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특별기획

[특별기획] ‘Smart ZEC’ 미래형 도시E 통합운영 플랫폼

‘Smart ZEC’ 도시E 패러다임 재구축한다
분산자원 활용 에너지신시장 창출 기대


대도심의 에너지·환경변화가 가속화되고 있다. 대도시 에너지수요의 폭발적증가에 대한 해결책을 마련하기 위해 냉난방, 전력, 가스, CO₂ 환경변수를 종합적으로 아우를 수 있는 복합 에너지수요관리 솔루션 개발 및 보급모델 발굴이 시급한 실정이다.


한국에너지기술평가원의 2018년 브랜드과제로 진행되는 ‘Smart Zero Energy City’는 이러한 사회적 요구 및 정책·기술적 에너지패러다임 전환에 대응하기 위해 기획됐다.


IoT·빅데이터·AI를 기반으로 미활용 및 신재생에너지를 포함한 다양한 분산자원들에 대한 도시단위 통합운영시스템인 Smart ZEC프로젝트를 살펴보고 시사점을 조명해본다.



양방향 에너지거래 신시장 창출
최근 전 세계적으로 확산되고 있는 스마트시티는 도시지능화에 집중돼 있어 에너지분야 개발이 매우 미흡한 실정이다.


국내에서는 진천, 세종 5-1지구, 경기도 등 여러 지자체에서 친환경에너지타운, 제로에너지타운 등 지역단위 수요관리 모델이 개발, 보급되고 있다.


스마트 제로에너지시티 구축을 위해서는 제공하고자하는 에너지 서비스를 고려한 에너지 네트워크 설계·시공(인프라)과 통합관리시스템 운영을 위한 플랫폼이 설계돼야 한다.


Navigant Research가 2017년 발표한 자료에 따르면 스마트시티관련 시장규모는 2016년에서 2026년까지 연평균 18.8%의 성장률을, 이중 스마트에너지분야는 18.5%의 연평균 성장률을 보일 것으로 예측해 관련시장 경쟁력확보를 위한 기술개발이 시급한 실정이다.


특히 에너지신산업 모델 창출을 통한 신시장 개척도 기대되는데 잠재력을 가진 지자체를 선정해 지역수요에 매칭하고 다양한 지역 협력모델을 사업화할 수 있다.


Smart ZEC프로젝트는 도시단위에서 IoT·빅데이터·AI를 기반으로 미활용 및 신재생에너지를 포함한 다양한 분산자원들에 대한 통합 에너지의 지능적인 관리 및 거래가 가능한 도시단위 통합운영 시스템을 개발하는 것이다.


△분산형 마이크로 열네트워크 △Cascade형 열네트워크 △고 열저장밀도 축열(축냉)시스템 △이종 분산자원 융합 인프라 △스마트 열계량 △IoT기반 분산자원 계측 및 제어기술 개발 등이 포함된다. 또한 △에너지 수요예측 및 공급자원 평가 △프로슈머간 양방향 에너지거래 △광역망과 마이크로 네트워크 연계운영 △커뮤니티 단위 EMS △Smart ZEC 도시단위 에너지관리시스템 개발 등이 이뤄질 계획이다.


이번 과제를 통해 기존의 공급위주의 수동적인 에너지정책에서 수요관리 및 양방향거래 등의 능동적인 에너지정책 및 관리 패러다임 변화에 대응한다.


열, 전기를 생산, 공급, 운영 통합관리할 수 있는 플랫폼 개발과 에너지 양방향거래를 활용한 다양한 에너지 서비스를 고려한 에너지 네트워크 인프라 설계, 시공, 운영기술 확보 등 다양한 기술개발을 토대로 국내 에너지분야 기술수준은 한층향상될 것으로 기대된다.


특히 분산자원 활용성 제고와 에너지공급 경제성 확보를 위한 마이크로 에너지 네트워크를 구축하고 미활용·신재생에너지 등 저온 4세대 냉난방기술을 포함한 전기, 열, 가스, 물 등 에너지네트워크 기술을 통해 스마트그리드·스마트히트 그리드가 융복합된 시스템이 만들어진다.


프로슈머간 양방향 에너지거래를 통한 에너지수급 밸런싱 및 신사업 모델 창출은 물론 Smart ZEC 실증을 통한 운영기술 확보 및 에너지 상거래 서비스가 활성화될 것으로 기대된다.




