Tech Trend - 스마트미터(Smart Meter) 및 AMI(Advanced Metering Infrastructure)
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글로벌 에너지 사용량 및 국내현황
지난 46년간 전세계적으로 에너지 사용량은 꾸준히 증가하고 있는 추세이며, 신재생에너지의 원자력 및 화석연료 대체는 아직도 많은 시간이 걸릴 것으로 예상된다.
우리나라의 2012년도 에너지 수입액은 1,719억달러(190조원)이며, 에너지 자원의 96.4%를 수입에 의존하고 있다. 이에 비해 신재생에너지 공급비율은 2.8%에 불과하며, OECD의 전기요금은 한국에 비해 1.9배가 높다.
전세계의 4개국(중국, 미국 등)이 에너지 소비량의 50%를 차지하고 있으며, 한국은 9위이다.
에너지 시장의 패러다임의 변화
에너지 효율 및 사용에 대한 관심과 온실가스 배출감축을 위한 정부규제의 강화, 에너지 비용증가, 전력공급에 대한 문제점 등으로 에너지 소비절약과 효율향상에 대한 관심이 매우 높아지고 있다.
국내뿐만 아니라 국제적으로 에너지정책은 공급위주의 정책에서 수요관리 정책으로 패러다임 변화가 이루어지고 있어 에너지 관리방식도 과거의 매뉴얼적인 수동적관리 방식에서 ICT를 활용한 능동적 에너지 관리로 급하게 변화하고 있다.
특히 전력시장의 IT화가 Smart Grid, Micro Grid를 기반으로 비약적으로 확대되고 있다. Smart Grid, Micro Grid에는 스마트미터 및 AMI가 데이터 활동의 핵심을 가지고 있다.
여기에서는 그린 ICT 기반의 사업기준 중 특히 전력부문의 데이터 수집의 핵심인 스마트미터의 기술동향 및 시장에 대해 다뤄보고자 한다.
AMI(Advanced Metering Infrastructure)의 구조
현재 스마트미터는 스마트그리드의 AMI 시스템에서 가장 많이 사용되고 있다.
AMI는 전력의 공급자와 사용자 사이의 양방향 통신, 측정 및 자료수집을 가능하게 하는 시스템으로 정의되며, AMI의 범위는 스마트미터, 쌍방향 통신 인프라, 데이터관리 시스템(MDMS; Metering Data Management System)등으로 이루어진다.
데이터관리 시스템까지 데이터를 수집 및 전송하는 구간에서의 구성요소는 스마트미터, 집중기 또는 중계기, 데이터관리 시스템으로 구성된다.
통신기술은 범위에 따라 가정 및 건물 내외의 근거리 통신과 MSMD까지의 원거리 통신으로 구분될 수 있다. 근거리 통신방식은 RS-485, Ethernet, PLC(Power Line Communication)과 같은 유선방식과 Zgbee, RF, Wi-Fi 등이 사용되고 있으며, 원거리 통신으로는 3G, Wibro, LTE와 같은 무선방식과 Ethernet을 통한 유선 인터넷 방식을 활용하고 있다.
가정(건물), 스마트미터, 중계기/집중기, MSMD간 스마트그리드 및 AMI의 주요 네트워크 구성은 그림 2 와 같다.
스마트미터의 정의
일반적으로 알려져 있는 스마트미터는 계측 관점에서는 에너지 사용량을 실시간으로 계측하고 통신망을 통한 계량정보 제공으로 가격정보에 대응하여 수용가 에너지 사용을 적정하게 제어할 수 있는 기능을 갖는 ‘디지털 전자식 계량기’로 정의되며, 시간대별 전력사용량을 측정하여 그 정보를 송신할 수 있는 전자식 전력량계를 말한다.
즉, 발전소와 송전·배전시설과 전력소비자를 정보통신으로 연결하여 전력의 소비와 공급의 효율적 관리를 지원해주는 지능형전력 시스템을 나타낸다.
또한 통신 관점에서는 양방향 통신을 가능하게 하는 통신모듈을 탑재하고 있어 홈 네트워크에서 통신 게이트웨이 역할 및 다양한 가전기기들을 제어할 수 있는 역할까지 확장가능하며 전력공급자와 사용자가 검침비용 및 에너지 절약 등의 효과를 거둘 수 있는 것으로 알려져 있다.
즉, 스마트미터의 일반적인 구성요소는 원격 자동검침, 원격개폐, 에너지소비량 가시화, 에너지관리 시스템과의 연계, 쌍방향통신이라고 할 수 있다.
스마트미터의 진화 및 구성요소
사용량 데이터를 기반으로 하는 AMI에 적용되는 스마트미터는 위에서 설명한 일반적인 스마트미터의 구성요소를 가지고 있으나, 에너지관리 시스템에서 스마트미터는 매우 다양한 기능을 요구하고 있다.
에너지관리 시스템에서 요구하는 전력사용량, 전력품질 및 이상상태, 다양한 통신적용성, 원격관리 등에 부합하기 위해 스마트미터는 매우 다양한 기능을 가져야 한다.
