스마트 그리드의 기초와 이를 실현하는 기술
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  • 승인 2013.08.15 11:05
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자동화 솔루션 보급으로 전력 소비와 비용 크게 감소

 


매트 타일러(Matt Tyler) 온세미컨덕터 제품 마케팅 매니저

 

스마트 그리드는 수년간 활발하게 깊이 있게 논의된 설계 및 마케팅 주제였다. 스마트 그리드가 발전함에 따라 다수의 기술 공급업체들이 스마트 그리드가 제시한 복잡한 퍼즐을 해결할 솔루션을 내놓기 위해 노력하고 있다. 우리는 ‘스마트 그리드의 성장 견인차는 무엇인가?’라는 질문을 주로 받는다.

 

이런 의문이 제기되는 이유는 에너지는 유한하다는 하나의 전제가 유효하기 때문이다. 최근에 전 세계에서 발생한 에너지 관련 뉴스는 이를 여실히 보여주고 있다. 원자력발전은 신뢰를 잃고 있으며, 석탄 채굴은 비용이 많이 들 뿐 아니라 위험성까지 높다. 서구 경제는 지나치게 석유에 의존하고 있으며, 천연가스 공급도 모든 국가가 혜택을 입을 수 있을 정도로 안정적이지 못하다. 

 

전기 생산자들의 주된 고민은 전기를 저장할 수 없기 때문에 증가하는 총 수요 변화에 대한 대응이 제한적일 수밖에 없다는 데 있다. 따라서 수요 곡선의 문제점을 없애고 전반적인 효율을 개선하는 일이 필수적이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 전기 생산자들은 최근 전력을 사용한 시간에 따라 부과하는 단계별 과금을 지원하기 위한 인프라를 설치하기 위해 애쓰고 있다. 대중적인 면에서 인기가 없는 이슈가 되겠지만, 단계별 과금의 시행은 불가피할 것으로 예상된다. 따라서 스마트 그리드는 우리가 해결해야 할 과제이면서, 동시에 하나의 해결책이 될 수 있다고 본다.


스마트 그리드를 실현하는 기술들

일반 가정에서 사용되는 TV는 세계 경제의 시각에서 본다면 가장 빠르게 증가하고 있는 제품 중의 하나다. 가정용 냉장고도 전력 사용량의 13%를 차지하고 있다. 만약 냉장고가 노후화 되면 어떤 일이 벌어질까? 냉장고가 노화되고 유지보수를 제대로 하지 못한다면 전기 소비량이 과도하게 늘어나 전기요금이 놀랄 만큼 높아질 수 있다. 이에 대한 해결책 가운데 하나는 부하에서 전력을 측정한 뒤 실제 사용량을 예측된 값과 비교하는 것이다. 이렇게 충분한 신뢰도를 가진 데이터를 얻는다면, 가정에서 가장 많은 전력 소모 부분을 파악할 수 있다. 지금까지 이런 작업을 할 수 없었던 이유는 측정 회로 설치 비용이 많이 들었기 때문이다. 그러나 최근 출시되고 있는 차세대 전력 측정 센서 소자들은 이 부분에 특화된 기능을 가지고 있다. 첨단 신호처리 및 센서 기술은 최소 비용으로 AC 전원을 사용하는 전기기구의 전력소모를 정확하게 측정할 수 있게 해준다.

 

커넥티비티 솔루션들도 스마트 그리드 분야에서 확산되고 있다. 어떤 경우에는 이 흐름이 가정 및 상용 자동화 시스템의 자연스러운 진화로 간주되고 있다. 이 자동화 시스템들은 가정과 사무실을 서로 연결하는 길을 열어주고 있다.

 

가정과 기업 소유주들이 전력 소모 정보를 얻고, 이를 제어하기 위해서는 저렴한 유무선 통신 솔루션의 보급이 필수적이다. 최소 에너지 비용 구현과 에너지 사용 양식을 나타내는 프로파일의 최적화를 위해선 일부 로드의 스케줄링 동작과 다른 부분의 활성화 수준 또는 동작 상태를 함께 모니터링 해야 한다. 차세대 무선 트랜시버들은 기존 솔루션들의 몇 분의 일에 불과한 전력만을 이 작업에 사용하고 있다. 자동화 솔루션들이 진화함에 따라 전력 소비와 비용도 크게 감소하고 있다. 


커넥티비티·PLC·LED 스마트 그리드 환경서 확산

환경에 따라 벽, 눈, 거리, RF 간섭 및 기타 장애물들이 이들 무선통신 시스템에 접속 문제를 일으킬 수 있다. PLC(Power Line Carrier)와 같은 유선통신 기술은 기존에 무선 솔루션만으로 서비스하기 어려웠던 노드 사이에 접속을 가능케 해준다.

 

PLC는 신뢰성과 설치의 용이성 덕분에 빠른 속도로 여러 신흥 경제권에서 분할 미터링 및 조명 제어용 솔루션으로 선호되고 있다.

 

조명도 에너지 사용량이 많은 범주 가운데 하나다. 일반적인 상용 시설의 전력 예산 가운데 약 35%, 가정의 경우에는 약 10%를 차지한다. 조명 기술은 빠른 속도로 발전해 LED 기술에 이르러 성숙 단계에 가까워지고 있음을 볼 수 있다. 조명제어 시스템의 다음 단계는 이론적 한계에 접근하기 시작한 조명 효율 향상을 위해 커넥티비티와 첨단 센서 기술들을 융합시키는 것이다. 이러한 조명제어 시스템은 주변광 센서(ALS)와 패시브 방식 적외선(PIR) 재실 감지 기술, 그리고 컬러 믹싱 기술이 모두 적용돼 있다. 조명 시스템 설계자들은 머지않아 외부 조명, 재실, 그리고 LED 노후화를 보상해 주는 진정한 폐쇄회로 제어장치를 갖춘 RF 또는 PLC 기능의 솔루션들을 갖게 될 것이다. 이러한 기술이 널리 보급되면 스마트폰 혹은 가정이나 기업 내의 다른 일반적인 기술 제품으로 가까운 조명 시스템을 제어할 수 있게 된다. 그 결과 업무 및 생활공간은 사용자의 관여 없이 항상 최적의 수준으로 유지될 것이다.

 

가정 및 기업 전체에 소요되는 각종 전력 문제를 합리적인 비용으로 자동화해줄 고효율 센서, 통신, 제어 솔루션이 현재 개발되고 있다. 현재 ALS, PIR, PLC, RF, 저가의 전력 감지 기술, 그리고 고성능 LED 조명 제어장치가 빌딩마다 설치되고 있다. 차세대 솔루션들은 여러 가지 기능들을 하나의 저비용 솔루션 소자에 통합시킬 것이다.

 

이렇게 발전된 자동화시스템은 사용자들이 간단한 조작을 하는 것만으로 에너지 수요 곡선을 최적화하면서 총 사용량을 줄이게 해줄 것이다. 가정 및 기업에 포괄적인 진단 피드백을 제공하게 될 날도 머지않았다. 모든 시스템 동작은 하루 중의 적절한 시간에 최대 효율을 얻는 방향으로 이뤄질 것이다.

 

스마트 그리드는 사용자들에게 장비를 유지보수하고 부하의 동작 시간을 최적화하기 위한 제어권과 정보를 제공하면서, 비용 면에서 확실한 여러 가지 이점을 제공할 것이다.


SOLAR TODAY 편집국 (st@infothe.com)

 

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