 ㈜TIS의 SmartEMS 사례 마이크로그리드를 실현하는 현장을 가다
에너지 전환 정책이 추진되고 있지만, 현장의 상황은 녹록지만은 않다. 스마트 혹은 마이크로 그리드를 구현하기 위한 기술과 인프라의 개발은 재생에너지 발전설비에서부터 에너지저장장치, 전력계통을 제어하고 관리할 수 있는 시스템 개발에 이르기까지 매우 광범위하다. 정부는 공공기관에 일정비율 이상 재생에너지 설비를 갖추도록 의무화하거나 의무공급제도(RPS)를 통해 에너지전환을 추진하고 있지만, 현장에서는 정부의 지원이 아쉽기만 한 실정이다. 그런 가운데, 연구자 및 개발자들은 오늘도 아무도 가본 적이 없는 미래를 향해 우직한 발걸음을 옮기고 있다.
글 강창대 기자
㈜TIS는 기업정보화 시스템과 스마트 에너지관리 플랫폼 분야에서 활동하는 기업이다. 기업정보화 시스템으로는 정보시스템 관리(SM)과 스마트팩토리, 클라우드 컴퓨팅, ERP 등 기간시스템구축을 담당하고 있으며, 스마트 에너지관리 플랫폼 영역에서는 사물인터넷과 빅데이터, 마이크로그리드와 관련해 다양한 사업을 펼치고 있다.
1999년에 소프트웨어를 개발하는 통일정보시스템㈜이라는 벤처기업으로 출발해 주로 ERP와 공정설계자동화 등의 분야에서 활동하며 업계에 자리를 잡았다. 이후 ㈜TIS는 한국전기기연구원(KERI)과 산연협력 관계를 맺으면서 에너지 통합관리 플랫폼과 에너지 자립섬 플랫폼을 개발·구축하는 활동을 본격적으로 전개해오고 있고, 2014년과 2017년에는 한국전기연구원의 패밀리기업(KERI Family)으로서 더욱 긴밀한 협력관계를 갖고 기술지도를 받기도 했다.
또, 한국전기연구원으로부터 ‘수용가 전력 수요관리 에너지저장장치용 최적운전제어시스템’, ‘건물용 마이크로그리드 시스템 및 운전방법’ 등의 기술을 이전받아 특허 기술을 적용한 시스템을 보유하고 있다. 이외에도 건물용 마이크로그리드 최적운전을 위한 제어 프로그램과 이전 받은 기술인 '태양광발전 출력예측 프로그램'을 접목한 시스템을 보유하고 있는 등 R&D에 강점을 갖고 있다.
에너지 관리에‘ 지능’을 불어넣다
최근, ㈜TIS가 이러한 기술력을 바탕으로 개발한 스마트 에너지통합관리시스템(이하, SmartEMS)에 많은 이목을 쏠리고 있다. 스마트 에너지통합관리시스템은 에너지저장시스템(EES)과 에너지관리시스템, 빌딩에너지관리시스템(BEMS)을 통합한 에너지 관리 플랫폼이다. 이 시스템은 소프트웨어시험인증연구소(TTA) GS(Good Software) 인증 1등급과 퀄러티로직(QualityLogic) 사(社)의 IEEE2030.5(SEP2.0) 등 공인기관의 품질인증을 받아 그 성능이 검증된 상태다.
SmartEMS는 적용할 수 있는 영역도 다양하고 광범위한 특징을 갖고 있다. 태양광과 풍력 등과 같은 재생에너지를 비롯해 화석연료를 사용하는 발전기까지 다양한 에너지원에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 리튬이온 전지나 납축전지, 레독스 플로우 이차전지까지 에너지저장장치(ESS)의 종류에 제한 없이 사용할 수 있다.  스마트 EMS의 ‘전체화면 모드’. 화면에는 현재의 ESS 상태가 요약돼 있다. ESS를 방전할 때는 연결 라인이 붉은색을 띠며 수용가 쪽으로 흐르는 애니메이션으로 표시된다. ESS를 충전할 때는 연결 라인은 푸른색이며 애니메이션은 배터리 쪽으로 흐르는 형식으로 표시된다. 스마트 EMS는 금일과 월간누적, 연간누적 등으로 구분하여 충·방전량과 사용량 등을 알려준다. 뿐만 아니라, 배터리 SOC와 경제성 효과 치 등을 알기 쉽게 표시해준다. PCS 현황을 나타낸 화면. 이상이나 고장이 발생하면 해당 부분이 빨간색 으로 표시된다. 실시간 부하 및 ESS 충·방전량, PV 출력 등의 데이터 차트가 실시간으로 현황을 보여준다.
