사물인터넷(IoT)으로 진화하는 스마트 그리드 – 에너지 트렌드와 활용 사례

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지난 7월 정부는 스마트 그리드(smart grid) 서비스가 구현되는 체험 단지 조성 등을 골자로 하는 ‘제 2차 지능형 전력망 기본 계획’을 발표했습니다. 이에 따라 올해부터 2022년까지 스마트 그리드 서비스 활성화, 각종 인프라 구축 등에 4조5,000억 원을 투자할 방침입니다.


스마트 그리드는 전기의 생산, 운반, 소비 과정에 정보통신기술(ICT)을 접목해 효율성을 높일 수 있도록 하는 지능형 전력망 시스템을 말합니다. 전기 공급자와 생산자에게 전기 사용자에 대한 데이터와 정보를 제공함으로써 전기 공급을 보다 효과적으로 관리할 수 있도록 지원하는데요. 이를 통해 에너지 공급 업체는 고객에게 신뢰할 수 있는 에너지 서비스와 제품을 공정한 시장 가격에 제공할 수 있습니다.



스마트 그리드는 이처럼 전력망을 지능화하는 것에서 나아가 전력 서비스, 정보 통신, 전력 저장 장치, 마이크로 그리드, 전기 자동차, 건설 등 다양한 산업과 연계될 수 있다는 점에서 더 큰 파급 효과를 가집니다.  국제 에너지 기구(IEA; International Energy Agency)의 ‘세계 에너지 전망(World Energy Outlook)’ 보고서에 따르면 스마트 그리드는 2030년까지 전 세계 전력 설비를 신설, 교체하는 과정에서 약 10조 달러(약 1경 원)에 이르는 시장을 창출할 것으로 예측됩니다.



사물인터넷(IoT)으로 진화하는 스마트 그리드

스마트 그리드는 태양광, 풍력 등 재생 에너지에 대한 수요가 높은 유럽에서 빠르게 발전하고 있는데요. 특히 사물인터넷(IoT) 기기와 인프라를 통해 개별 가정과 연결되면서 스마트 그리드는 한층 더 진화하고 있습니다. 실제 블룸버그(Bloomberg)는 2019년까지 북미와 유럽의 580만 인구가 스마트홈 기기를 사용할 것이며, 이를 통해 고객 행동에 대한 가치 있는 데이터를 수집할 수 있을 것으로 예측했습니다.


사물인터넷 시대의 에너지 소비자들은 가정의 전력 소비, 전기차 운전 등 전기와 관련된 데이터를 누구와 공유할 것인지, 비용과 편의 등을 고려해 어떻게 전기를 소비할 것인지 등을 스스로 결정합니다. 유틸리티 사업자는 이와 같은 미래 에너지 고객을 지원할 수 있도록 비즈니스 모델을 고도화해야 하며, 그 핵심에 사물인터넷 기술이 있습니다. 에너지 생산 및 공급 업체는 에너지 창출부터 전송, 유통, 소매에 이르기까지 가치 체인 전반에 걸쳐 사물인터넷을 최대한 활용해야 합니다.


특히 오늘날 디지털화(Digitization), 탈중앙화(Decentralization), 파괴적 혁신(Disruption)이라는 에너지 업계의 3대 주요 트렌드는 사물인터넷의 활용 가치를 빠르게 높이고 있는데요. 이 세 가지 트렌드가 전기 그리드에 가져오는 이점과 사물인터넷의 역할을 하나씩 살펴보겠습니다.


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1. 디지털화(Digitization): 안타깝게도 오늘날 전기 그리드는 많은 분야에서 상당히 비효율적입니다. 생산되는 모든 전력을 소비할 수 없는데요. 이 전력 중 일부는 자연적으로 손실되지만, 다른 손실은 제대로 작동하지 않는 자산과 전력 공급 중단으로 인해 발생합니다. 후자는 충분히 예방이 가능하죠! 사물인터넷을 활용한 시스템 센서는 손실이 발생하기 전에 문제를 예측하고 방지하는 데 도움이 됩니다. 이처럼 디지털화된 환경에서 데이터는 새로운 통화로서 기능합니다.


2. 분산화(Decentralization): 사물인터넷 기술은 태양열, 풍력, 배터리와 같은 분산된 에너지 자원을 통합하는 데 도움을 줍니다. 사물인터넷 기기 덕분에 가능한데요! 사물인터넷은 빠르게 현대 전기 그리드를 연결시키고 있습니다.


