0. 목차
- '스마트 그리드'란?
- '지능형 검침 인프라'란?
- '지능형 검침 인프라' 네트워크 구조
- '지능형 검침 인프라'의 구성요소
- '지능형 검침 인프라' 관련 기업
1. '스마트 그리드'란?
'스마트 그리드(Smart Grid)'는 '전력망(Electrical Grid)'에 정보통신기술을 도입하여, 전력 공급자와 소비자가 실시간으로 정보를 교환할 수 있도록 하는 지능적인 차세대 전력망이다. '스마트 그리드(Smart Grid)'는 현재 공급자 위주의 일방적인 전기 공급구조에서 벗어나, 수요자의 상태를 양방향 통신을 통하여 파악함으로써 에너지 생산·운용·소비를 최적화할 수 있는 IT 전력 연계 기술이다. '스마트 그리드(Smart Grid)'는 크게 다음과 같이 '물리적 전력 설비층', '전력 연계 통신층', '응용 서비스를 구현하는 정보기술층'의 3계층으로 나뉜다.
- 물리적 전력 설비층: '발전-송전·배전-수요처'에 이르는 하단의 물리적 전력 설비층
- 전력 연계 통신층: 전력 수급주체 간 정보 교환을 가능케 하는 다양한 전력 연계 통신층
- 응용 서비스를 구현하는 정보기술층: '지능형 검침 인프라(AMI)', '수요 반응(DR)', '전기차 충전', '분산 발전·저장' 등 응용 서비스를 구현하는 정보기술 층
현재 소비자는 사용시간대에 상관없이 사용량에 따라 요금이 책정되는 요금제를 적용받고 있다. 하지만 '스마트 그리드'를 통하여 사용량의 실시간 측정이 가능해지면, 전력 공급자는 탄력적으로 전력의 수급 상황에 따라 전력 공급량 및 가격을 조절할 수 있다. 소비자가 실시간으로 미터기 및 인터넷을 통하여 전력가격 및 사용 행태에 대한 파악이 가능하기 때문에, 전력 사용량 조절과 같은 전력 소비행태의 변화가 가능해질 것으로 전망된다.
'스마트 그리드(Smart Grid)' 기술은 수요자와 공급자의 양방향 통신이 가능해 주도록 해주는 '지능형 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)', 소비자가 전력가격에 따라 반응할 수 있게 하는 '수요반응 시스템(Demand Response System)', 분산 에너지원을 관리하는 '에너지 관리 시스템(EMS: Energy Management System)'으로 구성된다.
2. '지능형 검침 인프라'란?
'지능형 검침 인프라(AMI: Advanced Metering Infrastructure)' 기술은 가스·전기·온수·수도·열 등의 유틸리티 공급자가 고객의 에너지 사용량을 원격으로 자동 검침하고, 이에 따라 정확한 에너지 공급·과금·보고 등의 서비스를 제공하며, 스마트미터를 기반으로 소비자·생산자 간 양방향 정보소통이 가능하도록 연결해 주는 '네트워크 시스템(Network System)'을 말한다. '지능형 검침 인프라(AMI)'는 단방향이었던 '자동 원격 검침(AMR: Automatic Meter Reading)'이 진화된 형태로서, 수용가와 전력회사 간 전력 소비량의 실시간 측정뿐만 아니라, '사용 중인 전력의 품질', '서버와의 통신', '공급자와의 사전계약을 바탕으로 전력 소비량을 제어하는 기술' 등을 포함한다.
'지능형 검침 인프라(AMI)'는 '스마트 그리드(Smart Grid)' 실현에 있어 가장 핵심이 되는 기술로, 최종 전력소비자와 전력회사 사이에 실시간 네트워킹이 가능하도록 해주는 IT 전력 서비스 인프라 시스템이다. '지능형 검침 인프라(AMI)'의 기술 범위는 '스마트미터', '데이터 집중장치', '통신 네트워크', '소비자 에너지 디스플레이 및 제어', '소비자 관련 지능형 시스템 네트워크' 등을 모두 포함하고 있다.
