[2019 쟁점 분석] 전력산업 미래를 바꿀 트렌드는 3D… 탈탄소화·분산화·디지털화
“네모난 침대에서 일어나 눈을 떠 보면 네모난 창문으로 보이는 똑같은 풍경 네모난 문을 열고 네모난 테이블에 앉아 네모난 조간신문….” 1996년, 엄청난 히트를 얻고 지금도 어린이들이 즐겨 부르는 동요 ‘네모의 꿈’의 가사다. 20년 넘는 세월이 지난 지금은 어떤 세상일까? 아마도 ‘스마트’(smart)가 아닐까? 스마트폰, 스마트TV, 스마트시티 등 우리가 아는 모든 대상의 앞에 ‘스마트’가 앞에 붙어 있다. 요리 보고 조리 봐도 스마트가 보인다. 이제는 바야흐로 스마트의 시대다.
‘스마트’라는 단어는 ‘똑똑한’, ‘지능이 높은’이라는 의미를 담고 있는데, 앞선 예처럼 매우 다양하게 쓰인다. 대개 ‘스마트’는 인터넷과의 연결이라는 특징을 가지는데 인터넷에 국한되지 않고 접속된 클라우드(Cloud), 앱(App), 정보기술(IT) 등을 의미에 담고 있다. 그렇다면 전력산업과 스마트의 결합은 어떨까.
●많은 소비자가 전력산업에 아는 바 없어
대다수 전기 소비자는 전력산업에 아는 바가 거의 없다. 그냥, 전기는 당연한 기반으로 인식하고 있을지도 모른다. 가끔 여름철 무더위에 정전이 발생하면 불쾌지수가 올라가고 에어컨을 사용했을 뿐인데 전기요금이 평소보다 많이 나오면 화가 날 뿐이다. 전기는 한국전력이 알아서 생산하고 공급해주면 되는 일이다. 우리가 할 일은 매달 한 번씩 어김없이 날라 오는 전기요금 고지서를 가끔 확인하고 연체 없이 요금을 지불할 뿐이다.
집 근처에 있는 전봇대, 고속도로 위에서 보이는 송전탑과 전선들, 그리고 관심을 가지고 보지 않으면 존재 유무도 알 수 없는 변전소와 발전소는 물과 공기처럼 당연한 전기를 공급하기 위해 전력회사가 알아서 건설하고 운영하는 설비, 장소에 지나지 않는다. 전력산업을 떠올리면 토머스 에디슨이 떠오른다. 에디슨은 많이 알려진 1879년 백열전구 발명뿐만 아니라 1882년 세계 최초의 상업발전소를 구축했다. 이후 지금까지 전력산업은 그 규모를 키우는 방식으로 확장되었고 일부 요소 기술과 부속품이 개선되었지 큰 틀의 변화가 없었다. 그래서 로버트 카텔 뉴욕 스마트그리드 컨소시엄 회장은 “전화기의 아버지 그레이엄 벨이 지금 다시 태어난다면 너무 바뀐 통신 기술의 발전에 혼란스러워할 것이다. 그러나 전기의 아버지 에디슨이 다시 태어난다면 변화를 알아채지 못하며, ‘내가 더 잘 고칠 수 있겠다’고 생각할 것이다”고 말했다.
●실시간으로 정보 교환·공급 ‘스마트그리드’
사실 ‘스마트’라는 마법의 단어는 관심 가질 필요도 없다고 여겼던 오래된 전력산업의 높은 벽을 허물고 있다. 전력망을 의미하는 그리드(grid)와 결합한 스마트그리드(smartgrid)라는 전력산업의 변화를 알리는 합성어가 2007년 무렵부터 등장하기 시작했다. 2011년 스마트그리드를 추진하기 위해 제정된 ‘지능형전력망법’에 따르면, 스마트그리드는 ‘전력망에 정보통신기술을 적용하여 전기의 공급자와 사용자가 실시간으로 정보를 교환하는 등의 방법을 통하여 전기를 공급함으로써 에너지 이용 효율을 극대화하는 전력망’을 의미한다.2011년 삼성전자가 스마트폰 ‘갤럭시 S2’에서 2019년 현재 ‘갤럭시 S10’ 출시하면 소비자가 눈과 피부로 변화를 느끼지만, 정부가 스마트그리드를 같은 기간 추진해도 우리가 전력산업의 변화를 잘 느끼지 못하는 이유는 무엇 때문일까?●유무선 네트워크 연결·연계… 실시간 모니터링
전력산업의 트렌드가 지향하는 미래를 잘 보여주는 영상이 하나 있다. 유튜브에서 ‘미래의 충전소’(the Fuel Station of the Future)로 검색하면 찾을 수 있다).