3. 파괴적 혁신(Disruption): 사물인터넷 기기와 데이터를 기반으로 더 많은 업체들이 전력 시장에 참여할 수 있습니다. 이미 제 3의 태양열 공급 업체가 등장했고, 전기차 인프라가 확장됨에 따라 더욱 확대될 것으로 보이는데요. 유틸리티는 더 이상 전통적인 에너지 서비스 공급 업체의 전유물이 아닙니다. 신규 업체는 유틸리티 포트폴리오의 일부 측면과 직접적인 경쟁 관계에 있을 수 있습니다. 사물인터넷 시대에 고객을 아는 것은 장기적 참여와 매출 성장의 핵심입니다.



스마트 그리드 분석의 13가지 활용 사례

이처럼 에너지 산업에서 사물인터넷을 최대한 활용하기 위해서는 데이터 분석 역량이 필수적인데요. 실제 전기 유틸리티 산업에서 분석을 활용해 비즈니스 프로세스를 개선한 수많은 활용 사례들이 발표됐습니다. 스마트 계량 데이터의 시각화부터 기후 데이터를 활용한 리스크 예측까지! 분석가, 데이터 사이언티스트, 사용자, 유틸리티 기업 등이 발표한 논문을 통해 대표적인 13가지 활용 사례를 소개합니다.


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1. 고급 계량 인프라 데이터를 활용한 배전 회로 부하 예측: 고도 계량 인프라(AMI; Advanced Metering Infrastructure) 데이터를 사용해 고객 계량기와 변전소 피더 버스 사이의 중간 배전 회로 위치에서 배전 회로 부하에 대한 초 단기 및 장기적인 관점의 예측이 가능합니다. 이 기능은 여러 분야에서 배전 시스템 계획 및 운영에 대한 상당한 이점을 제공합니다.


2. 스마트 계량 데이터를 활용한 재무 보고 정확도 향상: 재무 보고는 정확하고 일관된 매출 추정 방법을 요구하는데요. 유틸리티 사업자는 고도 계량 인프라(AMI) 또는 자동 계측(AMR; Automated Meter Reading)의 일일 소비 데이터를 활용해 재무 보고의 정확도를 높일 수 있습니다.


3. 고성능 분석 엔진을 위한 실시간 데이터 스트림 관리: 이 논문은 배치 프로세싱 분석 엔진에서 실시간 스트리밍 데이터를 관리하는 방법을 설명합니다. 분석 엔진이 현재의 정보만을 포함하게 하기 위해, 데이터 접근에 대한 방해를 제한하기 위해, 데이터 중복을 방지하기 위해, 이벤트의 이력 기록을 유지하기 위해 등 다양한 목적을 위해 스트리밍 데이터를 저장 및 관리하는 방법을 확인할 수 있습니다.


4. 민첩한 비즈니스 인텔리전스(BI): Eandis가 에너지 그리드 관리에 ‘SAS 비주얼 애널리틱스’를 활용하는 방법: 벨기에의 에너지 배전 그리드 업체인 Eandis는 SAP 비즈니스 웨어하우스(SAP Business Warehouse)를 포함한 다양한 소스로부터의 데이터를 탐색하고, 그리드의 유지 관리 및 투자를 보다 잘 계획하기 위해 빅데이터 시각화 솔루션 ‘SAS 비주얼 애널리틱스(SAS Visual Analytics)’를 사용합니다. 이를 위해서는 비즈니스 인텔리전스에 관한 새롭고 민첩한 사고 방식이 필요합니다.


5. 계량 데이터 분석 – 실행 가능한 의사결정으로 스마트 계량 데이터에서 비즈니스 가치 창출: 3만 개의 계량기에서 40개의 변수, 15분 간격으로 데이터를 수집하면 그 양은 12억 줄에 달합니다. SAS 비주얼 애널리틱스 솔루션을 활용해 매출 보호, 계량기 운영, 고객 분석과 관련한 비즈니스 문제에 성공적으로 대응한 스마트 계량 데이터 활용 사례를 소개합니다.


