스마트그리드 산업활성화를 위한 국가 R&D 추진 전략 및 방향
김대경 에너지기술평가원 PD


스마트그리드 산업활성화를 위한 국가 R&D 추진 전략 및 방향이라는 주제 하에 스마트그리드를 새로운 차원에서 정의하고 스마트그리드의 등장 배경, 그리고 앞으로의 발전 방향 및 R&D 추진 방향에 대해 살펴본다.

김혜숙 기자 (eltred@hellot.net)



이미 알고 있는 단순한 전력 인프라와 정보통신 인프라를 융합하는 개념을 벗어난 차원에서 스마트그리드를 스마트엑스(Smart X)라고 정의해 본다.
Smart X에는 스마트그리드뿐 아니라 스마트폰, 스마트카, 스마트빌딩 등 수많은 스마트엑스가 있다. 그런데 스마트그리드의 경우에는 전력 인프라와 통신 인프라가 단순하게 융합하는 것만으로는 Smart X라고 볼 수 없다. 추가적으로 X + IT, 즉 IT와 융합을 기본으로 해서 근본적인 혁신을 이루고 새로운 비즈니스를 창출하는 것이 Smart X이다.
스마트폰을 예로 들면, 과거의 폰은 단순하게 통화를 하는 폰이었다. 여기에 정보통신기술이 결합해 음성 통화뿐 아니라 수많은 비즈니스가 생겨났다. 여기서 근본적인 혁신, 바로 고정 거치식 전화기에서 모바일로 근본적인 혁신을 이루었다. 그리고 새로운 비즈니스들, 가령 영상통화나 문자, 카메라, 인터넷 등 수많은 어플리케이션들을 창출해냈다. 참고로 2012년도 말 기준으로 우리나라 스마트폰 사용자의 평균 음성통화 사용 시간은 38%다. 고유의 전화기 기능은 40% 이하인 셈이고 나머지 60%가 다른 용도로 사용된다. 이것이 가장 적합한 Smart X의 샘플이다.
스마트그리드도 마찬가지인데, 그리드는 전력 계통을 말하며 전력 계통은 발전, 송전, 배전, 수용가를 포함한 모든 것을 그리드라고 한다. 그리드의 원래 목적은 전력을 공급하는 것이지만 스마트그리드 역시 스마트폰처럼 전력 공급이라는 원래의 목적이 40% 이하가 되는 날이 꼭 온다. 그 시점이 언제가 될지는 장담할 수 없지만, 그리드가 전력을 공급하는 전력 플랫폼에서 비즈니스 플랫폼으로 바뀌는 근본적인 혁신을 이루게 된다. 그리고 그 근본적인 혁신을 바탕으로 수많은 비즈니스들, 즉 스마트홈이나 전기자동차, 머신 투 머신(MtoM), 빅데이터와 같은 새로운 산업을 만들어낸다. 이것이 스마트그리드다.




‌스마트그리드 추진 배경

그러면 세계 각국은 왜 스마트그리드를 추진하게 되었을까. Clean Energy Ministerial이라고 하는 세계 각국의 에너지를 담당하는 장관들이 모이는 청정에너지 장관회의가 있다. 회의의 초점은 바로 현 상태로 에너지를 쓰다가는 에너지가 고갈된다는 것이다. 즉 지금 상태로는 에너지의 지속 가능성을 담보할 수가 없다는 결론을 내렸다. 그렇다면 에너지의 지속 가능성을 담보하기 위해 필요한 기술이 무엇인가? 회의에서는 ▲에너지를 절약해야 한다 ▲에너지의 효율을 높여야 한다 ▲기름이 아닌 다른 대체 에너지를 사용해야 한다는 3가지를 에너지의 지속 가능성을 담보하기 위한 기본 기술로 규정했다.
그런데 대체 에너지의 경우 지금의 전력 계통에서는 무작정 그 양을 늘릴 수가 없다. 왜냐하면 지금의 전력 계통은 공급도 예측이 가능하고 수요도 예측이 가능한 시스템을 기반으로 만들어졌다. 하지만 태양광이나 풍력은 변동이 심하기 때문에 현재의 전력 계통으로는 부족하다는 판단에서 나온 것이 스마트그리드이다. 결국 스마트그리드는 에너지의 지속 가능성을 담보하기 위한 3가지 기술을 수용 가능하게 만드는 플랫폼으로서 대두됐고, 이것이 스마트그리드가 출범하게 된 배경이다.


