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[스마트 그리드 - 똑똑한 전력망보다 똑똑한 소비자를 ①] 스마트 그리드, 황금알을 낳는 거위인가
2011-06-20



세탁기를 돌리고 에어컨을 켜면 거실 벽면에 부착한'스마트 미터'에 전기 사용량과 전기요금이 뜨고, 조명과 에어컨은 전기요금이 가장 비싼 시간에 알아서 꺼진다. 이처럼 스마트 그리드Smart Grid는 기존 전력망에 정보 기술을 접목해 전력 생산자와 소비자가 정보를 양방향으로 실시간 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망이다. 우리나라는 세계 10대 에너지소비 국가이며, 에너지 소비는 앞으로도 연평균 1.4%씩 계속 증가할 전망이다. 정부는 이러한 상황을 고려할 때 스마트 그리드야말로 에너지 안보를 확보하고, 기후 변화에 대응하기 위한 에너지 이용의 효율 향상 그리고 화석에너지에서 신재생에너지로의 전환 및 전기차 보급을 위한 필수 인프라라고 강조한다. 세계 각국은 스마트 그리드 도입 배경은 다르지만, 현재 스마트 그리드 시장을 선점하고자 소리 없는 전쟁을 치르는 중이다. 2030년까지 세계 전력 설비 시장 규모는 1경 원 이상이며, 이 가운데 상당 부분은 스마트 그리드와 연계될 것이기 때문이다.

정리 윤홍로 기자

스마트 그리드에 대한 개념 정의는 국가에 따라, 산업 이해 관계자의 주요 추진 요인과 희망하는 결과 · 편익에 따라 다양하다.
스마트 그리드 유럽 기술 플랫폼(The Smart Grid European Technology Platform ; 연구 단체를 포함한 유럽 이해 관계자들로 구성)은 "지속 가능하고 경제적이며 안전한 전력을 효율적으로 공급하기 위해 전력 네트워크에 연결한 모든 사용자(전력 회사, 소비자, 전력 회사 겸 소비자)의 행동을 지능적으로 통합할 수 있는 전력 네트워크이다"라고 정의한다.
미국의 에너지부(DOE : Department of Energy)와 전력연구원(EPRI : Electric Power
Research Institute)은 이렇게 정의한다.
"스마트 그리드는 디지털 기술을 이용해 대규모 발전에서 공급 시스템과 전력 소비에 이르는 전력 시스템을 현대화하며, 고객 참여, 모든 발전 및 저장 옵션의 통합, 새로운 시장 및 운영, 21세기 전력 품질과 자산 최적화 및 운용 효율, 장애의 자기 회복, 공격 및 재난 복구의 7가지 구현 성능에 기반을 둔 기능에 따라 정의된다." - 미국 에너지부
"스마트 그리드라는 용어는 중앙형 · 분산형 발전회사에서 고전압 네트워크와 배전 시스템을 통해 산업 사용자 및 건물 자동화 시스템, 에너지 저장 설비 및 최종 사용 소비자에 이르기까지의 흐름에서 상호연결된 요소의 작동을 모니터링, 보호하고 자동으로 최적화하기 위한 현대화된 전력 공급 시스템을 의미한다." - 전력연구원
우리나라는 "전력망에 정보 기술(IT)을 접목해 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 전력 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망이다"라고 정의한다.