'지능형 검침 인프라(AMI)'는 전력 공급자와 수요자의 상호 인지 기반 '수요 반응(DR: Demand Response)' 시스템 구현 및 운영을 위한 중요 수단이다. 다양한 유형의 '분산 전원 체계', '배전 지능화 시스템' 등과의 정보연계 등 미래 지능형 전력망 운용을 위해 최우선적으로 구축해야 할 지능화 전력망 인프라이다.
'지능형 검침 인프라(AMI)'는 수용가와 전력회사 간의 양방향 데이터 통신을 통해, 전력의 공급자와 수요자 간의 상보 정보제공 수단을 제공해 주며, 다양한 유형의 부가 서비스를 제공한다. '지능형 검침 인프라'는 'TOU(Time of Use)', 'CPP(Critical Peak Pricing)', 'RTP(Real Time Pricing)' 등 고도화된 시간 요금제 지원이 가능하며, 이를 통해 수용가 측 '수요반응(DR)'을 통해 능동적인 에너지 절감 참여 유도가 가능하다. 전력회사는 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템을 통해 '부하 예상', '부하제어', '정전 관리', '전력품질 모니터링' 등 전력회사 측면에서의 효율적인 전력 수급을 위한 인프라로 활용 가능하다. '지능 검침 인프라'는 수요자와 전력회사 간 양방향 통신을 이용하여, 부가적인 인력 운영 없이 '실시간 요금 정산', '전력사정에 따른 가전 제어' 등을 가능하게 하는 인프라이다.
3. '지능형 검침 인프라' 네트워크 구조
'지능형 검침 인프라'는 '스마트 미터(Smart Meter)'를 기반으로 하는 '미터링 디바이스(Metering Device)'와 통신하여 요구 시 또는 주기적으로 에너지 사용량을 측정·수집·분석하는 시스템이다. '지능형 검침 인프라' 네트워크는 전력회사와 '데이터 집중 장치(DCU: Data Concentration Unit)' 사이의 데이터 통신을 위한 'WAN(Wide Area Network)', DCU와 스마트미터를 연결하기 위한 'NAN(Neighborhood Area Network)', 스마트미터와 가전기기 사이를 연결하기 위한 'HAN(Home Area Network)'로 이루어져 있다.
- WAN(Wide Area Network): WAN은 NAN에서부터 전력회사에 이르기까지 장거리 영역의 통신을 담당한다. 실시간 모니터링, 전력 시스템의 상태 정보를 이용한 실시간 제어·보호 어플리케이션 등을 지원한다.
- NAN(Neighborhood Area Network): NAN은 WAN과 HAN을 연결해 주는 중간 역할을 하며, 스마트 미터와 DCU 간의 통신 네트워크로 이루어진다. 다수의 HAN과 연결되어 스마트미터로부터 다양한 정보들을 DCU가 저장하고 처리할 수 있도록 한다. 그리고 이 정보들을 WAN을 통해 전력회사로 전달해 주며, 그 반대의 정보 전송 또한 가능하게 한다.
- HAN(Home Area Network): HAN은 스마트미터와 각종 가전기기 간 통신을 위한 네트워크이다. '지능형 검침 인프라'를 구성하는 네트워크의 최하위단으로 WAN과 NAN을 통해 전력회사로부터 효율적인 에너지 분배를 위해, 모니터링 되고 제어될 뿐만 아니라 스스로 스마트한 에너지 관리를 할 수 있는 기회를 제공한다.
