스마트 그리드, 그린 에너지 시스템의 선두에 서다

  최근 에너지 위기 시대에서 ‘스마트 그리드’가 주목을 받고 있다. 스마트 그리드는 기존의 단방향 전력망에 정보기술을 접목하 여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화하는‘지능형 전력망’을 가리킨다. 이는 발전소와 송전·배전 시설, 전력 소비자를 정보통신망으로 연결하고 양방향으로 정보를 공유해 전력시스템 전체가 한 몸처럼 효율적으로 작동하는 것이 기본 개념이다. 스마트 그리드는‘세상을 바꾸는 7대 전환적 기술’로 선정되었으며 우리나라는 이 기술의 개발선도국으로 선정됐다. 또한 국제 에너지 기구(IEA)는 2030년까지 스마트그리드 관련 시장에서 전 세계적으로 최소 약 3조 달러가 창출될 전망이라고 밝히기도 했다. 이에 본지에서는 에너지 위기 시대에서 신재생 에너지 개발과는 또 다른 대응책이라 할 수 있는 차세대 지능형 에너지 공급 시스템인 스마트 그리드에 대해 살펴보고 그 효용성을 조명하고자 한다.

에너지 위기 시대

  석유와 석탄으로 대표되는 화석 연료는 오래 전부터 우리 인류에게 주요 에너지 자원으로 사용되어 왔다. 그러나 화석 연료는 유한한 자원이기 때문에 높은 수요를 감당하기 위해 지금과 같이 사용한다면 고갈 시기는 점점 앞당겨질 것이다.

  영국의 석유화학 전문회사인 BP(British Petroleum)는 지금과 같은 수요가 발생한다면 석유는 40년, 석탄은 1백30년, 천연가 스는 60년 후 고갈된다고 예측한다. 특히 석유는 전세계 에너지의 약 35%를 공급하는 가장 중요한 에너지원이기 때문에, 석유가 부족해지면 1973년과 1978년에 발생한 1차, 2차 오일쇼크와 같은 분쟁이 발생할 가능성이 높다. 우리나라는 약 60%의 에너지를 석유로부터 얻기 때문에, 오일쇼크와 같은 일이 재발생하면 큰 경제적 타격을 입게 된다. 이에 많은 에너지공급에 의존하고 있 는 현실태에서 고갈이 없으며 후손에게 물려줄 수 있는 안정적인 에너지 자원 확보가 중요시되고 있다.

제5의 에너지, 에너지 절약

  2010년 초 미국 타임지는 불·석유·원자력·신재생 에너지에 이어 ‘에너지 절약’을 ‘제 5의 에너지’로 발표했다. 에너지 절약은 에너지 개발보다 더욱 중요하며, 신재생 에너지 개발의 한계를 극복할 수 있는 새 에너지 패러다임의 한 축으로 작용하고 있다. 이러한 에너지 절약에서 선두적인 역할을 하고 있는 것이 바로 ‘스마트 그리 드(smart grid)’이다. 에너지 확보의 위기와 지구온난화라는 인류 중대 문제를 해결할 수 있는 에너지 절약형 전력망으로 스마트 그리드가 주목을 받고 있는 것이다.

에너지 녹색 혁명, 스마트 그리드

  스마트 그리드는 지능형 전력망이라는 뜻으로 차세대 전력망 기반의 개방형 시스템 네트워크 기술이라고 할 수 있다. 여기서 전력망이란 발전, 송전, 배전, 소비에 이르기까지 전력을 실어 나르는 모든 설비 및 기기를 의미한다. 그린 ICT(Information & Communication Technology)를 기반으로 이산화탄소 배출을 절감하고, 에너지 효율 성능을 향상시키기 위한 것으로 기존 전력망에 IT를 접목하여 전력 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화한다는 것이 기본적인 원리이다. 이를 통해 전력 시스템을 보다 안전하게 운영하고, 더욱 많은 신재생 에너지를 수용할 수 있으며, 합리적인 수요반응을 유도해 전력의 공급과 소비가 보다 효율적으로 이뤄지게 한다.

  또한 스마트 그리드는 자체의 고도화된 제어기술과 통신기술을 통해 신재생 에너지원과 분산에너지 자원과의 통합을 촉진시킨다.

  이러한 스마트 그리드는 크게 발전·송배전·수요처에 이르는 물리적 설비층과 전력 수급 주체 간 정보 교환을 가능하게 하는 통 신층, 그리고 응용 서비스를 구현하는 정보 기술층 등 3개의 층으로 나눠진다. 