스마트 그리드 잉태 배경

전력을 생산 · 공급하는 일은 전 세계 모든 경제 분야에 필수적인 요소다. 오늘날 전력 생산과 송전 인프라에 대부분 화석연료를 쓰지만, 상대적으로 효율성은 떨어진다. 이에 따라 전력은 에너지 소비로 발생하는 탄소 배출량 중 상당 비율을 차지한다. 컴퓨터를 비롯한 여러 가지 기술을 이용해 전력의 생산 - 송전 - 소비를 지능적으로 통합한 스마트 그리드는 중요한 에너지인 전력의 효율을 크게 개선해 줄 잠재력을 지닌다. 예를 들어 스마트 그리드 기술을 이용하면 전력망의 부하를 평준화해 전력 회사가 수력 · 풍력 · 태양광 등 보다 깨끗한 전력원을 사용할 뿐만아니라, 피크 수요를 맞추기 위한 온실가스 배출량과 석탄 · 유지 식물의 사용을 줄인다. 수요 변화량을 낮추면, 새로 건설해야 할 발전소 수도 줄일 수 있다.
— 2009 에너지와 기후에 관한 주요 경제국 포럼에서
(재)한국스마트그리드사업단은 스마트 그리드의 이점을 이렇게 설명한다. 첫째, 에너지의 효율적 활용과 대체 에너지의 활용을 촉진한다. 둘째, 지금까지 전력을 최고로 소비하는 피크 타임 수요에 맞춰 발전 설비를 건설해 왔지만, 스마트 그리드는 시간대별 전력 수요량을 정확히 파악하므로 피크 타임 수요 적용에 드는 비용을 줄인다. 셋째, 전력의 시간과 양을 통제해 소요 비용을 줄인다. 넷째, 양방향 통신 기반의 스마트 미터기를 통해 실시간 전력사용량을 파악하고, 태양광과 풍력 등으로 생산한 전력을 수요에 따라 가정과 빌딩 · 산업 현장에 배분한다. 다섯째, 실시간으로 전력 정보를 수집해 다양한 전기요금제 적용과 정전 사고 등의 위급 상황에 빠르게 대처한다.
녹색성장위원회 위원인 서울대학교 공과대학 문승일 교수가 한 포럼에서 밝힌 스마트 그리드의 필요성이다.
"대한민국이 살아남으려면 스마트 그리드를 만들어야 한다. 신재생에너지는 대부분 전기 에너지로 변환하지만, 출력 예측과 조정이 어렵고 출력이 불규칙하며 일부는 직류 형태로 만들어진다. 이를 기존 전력망에 적용하기에는 다음과 같은 문제가 있다. 100년 전 기술을 근간으로 한 교류 전력 시스템, 비효율적인 전기 에너지 소비, 낮은 발전 설비이용 효율로 말미암아 과다하게 필요한 투자 설비, 소비자의 욕구를 충족시키지 못하는 단일 품질 전력 공급, 어려움이 따르는 녹색 에너지와 분산 전원의 접속 그리고 전기차 충전 인프라 구축, 광역 정전 가능성이 큰 거대한 단일 시스템 등이다. 이러한 문제 해결책은 스마트 그리드다. 스마트 그리드는 온실가스 배출량을 줄이고, 신재생(녹색)에너지 사업 활성화로 신재생에너지의 이용을 극대화한다.
또한 전기 에너지의 합리적 소비와 예비율 증대로 전기 에너지 이용 효율을 극대화하고, 다양한 품질의 전력 공급과 소비자에게 선택권을 부여해 소비자 참여를 확대하며, 양질의 안정된 전력 공급과 대규모 정전 방지로 전력 시스템의 신뢰도와 품질을 높인다. 발전 설비 분산화, 전체 시스템 제어 설비미비, 큰 녹색 에너지 비중, 고립 지역에 전력을 공급하기 위해 스마트 그리드는 필요하다."
우리나라 스마트 그리드 구축 목표는 온실가스배출량 저감, 녹색 에너지 활용, 신성장 동력 산업화임을 알 수 있다.

기후 변화 대응 | 기후 변화 대응책 중 하나인 온실가스 감축 목표를 달성하려면, 시급히 저탄소 녹색성장 인프라를 구축해야 한다. 우리나라의 GDP 대비 온실가스 배출량은 OECD 국가 평균치의 1.6배 수준이다. OECD 국가 중 온실가스 절대 배출량은 9위(2007년 기준)이고, 연평균 증가율은 1위다(2005년 기준). 온실가스 배출량을 줄이려면, 청정에너지원인 신재생에너지와 환경친화적인 전기차 · 가전 제품 등의 보급을 늘려야 한다. 그러나 신재생에너지는 출력 변동이 심하므로 현재 전력망으로 보급을 활성화는 데에 제약이 따른다. 따라서 신재생에너지를 자유롭게 전력망에 연계할 수 있는 스마트한 제어 시스템 구축 그리고 전기차의 새로운 요금 개발과 부하의 분산 제어 기술이 필요하다.
일례로 스마트 그리드를 구축하면, 전기요금이 낮은 심야에 전기차를 충전하고 주간에 주행한 후 남은 전력을 전력 회사에 판매할 수 있다.

에너지 효율 향상 | 세계적인 고유가 지속과 자원 민족주의를 강화하는 상황에서 지속 가능한 성장을 위해 에너지 자립과 에너지 저소비가 필요하다. 우리나라는 국가 에너지 효율 선진국을 실현하고자, 2030년까지 에너지원 단위의 46.7% 향상을 목표로 한다(연평균 2.6% 개선). 에너지 절약을 위해 전기요금 차등제 · 누진제 등을 운영하지만, 낮은 가격과 사용의 편리성으로 전력 소비는 꾸준하게 증가하는 추세다. 특정 시간대에 집중된 전력 소비 패턴 때문에 발전 설비 이용 효율이 떨어지고 발전소 건설에 드는 비용도 막대하다. 스마트 그리드를 구축하면 전력 수요 분산뿐만 아니라 제어도 가능해 에너지 이용 효율을 높일 수 있다. 분산 전원을 통해 2030년까지 최대 전력을 10% 줄이는 것이 목표다.

