Fall 2013

신재생에너지 응용(GE0038)

- Smart Grid 이해-

본 자료는 상명대 조수환 교수님 자료 일부를 인용하였습니다.

순 서

Smart-Grid 란 무엇인가?

Smart-Grid의 필요성

Smart-Grid 국가로드맵

Smart-Grid 실증단지

1. Smart-Grid란무엇인가?

스마트그리드(Smart-Grid)

◦ 전력망에 정보통신기술(ICT)을 접목하여 전력공급자와 전력소비

자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지효율을최

적화하여 새로운 부가가치를 창출하는 차세대 전력망

◦ 구성요소 ASM(Advanced Smart Meter) : 기존의 적산전력량계를 대신하여 소

비자에게 실시간의 전기요금 정보를 제공하고 스마트 가전제품과의

자동화된 네트워킹을 통해 전력사용을 최적화하는 소비자 전력관리

장치

HEV 충전 인프라

분산전원

실시간 전기요금제

전력망의 Self-healing 기능

신재생에너지의 생산 및 재판매

DC전원 공급체계 및 전력품질에 따른 차등 요금제 등

1. Smart-Grid란무엇인가?

Smart-Grid의필수구성요소

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

1. Smart-Grid란무엇인가?

Smart-Grid의예상조감도

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

1. Smart-Grid란무엇인가?

다양한 분산형 전원 (Distributed Generators)

1. Smart-Grid란무엇인가?

전력계통의이해

1. Smart-Grid란무엇인가?

기존전력망과 Smart Grid의비교

1. Smart-Grid란무엇인가?

우리나라전력망의변화

1. Smart-Grid란무엇인가?

1. Smart-Grid란무엇인가?

세상을바꾸는 7대기술 (2009년 G8 확대정상회의)

◦ 스마트그리드 (한국)

◦ 에너지효율 (일본)

◦ 태양광에너지 (독일)

◦ 이산화탄소포집 및 저장기술(CCS) (호주)

에너지를 얻기 위해 사용되는 화석연료의 연소과정에서 발생하는

CO2를 대기중에 방출하지 않고 포집하여 회수, 격리하는 기술

◦ 첨단자동차

◦ 바이오에너지 (브라질)

◦ 석탄가스화복합발전(Intergrated Gasification Combined Cycle)

석탄원료로부터 전기뿐만 아니라 수소, 액화석유까지 만들수 있는 차

세대 석탄발전기술

2. Smart-Grid의필요성

2. Smart-Grid의필요성

지구온난화및 기후변화에대한적극적인대응의필요성

◦ 2020년까지 온실가스 배출전망치(BAU, Business As Usual) 대

비 30%수준으로 감축해야 함

◦ 에너지 소비효율의 최대화함으로써 화석연료의 소비를 최소화

산업전반의신성장동력창출가능

◦ 노후된 전력설비(SOC로서의 성격)의 교체 및 최신자동화 설비

신설

◦ 통신, 가전, 건설, 자동차, 에너지 산업 등 산업전반에 걸친 영향

력

자연친화적인 Green Life style의정착

◦ 소비자의 에너지 선택권 제고(소비자의 Prosumer화)

◦ 쾌적한 환경을 보장

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

(억달러) (억달러)

국내 총수입 대비 30.8%가 에너지 구입에 사용된다!!

* 우리나라 1년 국가예산(2013년 : 342조원)

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

국내 에너지의 수입의존도 : 96.4% (2008년 기준)

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

일본 대 한국 비교경제규모 = 6 : 1

에너지소비 = 2 : 1

출처 : BP Statistical Review of World Energy 2011

국가별 GDP비교 국가별 석유 소비량 (1 barrel=160 L)

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

◦ 에너지 소비대비 생산능력의 비효율성

◦ 에너지낭비에 대한 소극적인 대처

2. Smart-Grid의필요성

우리나라의에너지현실

높은 수준의 에너지 소비 증가율(세계 9위, ‘08)

에너지 다소비형 산업 구조

녹색산업·기술 수준 취약

CO2 총배출량 증가율 OECD 1위(1990~2004)

2012년 대한민국은 여전히 에너지 소비 위주의 국가다…!!