AMI의 요소기술 및 기능의 확장과 EMS(Energy Management System; 에너지관리 시스템)의 다양한 기능을 충족하기 위한 스마트미터의 상세 구성요소는 표 2 와 같다.
전력사용자에 대한 데이터 표출
신문이나 미디어 매체에서 다루는 스마트미터는 일반적으로 전자식 전력량계를 말한다. 한전의 전자식 전력량계의 종류는 표 3 과 같다.
일반적으로 건물, 공장, 과금을 위한 전력량계는 안전, 관리 등을 이유로 전력사용자의 활동범위를 벗어나 설치가 되는 것이 일반적이며, 이는 전력사용자의 사용량에 대한 상시관찰을 힘들게 한다.
스마트미터는 사용자에 대한 데이터 접근에 대한 편의성을 위해 특정 단말기를 같이 구성한다. 즉 IHD(In Home Display), 대시보드, 스마트폰 등을 활용하여 전력사용량과 더불어 다양한 정보를 표출한다.
사용자의 관점에서 볼 때 스마트미터는 전자식 전력량계, 데이터확인 단말기 두가지로 구성된다고 볼 수 있다.
스마트미터의 도입효과
스마트미터의 도입은 수용가 측면에서는 스스로 에너지 정보를 파악, 이용이 가능하므로 에너지 절약의식을 고취시키며, 전력회사 입장에서는 업무효율 향상 및 효율발전, 전력의 효율적 분배를 도모할 수 있다.
특히 사회적으로는 에너지 사용정보에 대한 새로운 서비스 창출을 기대할 수 있다.
이는 에너지 관리 및 스마트그리드, AMI 등의 시장확대에 따른 성장과 더불어, 아래와 같은 사회적 효과를 기대해 볼 수 있을 것이다.
• 스마트미터의 표준화 추진재개 및 가격저감 요구발생
• 에너지 관련사업의 활성화
• 저감설비 제품 관련시장 창출
• 모니터링 데이터를 기반으로 한 다양한 IT분야 아이템 도출
• 실측/축적 데이터를 활용한 에너지 진단/온실가스 검증시장 활성화
• 스마트미터 제조 및 설치관련 비즈니스 확대
• 유무선 통신분야 및 하드웨어분야 신규시장 창출
• 스마트미터의 도입으로 스마트가전 시장의 확대촉진
• 전력업계 IT화 및 전력소비 정보관련 비즈니스 창출 등에 대한 시장확대
스마트미터를 활용한 에너지 저감
(미국 연방정부의 전자식 전력량계 가이드)
스마트미터는 제어를 위한 기능보다 모니터링을 위한 목적을 주로 가지고 있다.
모니터링 데이터를 활용하여 에너지를 저감하는 시스템의 핵심장치이며 AMI시스템, EMS등이 전력 사용량, 전력 품질 등의 데이터를 활용하여 에너지를 저감하는 데 주로 사용되고 있다.
미국 연방정부는 2006년에 에너지부(DOE; Department Of Energy)를 통해 「Guidance for Electric Metering in Federal Facilities」를 공표하여 전력량계의 기능, 데이터의 수집 방법 및 활용을 통한 에너지 저감방안을 정량적으로 가이드하고 있다.
이 지침에서도 역시 Metering이 자체적으로 에너지 저감을 할 수 없다고 언급하고 있으며, 수집된 데이터의 활용을 통해서 에너지 저감을 해야 하므로 데이터의 활용방안 등을 지침에서 다루고 있다.
지침에서 정의하는 Metering의 에너지 저감범위는 표 6 과 같다.
지침에는 호손효과를 통해서 전력량계 설치를 알리기만 해도 2%까지는 저감이 가능하며, 개별과금 및 개선의식, 프로세스 개선 및 유지보수, 지속적인 관리, 프로젝트 성과 등을 통해 에너지를 저감할 수 있도록 가이드하고 있다.
특히, 수집데이터를 Revenue Billing, Time-of-Use Metering, Real-Time Pricing, Load Aggregation, Submetering, Energy Use Diagnostics, Power Quality, Measurement and Verification of ESPC(Energy Saving Performance Contract) Savings, Emergency Response, Planning and Reporting 등으로 활용할 수 있도록 하고 있다.
스마트미터, 스마트그리드, AMI 관련시장 전망
글로벌 에너지 시장조사 전문기관인 Navigant Research의 통계에 따르면 2013년말까지 전세계적으로 400여개의 마이크로 그리드 프로젝트가 운전 또는 구축 중이며, 2013년 기준 83억달러인 글로벌시장은 2020년까지 꾸준히 성장해 2020년에는 400억달러(약 43조원)에 이를 것으로 전망되고 있다.
Pike Research는 스마트미터 출하대수가 2010년 1,800만대에서 향후 5년간 23%의 연평균 성장률을 기록, 2015년에는 5,000만대에 이를 것으로 전망하고 있다.
2008년까지 4,600만대에 불과했던 스마트미터 누적 설치대수가 2015년에는 2억5,000만대(시장 규모 약 39억달러)를 넘어서서 전체 전력계량기의 18%에 이를 것으로 전망하고 있고, Berg Insight는 현재 15~20% 정도인 유럽 및 북미지역의 보급률이 2015년 50%에 근접하고, 아·태 지역은 현재 1% 미만에서 25%에 이르는 등 2015년 세계 스마트미터 시장이 3억대에 이를 것으로 전망(누적 설치대수 기준)하고 있다.
