전력산업의 현재와 미래, 스마트그리드

스마트그리드 비전
김 병 무 박사아시아기후변화교육센터 사무국장

현재 세계의 많은 나라들은 전력산업에 주목하고 있다. 전기제품의 다양화와 보급확대에 따라 전력수요는 꾸준하게 증가하고 있으며, 화석연료의 과다 사용으로 인한 기후변화 등의 환경문제가 발생하고 있다. 또한 전력 시스템이 체계를 갖춘 1900년대 이후 시설 및 설비의 노후화가 발생하였고, 최근에는 국제유가가 안정되어 있으나 과거의 경험을 바탕으로 에너지 위기감이 확산되는 등 여러 문제에 직면하고 있다. 이러한 상황 속에서 등장한 것이 스마트그리드(Smart Grid)이다.

전력 위기감 속에 등장한 스마트그리드

스마트그리드는 똑똑한, 영리한을 뜻하는 ‘smart’와 전력망을 뜻하는 ‘grid’의 합성어로 ‘지능형 전력망’으로 불린다. 현재 구축된 전력 시스템의 한계를 극복하고 궁극적으로 전력의 생산과 소비를 ‘스마트’하게 유지하는 것을 말한다. 스마트그리드가 기존의 전력 시스템과 구분되는 가장 큰 요소는 정보통신기술(Information and Communication Technology, ICT)의 도입이다. 기존의 전력망에 ICT를 접목하여 생산자와 소비자가 양방향으로 실시간 전력 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는 차세대 전력망이다.[1]

스마트그리드는 환경 분야에서 더욱 중요하게 다루어지고 있다. 왜냐하면 현재의 전력시스템은 사용되는 전기의 최대 소비량에 맞추어 예비전력을 확보하고 있는데, 일반적으로 예상수요보다 15% 정도 많이 생산하도록 체계가 구축되어 있다.[2]

전기의 최대 소비량을 초과하여 발생할 수 있는 대규모 정전(Blackout)상황을 대비하기 위한 것인데, 이와같이 필요이상으로 전기를 많이 생산하기 위해서는 추가 연료를 확보해야 하고, 각종 발전설비 등에 비용이 추가적으로 발생한다. 또한 버려지는 전기량이 많아 에너지 효율도 떨어지고, 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 태우는 과정에서 이산화탄소 배출도 늘어난다. 스마트그리드는 생산자와 소비자의 양방향 전력 정보의 교환으로 필요한 만큼 전기를 생산하거나 생산량에 맞춰 전기를 사용하여 에너지 효율을 향상시키고 낭비되는 에너지를 절감할 수 있다. 또한 신재생에너지에 바탕을 둔 ‘분산전원(Distributed Generation)’의 활성화를 통해 에너지의 해외 의존도를 감소시킬 수 있으며, 에너지 운송에 따른 온실가스 감소 및 기존 발전 설비에 투입되는 화석연료 사용 절감에 따른 온실가스 감소효과로 지구온난화의 대안이 되고 있다.

스마트그리드는 에너지효율에 탁월

스마트그리드의 원리는 생산자에 의해 생산된 전기가 소비자에게 일방적으로 공급되어 사용되어지는 기존의 전력시스템의 중간에 ICT가 도입되어 생산자와 소비자가 양방향으로 소통하는 것으로 간략하게 설명할 수 있다. 예를 들어, 전기료가 저렴한 시간대에 세탁기나 청소기 등을 작동시키고 전기사용 피크시간에는 모든 가전제품이 절전모드로 전환되어 전기 사용을 줄인다거나 ‘베란다 태양광’같은 미니 발전기를 통해 가정에서 생산되는 여분의 전기를 전기 공급자에게 다시 판매하는 것이다. 이러한 스마트그리드는 지능형원격검침인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI), 에너지관리시스템(Energy Management System, EMS), 에너지저장시스템(Energy Storage System, ESS), 전기차 및 충전소, 분산전원, 신재생에너지, 양방향 정보통신기술, 지능형 송ㆍ배전시스템 등으로 구성된다.

스마트 계량기라고도 불리는 AMI는 스마트미터(각 가정에서 사용하는 전력 사용량을 자동으로 검침하고, 그 정보를 통신망을 통해 전달하는 지능화된 전력량계)에서 측정한 데이터를 원격 검침기를 통해 측정하고 전력 사용 현황을 자동 분석하는 기술이다. 이를 통해 소비자에게 실시간 요금 단가와 전기사용량 등의 정보를 제공하고, 소비자의 에너지 사용패턴 등을 분석한 정보를 제공하여 효율적인 전기사용이 가능하다.

