2009년 12월 제주 실증단지 사업이 출범해 스마트 그리드(Smart Grid)에 대한 많은 관심을 불러 모았다. 같은 해 정부도 스마트 그리드 비전 발표를 통해 74조원 규모의 내수시장 창출과 연 5만개의 일자리를 만들겠다고 밝혔다. 향후 미래 성장 동력으로 평가받는 스마트 그리드에 대해 알아보겠다. 

오늘날 전 세계는 온실가스 감축을 위해 노력하고 있으며 전력난의 이유로 스마트 그리드에 주목하고 있다. 전략난의 주요 원인은 전력 냉난방의 사용 증가로 인해 높아지는 전력 수요, 원전 가동 중단으로 발생하는 전력 공급 차질 등을 꼽을 수 있다. 이 같은 전략난을 예방하기 위해 도입된 스마트 그리드는 차세대 전력망으로 기존 전기 공급구조에 정보통신 기술을 연계하여 에너지 생산과 소비를 최적화할 수 있다. 이에 따라 소비자는 경비절감이나 에너지 절약을 기대할 수 있다.
기존 전력망은 발전소에서 발전된 전기가 송전소나 변전소, 배전소 등을 통해 가정이나 사무실 등으로 송전됐다. 하지만 스마트 그리드는 발전소에서 소비자에게 단방향이었던 전력을 양방향 전력 정보 교환을 통해서 합리적인 에너지 소비로 유도할 수 있다. 특히 IT 기술을 활용하여 소비자의 전력 수요 등을 파악해 수요와 공급을 일치시킬 수 있어 전력이 필요한 곳에 효과적으로 공급할 수 있다.
스마트 그리드는 지구 온난화 방지에도 효과적이다. 현재 태양광과 풍력은 날씨에 따라 발전량이 변화하고 전압이 불안정하다는 단점이 있지만 스마트 그리드의 네트워크가 발전하면서 최적의 전송 경로를 선별해 적합한 발전소에게 안정적으로 소비자에게 전력을 공급할 수 있을 것으로 예상된다.









주요국 추진 동향
시장 조사기관인 프로스트 앤 설리반(Frost&Sullivan)에 따르면, 스마트 그리드 시장은 2011년 289억달러에서 2017년 1,252억달러로 연평균 28% 성장할 것으로 전망했다. 또한 앞으로 미국과 프랑스, 독일, 스페인, 영국, 중국, 일본, 한국, 브라질 등의 투자 정책 프레임워크가 구축된 국가에 스마트 그리드가 집중될 것으로 예상했다. 미국은 주요 스마트 그리드 투자국으로 송전선 용량의 한계와 노후화된 전력망으로 인해 스마트 그리드를 적극 도입하고 있다. 또한 스마트 그리드를 광역상황인식(Wide Area Situation Awareness)과 수요반응(Demand Response), 전력 저장장치(Electric Storage), 전기 운송수단(Electric Vehicle), AMI(Advanced Metering Infrastructure), 배전 그리드 관리(Distribution Grid Management)로 나눠 각각 세부적으로 추진 중이다. 프로스트 앤 설리반은 미국이 2020년까지 스마트 그리드 보급률 50% 달성을 목표로 연간 43~45억달러 시장 규모를 유지할 것으로 전망했다. 유럽은 스마트 미터를 2020년까지 총 가구의 80%, 2022년까지 100% 보급을 추진 중이며, 시장규모는 2011년 12.3억달러에서 2017년 66억달러로 연평균 32% 성장할 것으로 예상했다. 일본은 효율적인 에너지 사용이 강조되면서 2011년 6.3억달러에서 2017년 34.4억달러로 연평균 33% 성장할 것으로 전망되고, 중국은 2015년까지 5,000억 위안 규모의 투자가 예상되고 있다.


 