4. '지능형 검침 인프라'의 구성요소
4-1. 스마트 미터(Smart Meter)
'스마트 미터(Smart Meter)'는 새로운 통신 기술의 적용과 함께 양방향 통신을 지원하고, 사용자에게 전력 사용 정보를 제공하여, '수요반응(DR)'을 통해 에너지 효율 향상을 촉진시키는 '지능형 검침 인프라'의 핵심 장치이다. '스마트 미터'는 프로그램이 가능한 전자식 계기로서, '시간대별 요금제(TOU: Time of Use)', '고객 및 전력회사를 위한 소비 데이터 수집', '양방향 계량(Net-Metering)', '정전 및 복전 알림', '원격 부하 차단·복귀 동작', '불성실 납부자 또는 수요 응답을 위한 부하 제한', '에너지 선불요금제', '전력 품질 감시', '도전 감지' 등의 기능을 포함한다. '스마트 미터'는 사용한 전력량을 '다양한 시간 구간 또는 간격'으로 계량하고, 이를 통신 기술과 연계한다. 전력회사는 각 고객들로부터 지속적으로 사용정보를 읽어 들여 데이터베이스화 한다.
4-2. 데이터 집중 장치(DCU)
'데이터 집중 장치(DCU: Data Concentration)'는 '지능형 검침 인프라' 네트워크 구축을 위해 다기종의 '스마트미터(Smart Meter)'와 '에너지 정보 표시 장치(IHD: In House Display)' 등을 다양한 유·무선 통신으로 네트워킹 할 수 있는 장치이다. '데이터 집중 장치(DCU)'는 수십에서 수백 가구 에너지 사용자의 에너지 사용 정보를 수집하여 전력 회사로 전송하는 '지능형 검침 인프라'의 주요 장치이다.
'데이터 집중 장치(DCU)'는 'WAN(Wide Area Network)'을 통하여 유틸리티 영역과 연계하고, 'NAN(Neighborhood Area Network)'을 통하여 'HAN(Home Area Network)' 영역의 스마트미터, 유틸리티 연계 장치와 통신함으로서, 유틸리티 영역과 HAN 영역을 연계하여 에너지 사용자의 '에너지 사용 정보', '정전 정보', '수요반응 정보' 등을 전송한다.
'데이터 집중 장치(DCU)'는 유틸리티의 '에너지 요금 정보', '수요 반응 정보', '다양한 전력 서비스 정보'를 에너지 사용자에게 전달하는 기능을 수행하며, 장거리 전송을 위해서 'HFC(Hybrid Fiber Coax)', '와이브로(Wibro)', '와이맥스(WiMAX)', 'GSM(Global System for Mobile Communications)', 'CDMA(Code Division Multiple Access)', '디지털 TRS(Digital TRS)', '광통신망(Photonic Network)' 등의 액세스 네트워크가 WAN으로 이용되고 있다. '스마트 미터'와 연계하는 NAN으로는 'PLC(Power Line Communication)', 'ZigBee', 'Binary CDMA' 등 근거리 통신 수단들이 주로 이용된다.
4-3. 에너지 정보 표시 장치(IHD)
'에너지 정보 표시 장치(IHD: In-Home Display)'는 '지능형 검침 인프라(AMI)'의 주요 구성요소로서 실내에서 '스마트 미터(Smart Meter)'와 연계하여 '전력 사용 정보', '통계 정보', '고부가서비스 정보' 등을 소비자에게 실시간으로 제공하는 장치이다. '에너지 정보 표시 장치(IHD)'는 현재까지의 '전력 사용량', '전력 요금', '전력 사용량 시간대별 추이', '현재 누진 요금제 구간', '전월 전력 사용량 및 요금', '연간 전력 사용 통계', '동일 집단 평균 전력 사용량 및 요금' 등의 정보를 제공한다. 추가로 '에너지 정보 표시 장치(IHD)'는 에너지 사용 정보', '고부가 서비스 정보' 등의 정보도 제공한다.