6개 세부과제 순차 진행 Smart ZEC는 총 6개의 세부과제로 이뤄져 있다. △마이크로 열 네트워크 기술개발 △Cascade 열활용 지역냉난방 최적화 기술개발 △양방향 Smart ZEC 통합네트워크 기술개발 △열거래 기반 스마트 에너지 허브시스템 기술개발 △Smart ZEC 에너지거래 플랫폼 통합운영기술 개발 △가상에너지 네가와트 발전 기술개발 등으로 2018년에는 제1~3세부과제가 우선 시작된다. 서울에너지공사가 총괄주관을 맡아 과제를 진행하며 각 세부과제별 컨소시엄이 구성됐다.


제1세부과제인 ‘마이크로 열 네트워크 기술개발’은 한국에너지기술연구원(KIER)이 주관하며 분산형, 독립형(offgrid) 마이크로 열 네트워크 기술을 개발하는 것이 목표다. 구역 내 실시간 에너지수요 예측 및 공급자원 평가기술과 저온열원 활용기술, 양방향 마이크로 열네트워크 기술, 구역 내 에너지프로슈머간 양방향 에너지거래기술, 마이크로 열네트워크 운영 플랫폼 기술이 개발된다.


제2세부과제인 ‘Cascade 열활용 지역냉난방 최적화 기술개발’은 서울에너지공사가 총괄한다. 미활용에너지, 신재생에너지 등 저온열원을 이용한 4세대 지역냉난방 기술 및 스마트그리트·히트그리드 융합 기술을 개발한다. 저온 열 공급기반의 분산형 마이크로 열네트워크 이용기술과 광역망 리턴수 활용 열네티워크간연계 운전관리 시스템 기술, 흡수식·흡착식 히트펌프 등을 이용해 Cascade 열원활용기술, P2H(Power-to-Heat) 및 H2P(Heat-to-Power)를 이용한 지역에너지 운영기술 등이 포함됐다.


제3세부과제는 ‘양방향 Smart ZEC 통합 네트워크 기술개발’이며 GS건설이 주관기관이다. 지역, 지구, 도시 단위 스마트·히트그리드의 통합운영 네트워크 기술을 개발한다. 기술개발 내용으로는 유틸리티의 스마트 계량기 적용기술, 도시단위 에너지빅데이터 확보 및 가시화기술, GIS 기반 에너지맵(파워맵, 히트맵) 구축기술, 에너지 빅데이터 활용 스마트시티 서비스기술, AI를 이용한 에너지빅데이터 분석기술, SW기반 에너지통합시스템 개발, Smart ZEC 통합플랫폼 구축을 위한 도시단위 네트워크 실증 등이 포함됐다.


제4세부과제는 ‘열거래 기반 스마트 에너지 허브시스템 개발’로 2020년 공고될 예정이다. 고열저장 축열조 기반 스마트 에너지 허브기술 개발을 목표로 고밀도 축열(축냉)시스템 기술, 수요처와 열거래 가능한 IoT기반 모니터링 및 열거래 기술, 계정별 열수요 변동에 따른 온도 및 밀도 가변 운용기술, 복합 에너지저장·이용·관리 기술 등이 포함됐다.


제5세부과제는 ‘Smart ZEC 에너지거래 플랫폼 통합운영기술 개발’이며 2019년 공고 예정이다. Smart ZEC 도시단위통합관제시스템 기술, 클라우드 기반 에너지 생산·수여·공급·거래 DB 구축, 에너지원 믹싱기술, Smart ZEC 에너지상거래 서비스 운영기술, 도시단위 에너지관리모델 실증, 통합관제센터 실증 등이 예정이다.


마지막으로 제6세부과제는 ‘가상에너지 네가와트 발전 기술개발’이다. 2020년공고 예정으로 통합에너지 가상화 기반 네가와트 발전 기술개발이 목표다. 건물별 이종 분산자원 융합 인프가 기술, IoT 기반 수요 예측 및 분산자원 제어기술, 분산자원 기반 열 및 전력에너지 가상화 기술, 통합에너지 기반 네가와트 발전 시스템 기술 등이 포함됐다.