개요
- 스마트 그리드란 기존의 전력망에 IT기술을 접목하여 전력공급자와 사용자가 양방향으로 실시간 정보를 교환함으로써 에너지 효율을 최적화 할 수 있는 차세대 전력망을 말한다
- 기존의 전력망ICT기술을 융합하여 에너지 효율을 최적화하는 지능형 전력망과 더불어 이를 기반으로 유관산업(중전, 통신, 가전, 건설, 자동차, 에너지 등)간의 융합 및 시너지 기회를 제공하고 이를 촉진하기 위한 제반 플랫폼(법, 제도, 프로그램등)을 갖춘 녹색성장 플래폼을 말한다
스마트 그리드의 목적
1)전력공급 측면
- 전력수요의 분산 : 신규발전 투자비용 절감
- 신재생전원의 보극 확대
- 전력생산이 불규칙한 분산형 전원의 안전성 제고
- 대규모로 전력망에 연결
- 송배전 운용의 효율성 향상, 전력품질 향상, 설비투자의 최적화
2)전력수요 측면
- 소비자에 의한 자발적인 에너지 절감, 온실가스 배출 절감, 소비시간 조정
스마트 그리드의 구성
1)계층 구조
- 전력 레이어(층)
전력층은 발전에서 송전과 변전을 거쳐서 수용가에 이르는 물리적인 전력기반설비를 의미한다
- 통신 레이어(층)
통신층은 전력수급 주체간, 전력장치들 간의 정보를 교환할 수 있게 하는 인프라를 의미하며 LAN(LocalAreaNetwork), WAN(WideAreaNetwork), AIM(AdvancedMetetingInterfrastructure), HAM(HomeAreaNetwork)등이 존재한다
- 응용층(애플리케이션 레이어)
- 스마트 그리드상에서 구동될 수 있는 서비스 영역의 단계를 의미한다
- 전력망 최적화, 수요반응, 스마트 계량기, 분산발전, 전력저장, 전기자동차, 에너지관리시스템과 같은 다양한 응용들이 존재한다
2)한국형 스마트 그리드 구성요소
- 스마트 그리드 구성 1
- 스마트 그리드 구성 2
기존 전력망과 스마트 그리드의 비교
| 구분 | 기존 전력망 | 스마트 그리드 |
|---|---|---|
| 전원공급방식 | 중앙전원 | 분산전원 |
| 구조 | 방사형 구조 | 네트워크 구조 |
| 통신방식 | 단방향 | 양방향 |
| 기술기반 | 아날로그/전자식 | 디지털 |
| 점검/사고 복구 | 수동 | 원격/자기치유 |
| 제어시스템 | 지역적 제어 | 광범위한 제어 |
| 고객 서비스 | 제한적 | 다양한 서비스 |
스마트 그리드의 5대 분야(=로드맵)
1)지능형 전력망(SmartPowerGrid)
- 지능형 송전시스템 : FACTS, HVDC, 초전도 기술, 디지털 변전시스템 기술 등
- 지능형 배전시스템 : 분산형전원, 스마트 개폐기
- 지능형 전력기기 : FACTS, HADC, 초전도기술, AMI, 스마트 개폐기
- 지능형 전력통신망 : 유무선 전력통신망
2)지능형 소비자
- AMI기술 원격검침, 정보수집, 개별기기 능동적 제어기술
- EMS기술 : 에너지 사용 모니터링, 제어기술
- 양방향 통신 네트워크
3)지능형 운송
- 부품소재기술 : 전기자동차 핵심부품 및 소재, 전기모터, 배터리 등
- 충전인프라기술 : 급완속 충전기, 전기차 ICT시스템
- V2G기술 : 전력망과 전기차 배터리 전원연계
4)지능형 신재생
- 마이크로 그리드 기술 : 분산형 전원과 부하의 통합적 관리
- 에너지 저장기술 : 배터리, 플라이휠 압축공기 저장장치 등
- 전력품질 보상 기술 : 분산형 전원 출력변동, 전력조류 등 계통전압, 주파수 변동 억제
- 전력거래 인프라 기술 : 실시간 전력 입찰 및 발전량 계량
5)지능형 전력서비스