성기원 ㈜TIS SI 사업팀장(창원대 겸임교수)의 설명에 따르면 SmartEMS는 “사람의 두뇌와 같은 역할”을 한다. 말하자면, SmartEMS는 에너지의 생산을 모니터링하고 예측하며 생산량을 조절하거나, 에너지의 생산량에 따라 에너지저장시스템의 충전과 방전 시점 등을 판단하고 이를 제어한다. 성 팀장은 SmartEMS를 통해 에너지 자립을 이룩한 사례로 통영 국도(國島)의 마이크로그리드를 사례로 들었다.
통영시는 국도에 무탄소섬(Carbon Free Island) 사업을 추진하면서 2014년에 한국전기연구원으로부터 기술자문을 받아 태양광발전시설과 에너지저장장치를 준공했다. 육지와는 거리가 있는 도서지역인 국도에서는 디젤발전기를 이용해 자체적으로 전기를 생산해왔지만 전기부족에 시달릴 수밖에 없었다. 통영시의 무탄소섬 사업은 이러한 불편을 해소하면서, 동시에 유류비를 절감해 섬 주민의 경제적 부담을 줄이고 환경오염물질의 배출을 줄이겠다는 취지로 시작됐다. 따라서 디젤발전기 사용을 최소화하는 것이 관건이었다. 하지만 가두리 양식이 주요 소득원인 주민들은 치어를 키우는 양식장에 산소를 공급하기 위해 디젤발전기 사용을 줄일 수 없는 상황이었다. 이때, 이러한 문제를 해결해준 것이 SmartEMS라고 한다.
태양광 발전설비와 에너지저장 장치 등을 갖추고 있더라도 전기생산과 충·방전이 적기에 이루어지도록 스스로 제어되지 않는다면, 어렵게 마련한 설비로 얻을 수 있는 효율은 적을 수밖에 없다. SmartEMS는 이러한 문제를 통합적으로 관리해줌으로써 섬 전체에 안정적으로 전기를 공급해주었고, 디젤발전기 사용은 최소화될 수 있었다고 한다.
또 다른 예는 대구의 한 공장에 적용한 에너지저장장치-에너지통합관리시스템(ESS-EMS) 사례다. 이 공장은 3교대로 하루 24시간 가동되는 곳으로 부하가 일정한 특징을 갖고 있다. ESS-EMS는 에너지저장장치의 충·방전 상태와 장애 등을 실시간으로 모니터링하며 수용가(공장)의 전력사용량과 패턴을 저장하고 분석한다. 그리고 전기 요금제와 피크(peak) 시간대 등을 분석해 에너지저장장치의 충전과 방전 스케줄을 제어함으로써 효율적인 수요자원관리를 할 수 있다. 이를 통해 해당 공장은 전기료를 획기적으로 줄일 수 있었다.  해남군 삼마도와 통영시 국도의 마이크로그리드 EMS 시스템. 애니메이션 등을 활용해 그래픽 인터페이스를 구성함으로써 직관적으로 이해할 수 있도록 했다. 스마트 EMS는 수요 예측에 의해 자동으로 계산된 스케줄 결과를 조회해 보여준다. 왼쪽 테이블에는 시간대별 충·방전량을 표시한 것이며, 그래프의 꺾은 선 그래프는 ESS의 SOC 변화를 나타낸 것이다. 파란 막대 그래프는 ESS의 충·방전을 나타낸다. 이러한 사례를 토대로 SmartEMS의 특장점을 열거하면 이렇다. 우선 웹(web) 접근방식을 채택하고 있어 시간과 공간의 제약 없이 시스템을 모니터링하고 제어할 수 있다. 물론, 사용자에 따라 접근 범위나 권한을 설정할 수도 있다. 다음으로, 통합적으로 다양한 에너지저장장치를 모니터링하고 제어할 수 있고, 그렇기 때문에 통영시의 국도와 같은 계통연계독립형으로 ESS를 구축하고 관리할 수 있다. ESS를 운영함에 따라 전력과 요금의 절감이나 부하율 개선 등의 사항은 직관적인 그래픽 형식으로 보고되며, 사용자가 직접 제어판을 설정하고 정의함으로써 다양한 조건에 맞추어 시스템을 튜닝할 수 있다. 이외에도 관리자가 직접 운영 로직을 프로그램 함으로써 특수한 상황에 맞게 운영로직을 개발할 수 있는 체제를 제공한다.