4-4. '수요 반응(DR)' 시스템
수요 반응(DR: Demand Resoponse)'은 소비자 측에 양방향 통신망인 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템을 구축하여, 전력의 수요·공급 정보에 따라 전력소비를 최적화하고 '전력망(Electrical Grid)'의 효율을 높이고자 하는 기술이다. 소비자 부문에서 소비자의 전기 사용을 전력회사의 공급 상황에 따라 반응하도록 하여, 전력망의 효율을 높일 수 있다. '수요 반응(DR)'은 대표적인 소비자 부문에서의 스마트 그리드 기술이다. 소비자 부문에서의 '스마트 그리드' 관련 기술을 개발하는 목적은 '양방향 통신 네트워크'를 이용하여 소비자의 '수요 반응(DR)'을 기반으로 '효율적 에너지 관리·소비'가 가능하도록 하는 데에 있다. '수요 반응(DR)' 기술의 대표적인 기능으로는 다음과 같은 것들이 있다.
- 에너지에 대한 다양한 정보 제공 기능: 건물 혹은 가정의 '에너지 사용량', '요금 제도', '예상요금' 등 에너지에 대한 다양한 정보를 인지할 수 있는 기능
- 에너지 절감 프로그램: 자발적으로 에너지 절감 프로그램에 동참할 수 있는 의사결정을 내리는 기능
- 수용가 내 온라인 에너지 관리 시스템: 수용가 내 '조명', '냉난방', '가전기기' 등의 '부하(Load)'들에 대한 '임계치(Threshold)'에 따른 자동제어 또는 수동 제어를 할 수 있는 기능이다. 수용가 내 온라인 에너지 관리 시스템을 통해 '실시간 부하 관리', '실시간 에너지 사용량 분석', '미래 사용량 예측 정보 인지'가 가능하다.
4-5. 지능형 전력 정보 관리 시스템(MDMS)
'지능형 전력 정보 관리 시스템(MDMS: Meter Data Management System)'은 '지능형 검침 인프라(AMI)'를 통해 수많은 수요 측 데이터를 수집·취득하고 이들 데이터를 처리·가공·분석하여 가치 있는 정보로 변환시킨다. 이후 'ESB(Enterprise Service Bus)'를 이용한 유틸리티 내 여러 어플리케이션과의 정보 교환·공유를 통해 다양한 부가 서비스를 창출하는 소프트웨어 인프라이다. '지능형 전력 정보 관리 시스템(MDMS)'의 기능은 다음과 같이 구분할 수 있다.
- 스마트미터로부터 SUN을 통해 데이터를 수집하는 기능
- 수집된 수많은 데이터를 저장·관리하면서, 이들 데이터를 처리·분석하는 데이터 관리·처리 기능
- 처리된 정보를 다양한 어플리케이션과 교환·공유하는 인터페이스 기능
- 공유 정보를 통해 전력 소비자에게 부가 서비스를 제공하는 기능
4-6. 지능형 전력 서비스 네트워크(SUN)
'지능형 전력 서비스 네트워크(SUN: Smart Energy Utility Network)' 기술은 소비자 측에 양방향 통신망인 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템을 구축하여 전력의 수요·공급에 따라 전력 소비를 최적화하고, '전력망(Electrical Grid)'의 효율을 높이는 기술이다. SUN은 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템에서 전력회사와 수요자를 접속하게 해주며, 스마트미터와 함께 '지능형 검침 인프라(AMI)'를 구성하는 가장 중요한 인프라이다.
'원격 검침 인프라' 환경에서 '지능형 전력 서비스 네트워크(SUN: Smart Energy Utility Network)' 영역은 수요자의 '스마트미터'부터 '데이터 집중 장치(DCU: Data Concentration)' 구간까지의 'NAN(Neighborhood Area Network)' 영역을 비롯하여, DCU와 유틸리티 운영 시스템 간 양방향 통신을 위한 'WAN(Wide Area Network)' 영역까지 해당된다. SUN의 주요 기능은 '대용량 데이터 수집', '실시간 통신 서비스', '전력사-고객 간 양방향 통신 서비스 지원', '다양한 응용 서비스 지원'을 위한 융합 통신망 제공 등이 있다.