- 실시간 요금제 기술 : 소비자에게 실시간 요금 정보전달, 전력수요 가격반응 유도
- 수요반응 기술 : 소비자의 전력소비 조정유도, 신뢰도 향상, 비용절감
- 전력거래기술 : 수요와 공급자의 자유로운 전력거래, 에너지 효용 극대화
스마트 그리드의 응용 서비스
1)원격검침 시스템
- 전력사업자와 소비자간 양방향 통신이 가능하게 하는 기능을 갖추는 것뿐만 아니라 전력사업자가 유용한 기능들을 구동할 수 있게 해주는 역할을 한다
- 검침원이 필요 없는 생력화가 가능하고, 전력소비량을 실시간 알 수 있어 관리를 효율적으로 할 수 있다
2)수요반응
- 최대 전력수요를 줄이고 시스템의 긴급 상황발생을 피하기 위하여 요금 및 인센티브수단을 통하여 소비자의 전력소비 패턴을 합리적으로 변화시키는 행위를 말한다
- 최적의 에너지 사용량을 유도하여 발전소, 선로, 설비 설치비용을 줄이고, 수용가에게는 요금혜택을 누릴수 있는 서비스
3)전력망 최적화
- 전력사업자와 전력망 운영자가 송배전망에 대한 디지털 제어를 할 수있는 방향으로 전개
- 디지털 제어를 통해 전력사업자는 배전관리, 정전관리, 전력누수탐지, 자산관리, 부하관리, 전력망 안정화 등에서 효율성을 기대
4)분산발전
- 친환경적인 에너지인 재생에너지를 용이하게 통합하여 효과를 극대화 필요
- 즉, 전력수요 변화에 유연성 있게 대처하여 전력계통의 안정성을 극대화할 수 있다
5)에너지 저장장치
- 대용량의 에너지 저장장치보다는 분산전원에서 직접 수용가에 전력을 공급해 줄수 있는 소규모 분산장치 필요성이 커지고 있다.
- 발전소, 송전, 변전, 배전의 설비등을 감소시킬 수 있어 효율성을 극대화할 수 있다
6)플러그인 하이브리드 전기자동차
- 플러그인 하이브리드 전기자동차의 배터리는 스마트 그리드를 통해서 재생에너지 발전의 잉여 전력을 저장한다.
- 전력수요가 높아질 때 전력망으로 배터리에 저장된 전력을 송전하는 시스템으로 발전할 것이다
7)첨단 전력제어 시스템
- 전력사업자의 전력망 모니터링, 제어, 최적화를 위한 다양한 핵심 시스템, 응용, 백엔드 기술 인프라를 업그레이드하고, 지속적으로 통합하는 기능을 갖추어야 한다
8)스마트 홈과 네트워크
- 빌딩이나 주택 내부에 설치되어 있는 온도조절 장치, 난방장치, 조명, 에어컨 시스템과 같은 기기에 소프트웨어 및 네트워크 기능을 부가함으로써 전력사업자와 소비자 모두 혜택을 얻을 수 있다.
마이크로 그리드
1)정의
- 소규모, 모듈화 된 분산발전 시스템이 배전망에 연결되어 구성된 새로운 형태의 저압네트워크 전력시스템을 말한다.
2)구성도
3)마이크로 그리드의 특징
- 분산형 전원의 장점을 최대한 이용, 에너지 효율 향상
- 현재 집중적인 발전, 송전, 배전의 문제점 해결(전력손실, 입지 난 해소 등)
- 전력품질 유지 어려움
- 마이크로 그리드에 대한 연구 초기 단계
스마트 그리드의 문제점(개발방향)
- 범국가적 기반 정비가 필요
- 마이크로 그리드의 부족
- 실시간 요금제의 단계적 도입
- 해킹 등의 보안문제
- 스마트 미터 설치 미비
- 전기차 급속충전에 대비한 전력공급 체계확보
★신개념에너지(MN)
G 스마트 그리드
M 마이크로 그리드
R 전기자동차 전원공급설비
V V2G
E ESS(전력저장장치)
D ESS의 시설
T 리튬이온 축전지
S SMES(초전도 에너지 저장장치)
C 초고용량 커패시터
B 이차전지
A 압축공기 에너지 저장장치(CAES)
N 분산형 전원
L 분산형 전원 배전계통 연계기술
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