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주간기술동향 통권 1426호 2009. 12. 9.
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스마트 그리드 추진 동향 및 구현 방안
1. 서론
우리가 주 에너지원으로 쓰는 원유, 석탄 등 화석연료는 한정되어 있다. 미국을 비롯한 선진
국의 전력 설비는 노후화 되어가고 있으며, 화석에너지를 사용하는 전력의 생산에 따르는 탄소
배출은 전 세계적으로 점차 줄여야 하는 현실에 직면하고 있다. 그러나 분명한 것은 전력소비는
꾸준히 증가하고 있어, 전 세계 전력수요는 2020년까지 약 70% 이상 증가할 것으로 전망되어,
2030 년에는 현재의 2 배 수준으로(2004 년 14,376TWh→2030 년 28,093TWh) 증가가 예상
되고 있다. 또한 전력설비 및 전력기기 신규투자 및 노후설비 교체 시장은 지속적으로 확대되어
신흥 경제국가들의 대폭적 신규투자(중국 연평균 12% 이상 증가)가 예상되고 있으며, 미국의
경우 1950~1970 년대의 노후 전력설비 교체 주기가 도래하고 있어 2030 년에는 전세계 전력
시장은 약 10조 달러(Electricity Market Outlook/IEA WEO 2006) 규모로 증가 할 것으로 예
측되고 있다. 이러한 시대적 변화의 시점에서 이를 선점하기 위한 새로운 방법으로 추진되는 스
마트 그리드에 관해 논하고자 한다.
스마트 그리드는 산업화 시대에 설치된 발전, 송변전, 배전 설비를 IT와 융합시켜 전력시스
템을 고도화하여 고장을 최소화하고, 신재생에너지원과의 전력계통 접속을 용이하게 하여 CO2
배출 감축과 전력계통 운전 효율을 향상시킬 수 있는 지능형 전력계통망이다. 즉, 전력기술과
18IT 기획시리즈 스마트 그리드 ⑤
* 본 내용과 관련된 사항은 한전KDN㈜ 전력IT연구원 그룹장 유남철 그룹장(☎ 031-420-0760)에게 문의하시기 바
랍니다.
** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 NIPA의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.
1. 서론
2. 스마트 그리드 개요
3. 국내외 스마트 그리드 개발 현황
4. 한국형 스마트 그리드 구현 방안
5. 결 론
유남철
한전KDN㈜ 전력 IT연구원 그룹장
이주연
한전KDN㈜ 영업 IT사업처 처장
오길환
스마트그리드사업단 국내보급팀 팀장
IT 기획시리즈 – 스마트 그리드 ⑤
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IT 기술을 융복합하여 고품질의 안정적인 전력 공급 및 전력서비스를 가능하게 하는 차세대 전
력 인프라 기술 즉, 에너지 인터넷이라고 할 수 있다. 이에 본 고에서는 한국형 스마트 그리드
구축에 대한 추진 동향을 살펴보고 스마트 그리드 구축을 통한 전력 시장에서의 비즈니스 모델
및 편익에 대하여 언급하고자 한다.
2. 스마트 그리드 개요
가. 개념적 정의
스마트 그리드란 기존 전력설비 인프라(Electric Power Infrastructure)에 정보통신망
(Information Infrastructure)과 정보기술(Information Technology)을 접목하여 실시간으로 전
력시스템을 감시ㆍ진단할 수 있는 차세대 지능형 전력망을 의미한다. 즉 정보통신기술을 발전,
송변전, 배전 등 전력계통 전반에 유기적으로 접목함으로써 전력계통에서 발생되는 모든 이벤트
정보를 실시간으로 교환하여 전력의 공급과 수요를 적절하게 예측ㆍ관리하여 부하균등화를 가
능하게 할 수 있도록 전력망을 지능화하는 것을 말한다. 다시 말해 스마트 그리드는 전력공급자
와 전력소비자가 양방향으로 정보를 교환해 효율적인 에너지 사용을 도모하는 것이다.