“전기는 청정에너지인 태양광, 풍력으로 만들어진다. 각 가정, 빌딩에는 태양광과 에너지저장장치(ESS)가 설치되어 있다. 무인 전기자동차가 지나간다. 무인 전기자동차는 3가지 역할을 담당한다. ①내가 원하는 장소로 이동한다. ②차량공유로 타인에게 이동수단을 제공한다. ③부착된 배터리는 전기요금이 저렴할 때 충전되고, 비쌀 때는 방전하여 필요한 곳에 전기를 공급한다. 한편, 각 가정, 빌딩, 공장 등에 설치된 태양광, ESS와 제어 가능한 수요자원은 서로 유무선 네트워크에 연결되어 있으며 인공지능 기반의 제어시스템은 실시간으로 모든 요소들을 모니터링하고 자동으로 최적의 운영 상태를 유지한다. 전력 인프라, 자동차, IT 영역의 경계는 중첩되고 서로 연계되며 새로운 가치를 창출한다.”
●한국 , 재생에너지 생산 전력 2030년 20% 목표
영상에서 확인할 수 있는 전력산업의 미래는 ‘3개의 D’로 표현할 수 있다. 첫 번째는 ‘탈탄소화’(Decarbonization)이다. 이는 인위적인 온실가스 배출을 억제하기 위해 태양광, 풍력 등 청정에너지원을 개발, 활용하는 방향이다. 재생에너지 확산에 앞장선 독일은 작년 재생에너지 생산 전력이 40%를 넘어섰으며, 우리나라 역시 2030년 20% 목표를 향해 나아가고 있다. 국제에너지기구(IEA)의 2018년 전망에 따르면, 2040년이 되면 전체 전력 발전 중 40%의 전원 비중에 도달한다. 특히 신규 태양광 발전은 대부분의 지역에서 석탄보다 저렴해지며 빠른 확산 속도를 지속할 것으로 예상된다.
두 번째는 ‘분산화’(Decentralization)이다. 소수의 대형 발전기, 고압 송전선로 중심이었던 전력 시스템은 다수의 다양한 발전기, 중저압 배전선로 중심으로 변화하고 있다. 소규모 태양광, ESS, 수요자원, 전기자동차 충·방전 등을 포함하는 분산에너지원(Distributed Energy Resource·DER)은 공급 안정성 향상, 에너지 비용과 환경 영향을 낮추고 새로운 기술을 유입하는 창구로 부상하고 있다. 분산화의 가장 큰 특징은 ‘모두의 참여’에 있다. 과거에 단순히 전기를 소비했던 전기 소비자에서 전기를 생산하고 수요를 조절하는 더 적극적인 프로슈머(prosumer)로 변화한다. 프로슈머와 여러 소비자가 모이면 발전소 기능을 수행하는 가상발전소(Virtual Power Plant·VPP)가 되어 더 효율적인 전력 공급과 관리가 가능하다.
세 번째는 ‘디지털화’(Digitalization)이다. IT는 오랫동안 쌓아올렸던 전력산업의 높은 장벽을 허무는 강력한 무기가 되고 있다. 디지털 기술은 변화의 속도를 가속화하고 다른 영역과 융합을 촉진하는 동력이 되었다. IT의 적용은 기존 에너지 시스템을 보다 효율적으로 개선시키며 분산에너지원과 재생에너지의 확산을 지원한다. 전력망과 다양한 자원들을 전력, 통신, 정보 네트워크에서 센서와 데이터 수집을 하고 개별화, 최적화된 솔루션을 제공하며 새로운 가치를 창출한다. 사물인터넷이 기계 간 통신(M2M)과 빅데이터(big data), 클라우드, 인공지능(AI) 등을 활용해 최적의 방식으로 에너지를 전달할 것이다. 최근 뜨거운 이슈였던 블록체인 역시 분산화라는 전기 소비, 생산 체계의 근본적 변화에서 스마트 컨트랙트(smart contract)로 복잡해진 시스템의 거래, 정산을 투명하게 처리해줄 수 있는 기술로 새로운 가능성을 제시하고 있다.