스마트 그리드 영역별 주요 기술

기술 영역	하드웨어	시스템 및 소프트웨어
광역(wide area) 모니터링 및 제어	PMU(Phasor Measurement Units), 기타 센서 장비	- SCADA(Supervisory Control and Date Acquisition) - WAMS(Wide Area Monitoring System) - WAMS(Wide Area Adaptive Protection) - WASA(Wide Area Situational Awareness)
정보통신기술(ICT) 통합	통신장비(PLC, WiMAX, LTE 등), 라우터, 교환기, 게이트웨이, 서버 등	- ERP(Enterprise Resource Planing) - CIS(Customer Information System) 등
신재생에너지 및 분산발전 통합	발전제어 장치, 저장 장치 등	- EMS(Energy Management System) - GIS(Geographic Information System) 등
송전망 고도화	초전도체, FACTS(유연송전시스템), HVDC(고압직류송전시스템) 등	- 네트워크 안정성 분석 - 자동복구시스템 등
배전망 관리	자동 리클로저, 원격제어 분산발전 및 저장, 변압기 센서, 케이블 센서 등	- DMS(Distribution Management System) - OMS(Outage Management System) - WMS(Worker Management System) 등
AMI	스마트 미터, 가정 내, 디스플레이, 서버 등	- MDMS(Meter Data Management System) - IHD 통합운영시스템 등
전기자동차 충전 인프라	충전 인프라, 배터리 인버터 등	- 에너지 빌링 - 지능형 GV2 및 V2G 소프트웨어 등
고객측 시스템	스마트 가전, 라우터, 가정 내, 디스플레이, 건물자동 화시스템 등	- 에너지 정보 대시보드 - 에너지 관리 시스템 - 에너지 관리용 애플리케이션 - Demand Response 애플리케이션 등

(출처: IEA 2001)

정부 주도하에 빠르게 추진
국내 스마트 그리드는 미국 등 해외 선진국보다 출발은 늦었지만, 정부 주도하에 빠르게 추진되고 있다. 한국은 좁은 영토의 이점으로 2030년까지 전 국토에 지능형 전력 네트워크가 도입되는 세계 최초 국가단위의 지능형 전력 네트워크 구축을 목표로 하고 있다. 또한 정부는 2030년까지 국가단위 스마트 그리드 구축을 목표로 실증단지 운용과 7대 광역별 거점도시 구축(2016) 등을 추진하고 있다.



우리나라 단계별 목표
- 2016년 : 거점도시구축(1차 기본계획)
- 2021년 : 광역단위 스마트그리드 구축(2차 기본계획)
- 2030년 : 국가단위 스마트그리드 구축

제 1차 기본계획(2012~2016)은 스마트 미터, 에너지저장장치, 전기차 충전 시설의 확충을 강조하고 있으며 제주 실증단지에서 2013년까지 총 5개 분야(스마트 전력망, 스마트 전력시장, 스마트 소비자, 스마트 운송, 스마트 신재생에너지의) 실증을 추진하고 있다. 정부는 2030년까지 2조 7,000억원을 투자해 초기 핵심기술 개발 및 신제품 시장 창출, 공공 인프라 구축을 지원하고 민간은 향후 시장 확대를 위해 24조 8,000억원을 투자할 계획이다.

5대 추진분야의 각 단계별 완료 목표
- 1단계(2010년~2012년): 실증단지 구축·운영을 통한 기술검증 완료
- 2단계(2013년~2020년): 광역 단위 확장 및 소비자 측 지능화 완료
- 3단계(2021년~2030년): 전체 전력망 지능화를 통한 국가 단위 완성







AMI, 글로벌 시장 주목
전 세계적으로 정보통신 기술통합과 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 분야 등의 일부 기술은 상용화 수준에 도달했지만 전력수요 예측이나 공급능력 산정, 전기자동차의 연계 및 통합 제어 등의 배전 시스템 분야는 개발 속도가 더딘 편이다. 또한 상당수 기술은 개발단계에 있으며 성숙된 기술도 시범 적용이 필요한 상태다.
AMI는 소비자의 전력자원 측정과 제어를 기반으로 양방향 데이터 통신을 통해 에너지 효율을 제고하고 에너지 네트워크 운영 효율성과 신뢰성을 향상시키는 기술이다. 또한 전력 공급자와 수요자의 DR 시스템 구현/운영을 위한 중요 수단으로 다양한 유형의 분산전원 체계와 배전지능화 시스템 등과의 정보 연계 등 미래 지능형 전력망 운용을 위해 구축해야 할 지능화 전력망 인프라다. 국내는 AMI를 구축하기 위한 필수요소인 PLC나 Zigbee 등의 유무선 통신기술과 스마트 미터 핵심기술을 보유해 기술선도의 이점이 있다. 또한 전자식 전력량계의 국제 표준(IEC 62056) 도입을 완료했고 BPL과 WiMAX 등 통신 부분의 국제 표준을 주도하고 있다. 하지만 소비자 DR과 관련한 기술 및 인프라가 부족한 실정이며, AMI를 수용할 요금제도가 없어 시장이 형성되지 않고 있다. 특히 낮은 전력요금 체계로 수요가 낮다는 단점이 있다. 업계 관계자는 “국내에서 AMI의 본격적인 확산은 이뤄지지 않았지만 해외로 시선을 돌리면 다양한 기회를 잡을 수 있다”며 “북미는 노후화된 전력설비와 AMI 전격 실시에 따른 수요 증가, 전 세계적인 CO2 절감 정책의 활성화 등을 미뤄보아 앞으로 더 많은 기회가 발생할 것이다”고 말했다. 이밖에도 각 표준화 단체는 기준 정립을 위한 단계로 국내 기업의 표준화 활동이 가능하다는 장점도 있다.