나. 스마트 그리드의 필요성
전기는 다른 유형의 제품과 달리 생산과 동시에 소비가 되는 특성 때문에 생산량과 소비량에
<자료>: EPRI
(그림 1) 스마트 그리드 개념
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대한 정보를 실시간으로 감시, 진단, 제어할 수 있는 기술은 매우 중요하다. 스마트 그리드가 구
축되지 않은 현재는 한 달이 지난 후에 전기 사용량을 확인할 수 있지만 IT 가 접목된 스마트
그리드가 구축되면 실시간으로 전기사용량과 요금을 알 수 있고 소비자는 시간대별 차등요금을
적절히 선택할 수 있어 선택의 폭이 그만큼 넓어질 수 있다. 이는 곧 전기사용의 주체인 소비자
가 전력 소비 패턴을 적절히 바꿀 수 있어 전기요금을 절약할 수 있다. 또한 공급자는 최대 전력
(Peak) 부하를 능동적으로 조절할 수 있어 효율적인 발전설비 운영이 가능할 뿐 아니라 CO2 배
출량을 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 전력설비 유지보수 측면에서도 실시간으로 이상 유무를
감시 진단할 수 있어 정전 및 안전사고 예방에도 효과적이다.
다. 스마트 그리드 구축 효과
세계적인 스마트 그리드 추진상황을 살펴보면 신재생에너지 도입과 함께 스마트 그리드 기
술 개발이 활발하다. 유럽연합과 미국, 호주, 일본 등 8 개국에서는 지능형 전력망 개발을 국가
전략과제로 정하고 기술 개발과 실증단지 구축 사업을 적극 추진 중이다. 우리나라는 국가 핵심
과제로 발표한 ‘저탄소 녹색성장’과 함께 ‘녹색전력IT’가 부각되고 있지만 전력산업 분야에서는
이전부터 기술 개발이 착실히 진행되어 왔다. 스마트 그리드가 구현되면 전력의 효율적 사용은
물론, 신재생발전원을 전력망에 연계함으로써 CO2 배출량을 획기적으로 줄일 수 있다. 스마트
그리드의 단말 역할을 할 스마트미터는 사용자의 전력사용 형태를 최적화하며 전력사용량의 절
감을 유도하게 될 것이고 수용가가 보유한 모든 전자제품의 전력사용 현황을 취합하여 표시할
수 있는 기능을 구현할 수 있다. 스마트 미터를 이용한 실시간 변동 전기요금제 도입 시 총 전력
수요와 분산되어 원자력 발전 위주의 경제적인 발전원 구성이 가능하여 화석연료의 절감이 그만
큼 줄어들 수 있다. 예를 들어 전기자동차 충전시(plug-in) 전기요금이 저가일 때는 쾌속충전,
고가일 때는 저속 충전하도록 설정하여 총 전력수요가 분산되는 효과를 가져올 수 있다. 또한
신재생발전원(풍력, 태양광 등)의 단점인 단속적인(Intermittent) 전력생산으로 인한 전력계통 안
정화를 꾀하면서 기존 전력망에 안정적으로 연계하기 위해서는 전력망의 지능화가 필요하다. 이
러한 지능화 매케니즘은 바람의 세기에 따라 풍력발전기의 출력이 가변적인 불안정성을 중앙 콘
트롤타워에서 자동감지 한 후 인근 화력발전소에 발전출력 증감을 지시하여 총 전력공급량을 일
정하게 유지시킬 수 있다. 또한 전력망의 자기치유(Self-healing) 기술로 무정전ㆍ고품질 전력
서비스 제공이 가능하다. 미국의 경우 지능망 구축에 따른 경제적 편익을 6,380~8,020억 달러
로 추정(투입 비용은 20년간 약 1,650억 달러로 가정)하고 있다.
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3. 국내외 스마트 그리드 개발 현황
가. 미국
미국은 지난 부시대통령 재임시절 IntelliGrid 프로젝트를 기획하여 2001 부터 2030 년까지
전력시스템 고도화 계획을 추진하고 있다. 주요 참여기관은 미국의 EPRI, EDF(프랑스),
HITACHI, GE 및 미국 주요 전력회사 등이고, 특징은 전력설비와 통신기술이 결합된 새로운 전
력시스템을 개발한다는 목표로 스마트 그리드에 대한 국가 정책사업 지원방안이 2007 년 미국
의회에서 승인되었다. 이 프로젝트에는 국가의 송전망 및 배전망의 현대화, 수용가 전력사용 효
율화 등을 지원하는 것을 포함하고 있다. 그 이후 미국의 엑셀에너지 회사는 플로리다 볼더시에
Smart Grid City 구축을 위하여 5만 가구를 대상으로 스마트 미터기를 설치하고 스마트 그리드
기술을 검증하는 프로젝트를 진행중이다.