신성장 동력 창출 | 우리나라는 세계 스마트 그리드 시장이 급격히 성장할 것으로 전망하고 반도체와 IT의 뒤를 잇는 신성장 동력으로 육성하고 있다.
2009년 기준 미국 스마트 그리드 시장 규모는 약 214억 달러(연평균 14.9% 성장 예상), 세계 시장규모는 약 693억 달러(연평균 19.9% 성장 예상)였다. 국제에너지기구(IEA)는 2007년부터 2030년까지 세계적으로 전력 분야에 13.6조 달러를 투자할 것으로 전망했다. 스마트 그리드는 전력과 중전기뿐만 아니라 통신, 건설, 자동차, 에너지 등 다른 산업과 연계해 상당한 파급 효과를 낸다.
정부는 스마트 그리드 기대 효과를 2030년까지 · 연평균 5만 개의 신규 일자리 창출 · 총 2억 3000만 톤의 온실가스 감축 · 총 47조 원의 에너지 수입 절감 · 총 49조 원의 수출 증대 · 총 74조 원의 내수 창출 · 총 3조 2,000억 원의 신규 발전소 건설 회피 등으로 보았다.


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스마트 그리드가 펼치는 세상
스마트 그리드의 미래 모습은 어떨까. (재)한국스마트그리드사업단은 먼저, 기술적 측면에서 보면 ▲전력 공급자와 소비자 사이에 양방향으로 통신함으로써 실시간 요금제, 수요 반응, 전기차 등 다양한 신기술이 등장하고 ▲공급과 소비 정보를 실시간으로 공유하며 시스템의 효율을 높이는 전력망으로 진화하고 ▲신기술이 소비자의 선택권을 높임으로써 소비자의 욕구를 충족시키는 전력망으로 진화한다고 설명한다.
스마트 그리드는 중앙 집중형이고 한 방향인 현재 전력망의 비효율적인 관리 방식을 개선하기 위해 분산 방식을 활용한 전력 시스템을 사용한다. 이 분산 방식은 규모에 따라 전력을 독립적으로 운영하는 것으로, 전력 시스템에 센서와 미터를 설치해 실시간으로 전력 사용 정보를 알도록 지원한다.
다음으로 산업적 측면에서 보면, 현재 중전기 산업과 통신 산업은 각각 고유한 영역으로 구분하지만, 앞으로 중전기와 IT 기술을 융합한 제품의 일반화로 산업 간 융합에 가속도가 붙는다는 것이다.


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스마트 그리드 사업 활성화 계획
정부는 스마트 그리드 환경에 맞춰 계절별 · 시간대별로 전기요금을 차등화한 새로운 주택용 요금제를 올해 7월부터 시범 도입하기로 했다. 시간에 따라 변화하는 주택용 전기요금 개념을 사상 처음으로 도입함에 따라 소비자의 전기 사용 패러다임을 바꾸는 시발점이 될 전망이다. 또한, 2013년부터 스마트 그리드 기술을 적용해 전력 피크 시간대에 전기 소비를 절감하고 수익을 창출하는 기업이 출현할 것으로 보인다.
현재 스마트 그리드 산업은 초기 실증 단계로 비즈니스 차원의 불확실성이 상존한다. 전 세계적으로도 스마트 그리드는 실증 · 시범 보급 등 상용화 전 단계다. 지경부 에너지산업정책관실은 "스마트 그리드를 활성화하려면, 실증 단지 본격 운용을 통한 신규 비즈니스 활성화와 이종굋種업계 간 윈-윈 모델을 개발해야 한다"면서, "스마트 그리드가 추구하는 다양한 요금제와 융합 서비스 등을 도입하기 위한 제도적 기반 마련과 정책의 불확실성을 제거해야 한다"고 말한다.
전 세계적으로 다소 차이는 있지만, 스마트 그리드의 개발을 가로막는 대표적인 장벽은 ▲정책 및 규제 - 시장의 불확실성과 시장 구조 및 규제 정책의 불명확성, 규제 체계로 말미암은 수익의 불확실성 ▲자금 조달 - 기술 투자 시 우선 순위 결정의 어려움, 비즈니스 사례 단편화 ▲소비자 참여 - 대중의 인식과 참여 저조 ▲기술 - R&D 조율 부족, 대규모 보급 프로젝트 부족 ▲표준 - 상호 운용 가능성과 확장성 보증, 기술 표준의 단편화 및 프로세스 장기화 ▲인력 양성 - 숙련된 인력 부족, 공공 계획 시 스마트 그리드에 대한 경험 부족 ▲사이버 보안 및 데이터 프라이버시 - 네트워크 사이버 보안 및 소비자 정보에 대한 위협, 개인 데이터 오용에 대한 우려 등이다.
지경부는 최근 스마트 그리드가 새로운 융합 산업으로 전력 시장에 안착하도록 활성화 방안을 발표했다. 특히, 올해에 제주 스마트 그리드 실증 단지의 본격 운용과〈지능형 전력망법〉시행을 앞둔 만큼 실질적인 사업화를 위한 정책 방안에 초점을 맞췄다. 스마트 그리드 사업 활성화 계획을 세우고자 2010년 12월에 제주 스마트 그리드 실증 사업 참여기업 워크숍을 가졌고, 올해 1월에 스마트 그리드 업계 간담회를, 2월에 한전을 포함 관계 기관의 의견을 수렴했다. 주요 내용은 ▲제주 실증 사업 활성화 - 실증 사업 지역을 제주시내로 확대하고, 실증사업 운용 요령 제정과 홍보관 운영 활성화 추진 ▲신규 비즈니스 창출을 위한 제도 개선 - 상시 수요 관리 시장을 개설해 투자비 회수 체계를 마련하고,주택용 계시별 요금제 도입 및 구역 전기 사업에 스마트 그리드 적용을 추진 ▲스마트 그리드 보급 확대 기반 구축 - 2020년까지 스마트 미터 보급을 완료하고, 전기차 충전 인프라 표준화, 스마트 그리드 빌딩 구축 추진 등이다. (本誌2011년 3월호 P. 77 참조)
지경부 관계자는 스마트 그리드 활성화 계획 발표에 대해 "스마트 그리드 산업이 아직 초기 단계이고, 산업화에 대한 불확실성이 상존하는 상황에서 정부가 스마트 그리드 비즈니스 활성화를 위한 정책 방향을 선제적으로 제시했다는 데 의의가 있다"고 밝혔다.