6. SAS/OR®을 활용한 풍력 발전소 터빈 레이아웃 최적화: 풍력 발전소 레이아웃 최적화의 기본 목표는 풍력 터빈의 전체 순 전력을 극대화하기 위해 풍력 발전소에 최적화된 레이아웃을 찾는 것입니다. 논문을 통해 이 문제를 해결할 수 있는 하이브리드 접근법을 확인해보세요.


7. 석탄 화력 발전소의 열효율 개선 – 데이터 마이닝 접근법: 이 연구는 데이터 마이닝 기반의 접근법을 사용해 에너지 생성 과정에서 배기가스 불투명도 기준과 열 소비율에 영향을 미치는 예측 변수를 평가하는 방법을 입증합니다. 전통적인 기술 통계 분석 방법 또는 전문가가 선택한 변수만을 채택하는 접근법과 달리 회귀, 의사결정 트리, 신경망 모델을 사용함으로써 열 소비율과 배기가스 불투명도 방출이 생성하는 변동성을 이해할 수 있습니다.


8. 고객 인식과 현실 – 에너지 고객 방정식 풀기: 경쟁적인 비즈니스 환경에서 살아남기 위해 기업은 고객 중심적이어야 합니다. 한 예로, 기업은 제품과 서비스가 고객의 기대를 얼마나 잘 충족시키는지 명확히 이해해야 하는데요. 이러한 이해는 제품과 서비스에 대한 고객의 인식을 적시에 측정, 분석, 실행해야 얻을 수 있습니다.


9. 주거용 에너지 효율 및 본인-대리인 문제: 주거용 에너지 효율에 대한 투자는 온실 가스 감축, 새로운 전력 생산 능력에 대한 필요성 감소 등 긍정적인 외부 효과와 개인 비용 절감 측면 모두와 관련됩니다. 그러나 이러한 투자는 기존의 비용 편익 분석에 의해 예측되는 수준보다 훨씬 뒤떨어져 있는데요. 이 논문은 임대 주택에 적용되는 ‘효율 격차’, 즉 본인-대리인(principal-agent) 문제에 대한 잠재적인 설명을 구합니다.


10. SAS/OR을 통한 보다 스마트한 그리드 운영: 전기가 유틸리티 발전기를 떠나 가정이나 사업장에 도착할 때까지 걸리는 시간에서 에너지의 7%가 열로 소멸됩니다. 이를 통해 평균적인 유틸리티 사업자는 매해 7,500만 달러 이상의 손실을 경험합니다. 이 논문은 SAS/OR을 사용해 기기 스위칭을 제어하고 전기 배전 시스템의 운영을 최적화할 수 있는 방법을 소개합니다.


11. 스마트 전기 그리드 시스템의 그린 에너지 솔루션을 위한 SAS®: 이 연구는 고급 전기 그리드 시스템에 대한 최고 수요를 줄이기 위해 태양광 패널로 생성된 태양 에너지의 사용을 최적화할 수 있는 데이터 분석 접근법을 제안합니다.


12. 유틸리티 AMI를 위한 최적의 데이터 관리 – 스마트 그리드 데이터: 이 발표는 유틸리티 설정에서 AMI/스마트 그리드 데이터와 관련된 고부가 가치 분석을 위해 최적의 결과를 얻을 수 있는 적절한 데이터 저장 기법의 필요성에 대해 설명합니다. 이 논문은 데이터 수집, 데이터 품질, 분석 설계, 데이터 딜리버리에 초점을 둡니다.


13. SAS를 활용한 에너지 리스크 노출 정량화 – 휘발성 시간(Volatile Time) 동안 날씨와 경제의 영향 분석: 작은 개선만으로도 수익성 전반에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 경제 상황 전반을 고려해 매출 예측 또는 리스크 관리 둘 중 하나라도 1% 개선된다면, 수백만 달러 규모의 수익성을 향상시킬 수 있습니다.


링크 걸기 시작 SAS 웹사이트에서 유틸리티 분석에 대한 더 자세한 정보를 확인해보세요!




저자

알리사 파렐(Alyssa Farrell) l SAS 에너지 및 지속가능성 담당 제품 마케팅 매니저(Product Marketing Manager, Energy and Sustainability at SAS)

데이비드 포프(David Pope) l SAS UK 에너지 선임 매니저, 기술 리더(Technical Leader, Senior Manager US Energy at SAS)


편집

SAS코리아 마케팅