다양한 요금제 필요
AMI는 기술적 측면에서 CPP
(Critical Peak Pricing)와 RTP(Real time Pricing), ToU(Time of Usage) 등의 단계별 다양한 요금제 도입이 필요하다. 또한 상용화된 AMI 아키텍처 및 요소기술의 벤치마킹을 통해 국내 AMI 기술 장애요소를 해결해야 한다. 업계 관계자는 “산업 및 정책적 측면에서 단기적으로는 AMI를 견인할 스마트 미터 부문에 시장기회가 있으며, 중장기적인 관점에서 다양한 융합 서비스 시스템을 제공하기 위한 소프트웨어 및 서비스 시장에 주목할 필요가 있다”면서 “스마트 미터 및 관련 네트워크, 시스템을 통합한 통합 패키지 형태의 해외 사업 마케팅 추진과 동시에 해외 진출을 위한 AMI 아키텍처 적용과 비즈니스 모델을 확보해야 한다”고 말했다. 그는 “특히 개발되는 기술과 제품, 서비스 등의 다양한 시스템별, 국가별, 스마트 그리드 환경에서 적용할 수 있는 상호운용성 표준 확보가 시급한 상태”라고 지적했다. 아직 국내 스마트 그리드 사업에 활용되는 통신 주파수는 공용 고주파로 타용도 무선 통신과 간섭 발생에 따른 효율성 및 경제성이 저조하다.

그 외 기술들
EMS(Energy Management System)는 전력계통을 운영하는 에너지 관리 시스템으로 현재 중앙 집중형으로 운영되는 전력망을 스마트 그리드에서 마이크로 그리드 및 스마트 기기의 확산을 전제로 이뤄진다. 따라서 로컬 단위의 정보를 관할/유지할 수 있는 분산형 EMS에 대한 시장 수요가 더욱 높아질 전망이다. DAS(Distribution Automation System)는 광범위한 배전 설비를 컴퓨터 시스템을 이용해 배전 사령실에서 원격 감시/제어하며 선로 고장 구간 파악이나 최적 계통 전환 등의 배전계통 운용업무를 현대화하는 설비를 의미한다. 이밖에도 SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition)는 송전 및 변전설비의 감시제어를 담당하는 변전 감시제어 시스템으로 변전소 내 전력 운전 상태의 감시 및 제어 기능을 수행함으로써 설비 운영에 대한 신뢰성과 안정성을 제고할 수 있다. 또한 실시간 현장 데이터를 수집해 처리/분석으로 변전소 내의 설비 운영에 대한 관리 최적화를 지원한다.

정부 주도하에 관련 산업 육성
국내 스마트 그리드 사업은 전력분야에 IT를 정책적으로 도입하려는 고민에서부터 시작됐다. 전력산업 구조개편으로 전력기반 시스템 운용이 복잡해지고 개방성이 필요해짐에 따라 이를 운용할 수 있는 비즈니스 모델이 필요했기 때문이다.
제주 실증단지의 배경은 이렇다. 2005년 전력 IT 종합대책으로 정부주도의 대규모 기술개발사업이 추진됐다. 이때는 중전기업체와 전기공학계가 기술개발을 주도했다. 하지만 기술개발과 보급이 분리되어 난관에 봉착하고 만다. 이에 정부는 제주 실증단지를 개방하는 방향으로 선회한다. 따라서 제주 실증단지는 지식경제부(現 산업통산사업부) 주도 하에 2009년 12월 IT겳〕恪?등 5분야에 총 2,495
(정부 766억원/민간 1,729억원)억원이 투입되는 대규모 사업으로 거듭났다. 제주 실증단지는 제주도 동북구 구좌읍의 약 6천 가구를 대상으로 2011년 5월에 1단계 인프라 구축이 완료됐으며 2013년 5월 통합 운영하는 확장단계(2011.06 ~ 2013.05)에 있다. 이 사업은 전력과 통신, 자동차, 가전 등 스마트 그리드 관련 기업으로 구성된 12개의 컨소시엄(170社)이 참여하고 있다.



