이제는 전력망도 스마트한 시대

세상은 점점 더 똑똑해져 가고 있다. 스마트 폰, 스마트 TV, 스마트 자동차 등등 많은 것들이 기술의 발전으로 ‘스마트’해져 가고 있다. 전력도 마찬가지다. ‘스마트 그리드’가 주목받고 있다. 한국전력공사의 최태일 SG개발팀장을 만나 대한민국의 스마트 그리드의 현주소에 대해 알아보았다.

송라영 기자 songra@ciociso.com

▲ 최태일 한국전력공사 SG개발팀장

전력망이 진화한다

‘스마트 그리드(Smart Grid, SG)’는 전력망에 ICT융합기술을 접목해 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 에너지 효율을 최적화한 지능형 전력망이다. 더 쉽고 간단히 표현하자면 똑똑한 ‘그리드’인 것이다. 전기를 만들어 공급해주는 전력망을 그리드라고 하는데 기술이 진화하고, 변화를 거듭하면서 그리드는 똑똑해졌다.
“옛날에는 화력발전소, 수력발전소 등 해안가 대용량 발전소에서 만들어진 전기를, 철탑을 통해서 내륙으로 실어 나르고 그것을 변전소에서 전압을 낮춰 가정에 공급했다. 이렇게 단방향성으로 대용량 전력을 만들어 썼는데, 요즘에는 태양광, 풍력, 바이오매스 등 전력을 생산하는 발전원이 다양해졌다. 이러한 분산전원, 신재생에너지를 한국전력공사에서 모아서 다시 공급하려면 그리드가 똑똑하지 않으면 안된다”라며 최태일 팀장은 그리드가 스마트해져야만 하는 이유를 밝혔다.
또한 스마트 그리드는 소비자와 실시간 양방향 통신이 가능한 덕에 전기요금을 절약할 수 있는 사용량, 단가, 품질 등의 정보를 휴대폰이나 표시장치를 통해 알려준다.
이처럼 스마트 그리드 기술은 에너지를 보다 효율적으로 관리할 수 있으며, 에너지 절약 차원에서도 많은 효과가 있다.
예를 들면 전기 사용 피크 시간대를 피해 상대적으로 전기를 덜 쓰는 밤에 세탁기를 돌리게 한다면 소비자와 공급자 모두 에너지를 절약할 수 있다. 전기는 저장할 수 없어서 생산과 동시에 소비가 되어야 한다. 피크 전력 시간대는 가격을 높게, 밤에 쓰는 전기는 가격을 낮게 책정해서 상대적으로 덜 쓰는 시간대로 전기 사용을 유도하면 발전소를 새로 짓지 않고도 그와 같은 효과를 거둘 수 있다. 물론 소비자도 보다 싼 가격에 전기를 쓸 수 있으니 전기요금을 줄일 수 있게 되는 것이다. 이것이 스마트해진 그리드의 세상이다.

스마트 그리드를 선도한다

우리나라는 지난 2009년도에 MEF(Major Economics Forum) 기후변화정상회의에서 이탈리아와 함께 스마트 그리드 선도국으로 선정됐다. 주요 경제 선진국들이 모여 차세대 기술을 선도할 국가를 선정하는데 우리나라는 스마트 그리드에서 자발적으로 손을 들었다.
자신 있게 스마트 그리드를 선택할 수 있었던 이유에 대해서 최 팀장은 이렇게 전했다.
“전력계통을 운영하는 데에는 정전시간, 전압 손실 등 여러 가지 지표가 있다. 우리나라는 송전 및 배전 손실을 다 합친 전력손실이 3.5%이며, 정전시간도 13분대로 전력계통 운영기술이 세계 최고 수준이다”
선도국가로 선정 이후, 정부와 168개의 기업이 매칭펀드를 해서 약 2,500억 정도가 투입되었으며, 2009년 12월부터 2013년 5월까지 42개월 동안 제주도에 스마트 그리드 실증단지를 구축하고, 각종 관련 기술과 사업모델을 개발 운영했다. 이 홍보관에 지금까지 200여 국가가 다녀갔으며, 방문자 수만 해도 25만 명이 넘었다. 제주실증단지는 전세계에 스마트 그리드 기술의 로드맵을 보여주는 역할을 하고, 2013년 12월에 종료가 되었다.
또한 제주도에서 20분 정도 가면 가파도라는 섬이 있는데, ‘마이크로 그리드’라고 해서 스마트 그리드의 작은 개념을 적용한 곳이 있다. 가파도는 193호의 집에 280여 명의 주민이 살고 있으며 여태껏 디젤 발전기로 운영을 해왔으나, 이제는 완전히 태양광과 풍력만을 가지고 전기를 공급하는 섬으로 바뀌었다.
가파도에는 250kW 풍력발전기 2기와 배터리가 설치됐다. 풍력발전기는 바람으로 전기를 생산하기 때문에 바람이 불 때와 불지 않을 때 전기 생산량이 들쭉날쭉하다. 그래서 바람이 불 때 전기를 저장해 뒀다가 안 불 때 공급해 주려면 배터리가 필요하다. 가파도에 설치된 배터리는 최고 부하로 8시간을 쓸 수 있는 대용량 배터리이다. 덕분에 가파도는 담수부터 전기자동차까지 모두 직접 생산한 전기를 사용하는 ‘카본 프리 아일랜드(Carbon Free Island)’의 대표적 사례로써, 스마트 그리드의 궁극적인 목표인 탄소의 발생량을 절감시키고 있다.