'지능형 전력 서비스 네트워크(SUN: Smart Energy Utility Network)'는 HomePlug 중심의 200Mbps급의 HomePlug AV 및 HomePlug CC 기술이, OPERA 중심의 200Mbps 및 400Mbps 급의 PLC 기술이 개발되었다. 이를 토대로 IEEE P1901 및 ITU-T Ghn 표준으로 제정되었다.
5. '지능형 검침 인프라' 관련 기업
'지능형 검침 인프라(AMI)'는 기존의 기계식 미터기 제조업체들이 IT 기술을 결합하여 시장을 주도하고 있다. 세계 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시장의 주요 참여업체로는 '시스코 시스템즈(Cisco Systems)', 'IBM', '제너럴 일렉트릭(General Electric)', '슈나이더 일렉트릭(Schneider Electric)', 'Elster Group', '아이트론(Itron)', '아클라라 테크놀로지(Aclara Technologies)' 등이 있다.
'지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템은 기존의 '자동 원격 검침(AMR: Automatic Meter Reading)' 제조업체들을 주축으로 시장을 형성하고 있다. 하지만 IT 기술과의 통합이 필수적이기 때문에 S/W 및 시스템 구축에 경쟁력을 갖고 있는 업체들도 활발히 참여하며 경쟁구도를 형성하고 있다. 주요 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시스템은 미국의 IBM, SAP, '오라클(Oracle)' 등이 S/W 플랫폼을 제공하고 있다. 또 '구글(Google)' 사는 '제너럴 일렉트릭(General Electric)', Tendrill 등의 계측기기 제조사와 제휴를 통해, '마이크로소프트(Microsoft)' 사는 프랑스의 Alstom 사 등과 제휴를 통하여 '스마트 그리드(Smart Grid)' 영역에 진출하였다.
5-1. 한전케이디엔
- 국적: 한국
'한전케이디엔'은 전력 관련 설비의 자동화와 '전력망 통신 기술(PLC: Power Line Communication)'을 기반으로 '지능형 전력 서비스 네트워크(SUN: Smart Energy Utility Network)' 및 '지능형 전력 정보 관리 시스템(MDMS: Meter Data Management System)' 구축을 위한 서비스를 제공하는 '그리드 솔루션(Grid Solution)' 업체이다. '한전케이디엔'은 '발전 제어', '원격 감시', '배전 자동화', '원격검침'이 주 사업 영역이다. '한전케이디엔'은 '전력 EPR 시스템(검침, 요금, 수납, 콜센터 시스템 등)', '자동 원격 검침(AMR)', '전력판매 시스템', '고객 지리정보시스템' 등을 구축하였다.
5-2. LS산전
- 국적: 한국
'LS산전'은 전력 및 자동화 솔루션에 경쟁력을 보유하고 있다. '스마트미터기', '에너지 정보 표시 장치(IHD: In-Home Display)'를 미국과 국내에 이미 시범 공급하였다. 'LS산전'은 2009년에 미국 '지능형 검침 인프라(AMI)' 시장의 25%를 차지하는 전력 사업자 'Silver Spring Network'와 MOU를 체결하여, SSN 통신 모듈에 LS산전의 스마트미터에 적용, 현지화를 추진하였다. LS산전은 2010년에 국내에서도 정부의 IHD 2만 호 보급 사업에서 7000호를 수주하여 IHD를 공급하는 등, 스마트그리드 영역에서 경쟁력을 확보하고 있다.
5-3. 옴니시스템(Omni System)
- 국적: 한국
'옴니시스템(Omni System)'은 원격 검침이 가능한 디지털 전력량계를 최초로 개발하여 전력량계의 디지털 시대를 개척한 기업이다. 지속적인 연구 개발로 국내 원격 검침 시장을 선도하며 전기를 비롯한 가스·수도·온수·열량계 등의 설비 미터도 디지털 방식으로 개발한 바 있다.