나. 유럽
유럽은 살기 좋은 사회를 만들기 위한 프레임워크 7차 계획을 수립하고 스마트 그리드 시스
템을 개발 중에 있다. 프로젝트명은 European Smart Grids Technology Platform으로 2006년
에 착수하여 2020년 완성을 목표로 하고 있다. 참여기관은 ABB, SIEMENS, Shell, BP 등 유럽
계 다국적 기업을 중심으로 많은 회사가 참여중에 있고, 주요 특징은 EU정부 주도로 대체 에너
지 사용 및 국가간 전력거래 활성화를 목표로 하고 있다.
<자료>: 미국 Exel Energy Co. Ltd.
(그림2) 미국 Smart Grid City 구축 프로젝트
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다. 일본
일본은 국가 차원의 신재생에너지 자원을 수용할 수 있는 마이크로 그리드 개념의 신전력 인
프라 개발 및 시범단지를 구축하여 개발 기술의 상용화를 촉진하고 있다. 프로젝트명은 TIPS
(Triple I(Intelligent, Interactive and Integrate) Power System)로 참여기관은 CRIEPI(일본의
중앙전력연구소)를 중심으로 일본 주요 전력회사들이 참여하고 있고, 주요 특징은 신재생에너지
자원의 연계를 위한 분산전원운영 관련 연구 개발을 활발히 진행중에 있다.
주요 국가별 정책은 <표 1>과 같다.
<자료>: Wind Power was Installed in the EU by 2008.
(그림 3) 유럽의 풍력발전 현황
(그림4) 일본 마이크로 그리드 분산전원 실증 현황
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<표 1> 주요 국가 스마트 그리드 정책 비교
구분 미국 유럽 일본
추진 목적 전력시스템 고도화 (노후설비 교체)
분산전원수용 (에너지 효율화)
신재생에너지 확대 (혁신적 에너지 운용)
송배전설비 현대화 신재생에너지 보급 확대 온난화 대응 추진 방향
에너지 효율 향상(피크 억제) 국가간 망 연계 산업 경쟁력 강화
설비 노후화→대규모 정전 경험 신재생에너지원 지속적 증가 CO2 감축 및 신재생에너지원 확대 주요 환경적 요인 전력수요 증가, 설비신설 곤란 EU 중심의 전력망 연계 핵심기술 선점을 통한 경쟁력 제고
4. 한국형 스마트 그리드 구현 방안
스마트 그리드 기술의 목표는 에너지 및 환경 위기에 대응하고 지식기반 사회를 견인하기 위
하여, 전력산업에 IT 를 접목하여 전력 에너지 시큐리티 확보, 유비쿼터스 에너지 서비스 제공
및 전력IT 산업을 주요 수출산업으로 성장 발전시키는 것이다.
가. 성공적 구현을 위한 요소기술
한국형 스마트 그리드를 성공적으로 구축하기 위해서는 핵심기술들에 대한 기술력 확보가
무엇보다 중요하다. 핵심기술들로는 스마트 그리드 아키텍처 개발, Smart EMS/SCADA/DMS
운영기술, 전력 그리드 재난예방 대응 기술 및 광역정전 예방 및 복구 기술, 사이버 보안 및 전
(그림 5) Smart Grid Technical Vision
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력 그리드 테러 방지 대책 등을 들 수 있다. 또한 신재생에너지 및 분산전원 관리를 위하여 차세
대 마이크로 그리드 및 분산전원 최적 운용 기술을 우선적으로 실증하여 양방향 전력계통 조류
및 고장구간 판단 등에 반영되어야 한다. 전력기기 측면에서는 스마트 전력설비 및 기기 확보를
위한 스마트 개폐장치, Smart FACTS, HVDC 기기, 스마트 수용가 기기 등이 필요하며, 수용가
의 수요관리를 위한 수요반응(DR) 서비스 및 실시간 전력거래 기술 구현을 위해 AMI, DR,
CPP/ RTP 기술 등이 반드시 준비되어야 한다. 그리고 화석연료 대체를 위해 전기자동차 운영
을 위한 PHEV 개발 등 교통시스템의 계통연계 기술이 필요하다.
나. 스마트 그리드 실증단지 구축 및 기술검증 체계
스마트 그리드 기술 검증을 위해 지식경제부는 스마트 그리드 통합실증단지 부지로 제주도
구좌읍을 선정하였다. 제주 구좌읍은 에너지기술연구원 산하 신재생 에너지연구센터와 월정풍력,
행원풍력 단지 등이 있는 제주도 신재생 에너지의 중심지역이라 할 수 있다. 이곳에서 스마트
그리드 실증사업을 전개할 경우 시너지 효과를 볼 수 있다는 게 정부의 판단이다.