2. Smart-Grid의필요성

에너지소비와공급의균형

에너지 수급의 균형

- 에너지부족에대한공감대형성

- 지구환경보전에대한관심

- 에너지절약실천및 생활화

- 다양한에너지원의개발

- 신재생에너지의보급

- 효율향상을통한공급증

대효과제고 (에너지 고효율

장비의 개발, 스마트그리드의

확대)

국민들의 의식변화를 통해 소비를 줄이고, 기술력을 활용해 이용효율을극대화한다…!!!!

3. Smart-Grid 국가로드맵

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형전력망(Smart Power Grid)

◦ 추진목표 다양한 형태의 소비, 공급원과 연계가 자유로운 개방형 전력망을 구축하여 새로

운 비즈니스모델의 창출이 가능한 기반 조성

전력망 고장의 사전예측 및 자동복구 체제의 구축을 통해 고품질, 고신뢰성이 확

보된 전력공급

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형전력망(Smart Power Grid)

◦ 기술개요 지능형 송전시스템

초전도, FACTS, HVDC, WAMS(Monitoring & Measurement), WACS(Control),

디지털변전시스템 등 지능형 전력기기를 적용하여 친환경, 고효율, 고신뢰성

과 자동복구능력을 갖춘 미래 송전시스템

지능형 배전시스템

분산전원, AMI, 스마트개폐기 및 PCS(Power Conditioning System) 등 다양

한 배전급 지능형 전력기기를 적용하여 고품질, 고신뢰성 및 자동복구능력을

지닌 미래 배전시스템

지능형 전력기기

초전도, FACTS, HVDC, WAMS, WACS, 디지털변전시스템, AMI, 스마트 개폐

기 및 PCS 등 신전력기기의 통칭

지능형 전력통신망

지능형 전력기기 및 지능형 전력망을 감시, 제어, 운영하는 신경회로에 해당하

는 유무선 방식의 전력통신망

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형소비자(Smart Consumer)

◦ 추진목표 현재의 단방향, 폐쇄적 에너지공급에서 AMI 기반의 양방향 에너지 종합관리시스

템 구축을 통한 에너지 소비의 합리화

스마트미터 및 AMI 구축을 통해 전기요금에 반응하여 에너지를 절약하는 가전기

기 보급 및 부하관리를 실현하여 최대전력 감소

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형소비자(Smart Consumer)

◦ 기술개요 AMI 기술

양방향 통신망을 이용하여 전기 등의 에너지 사용에 대한 검침, 사용 정보 수집

뿐만 아니라 개별 에너지 기기에 대한 능동적 제어가 가능한 기술

EMS 기술

전기 등의 에너지 사용에 대한 모니터링, 제어 및 최적화를 구현하는 시스템 기

술로서 가정, 빌딩, 공장 등에 적용 가능

양방향 통신N/W 기술

소비자와 공급자 양방향으로 에너지 사용 및 제어 데이터 등을 자유롭게 전달

할 수 있는 기술로서 다양한 유무선 통신 방식이 적용

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형운송(Smart Transportation)

◦ 추진목표 전국에 다양한 형태의 충전인프라를 구축하고 전기자동차 사업자와 협력을 통해

새로운 비즈니스 모델 창출

전기요금이 저렴한 시간대에 전기차를 충전하고 비싼 시간대에 전력을 재판매하

는 V2G 시스템 구축

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형운송(Smart Transportation)

◦ 기술개요 부품 소재기술

소형 및 중대형 전기차 핵심 부품 및 소재에 해당하는 전기모터, 배터리, BMS

등을 개발하는 기술

충전인프라 기술

전기차에 효율적으로 전기를 공급하기 위한 급속, 완속 충전기, 충전 I/F 부품

및 인증, 과금 등을 위한 전기차 ICT 서비스 시스템을 구축하는 기술

V2G기술

전력망과 전기자동차 배터리 전원을 연계하여 양방향으로 전력을 전송, 역송

하는 기술로서 실시간 시장요금에 근거하여 효율적인 계통 연계 및 운용 방안

을 구축하는 기술

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형신재생(Smart Renewable)

