스마트 그리드는 기존의 전력시스템에 정보통신기술을 접목하여 전력망을 실시간으로 관찰, 통제하면서 공급자와 수요자 간의 양방향 통신을 통해 전력망의 운영 효율을 최적화하는 미래형 전력시스템이다.



이를 통해, 최근 증가하고 있는 신재생에너지발전과 전기자동차용 충전시스템 등 새로운 전력기기들과의 연계가 가능하다. 또한, 소비자의 전력사용정보가 실시간으로 제공됨으로써 전력 이용효율이 높아져 불필요한 발전설비 투자를 줄이고 온실가스 배출도 줄이는 효과를 기대할 수 있다.

최근 전력망 근대화 계획 및 신재생에너지 확장 등의 이슈와 맞물려 스마트 그리드 관련 투자가 늘어나고 있다.

스마트 그리드를 구현하기 위해서는 다양한 it 기술과 기기가 필요하다. 따라서, 스마트 그리드 관련시장은 연평균 19.9%씩 성장해 2014년 1,714억 달러가 될 것으로 예상되어 신사업 기회가 창출될 것으로 기대된다.

스마트 그리드가 도입되면 기존에 없던 공급자와 수요자 간 전력거래시장이 형성되고 수요자들도 전기를 생산, 이용, 판매할 수 있는 프로슈머(prosumer)로 변모하면서 관련시장이 확대될 것이다. 전력요금 정보를 실시간 모니터링하는 스마트 미터와 전력저장장치 같은 관련장비 시장이 급성장할것이다.

스마트 가전의 등장으로 기존 가전제품에 에너지 효율화라는 이슈가 부각되면서 스마트 가전이 가전제품의 경쟁력을 위해 반드시 필요한 제품이 될 것이다. 전력제어 솔루션이 등장할 것으로 예상되며, 이는 스마트 미터에서 들어온 정보를 가공하고, 전력 제어 및 전력저장장치 활용 등 종합적인 에너지 절감 플랜을 세우고 실행하는 솔루션으로 활용될 것이다.

스마트 그리드를 새로운 사업기회로 삼기 위해서는 기업은 전력산업의 변화를고려하여 상품과 서비스를 선제적으로 개발하고 비즈니스 모델을 발굴해 나가야한다. 또한 전력과 it의 융합으로 새롭게 형성되는 에너지 효율 분야에 대해 주요 it 기업들의 동향을 예의주시하고 한국이 보유한 우수 it 역량을 바탕으로 시장을 선도할 수 있도록 준비해야 한다.

정부는 전력산업이 새로운 패러다임으로 전환되는 시점에서 it 산업과 전력산업이 융합할 수 있는 정책을 수립하고, 기술표준화 진행 및 경쟁과 혁신을 촉진하는 장기적인 마스터 플랜을 수립해야 한다.

기존 전력망은 화력, 원자력 등 중앙집중형 발전으로 전력을 생산하고 송전망을 통해 수요처에 단순 전달하는 방식이다. 장거리 송전시설이 필요하며, 특히 수요처에 전력을 공급하는 것에 중점을 두어 장비의 고장과 이로 인한 정전사고 등에는 취약한 구조다.

계절별로 발생하는 최대 피크 전력수요에 대응하기 위해 대규모 예비전력시설이 필요하고, 전력설비 이용률이 낮은 비효율적인 전력시스템. 전력설비 이용률은 2007년 기준 한국 68%, 미국 47%, 영국 52% 등으로 나타났다.

기존 전력시스템은 신재생에너지 발전량 증가 시 전력품질 저하의 소지가있고 전기자동차 등 대규모 신규 전력수요에는 대응하기 힘든 구조다. 태양광, 풍력 등은 발전 변동폭이 심해 별도의 품질제어장치가 필요하며, 발전용량 증가 시 전력망 제어에 문제가 발생한다.

스마트 그리드(smart grid)는 기존의 비효율적인 전력시스템에 it 기술을 접목하여 전력망을 실시간으로 관찰 및 통제하고, 양방향 통신을 통해 운영 효율을 최적화하는 전력시스템이다.

전력계통에 문제가 발생하면 자동 복구가 가능하고 실시간으로 전력수요 변동에 따라 발전량을 조절함으로써 고품질의 전력을 공급하여, 분산발전 및 전력저장장치와도 연계가 가능하고 공급 및 소비 정보가실시간 제공됨으로써 에너지 이용 효율이 높아지는 장점이다. 스마트 그리드는 기존 공급자 중심의 일방향 전력망에서 수요자 중심의 네트워크 전력망으로 전환되면서 전력수급 조정이 용이하다.

스마트 그리드로 전력망을 개선하면 불필요한 발전설비 투자를 줄일 수있고, co2 저감 등 최근의 환경문제 해결에도 기여한다. 2007년 전체 온실가스 배출량의 41%가 전력생산으로 인해 발생한다. 스마트 그리드를 적용하면 한국에서만 2030년에 전력이 10% 절감되고 온실가스는 2.3억 톤이 감축될 전망. 분산발전으로 인해 매년 절감되는 비용은 48억 달러로 예상된다.