제주 스마트 그리드 실증단지는 지식경제부가 세계 최초 국가단위의 지능형 전력망 구축을
발표하면서 전력산업계의 최대 이슈로 떠올랐다. 이후 지능형 전력망 로드맵 수립 추진위원가
출범하였고, 스마트 그리드협회가 설립되었다. 스마트 그리드를 가시화시키는 첫 번째 작업은
스마트 그리드 로드맵의 수립이다. 현재 전반적인 로드맵 수립 일정이 조금씩 지연되면서 로드
맵 작업 공청회가 11 월 17 일 교육문화회관에 개최되었고 최종 발표는12 월로 예상된다. 스마
<자료>: 지식경제부
(그림 6) 제주 스마트 그리드 실증단지 운영 모델
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트 그리드 실증사업을 구체적으로 시행할 분야별 컨소시엄 선정작업도 11월에 마무리되었다.
에너지기술평가원은 11 월 20 일 제주 실증단지 3 개 부문인 Smart Place(에너지 효율적
이용기반), Smart Transportation(전기차 확대 기반), Smart Renewable(청정에너지 안정 운영
기반)에 대한 사업제안서를 평가하여 부문별로 3개, 3개, 2개의 컨소시엄을 선정하였다. 나머지
Smart Power Grid(지능형 전력망 인프라)는 한전이, Smart Electricity Service(신전력 서비스
제공)는 한전과 전력거래소가 각각 역할을 담당한다.
다. 스마트 그리드 분야별 추진 내용
(1) Smart Power Grid
Smart Power Grid 는 제주 스마트 그리드 실증단지 3개 분야의 기반이 되는 지능형 전력
망을 의미하는 것으로 양방향 전력전송, 고장 조기발견 및 자동 고장복구가, 각종 첨단 가전기기
와 통신하면서 전력수요를 제어하는 수준까지 지능화할 수 있다. KEPCO 주도로 실증시험이 진
행될 것이며 KEPCO 는 전력계통운영 고도화ㆍ효율화 목적의 송변전, 배전 지능화 등 전력 IT
기술을 활용한 친환경 가치제공과 관련해 지난 2005년부터 정부가 추진하는 전력IT 국책과제
가운데 15 개 세부과제에 주요 사업자로 참여하면서 전력 IT 와 지능형 전력망 구축에 필요한
기술력과 경험을 고루 확보하였다. 스마트 그리드 실증단지의 Smart Power Grid 가 구축되면
효율적인 전력사용이 유도되고 신재생에너지, 전기자동차 등의 도입이 활성화됨으로써 보다 똑
똑한 전력사용 환경이 조성될 것으로 전망된다.
<자료>: 지식경제부
(그림 7) 한국형 스마트 그리드 구현 모델
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(2) Smart Place
Smart Place는 스마트 홈, 스마트 빌딩 등 미래의 에너지 사용공간을 의미하며 가정과 업무
공간에서는 스마트 계량기 사용이 일상화 되어 전기요금이 비싼 시간대의 전력사용을 저렴한 시
간대로 자동 유도하여 소비자의 불편이 없으면서도 전기요금을 절감할 수 있다. 주요 구축 내용
은 AMI를 통한 실시간 전력 사용량 및 가격 정보 기반 구현이 가능하며, 소비자 중심의 수요반
응(DR) 및 실시간 요금제(DP) 기반 서비스를 제공할 수 있다. 신재생발전원, 소규모 저장장치,
지능형 가전기기, 전기자동차와 연계한 스마트 홈, 빌딩, 공장 등에 비즈니스 모델 적용이 가능
할 것이다.
(3) Smart Transportation
Smart Transportation 은 내연기관이 아닌 전기 모터로 구동되는 전기 운송 수단과 관련한
인프라를 구축하고 실증하는 것을 말한다. 거리에서는 전기자동차가 운행할 수 있도록 전기충전
소, 배터리 교환소 등을 설치하고, 가정에서도 전기자동차를 충전할 수 있는 충전설비를 구축하
는 것이다. 주요 내용은 전기차 운영 기반환경 하에 다양한 충전 방식 인프라 구축을 통한 급속
완속충전, 배터리 임대 등 서비스를 제공 한다.