이제 전력산업 앞에도 ‘스마트’라는 수식어를 붙여도 어색하지 않다. 에너지원을 전기로 변환시켜 사용하는 방식을 ‘전기화’(electrification)로 부르는데, 청정에너지의 확산으로 에너지 전체 영역에서 전기화는 주요 트렌드이다. 이러한 흐름의 연장선상에서 새로운 전력산업을 ‘스마트 에너지’로 바라볼 수 있다. 새로운 전력산업의 형태는 일종의 플랫폼이다. 공급자, 데이터 수집·처리 기업, 경쟁 기업, IT 기반의 스타트업, 정부 등 과거와 다른 다양한 이해 관계자들이 참여하는 생태계가 형성될 것이다. [표 1]
●빅데이터 분석, 새 개념의 에너지 시스템 ‘핵심’
특히 전기 데이터를 실시간을 계측, 수집하는 스마트 미터부터 시작되는 빅데이터 분석은 다양한 자원, 참여자가 서로 연결된 새로운 개념의 에너지 시스템에서 핵심 자원이 된다. 점차 풍부한 에너지 데이터는 누적되고 맞춤형 에너지 활용 컨설팅 등 사용자 가치를 혁신할 것이다. 통신 네트워크의 발전에서 4G를 경험하고 있는 다수가 다시 2G로 회귀할 수 없듯 에너지 신세계인 스마트 에너지에 일단 진입하면 과거로의 회귀는 불가능해질 것이다. 궁극적으로 스마트 에너지 플랫폼에는 지능형 생산과 소비, 에너지 보존과 오염물질 배출 감소, 에너지 효율 향상과 전기자동차 효용성 극대화, 데이터 등이 포함된다. 전기가 필수품에 가까운 재화에서 여러 상품과 연결되면서 개인화, 차별화된 가치를 제공하는 형태로 신세계를 창조할 것이다.
세 가지 변화를 이끄는 기술의 발전에 따라 변화의 속도가 빨라지고 미래의 모습이 이전보다 선명해졌을 뿐 스마트 에너지에 대한 개념은 꽤 오래전부터 있었다. 2011년 우리나라 정부는 스마트그리드 구축을 지속적으로 추진해야 할 과제로 중요하게 인식하며 여러 사업을 계획, 추진하고 관련 법, 제도까지 만들었다.
혹자는 우리나라는 신규 사업을 계획하고 로드맵을 만드는 데까지는 세계 최고 수준이라고 평한다. 2010년 스마트그리드 국가로드맵은 전력망, 소비자, 운송, 재생에너지, 신서비스를 아우르는 훌륭한 체계와 도전적 목표로 구성되어 있다. 그러나 정부가 야심 차게 추진했던 여러 관련 사업은 계획보다 진전되지 못했다. 실효성 측면에서 특히 부족하다는 비판을 받는다. 새로운 에너지 산업의 가장 중요한 특징은 ‘소비자의 참여’인데, ‘지능형 소비자’ 영역에서는 스마트 미터 보급이 계획의 52%에 그쳐서 그 결과가 많이 아쉽다. [표 2]
●정부 5년간 전력시스템 고도화에 2조 5000억
지난 2018년 8월 수립된 ‘제2차 지능형전력망 기본계획’에 따르면, 정부는 앞으로 5년간 전력시스템 고도화에 약 2조 5000억원을 투자할 예정이다. 물론, 여기에는 “정보통신기술(ICT) 기반으로 정보를 수집, 전력망을 통합·운영하는 플랫폼을 개발하겠다”는 목표가 담겨 있다. 그러나 가장 중요한 요소인 ‘다양한 참여자’가 선명하게 보이지 않는다.
우선 이전 계획의 실패를 세밀하게 분석했으면 한다. 왜 계획에서의 효과를 얻지 못했는지 명확히 따져 볼 필요가 있다. 새로운 건물을 멋지게 짓더라도 그 공간 안에 참여하는 사람들의 필요가 무엇인지, 이를 유인하기 위해서는 어떤 규제, 제도가 필요한지를 고민할 필요가 있다. ‘어린 왕자’로 무한한 상상력을 보여준 생텍쥐페리의 말이 떠오른다.“미래에 관한 너의 할 일은 예견하는 것이 아니라 그것을 가능케 하는 것이다.”
예측하고 멋진 계획만 반복하지 말고 우리 모두가 참여하는 새로운 에너지 신세계를 여는 참여의 장이 형성되어야 한다.■김선교 한국과학기술기획평가원(KISTEP) 부연구위원은 한양대 전기전자컴퓨터공학부를 졸업한 뒤 서울대 전기공학부 석박사 통합과정을 거쳤다. 한국전력공사 선임연구원을 역임했다.
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