한국 최초 스마트 그리드 스테이션

제주실증단지에서 3년 동안 개발한 모든 스마트 그리드 관련 기술을 실제 한전 사옥, 즉 빌딩에 적용했다.
최 팀장은 “현재까지 스마트 그리드 기술을 실제 환경에 적용한 사례는 없었으며, 한국전력공사가 구리남양주지사에 구축한 ‘스마트 그리드 스테이션’이 스마트 그리드 기술을 실제 거주 환경에 구축한 최초의 사례이다”라며 자긍했다.
스마트 그리드 스테이션이란 지역단위 스마트 그리드 제어센터로써 건물 내 에너지사용 효율을 최적으로 이끌어내기 위해 전력, 가스, 물 등을 냉난방 운영설비, 신재생 발전원, 각 종 스마트기기 등과 전력계통에 ICT로 융합 연계하여 운영한다.
실제 응용의 첫 번째 단계인 스마트 그리드 스테이션의 구성 설비로는 태양광, 에너지저장장치와 각 종 스마트기기 및 전체 시스템을 운영하는 스마트 그리드 스테이션 서버로 구성되어 있다.
옥상에 설치된 태양광은 주간에 발전하여 전력을 공급하고 있으며, 에너지저장장치는 전기요금이 상대적으로 싼 심야시간에 충전하였다가 요금이 비싼 주간시간대에 방전하여 전기요금 절약에 사용되고 있다.
각종 스마트기기는 건물 내 전력사용 흐름을 파악하고 효과적으로 제어하는 데 사용되고 있다. 어느 곳에서 얼마만큼의 전력을 사용하고 있는지 계측하고 제어하는 역할을 수행한다. 구성설비로는 조명제어 모듈, 스마트 콘센트, 스마트 분전반이 있으며, 조명제어 모듈은 전등의 감시와 제어, 스마트 콘센트는 대기전력의 감시와 차단, 스마트 분전반은 전력사용개소의 전기사용량을 감시하고 있다.
마지막으로 스마트 그리드 스테이션 운영서버는 설치된 모든 구성설비의 모니터링을 시행하고 에너지 사용효율을 지능적으로 최적화하는 역할을 수행한다. 예를 들면 과거의 에너지 사용패턴을 학습하여 오늘의 전력사용량을 예측하고 에너지저장장치의 방전 시간대와 양을 조절하는 역할 등을 수행하고 있다.
최 팀장은 “스마트 그리드 스테이션은 굳이 에너지를 절약하기 위해서 어떠한 행동을 하도록 요구하지 않는다”라고 말하며 효율적으로 전력을 관리하기 때문에 따로 신경 쓰지 않아도 에너지가 절약되는 것이라고 전했다.