최근 세계 주요국은 기존 전력시스템에 대한 문제점을 종합적으로 해결하는 대안으로 스마트 그리드 도입을 위한 투자를 본격 전개하고 있다. 미국과 eu는 노후된 전력망을 개선하고 신재생 에너지 확대 및 기후변화협약에 적극 대처하기 위하여 스마트 그리드를 추진 중이다.

미국은 2007년 ‘에너지독립안보법(eisa)’을 제정하고, 2009년 오바마 대통령이 스마트 그리드에 34억 달러 지원을 공식화했다. eu는‘기후 및 에너지 패키지 20-20-209)’정책에서 “온실가스 저감, 재생에너지 확대, 에너지 효율 달성”을 목표로 스마트 그리드를 추진하고 있다.

중국, 인도 등 신흥국은 급증하는 전력수요에 대응하기 위해 기존전력망과 연계한 종합적이고 효율화된 신규 전력망 구축을 전개하고 있다. 중국은 2009년 9월에 2020년까지 4조 위안을 투자하는 “스마트 그리드종합추진계획”을 수립하고 전국의 전력망을 스마트화한다는 목표를 설정했다.

효율적인 에너지 이용 및 고품질 전력을 구현할 수 있는 분야에서 다양한 사업 기회가 등장할 전망이다. 공급자와 소비자의 양방향 정보교환이 확산되면서 전력수급현황 및 가격정보의 확보가 신사업의 핵심요소로 등장한다. 스마트 미터, 수요반응, 스마트 가전 및 전력저장장치 등이 등장하고 각각의 기기들은 정보 네트워크로 연결되는 것이다.

분산형 신재생 발전기술의 발달은 스마트 그리드 전력망 내에 분산네트워크를 강화하여 신사업을 촉진하는 원동력으로 작용하여, 태양광, 연료전지, 마이크로터빈 등 분산발전은 효율이 개선되었을뿐 아니라 가정용으로까지 확대 적용될 전망이다.

한편, 스마트 그리드 관련 시장은 2009년 693억 달러에서 2014년 1,714억 달러로 연평균 19.9% 성장할 전망된다. 스마트 그리드 관련 상품은 스마트 센서, it 기기와 같은 하드웨어와 전력망 제어를 위한 각종 소프트웨어 등으로 구성된다.

수요자가 실시간으로 가격정보를 제공받고, 전력가격이 실시간 변동제로 전환되면 기존에 없던 전력 거래시장이 형성될 것으로 전망된다. 현재는 전력사업자가 수요자에게 일방적으로 전력을 공급하고 사용자는 소비량 만큼의 비용을 지불하는 형태이다.

스마트 그리드 체제에서는 수요자도 실시간 가격정보에 따라 전력사용량을 조정할 수 있으며 전기를 저장하거나 판매할 수 있다. 즉, 소비자가 건물 내에 태양광 설비를 설치하여 전기를 생산, 이용하고 판매도 가능한 프로슈머(prosumer)로 변모하는 것이다.

한국은 2010년부터 지능형 전력서비스 추진을 위해 단계적으로 과제를 진행할 예정이며, 전력거래시스템은 2013년 이후 과제추진 예정이다. eu 등은 전력거래 개방으로 소비자가 판매사업자를 자유롭게 선택할수 있으며, 신재생에너지 보조금 지급을 통해 부분적인 전력거래가 이루어지고 있다.

전력요금 정보를 실시간으로 모니터링하는 스마트 미터 시장이 먼저 급성장할 것으로 전망된다. 선진국에서 이미 설치를 시작한 스마트 미터의 시장규모는 2009년 64억 달러에서 2014년 190억 달러로 성장할 전망이다.

이탈리아는 enel社가 2008년 말 이미 3,210만 대의 스마트 미터를 설치하였고, 한국은 2020년에 100% 설치를 목표로 추진 중이다. 스마트 미터로 얻은 전력 관련 정보는 수요반응(demand response)과 연계되어 소비자가 전력을 효율적으로 제어하는 데 활용된다. 구글과 ms는 스마트 미터에서 받은 정보를 웹에서 볼 수 있는 프로그램을 배포해 소비자가 직접 전력사용을 조정할 수 있게 한다.

전력을 저장하거나 신재생에너지로 생산된 전력의 품질 제어에 필요한 전력저장장치 수요는 급격히 증가할 전망이다. 수요자는 분산발전으로 생산한 전력이나 야간 잉여전력을 전력저장장치에 저장하고 피크 전력 시간에 高價로 전력회사에 재판매 가능해진다.

신재생에너지의 발전 비중이 높아지고 있어 전력제어에 필요한 전력저장장치의 수요도 같이 증가할 것으로 예상된다. iea는 2050년 전력제어용으로 189~305gw가 필요하다고 전망하고 있다.