  스마트 그리드의 기술영역은 크게 5가지로 나뉘는데, 첫 번째가 ▲발전과 송전의 광범위한 영역에서 전력시스템 상태와 성능 을 실시간으로 감시하고 제어하는 ‘광역 감시 및 제어기술’이며, 두 번째로 ▲전력망의 효율적인 운영과 관리를 위해 통신네트 워크 및 관련 장비, 컴퓨팅 시스템 제어 소프트웨어 등을 활용하는‘정보통신기술’ 이다. 그 외에 ▲‘신재생에너지 및 분산발 전 연계 기술’과 ▲송전 효율성을 향상시키고 추가 투자규모를 축소할 수 있는 ‘송전망 고도화 기술’, ▲감지 및 자동화를 통해 정전 복구시간을 축소시키고 전압 유지 기능을 향상시키는‘배전망 관리기술’ 등이 있다.

  스마트 그리드는 신재생 에너지, 에너지 효율, 전기자동차 등과 연계되어 녹색 기술에서 없어서는 안 될 산업의 인프라로서 자 리 잡아가고 있다. 하지만 현재까지 스마트 그리드는 소비자들로부터 큰 환영을 받지 못하고 있다. 많은 기업들이 전력사업자와 제휴하여 비즈니스 모델을 제시하고 있지만, 여전히 자동화 장비에 들어가는 비용과 설치비용이 높아 소비자에게 확산되지 못하 고 있기 때문이다.

  그럼에도 스마트 그리드의 미래 효용성 만큼은 주목할 만하다. 스마트 그리드를 구축할 경우 정전이 줄고, 전력 전달 및 품질의 신뢰성 향상이 기대됨은 물론, 에너지 손실 감소와 최대 전력 수요관리 능력 향상으로 신규 발전소 건설 필요성이 줄어들게 된다. 또한 발전소 수를 줄이게 되면 온실 가스 배출량 역시 줄일 수 있게 된다. 또한 전력산업과 IT산업에서 새로운 성장 동력이 되어 많은 일자리를 창출할 수 있다. 마지막으로 디지털 사회가 필요로 하는 고품질의 전력을 안정적으로 공급할 수 있다는 것에 기대효과가 있다.

  이처럼 많은 장점을 지니고 있어 전 세계적으로 스마트 그리드를 차세대 전력망으로 구축하기 위한 사업을 추진하고 있다. 미국 에너지부(DOE)는 지난 2009년 10월에 경기 부양 예산에서 34억 달러를 1백여 개의 스마트 그리드 프로젝트에 지원한다고 발표했으며, 영국은 2020년 말까지 모든 가정과 대부분의 중소기업에 전기와 가스사용량을 정확하게 알 수 있는 스마트미터기를 도입하기로 협의한 바 있다. 또한 덴마크는 과거 20년간 지능형 전력망을 구축해 신재생 에너지의 비중을 26%까지 확대하고 있다. 이처럼 국가별로 처한 환경에 따라 스마트 그리드가 다양하게 전개되고 있다.

우리나라의 스마트 그리드

  우리나라도 지난 2004년부터 산학연구기관과 전문가들을 통하여 기초기술을 개발해왔으며, 2008년에는 그린에너지산업 발전전략의 과제로 스마트 그리드를 선정하고 법적·제도적 기반을 마련하기 위하여 지능형전력망구축위원회를 신설했다.

  2009년 6월에는 가전제품과 네트워킹을 통해 전력사용을 최적화하고 소비자에게 실시간 전기요금 정보를 제공하는 전력관리 장치 ‘스마트 미터(Smart Meter)’와 전기자동차 충전 인프라, 분산형 전원, 실시간 전기요금제, 전력망의 자기치유기능, 신재생에너지 제어 기능, 직류 전원 공급, 전력 품질 선택 등을 필수요소로 하는‘한국형 스마트 그리드 비전’을 발표했다. 한편 2011년 5월에는 제주 특별자치도에 민·관이 공동 투자하여 우리나라 최초 스마트 그리드 실증단지가 건설됐다.

  또한 지식경제부는 2011년부터 시범도시를 중심으로 대규모 보급을 시작하며, 2020년까지 소비자측 지능화를, 2030년까지 전 체 전력망 지능화를 완료할 계획이라고 밝혔다.

<참고문헌>

디에스피연구소, 『차세대 지능형 전력망 스마트그리드 동 향 및 전망』, 디에스피연구소, 2013

정찬수, 『전력, 왜 지능망인가?』, 퍼스트북, 2014

최동배, 『알기 쉬운 스마트 그리드』, 인포더북스, 201

김건회 기자 <ghfl5634@kangwon.ac.kr>