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일본 에너지 분야의 디지털화 진행 현황일본 전력 분야의 디지털화는 어디까지 진행되고 있는가?
  • 한국에너지정보센터
  • 승인 2018.12.31 12:43
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빅 데이터, IoT, 인공지능(AI) 등으로 현대 사회의 디지털화가 급속이 진행되고 있다. 제조업 등 주요 산업분야뿐 아니라 에너지 분야도 마찬가지다. 특히 전력 분야에서 디지털 기술을 활용하여 경쟁력을 강화하려는 노력이 이루어지고 있다. 그렇다면 일본에서는 발전, 송배전, 소매 각 분야에서 디지털화의 움직임에 어떻게 추진되고 있는지 살펴보도록 하자.

전력 분야에서 디지털 기술의 활용은 큰 장점이 있다. 이를테면 신규 사업 창출, 효율성 향상을 통한 수익성 개선 등이다. 신규 사업 창출은 디지털 기술을 이용하여 새로운 서비스를 창출하는 것으로, 송·배전과 소매 분야에서 노력이 진행되고 있다.

스마트 미터의 활용이 그 대표적인 예다. 수익성 개선은 디지털 기술에 의한 과제 해결과 고효율화를 추구하는 것이다. 이는 발전, 송·배전, 유통 등 다양한 분야에서 추진되고 있다. 특히 발전 분야는 효율화를 위한 디지털 기술의 활용이 가장 활발하게 진행되는 분야이기도 하다

발전의 선 순환 낳는 효율화 주기 구축, 그 이후

발전분야에서는 환경문제와 관련하여 여러 가지 문제를 안고 있었다. 운전의 비 효율화, 에너지 절약 대응 인력부족, 보안 기술의 미비 등이 그것이다. 이에 디지털 기술을 도입함으로써 이러한 과제를 해결하고 발전 효율을 향상시키려는 노력이 이어져 왔다. 실제로 측정 데이터의 정리와 관리, 데이터 분석·예측 기술이 발전함에 따라 작업이 간소화되고 가동률이 향상되는 선 순환 구조가 만들어졌다.

물론 이것이 끝은 아니었다. 데이터의 경제적 가치가 높아짐에 따라 향후 데이터 활용의 고도화 방안이 경쟁력 강화의 열쇠가 되었다. 이를 위해 전력 회사뿐만 아니라 IT 기업 플랜트 제조사 등이 서로의 데이터와 노하우를 공유하면서 협력할 필요성이 높아졌다. 따라서 IoT 이용에 따른 데이터 수집과 AI를 활용한 고급 분석 시스템 구축 등 디지털 기술을 응용한 효율적인 발전소 운영이 이루어져야 한다.

 

초 고효율화를 목표로 한 화력 발전

에너지 분야 중에서도 특히 화력 발전은 해외 진출이 기대되는 유망 분야 중 하나다. 이에 일본 국립연구개발단 체인 신 에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)에서는 2018년부터 IoT와 AI 등의 기술을 이용한 화력 발전의 고효율 운전의 실증 사업을 시작했다. 일본은 화력 발전 분야에서 오랜 경험과 노하우를 가지고 있다는 장점을 살리고 화력 발전 분야의 잠재력을 활용하기 위해서다.

이와 더불어 일본에서는 전력 회사, IT 기업, 제조 업체가 공동으로 노하우를 데이터화 하려는 노력이 병행되고 있다. 즉 AI에 의한 빅데이터 분석을 통해 최적의 운용 방법을 도출하려는 것이다. 이로써 작업의 초 고효율(열 효율의 극대화 등)을 도모하고, 사업자 간 경계를 넘는 협력 체제 구축을 목표로 하고 있다.

 

이 구조에서는 기술자와 제조사의 경계를 넘어 서로 필요한 정보를 교환하고 시스템을 보완한다. 이를 기반으로 기계학습에 의한 스킬 모듈화의 가이드라인을 정리하게 된다. 일례로 일본 도쿄전력에서는 기계 학습에 의한 AI 연소 조정 데이터를 체계화하려는 노력을 진행하고 있다. AI가 만든 모델과 엔지니어의 최적 조건을 비교한 결과, 실제 실험에서 NOx 절감에 성공하기도 했다.

 

드론과 예측 기술을 활용한 송·배전 분야의 디지털화
 

- 유지보수 관리에 드론 활용 송·배전에 빠뜨릴 수 없는 고압선과 철탑 검사는 숙련된 요원의 노하우가 필요하다. 하지만 향후 숙련된 작업자의 수가 부족할 것으로 우려되는 상황이다. 게다가 산간 지역 등 사람이 접근하기 어려운 장소가 많아 안전성 확보와 효율성에 대한 요구가 높아지고 있다. 이러한 문제를 방치할 경우 설비의 안정성이 크게 흔들릴 수 있기 때문이다.