한편, 전력저장장치의 용량이 증가하면 국가나 도시 차원의 저장용도로 확대가 가능하며, 저장장치를 이용해 전력 판매를 전문으로 하는서비스도 가능해진다. uae의 아부다비에서는 2009년 일본 가이시社의 nas전지 1gw 용량을 설치하여 잉여전력 활용을 추진하고 있으며 점차 용량을 증대시킬 예정이다. (아부다비 총 발전용량은 8gw 규모이다)

또한, 스마트 가전제품은 전력의 수요공급에 따라 전력사용량을 조정하여 절전 효과를 얻을 수 있고, 향후 스마트 그리드와 연계될 전망이다. 스마트 가전시장은 2011년 31억 달러에서 2015년 152억 달러로 성장할 것으로 예상되는데, 특히 전력소비가 많은 세탁기, 냉장고 등 대형가전에서 먼저 활성화될 것으로 전망된다.

가전업계에서는 스마트 가전시장 선점을 위해 제품 개발을 가속하고 있다. whirlpool社는 2006년 건조기를 대상으로 “smart grid pilot” 프로젝트를 실시하여 전력 피크 시간을 감지하면 자동적으로 히터를 정지하도록 해 전력비용을 절감했고, 관련기술을 2015년까지 전제품에 적용할 예정이다. ge는 스마트 가전제품을 개발, 피크 전력 시간에 최대한 가동시간을 줄여 5~10% 전기료 절약 효과를 달성한 바 있다.

수요반응은 스마트 미터, 스마트 가전, 전력저장장치 등 주변기기의 전력상황을 종합적으로 제어하여 에너지를 효율적으로 운영하는 서비스로 등장했다. 미국 tendril社는 스마트 미터와 인터넷망을 연결하여 가전제품의 전력정보를 입수하고 전력제어를 수행하는 종합적인 에너지 관리솔루션을 제안한다. 미국 gridpoint社(美)의 v2g(vehicle to grid) 서비스는 지역 내전기자동차의 충전일시, 충전용량 등의 정보를 활용하여 전력부족 등 수급문제를 조정하는 전력관리 시스템을 제안했다.

스마트 그리드로 진화하는 전력산업의 발전방향을 고려한 상품과 서비스를 선제적으로 개발하여 성장의 기회로 활용해야 한다. 스마트 그리드가 보편화되면서 시장 확대가 예상되는 스마트 미터, 전력저장장치 등 기기들의 기술개발 및 생산 인프라 구축에 투자하여, 새롭게 창출되는 스마트 그리드 전력서비스에 대한 비즈니스 모델 및 차별화된 프리미엄 서비스를 개발해야 한다.

전력산업의 스마트 그리드화로 발생할 수 있는 it 제품 및 관련 분야에서의 새로운 사업기회를 발굴해야 한다. 분산형 전력시스템, 양방향 정보교환 및 전력제어를 위해 도입되는 it 분야에서 새로운 사업기회를 발굴해야 한다. ibm, 시스코, 인텔, 구글, ms 등 유력 it 기업들이 에너지 효율화관련 분야로 신규 진출하는 것을 예의주시하여, 한국이 보유하고 있는 우수한 it 기술역량과 전력기술을 융합하여 기술을 선도하고 新시장을 창출. 선진국뿐 아니라 성장률이 높은 신흥국 시장으로의 진출을 적극적으로 모색해야 한다. 중국은 톈진 에코시티를 시작으로 13개 에코시티를 모델로 개발하고 향후 100개 규모로 확대할 계획이다.

상대적으로 취약한 한국의 원천기술을 개발하여 스마트 그리드의 원활한 전개를 위한 여건을 마련해야 한다. 스마트 그리드는 통신·전력저장·파워 등 it 핵심기술이 전력기술이 새롭게 융복합되고 있는 추세로 관련 원천기술 확보를 우선 추진해야 한다. 또한 선진기업 대비 상대적으로 취약한 분야를 스마트 그리드를 통하여 보완할 수 있는 기회로 삼고 전략을 준비할 필요가 있다.

전력산업이 새로운 패러다임으로 전환되는 시점에서 경쟁력 있는 서비스를 지속적으로 창출하기 위해서는 장기적인 마스터플랜을 수립할 필요가 있다. 다양한 인프라 설비의 기술발전을 모색하고, 미래사회의 니즈를 예측하고 이러한 변화에 선제적으로 대응할 수 있도록 장기적인 정책 로드맵을 수립해야 하는 것이다.

분산형 전력 기술을 육성하고 업종 간 컨버전스를 장려함으로써 it 산업과 전력산업이 융합할 수 있는 정책을 개발해야 한다. 정부는 분산형 전력의 활성화에 대비하여 기존의 중앙집중형 시스템과 융합할 수 있는 제도적 방안을 모색할 필요가 있다. 전력산업을 포괄하는 it 기술의 표준화를 선도하고 다양한 분야를 통합 관리·운영하기 위한 통신 네트워킹 기술표준화를 진행해야 한다. [이창용 수석연구원]