보급ㆍ수요관리가 관건
제주 실증단지는 세계 최대ㆍ최첨단 스마트 그리드 실증단지를 조기에 구축해 관련 기술의 상용화 및 수출 산업화를 촉진하기 위해 만들어졌으나 파급 효과는 아직 미비하다. 관련 업계는 정부가 내놓은 2030년 110조원 이상의 스마트 그리드 시장 창출 효과에 의구심을 드러내며 투자를 꺼리고 있다. 또한 수요거래가 아닌 공급위주의 전력시장이 여전히 견고해 중장기적으로 투자를 이끌만한 요인이 없다. 특히 전력 요금 문제나 아날로그 기반의 전력기술혁신 등의 구조적인 문제로 오랜 시간이 걸릴 것이란 우려가 많다.
제주 실증단지의 실증이란 단어와 맞닿아 생각하면 긍정적인 요소도 많다. 전력 시스템과 전력거래 시장에 대한 이해를 높이고 전력 부문에 대한 융합과 개방의 불가피성을 상기시킨 것은 조기의 성과라고 볼 수 있다.
오히려 정부가 주도한 스마트 그리드 사업의 성공여부는 보급과 수요관리제도에 달려있다. 정부가 발표한 보급 계획에는 2016년까지 5년 간 스마트 그리드 기기 보급과 지능형 수요관리 시장운영, 서비스 사업 육성 등을 골자로 한다. 현재 정부는 스마트 그리그 초기 시장 창출을 위한 핵심기기 보급에 주력할 계획이다. 따라서 스마트 그리드 핵심 전략과제를 통해 오는 2020년까지 AMI 100% 보급과 통신망 91% 자가망 구축, 2030년까지 송배전 손실율 1%로 감소, 피크 수요 6% 감소, 신재생에너지 비율 11%로 증가, 호당 정전시간 9분으로 단축, RTP 전면확대, 전기차 598만대, 전기주택 100만호 보급이 가능하다.
또한 제주 실증단지 운영 결과에 따라 다양한 차등요금제도 단계적으로 도입할 계획이다. 이밖에도 실시간 요금제 운영기술을 확보하고 차등요금제와 피크요금제를 실시해 소비자의 선택권을 강화할 예정이다.
정부의 스마트 그리드 정책 추진 의지도 강하다. ‘2012년도 전력산업기반조성사업 시행계획’을 살펴보면 스마트 그리드 기술개발 사업에 약 679억원을 투자하고 보급지원 사업에 36억원을 지원키로 했다. 이 같은 정부의 움직임은 스마트 그리드 시장의 파급력이 높다는 것을 반증한다. 정부는  스마트 그리드 구축을 통해 2030년까지 총 2억3,000만 톤의 온실가스 감축을 실현하고 연간 5만개의 일자리 창출, 74조원 내수창출이 가능할 것으로 전망하고 있다.  ES
 

한전, 중장기 AMI 구축계획 수립 8년간 1조 7천억 투자 한국전력은 중장기 지능형 AMI(전력계량인프라) 구축계획을 수립하고 2016년까지 1,000만호, 2020년까지 전 고객(2,194만호)을 대상으로 향후 8년간 1조 7천억원을 투자해 AMI 보급을 완료할 예정이다. 이에 따라 지난 2월 스마트그리드 사업처 내에 AMI 전담인력(부장 1명, 차장 4명, 직원 1명)을 배치하여 계기겾戮흟검침 등 각 부서에서 수행 중인 업무의 Control tower 역할을 수행하며 정부의 스마트그리드 기본계획 목표의 적기 달성은 물론 중소기업과의 동반성장도 도모할 예정이다. 한전은 2013년 전국적으로 200만호를 대상으로 AMI 보급에 착수하고 매년 250만대 규모씩 보급하여 2020년까지 완료할 계획이다. 이번 보급사업은 ‘12년 7월 수립된 정부의 지능형전력망 제1차 기본계획을 고려해 2030년까지 스마트 그리드를 전국에 확대하려는 계획과 추진방향을 일원화했다는 점에서 의미가 크다. 특히 AMI 사업은 국내 우수한 IT 기술을 기반으로 전력피크 시 요금정보 등을 소비자에게 제공해 최대수요 저감효과를 얻을 수 있어 전력수급 비상시 능동적인 대처가 가능하다. 한편 한전은 AMI 사업의 시행착오를 줄이고 제주 스마트그리드 실증단지에 참여한 중소기업의 기술을 최대한 활용할 예정이며, 향후 지능형 전력계량 인프라(AMI)와 스마트그리드 사업을 연계해 전국적인 전력사용량 절감과 CO2 감축, 전력설비운영 효율향상, 스마트 그리드 수출상품화에도 기여할 것으로 기대하고 있다.