무엇보다, SmartEMS의 예측기능은 활용성이 매우 높다. SmartEMS는 수용가의 전력사용 이력을 참조해 수요를 예측하거나 기상청의 예보를 3시간 단위로 자동 수집해 재생에너지의 발전량을 예측한다. 이를 바탕으로 시간대별 전력요금과 최대 피크 상한치를 감안해 최적의 충·방전 스케줄링이 이루어진다. 뿐만 아니라, 스케줄링에 배터리의 수명과 한국전력의 전기요금 체계 등도 감안이 된다.
재생에너지 운영 플랫폼과 EV 충전 인프라 고도화
성 팀장의 설명에 따르면, 앞으로 ㈜TIS는 수요관리의 기술 고도화와 더불어 전기자동차 충전 인프라 개발에도 참여하고 있다. 이에 따라 한국전기연구원 광주시청 전기차 충전 EMS와 제주테크노파크 전기차 충전 EMS 두 곳을 설치했다.
수요관리 측면에서는, 지금의 기술에 다양한 종류의 에너지저장장치의 스케줄을 통합적으로 제어하고 관리할 수 있게 하는 것이다. 에너지저장장치로 사용되는 리튬이온전지나 연축전지, 레독스 플로우 이차전지 등이 사용되고 있는데, 각각의 특성이 모두 달라 이들의 조합에 따라 장단점을 보완할 수 있다. 따라서 이처럼 다종의 에너지저장장치를 관리하고 제어하는 시스템이 필요하다.
전기자동차 수요가 늘어날수록 EV 충전 설비와 전력 공급의 중요성도 점점 더 부각되고 있다. ㈜TIS는태양광 등 재생에너지, 에너지저장장치, 그리고 한국전력 등을 통합적으로 연계한 수요예측 기술을 통해 EV 충전설비를 운용하는 사업을 올 하반기부터 본격적으로 시작할 예정이다. 이에 따라 전기자동차 사용자들이 최적화된 비용으로 EV 충전시설을 이용할 수 있게 될 것이란 기대를 모으고 있다.
이외에, 풍력발전 단지를 효과적으로 운영할 수 있는 운영플랫폼 개발도 연구과제로 선정됐다고 한다. 풍력발전과 태양광발전 등 재생에너지의 가장 큰 문제점은 발전량이 들쭉날쭉하다는 점이다. 재생에너지 확대 정책에 따라 그 비중이 커질수록 발전량의 변동 폭은 더욱 문제가 될 수밖에 없다. 따라서 안정적인 공급방안이 마련되어야 한다. 이를 위해 첫 번째, 단지 내의 풍력발전기의 발전량에 변동이 발생하더라도 출력을 안정화하는 기술 개발이 필요하고, 두 번째, 단지 전체의 발전 효율을 극대화하기 위해 후류 효과(Wake Effect) 등을 고려해 풍력발전기를 배치하고 운용하는 기술 등을 개발할 것이라고 한다.  성기원 ㈜TIS SI 사업팀장(창원대 겸임교수)<Energy News>
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