◦ 추진목표 발전이 간헐적이고 출력제어가 어려운 신재생발전원을 기존의 전력망에 안정적

으로 연계, 운용할 수 있는 인프라 구축

에너지 자급자족이 가능한 가정(Green Home) 및 빌딩(Net Zero Energy

Building), 마을(Green village) 구축

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형신재생(Smart Renewable)

◦ 기술개요 마이크로그리드(Micro Grid) 기술

충분하고 다양한 신재생발전원을 포함한 분산전원과 부하의 통합적 관리를 통

한 지역적 전기-열 에너지 공급체계 기술

에너지저장(ESS) 기술

배터리, 플라이휠, 압축공기저장장치 등 에너지 저장 매체 기술 및 운용 기술

전력품질 보상기술

신재생 발전원의 급격한 출력변동과 전력조류 변경에 기인한 계통 전압과 주

파수 변동을 억제하는 전력품질 유지 기술

전력거래 인프라 기술

실시간 전력요금제에 의한 실시간 전력입찰 및 발전량 계량을 위한 통신체계

와 분산발전원 제어체계 관련 기술

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형전력서비스(Smart Electricity Service)

◦ 추진목표 에너지 절감이 가능한 다양한 요금상품이 개발됨에 따라 다양한 수요자의 니즈

충족을 통해 소비자의 선택권 제고

전력과 정보통신의 결합으로 다양한 전력부가서비스가 제공되며 전력 및 파생상

품 거래가 가능한 실시간 전력거래제도 확립

[출처: 한국스마트그리드사업단 홈페이지]

3. Smart-Grid 국가로드맵

지능형전력서비스(Smart Electricity Service)

◦ 기술개요 실시간 요금제 기술

변화하는 요금정보를 소비자에게 실시간으로 전달하여 전력수요의 가격반응

을 유도하는 기술

수요반응 기술

전력가격 및 시스템 상황에 반응하여 소비자가 전력소비를 조정하도록 유도하

여 시스템의 신뢰도 향상과 비용절감을 추구하는 기술

전력거래 기술

수요와 공급이 다양한 참여자가 각기 보유한 전력자원을 자유롭게 거래하여

에너지 효용을 극대화하는 기술

4. Smart-Grid 실증단지

사업개요

◦ 목적 : 세계 최대 최첨단 스마트그리드 실증단지를 조기에 구축하

여 관련기술의 상용화 및 수출산업화를 촉진

◦ 지역 : 제주도 구좌읍 일대 약 6천호 가구 대상

[출처: 제주스마트그리드실증단지 홈페이지]

4. Smart-Grid 실증단지

◦ 사업 기간 기초단계 : 2008.12 ~ 2009. 11, 기본설계

기본단계 : 2009.12 ~ 2011. 5, 인프라 구축

확장단계 : 2011. 6 ~ 2013. 5, 통합운영

[출처: 제주스마트그리드실증단지 홈페이지]

4. Smart-Grid 실증단지

[출처: 제주스마트그리드실증단지 홈페이지]

4. Smart-Grid 실증단지

기대효과 (2030년 까지)

◦ 국가단위 에너지 : 국가 에너지 소비의 3% 절감 (전기에너지 10%), 피크부하

6% 절감 (표준원전 7기)

환경 : 국가 온실가스 배출량 41백만톤 (’06년 배출량의 7%) 감축

무역수지 : 화석연료 수입 감소로 에너지 수입 100억불 절감

◦ 제주지역 경제적, 산업적 영향

녹색성장의 미래체험, 제주의 풍부한 녹색에너지(풍력, 태양광)를 활용

한 Carbon Free Island 제주 조기 구현

전기자동차, 통신, 가전, 건설, 에너지 등 다양한 산업분야에 성장 모멘

텀 제공으로 관련 국내외 기업유치 및 투자 활성화

IT융합형 첨단 녹색산업 성장으로 지역경제 활성화, 청년실업 해소 및

해외시장 진출 예상

실증단지 구축과 운영으로 지역 일자리 창출 및 지역기업 소득 창출,

관련 국내외 기업유치 및 투자로 지역경제 활성화

4. Smart-Grid 실증단지

[출처: ‘제주스마트그리드실증단지의 현황과 미래’ 산업기술혁신연구회 보고서]