▲ 스마트 그리드 스테이션 구성도

스마트 시티를 위한 지역 컨트롤 센터

구리남양주지사 스마트 그리드 스테이션 공사 시행 전과 후, 전년도 동일기간(’13년 4월과 ’14년 4월)을 비교해본 결과, 전기요금 산정기준으로 구리남양주지사 건물의 피크전력은 168㎾에서 135㎾로 12.5% 감소하였고, 전력사용량은 25,159㎾h에서 23,106㎾h로 8.1%가 감소했으며, 전기요금은 2,421,449원에서 2,181,689원으로 감소하여 9.9%를 절감한 것으로 나타났다.
최 팀장은 “구축계획 수립 시 설정한 목표가 피크전력 5%, 전력사용량 10%였으므로 거의 목표에 근접한 실적을 달성했다”며, “이 효과는 앞으로 스마트 그리드 스테이션이 데이터를 좀 더 축적하고 학습함으로써 더욱 향상될 것으로 기대하고 있다”고 전했다.
현재 구축된 스마트 그리드 스테이션은 전체 계획된 2단계 중 1단계 사업만 마무리된 상태이다. 올해 2단계 사업으로 풍력발전기를 추가로 설치하여 신재생발전량을 증가시킬 계획이며, 건물 내 자동화시스템과 스마트 그리드 스테이션을 연계하여 각종 공조설비와 냉난방설비를 최적운전하고 건물 내 스마트가전기기와 연결하여 가정용 스마트 그리드 스테이션의 가능성을 시험할 계획이라고 밝혔다.
또한 확산사업으로 한국전력공사는 총 260억을 투입하여 금년에 29개의 판매사옥과 내년 90개의 판매사옥에 스마트 그리드 스테이션을 확대 구축할 계획이다.
“더 나아가 학교나 병원, 관공서, 공장에도 스마트 그리드 스테이션을 적용하게 되면 한전의 운영센터가 지역의 컨트롤 타워 역할을 하게 될 것이다. 마을 단위로 한전 사옥이 클라우드 컴퓨팅의 메인 역할을 하게 되고, 그 주변으로 커뮤니티 타운을 형성할 수 있게 된다”라며 최 팀장은 이를 위해 기업들의 참여를 권장하고, 무료로 상담을 하고 있다고 전했다. 이미 신청이 들어온 곳도 있다고 했다.
한전은 스마트 그리드를 이용해 스마트 씨티를 만들어나갈 계획이다. 이것이 정부에서 말하는 창조경제로, 새로운 성장동력을 발굴하여 일자리를 창출하고, 궁극적으로 친환경에너지타운 건설의 밑바탕을 그리고 있다.
최 팀장은 “지금 기술적으로 가장 필요한 것은 클라우드 컴퓨팅 기술을 포함한 여러 가지 적용기술의 표준화가 가장 중요하다. 누구나 적용할 수 있는 공통된 기술이 되어야 서로 인터페이스하는 데 문제가 없다.”라고 이야기했다.
현재 스마트 그리드 확산사업으로 8,500억의 예산이 신청된 상태이다. 한전을 비롯하여 SK, KT, 현대, 포스코 등등 8개 컨소시엄이 지금 정부 승인이 떨어지길 기다리고 있으며, 최종 합격자가 9월에 발표될 예정이다. 지자체 별로 스마트 그리드를 적용하여 내년부터 제주에서 실증한 기술이 본격적으로 확대 적용이 된다.

▲ 운영화면 - 실시간 운영현황     ▲ 운영화면 - 층별 전력 사용량 모니터링

스마트 그리드 롤모델이 될 것

“기존에 태양광 등의 신재생발전은 이미 상당부분 시장이 형성되어 있었고 초창기이기는 하지만 건물자동화시스템(BEMS)의 사업화 모델도 꽤 추진되고 있었다. 건물의 에너지사용절감이라는 동일한 개념 하에서 스마트 그리드 기술을 적용하기는 하지만 건물의 에너지관리시스템을 개발하는 것은 차별화가 필요했다”라며, 최 팀장은 제주도에서 실증을 하기는 했지만 실제 환경에서 스마트 그리드 기술을 적용하는 것은 전례가 없었기 때문에 프로젝트를 추진함에 있어 많은 어려움이 있었다고 전했다.
하지만 수많은 시행착오를 통해 난제를 하나하나 해결하는 각고의 노력으로 성공적인 스테이션 구축을 했냈다고 자부했다. 이런 스마트 그리드 실현의 노하우가 축적되어 앞으로 확대 적용 하는데 많은 도움이 될 것으로 기대하고 있다고 덧붙여 말했다.
현재 구리남양주지사 스마트 그리드 스테이션에 많은 관련 사업자들이 끊임없이 방문하여 벤치마킹하고 있다.
최 팀장은 스마트 그리드 스테이션의 가치에 대해서 “스마트 그리드 기술의 롤모델이 되어 여러 기관들에게 많은 영감을 주고, 리스크를 줄일 수 있도록 도울 것이다”라고 전했다.

<최태일 한국전력공사 SG개발팀장>
학력
1982년  한양대학교 전기공학과 졸업(학사)
1993년  미국 펜실바니아 주립대학 전기/전자공학과 졸업(석사)
2008년  미국 펜실바니아 주립대학 전기/전자공학과 졸업(박사)
경력
1982년  한국전력공사 입사
2009년  한국전력공사 본사 SG추진실 처장, 충주지사장
2013년  한국전력공사 본사 SG&ESS처 SG개발팀장
* 주요전공분야: 스마트그리드, 연료전지, 분산전원, 인공지능, 배전자동화