이를 해결하기 위해 연구되고 있는 것이 바로 ‘드론’ 기술이다. 드론으로 이미지를 원격으로 촬영함으로써 고압선 등의 순찰과 점검을 효율화하는 것이다. 또한 촬영 이미지를 AI로 분석하고 송전선에 이상이 있는지의 여부를 자동으로 판단하는 기술도 개발 중이다. 이를 통해 신속한 상황 파악과 작업 시간의 단축, 안전성 향상이라는 일석삼조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

- 데이터와 네트워크를 활용한 수급 제어 태양광 발전이나 풍력 발전 등 신 재생 에너지는 날씨 등에 의해 출력(발전량)이 변동하기 쉽다는 단점이 있다. 이에 도입이 진행될수록 전력 수급에 큰 불안을 초래한다. 특히 태양광 발전은 서 일본을 중심으로 급속히 보급되고 있으나, 밤낮의 출력 차이가 크다는 것이 과제다. 따라서 데이터를 활용한 재생 에너지의 출력 예측 기술 개발이 필수적이다.

이에 간사이 전력은 기상공학연구소와 공동으로 일사량 예측 시스템인 '아폴론'을 개발했다. 이는 태양 복사 에너지의 양인 ‘일사량’을 측정하는 시스템이다. 기상 위성 이미지 데이터를 기반으로 3분 간격의 일사량 예측이 가능하다. 또한 기상 상황과 전력 수요에 대한 예측 데이터를 활용하여 수급 예측을 고도화할 수 있다. 게다가 재생에너지의 출력 억제와 재생 에너지 이외의 전원 운영 최적화와 결합시킬 수도 있다 .

이 기술은 최종적으로 안정적인 전력 계통의 운용을 목표로 연구가 진행되고 있다. 또한 수급 균형을 조정하는 새로운 자원으로 VPP(가상 발전소)의 구축을 위한 실증도 이루어지고 있다. 이는 축전지 열 병합 발전 시스템(열 병합), 절전 전력 등 전력 계통에 분산되어있는 에너지 자원, IoT 기술을 사용하여 원격으로 제어하는 것이다.

기술이 실용화 단계에 접어들면 비용은 적게 들어가는 새로운 조정 능력의 역할을 할 것으로 기대되고 있다. 또한 세계적으로 보급 확대의 움직임이 거세지면서 전기 자동차와 전력 계통을 연결하는 방안도 검토되고 있다. 이에 영향을 받아 전동차에 저장된 전기를 원격으로 제어 계통에 방전(역 조류)하거나, 반대로 계통에서 충전하는등 수급 균형 조정에 활용하는 'V2G(Vehicle to Grid)'기술 개발도 시작되었다.
 

소매 분야의 디지털화(스마트 미터의 가능성)

소매 분야에서 보급이 확산되고 있는 스마트 미터는 디지털화의 대표적인 예라고 할 수 있다. 스마트 미터는 통신 회선을 이용하여 전력 사용량을 자동으로 전송하는 역할을 한다. 지금까지 인력으로 처리되던 업무를 자동화함으로써 효율을 높였다는 데 의의가 있다. 검침 작업을 간소화하는 것은 물론 스마트 미터에서 얻은 데이터를 활용하여 새로운 비즈니스를 창출할 수도 있다.

이에 전력 사업자의 입장에서는 다양한 측면에서 여러 가지 혜택을 얻을 수 있을 것으로 기대된다. 실제로 설치를 계획하고 있는 지역 중 약 60%가 스마트 미터 설치를 완료한 상태다. 또한 스마트 미터를 통해 얻은 정보는 전력 사업자뿐 아니라 지자체나 다른 분야의 사업자에게도 유용하게 쓰일 수 있다. 이를테면 전력 사용량 분석을 기반으로 한 고령자의 생활 점검, 재 배송 업무의 효율화 등이다.

 

데이터 활용에 관한 과제

현재 스마트 미터가 수집하는 데이터는 각 일반 송배전 사업자의 ‘미터 데이터 관리 시스템’에 축적된다. 이 데이터를 이용하려면 개인 정보 보호와 사이버 보안의 관점에서 주의가 필요하다. 실제로 소매 전기 사업자가 자사와 전력 소매 공급 계약을 맺고 있는 곳의 이용 상황을 파악하려고 하면 제한적인 경우에만 제공된다.

그렇다면 “어떤 정보를 어디까지 제공할 것인가” 혹은 “정보 제공의 주체나 책임은 어디에 있는가”라는 문제에 부딪히게 된다. 이러한 문제 발생을 사전에 막으려면 그 기준을 명확히 하여 정보 공유에 대한 체제를 정비해야 한다. 이를테면 데이터 이용자의 권한을 부여하여 제공하는 방법과 익명으로 처리된 데이터를 유상으로 제공하는등의 방안 등이 유효할 수 있다.

이러한 선행 사례를 참고로 개인 정보 보호를 대 전제로 하면서 데이터의 활용이나 가공에 필요한 규칙을 정립해야 한다. 또한 스마트 미터뿐 아니라 IoT 기술을 활용 측면에서도 지금까지 예상치 못한 문제나 새로운 위험이 생길 수 있다. 따라서 다양한 예상 시나리오데 대한 대책이 필요하다.

한국에너지정보센터  kecenter@hanmail.net

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