또한 현재 세계 전력계량기는 약 13억대에 이르고 있으며, 이 중 스마트미터가 차지하는 비중은 10%에도 못 미치고 있어, 대체 수요시장이 매우 큰 것으로 예상하고 있다.
하나은행경제연구소의 보고서에 따르면 전력IT 시장중 AMI 구축을 위한 스마트미터의 성장이 가장 빠를 것으로 예상하고 있다.
품목별로 보면 전력망 원격제어 및 자동화장비인 스마트미터를 중심으로 한 AMI가 당분간 스마트그리드의 본격적인 시장개화를 이끌 것으로 예상되고 있다.
AMI 구축을 위해 필수적인 스마트미터는 2014년까지 관련 IT품목 중에서 가장 높은 성장세를 보일 것으로 예상되고 있다.
다만 시장규모 측면에서는 Zigbee와 같은 단거리 무선 네트워크를 통하여 전력설비 및 제어관리를 가능케 하는 센서시장 규모가 2014년 전체시장의 50%로 가장 클 것으로 예상되고 있다.
스마트미터 도입의 문제점
스마트그리드 사업을 구축 중인 각국 정부와 전력사업자는 가정 및 건물에 스마트미터를 보급하기 위해 노력하고 있다.
스마트그리드의 스마트미터 보급은 전력공급의 인프라를 교체하는 작업이므로 스마트미터 설치에 막대한 비용이 소요되고, 이를 누가 부담해야 할 것인지에 대한 갈등이 발생되고 있다.
대체로 스마트미터의 보급은 전력사업자의 역할로 인식되나 설치비에 대한 투자회수 문제로 적극나서지 않고 있다.
미국 연방정부의 경우 스마트미터 설치보조금을 지원하여 지원을 장려하고 있고, 전력회사의 스마트미터 설치비용을 전기요금으로 회수할 수 있도록 하고 있다.
스마트그리드와 더불어 가장 많은 관심을 받고 있는 에너지관리 시스템의 경우 효율적인 에너지 관리를 위해서 설비별, 에너지원별의 세부적인 계측이 필요하므로 다수 또는 대량의 계측 인프라 구축이 필요한 경우가 대부분이다.
에너지관리 시스템(EMS, BEMS, FEMS 등)의 데이터 구축을 위해서는 가정, 건물, 공장 등에 세부계측이 필요하므로 대량의 스마트미터가 필요하다. EMS 구축비용이 가장 큰 부분에 계측인프라 구축이 차지하고 있다고 볼 수 있다.
위의 두가지 경우 모두 다음과 같은 문제 등으로 인해 스마트미터 도입의 걸림돌이 되고 있다.
• 스마트미터 도입 및 설치의 경제적 부담
• 기기의 기능이 다양할수록 미터기의 가격에 대한 부담
• 유지관리 문제(철거, 이동, 수리)
• 유선통신 인프라 구축비용, 광대역 무선망 구축업체간 이견, 보안
특히, 인건비가 비싼 국가일수록 설치비용 및 미터기의 가격을 낮추는 방법에 초점을 맞춘 제품들이 개발되고 있다.
맺음말
스마트미터는 AMI, EMS, Smart Grid의 핵심기반 인프라이다. 에너지 및 온실가스에 대한 관심 및 규제의 증가 속에 여러 국가의 조사기관들은 스마트그리드, AMI, EMS시장에 대한 성장전망을 매우 긍정적으로 평가 하고 있다.
스마트그리드 및 EMS사업의 시작은 스마트미터 설치에서부터 이다. 그러나 전력사업자, 통신사업자, 소비자, EMS사업자간 추구하는 가치가 서로 상이하여 부정적인 요소도 많이 내재하고 있다.
예를 들면 전력사업자는 전력망 운영효율화, 발전소 설치비용 축소, 규제대응을 주된 가치로 추구하는 반면, 통신사업자는 데이터 확보를 통한 신규 비즈니스 창출을, 소비자는 편의성, 비용절감 효과를 기대하고 있다.
또한 EMS사업자는 건물, 공장 등에 소프트웨어 시스템 운영을 통한 에너지 저감을 추진하고 있다. 이는 데이터의 수집 및 공유라는 점에서 스마트미터의 기능, 경제성, 표준화 등에 대한 이슈를 가지고 있다.
스마트미터는 단순히 전자식 전력량계가 아니라 말그대로 스마트한 다양한 표준화된 기능을 가지면서, 경제성까지 겸비해야 진정한 스마트 전력IT의 핵심요소로 자리잡을 수 있을 것이다.
또한 스마트미터 기반 EMS, 스마트그리드 인프라는 에너지 저감이라는 본연의 목적 이외에도 다양한 비즈니스 기회가 창출될 수 있다는 점에서 사회적인 관심을 기울여야 할 것이다.
이를 위해서는 정부 및 기업의 다양한 지원정책 및 연구가 필요하다.