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미국은 전력망의 변화 속도 혹은 변화 부족을 강조할 때, 자주 토마스 에디슨과 그레이엄 벨을 현대에 등장시킨다. 두 사람이 현대에 온다면 그레이엄벨은 휴대폰, 문자 메시지, 기지국, PDA 등을 즉시 알아차리지 못할 것이다. 반면에 토마스 에디슨은 전기기술자로 당장 근무할 정도로 전력망을 친숙하게 느낄 것이다. 스마트 그리드 사업은 토마스 에디슨 이후 100여 년간 이어져 내려온 전력 시스템의 근간을 바꾸는 역사의 전환점이다. 빠른 사업 진행 못지않게 왜 스마트 그리드 세상에서 살아갈 대중의 인식과 참여가 저조한지 꼼꼼히 되짚어 보아야 한다. 혹, 기술 개발과 정책 입안 과정에 최종 소비자의 의견 수렴 없이 하달(Top-Down) 방식의 의사 결정만 반영한 것은 아닌지를…….

 


스마트 그리드 구축을 위한 전제 조건

쌍방향 통신의 문제점 | 가정에서 남은 전력(예 : 전기차 등에 충전된 전력)을 역송해 전력회사에 판매할 수 있어야 한다. 이를 위해 쌍방향 통신 기술이 필요하지만, 이는 사생활 침해 문제와 네트워크 보안 문제를 일으킬 수 있다.

실시간 가격제 | 실시간 가격을 전제로 해야 수요자의 반응을 확신할 수 있다. 현재 단일 요금 체계로는 스마트 그리드를 실시할 수 없기에 부하에 따라 가격 차별이 발생하는 요금 체계로의 개편이 불가피하다. 스마트 그리드를 실시하고자 전력 가격 체계를 개편하려면, 이에 대한 국민의 정책 수용도에 대한 대책을 마련해야 한다.

수요 반응 | 스마트 그리드가 완벽하게 성공한다면 부하율 1에 근접하겠지만, 소비자의 호응이 성공의 열쇠다. 부하율이란 8760시간(1년) 동안 최대 전력에 대한 평균 부하 비를 뜻하며, 부하율 1은 8760시간 동안 부하를 동일하게 유지하는 것이다. 부하율을 높이려면 시스템에서 강제로 부하 전원을 꺼야하지만, 과연 소비자들이 이러한 강제 조치를 받아들일까? 또한, 기술적으로 대용량 전원을 강제로 정지시키면, 불꽃(Arc) 발생으로 시스템의 위험성을 높일 수 있어 낮은 전압의 전력 사용자들이 그 부담을 떠안을 것이다. 결국, 부하율 1은 시스템 효율을 높일 수 있을지 모르지만, 개개인의 생활 패턴에 변화를 주어야 한다. 현재 우리나라 전력 부하 수준도 선진국에 비해 높아 부하율을 향상시키는 데 드는 비용도 만만치 않을 것이다.

이러한 문제들을 보완하려면 에너지 정책의 정합성을 높이고 일관된 정책을 추진하도록 컨트롤 타워Control Tower 구축과 개인 정보 유출 방지 장치 마련이 필요하다.

- 국회입법조사처 국정감사 정책 자료 참고

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