(4) Smart Renewable
Smart Renewable 은 풍력 및 태양광 등 신재생 에너지 발전원을 중심으로 하는 저장장치,
전력보상장치, 전력변환장치 등의 분산 에너지 자원을 말하는 것으로 풍력, 태양광, 소수력 발전
등이 보다 안정적으로 사용되고, 남는 전력이 전력망을 통해 다른 지역으로 전송될 수 있는 시
스템도 기술적, 경제적으로 분석 및 평가할 예정이다. 주요 내용은 신재생발전원과 전력저장장
치 및 전력변환장치간 협조 운영 체계 구축 및 신재생발전원과 전력망간 연계 운영체계를 만들
고 실증할 것이다.
(5) Smart Electricity Service
Smart Electricity Service는 전기와 관련된 일상생활이 복잡해짐에 따라 등장할 것으로 예
상되는 고부가가치의 전문적 서비스들을 의미하는 것이다. 전기의 공급도 소비자 중심으로 전환
되어 각 가정의 소비자들은 다양한 품질의 전기를 선택해 구매할 수 있고, 자신의 전력소비 패
턴에 알맞은 전력요금을 선택할 수 있으며 소비자의 에너지 관리를 최적화해 주는 컨설팅 서비
스도 등장할 것이다. 주요 내용은 계통운영 고도화 및 효율화를 위한 송변전, 배전 등 계통 감시
운영 서비스와 스마트 그리드 개념의 실시간 요금제 및 피크부하 요금 등 신전력 서비스가 실증
될 것이다.
IT 기획시리즈 – 스마트 그리드 ⑤
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5. 결론
우리나라 전력산업은 2008 년 기준으로 전력계통 규모는 세계 13 위, 전력거래량은 세계 8
위 규모를 자랑한다. 뿐만 아니라 호당 정전시간은 16분으로 영국(68분), 미국(137분)에 비해
월등한 안정성을 자랑하며, 전기를 공급하는 과정에서 손실되는 양은 4%로 세계 최고 품질의
전력을 제공하고 있다. IT 분야 역시 세계 최고 수준으로 정보통신망이 들어가지 않은 집이 없
으며, 품질과 속도에서 따라올 곳이 없다. 어쩌면 스마트 그리드 실현을 위해 우리나라는 최적의
조건을 갖추었다고 할 수 있다. 이를 기반으로 정부를 비롯한 공공기관, 산업계, 학계는 스마트
그리드 조기 실현을 위해 발빠른 움직임을 보이고 있다. 정부는 신성장동력 중 하나인 스마트
그리드 조기 실현을 위해 한전 등 산업계와 공동으로 2011년 6월까지 세계 최초 국가 단위 지
능형 전력망 구축을 위한 실증단지를 조성, 2020 년 수용가 및 배전계통 지능화를 완료하고,
2030년에 전체 전력계통을 대상으로 스마트 그리드를 완료한다는 계획이다. 이와 함께 정부는
장기적인 신성장 동력을 발굴하고 원천 기술을 확보하기 위해 전력 IT 분야에 중대형 전략과제
를 발굴하여 스마트 그리드 기술력을 세계적인 수준으로 끌어올리기 위한 추가 과제 발굴이 진
행중이다. 그러나 정부의 국가 정책적인 연구개발 예산지원 만으로 모든 것이 해결되진 않는다.
지속적인 전기관련 제도 개선과 다양한 교육을 통해 소비자 참여를 적극 유도하여 전 국민적 공
감대 형성이 필요하다. 세계 전력산업 시장은 거대한 변화의 물결로 출렁이고 있다. 우리나라는
그 중심에 서 있다 해도 과언이 아니다. 어느 때보다 그 역할이 막중해진 국내 스마트 그리드 관
련 에너지 및 IT 분야 엔지니어는 새롭게 펼쳐질 그린 에너지 세상을 만들고 스마트 그리드에서
비전을 달성할 수 있도록 핵심역량을 강화해야 할 것이다.
<참 고 문 헌>
[1] “전력산업과 한국의 스마트 그리드”, KEPCO, 2009. 11.
[2] “한국의 스마트 그리드 정책 추진 방향” 지식경제부, 2009. 9.
[3] “Smart Grid City - Boulder, Colorado. Exel Energy Co. Ltd., 2008. 7.
[4] “IntelliGrid – Technical Foundation for the Smart Grid”, EPRI , 2008. 10.
[5] www.euroAtllantic.eu, Wind power was installed in the EU by end of 2008.
[6] Electricity Market Outlook/IEA WEO’2006.
