으로 제시하는 등 편리성과 환경성의 양립을 도모할 수 있다. 이것은 전기자동차가 대중적으로 보급되는 단계에 이르게 되면 에너지소비 및 축적, 방출과의 매핑이 용이해져 보다 효과적인 시스템이 될 것이다.

다수 요소의 연계·협조시스템이라는 관점에서는 현재 각 지역에서 실증이 진행되고 있는 스마트 커뮤니티를 들 수 있다. 이것은 에너지의 발생·축적·이용에 관련한 분산형 요소가 공존하는 가운데 각각의 상황을 파악하여 일정 지역(커뮤니티) 내에서 에너지 사용량, 비용, 편리성 등의 최적화를 도모하는 시스템이다.([그림 5] 참조) 이에 따라 커뮤니티 내부의 조정뿐만 아니라, 커뮤니티 전체의 수요제어 등 외부 에너지 시스템과의 연계·조정 기능을 갖출 필요가 있다. 태양광발전 등의 보급에 의해 에너지 생산자와 소비자의 역할을 겸비한 프로슈머(prosumer)가 대다수를 차지하게 되면, 외부 에너지 시스템과의 연계·조정에 부응한 커뮤니티 레벨의 에너지 관리를 어떻게 실시할 것인가가 문제가 된다. 커뮤니티 전체에서 집중적으로 실시하는 경우가 일반적이지만, 구성요소의 수가 방대하기 때문에 집중적으로 실시하는 데에는 한계가 있으며, 전체의 최적성은 다소 희생하더라도 집중제어개소 없이 각 구성요소 간에, 더 나아가 커뮤니티 간에 협조·분산적으로 실시하는 구조가 유효하다는 점도 고려해볼 수 있다.([그림 6] 참조) 이 경우, 구성요소 간에 정보를 공유하여 공통적인 알고리즘을 분산적으로 구현한 환경에서 협조제어를 실시할 필요가 있다.