EMS는 에너지효율 향상 목표를 설정하고 이를 달성하기 위해 관리체제를 체계적이고 지속적으로 추진하는 전사적 에너지 관리 시스템이다. 공장, 건물, 가정 등에서 에너지 사용을 최적화하도록 IT소프트웨어로 관리한다. ESS는 전력 인프라를 구성하는 가장 핵심이 되는 기술로, 전기를 컨테이너 모양의 대형 배터리에 저장하여 수요와 공급을 적절히 조절해 버려지는 전기를 최소화하거나 신재생에너지로 불규칙하게 생산되는 전기의 안정적 공급을 위한 대안으로 사용된다.[3] 세계적인 자동차 회사 테슬라는 ‘파워월(Powerwall)’이라는 배터리를 출시하여 전기차 충전에 사용하거나 가정용 신재생에너지를 저장하는 용도로 사용하여 가정용 ESS의 가능성을 보여주었다.

우리나라는 2010년 1월 ‘스마트그리드 국가로드맵’을 마련하고 2030년까지 국가차원의 스마트그리드 구축계획을 비전으로 설정하였다. 그리고 “지능형전력망의 구축 및 이용촉진에 관한 법률”을 제정(2011.5)하였는데, 이 법은 세계 최초로 스마트그리드의 국가단위 구축을 위한 특별법으로서 의의를 갖는다.[4]

 우리나라의 스마트그리드 정책은 대규모 실증단지 추진을 통한 관련기술 검증과 궁극적으로는 비즈니스 모델 실증을 통해 사업화의 성공에까지 중점을 두고 진행되고 있다. 특히 2009년 12월부터 2013년 5월까지 운영하였던 ‘제주실증사업’은 이와 같은 특징을 잘 보여준다. 제주실증사업은 총 사업비 2,495억원(정부 766억원)을 투입하였으며, 12개 컨소시엄, 170개 업체가 참여하였다. 제주시 구좌읍 일대에 스마트기기와 시스템을 통합 운영하여 새로운 비즈니스 모델을 발굴하고 일부 사업화에는 성공하였다.

그러나 제주실증사업은 몇 가지의 한계를 보인다. 첫째, 실증사업의 근본적인 문제로, 제주시 구좌읍은 전형적인 농촌마을로 생활패턴이 도시지역과 다르고 제한적인 소비자의 반응으로 인해 일부 업체를 제외하고 실증된 기술을 국내에서 사업화하는데 애로사항이 발생하였다. 둘째, 실증사업에 참여하는 업체들은 기기와 기기, 시스템과 시스템이 상호 연동 할 수 있는 설계도(Architecture)를 미리 검토하지 않고 사업자별로 시스템을 구축한 결과, 상호운용성 확보에는 실증이 미비하였다. 셋째, 제도검증의 한계로서 요금현실화, 판매시장 개방 등 스마트그리드 실증을 위한 제도적 여건 조성이 선결되지 않은 상태에서 실질적 효과 도출에 한계가 있었던 것으로 보인다.[5]

이러한 상황 속에서도 제주실증사업을 통해 제주도는 스마트그리드 보급 및 정부 지원사업에서 유리한 고지에 있는 것만은 분명하다. 특히 ‘탄소없는 섬 제주 2030(Carbon Free Island Jeju by 2030)’에서도 스마트그리드 보급을 주요사업으로 추진하는 등 예산확보 및 정책 실현의지가 수반되고, 제주도민들의 정책 이해 및 자발적인 참여가 이루어진다면, 유의미한 결과를 도출할 수 있을 것이다.
‘에너지 전환’이 시대적인 흐름이 되어가고 있는 현재, 스마트그리드는 에너지 절감, 효율적인 에너지사용 및 관리, 신재생에너지를 비롯한 분산전원의 확대 등으로 환경적 관심이 증대되고 있으며, 비즈니스적 관점에서 경제적 가치가 높은 신산업 분야에 해당된다. 그러나 스마트그리드가 보급ㆍ확대되기 위해서는 법ㆍ제도의 개편, 전기요금의 현실화, 독점 기업에 의한 전력산업의 구조적인 문제 등은 개선할 필요가 있다. 우리의 멀지않은 미래, ICT의 발달로 스마트그리드가 보편화된 ‘똑똑한’ 전력 산업 서비스를 기대해본다.

[1] 지식경제부. 2010. 「스마트그리드 국가로드맵」
[2] 한국에너지공단 상상에너지공작소 블로그. “에너지지식 똑똑해지기 ㆍ스마트그리드.”
[3] 김보림. 2017. “정보통신과 전력망의 융합, 스마트그리드.” 융합연구정책센터.
[4] 이준성. 2016. “주요 선도국 스마트그리드 실증 추진전략 및 성과 비교 : 미, 일, 한 3개국 비교 중심으로.” New & Renewable Energy. 12(2).
[5] 산업통상자원부. 2013. “보도자료 - 스마트그리드 사업모델들이 새로운 서비스시장을 창출한다.”

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