‌스마트그리드 발전 방향

그러면 시작은 에너지의 지속 가능성을 담보하기 위한 것이었지만, 앞으로 어떻게 나아가야 할 것인가 하는 발전 방향을 살펴본다.
스마트그리드는 앞에서 말한 것처럼 40% 정도는 전력 공급을 위해서 쓰고 있다. 그러면 나머지 60%를 어디에 쓸 것인가? 가장 유망한 것이 빅데이터다. 예를 들면 스마트그리드를 구축하게 되면 약 3천만 개의 스마트미터를 설치하게 된다. 3천만 개가 약 5분 내지 15분 주기로 데이터가 들어온다고 하면 하루에 들어오는 데이터양이 엄청나다. 그것이 쌓이고 쌓여 1년이면 상상할 수 없는 방대한 양의 데이터가된다. 이 데이터를 활용해서 무엇을 어떻게 분석하고 무슨 서비스를 할 것인가를 생각하면 빅데이터 사업이 등장한다.
다음은 AMI 시스템을 구축한다는 것은 기본적으로 양방향 통신이 가능하다는 것을 전제로 한다. 그렇다고 하면 기기와 기기, 시스템과 시스템 사이에 양방향 통신이 가능해진다. 과거에는 일방적으로 오퍼레이터와 기기 간에 통신을 주고 받았지만 이제는 기기 스스로 양방향 통신을 나누면서 기기 스스로가 제어를 하고 기기 스스로가 샘플링하는 시스템이 된다. 이것이 Machine to Machine(M2M)이다.
스마트그리가 되면 분산된 자원이 방대해지고 이를 모으기 위해 클라우드 기술이 필요하게 되고 필연적으로 클라우드 사업이 발달하게 된다. 이와 같이 빅데이터나 M2M, 클라우드 같은 새로운 산업의 플랫폼으로서의 스마트그리드가 미래의 발전 방향이 아닐까.






‌R&D 추진 방향

R&D 방향을 선정하기 위해서는 글로벌 동향과 글로벌 시장 동향을 살펴봐야 한다. 스마트그리드가 처음 출범할 때는 그리드 전체를 스마트그리드로 변환하는 식의 접근을 했으나, 수용가 단위를 자생 가능한 마이크로 단위로 구축하고 마이크로 로드를 확산하면 결국 스마트그리드가 된다고 보고 미국, 유럽도 정책을 수정했다.
DOE(미국 에너지국)의 전망을 보면 배전단 이하는 모두 마이크로그리드로 구축한다는 계획이다. EU 역시 스마트홈, 스마트빌딩, 스마트팩토리와 같은 식으로 단위 유저 혹은 그룹화된 유저를 전부 마이크로 유저화하겠다는 계획이다. 한편 시장을 보면, EMS, DR, ESS, DER 등 마이크로그리드의 핵심 요소들이 전기값에 비해 굉장히 비싸다. 우리가 1kW/H당 약 100원의 전기요금을 내는데, 풍력은 1kW/H당 100원에 가깝지만 태양열 같은 경우에는 2012년도 기준으로 600원으로 경제성이 담보되지 않는다.
유일하게 경제성이 나오는 지역이 섬이다. 미국, 유럽도 스마트그리드의 핵심 기지를 섬 지역으로 잡고 있다. 섬 지역이나 후진국의 격리된 지역과 같은 오지에 전기를 공급하기 위해 송배전설비를 까는 데는 막대한 비용이 들기 때문에 마이크로그리드 기기가 들어가도 경제성이 나온다. 그래서 초기 시장은 섬 지역과 격리된 지역의 마이크로그리드를 시작으로 형성될 것이다. 결국 스마트그리드 세계 동향은 마이크로그리드가 초점이 될 것이고 그 첫 번째 시장이 섬이나 격리된 지역이 될 것이다.
그동안은 공급에 초점을 맞추어 전력분야에 연구 개발 투자를 해 송배전설비를 개선하고 운영 방법을 개선해 왔는데, 세계 동향에 맞추기 위해 향후 5년간은 마이크로그리드의 핵심이 되는 플랫폼, 마이크로그리드를 운영하기 위한 콘텐츠, 통신과 IT를 관할할 수 있는 네트워크를 중심으로 R&D를 추진할 예정이다.


‌왜 표준이 중요한가?

왜 스마트그리드 시대가 되면서 표준이 정리가 되어야 하는가. 과거의 전력산업은 철저히 후생 표준이었다. 후생 표준이란 우선 기계나 시스템을 개발하고 특허를 내고 시장이 창출됐을 때 표준을 만들었다. 그것이 지금까지 전력산업의 특징이었다. 그런데 통신산업은 표준이 만들어지지 않으면 R&D를 진행할 수가 없다. 작금의 모든 융합산업의 특징은 IT가 통신 기술과 정보기술이 융합이 되는 것은 모든 것이 R&D 이전에 표준이 성립되어야 한다는 데 있다. 이것이 선행 표준이다. 그렇기 때문에 스마트그리드를 할 때는 표준이 꼭 중요한 과제가 된다. 따라서 표준화 분야의 지속적 지원 체계 마련할 계획이다.
스마트그리드가 전체적으로는 시스템의 효율화나 에너지지속 가능성을 담보하는 부분에 초점이 맞추어져 있지만 국가별로는 조금씩 다르다. 중국 같은 경우는 전기자동차를 통해서 자동차산업에 재진입하는 데 목적이 있고, 미국은 노후된 전력망을 현대화하는 데 초점을 두고 있다. 우리도 세계 여러 나라와 협력 관계를 갖되 전략적으로 대응해야 한다.