한국에너지기술평가원 스마트수요관리PD는 에너지수요관리를 위한 데이터 기반 구축, 에너지 네트워크 솔루션 개발, 수요효율화 신산업 기술개발 및 실증을 총괄하고 있다. 전략방향은 △디지털기반 수요관리 강화 △에너지 네트워크화로 종합효율 개선 △수요유연화를 통한 행태변화 유도 등이다. 올해 스마트수요관리분야 R&D를 기획하고 있는 김지효 PD를 만나 에너지수요관리 목표와 R&D방향에 대해 들어봤다. 

새정부는 에너지정책 방향을 통해 시장원리에 기반한 에너지수요 효율화 및 시장구도 확립 비전을 제시하고 향후 5년간(~2027년까지) 에너지소비 2,200만toe 절감, 에너지원단위 25% 감소를 통해 에너지효율 선진강국 도약을 목표로 하고 있다. 이는 산업부문에서 1,580만toe, 건물부문 374만toe, 수송부문 259만toe를 절감해야 하는 수치다.

에너지효율 혁신 및 소비형태 개선을 통해 최종에너지소비원단위(2018년 대비)를 2030년 30% 이상 개선, 2050년 40% 이상 개선해야 하며 부문별 맞춤형 에너지효율 혁신 추진, 국민에너지 소비형태 변화 유도, 중장기 효율기반 조성 등을 추진해 2030년 에너지혁신벤처 5,000개, 일자리 10만개 육성이 목표다. 

플랫폼 기반 스마트 수요관리사업은 에너지다소비기기·전기차의 디지털화 및 실시간 계량을 통해 축적된 데이터를 수집, 저장, 분석 체계화, 시각화하는 플랫폼을 통해 통합 자원을 수요자원화하고 수요유연성을 확보해 사용자 편의서비스를 제공하기 위한 것이다. 플랫폼 기반 에너지 수요자원 확대 및 에너지신산업 고도화를 통해 에너지수급 안정화 기술개발을 기본 토대로 과제 기획이 추진됐다. 

산업단지 다중에너지 수요자원화 네트워크는 수요자원 확대 및 ESCO, 에너지진단 등 에너지효율화 관련 산업의 성장 견인이 필요해 기획됐다. 세금감면, 매출채권 팩토링 등 다양한 지원정책에도 불구하고 ESCO산업은 지속적으로 위축되고 있으며 에너지 네트워크, 에너지 허브, 에너지거래 플랫폼 등 다양한 R&D과제는 비즈니스모델로 정착되지 못하고 있기 때문이다.

수요자원시장은 2014년 1.5GW에서 2017년 4.3GW로 빠르게 성장했으나 2023년은 4.6GW로 정체돼 있다. 최대전력 수요대비 4.97%만이 수요자원시장에 참여하고 있다. 수요반응자원 확보는 관리가 용이하고 Peak Cut, Peak Shift 여력이 큰 대규모 사업장 중심으로 진행되고 있다. 

중견 중소형 공장이나 Peak Cut 기제를 확보하지 못한 공장에 대한 수요반응자원 확보체계는 미흡한 실정이며 산업단지 내 중소규모 공장의 수요자원의 잠재량은 많으나 생산성 저하 리스크로 인해 DR사업에 참여하지 못하는 경우가 많다. 이에 따라 생산성 저하 리스크를 회피하면서 DR사업에 참여할수 있는 다양한 DR프로그램별 참여기술과 DR운영 기술개발이 필요하다. 

기축 공동주택(~30년)을 대상으로 에너지관리 대상을 세대·공용부로 분류해 무자각‧무구속 형태의 사용자 맞춤형 에너지관리시스템 개발을 추진한다. 기존 기술들은 에너지절감에 주안점을 둬 사용자 또는 세대원 편의를 고려하지 않아 기술 이용률이 낮았다. 공동주택 내 환경은 재실자 특성에 따라 다양성 및 복합도가 높아 획일적인 방식으로의 최적화가 어려우며 다수의 IoT 공조기기간 연결은 전역 최적화를 위해 필요하나 실질적으로 통합제어가 이뤄지지 않고 있다. 

사용자가 에너지사용에 관한 관심을 기울이지 않아도 자동으로 에너지효율을 개선하거나 에너지소비를 최적화할 수 있는 무자각 서비스를 제공하는 것이 핵심이다. 사용자의 라이프 스타일을 유지하면서도 에너지를 절감할 수 있는 무구속 서비스를 제공하는 것이다. 다수 기축 공동주택을 대상으로 냉난방 계절성을 반영한 6개월 이상 실증을 통해 기술의 우수성을 검증하고 타 공동주택으로의 확산 방안을 마련하는 것이 핵심이다. 이를 통해 세대 내 에너지소비기기(냉난방, 조명 등)의 에너지 최적 제어를 통해 전력요금 절감, 공용부의 최적 에너지운용을 통해 불필요한 에너지소비를 최소화해 공동주택 관리비 절감 등이 가능하다. 특히 세대부의 경우 10%, 공용부의 경우 5% 이상 사용량 절감이 목표다. 

국내 상업·공공분야 냉난방 설비 중 난방기기 중 EHP 비중은 35%, 냉방기기 중 EHP 비중은 36.5%다. 현재 냉난방·급탕 에너지를 제공하는 열원설비는 화석연료 기반으로 건물 에너지수요의 상당 부분 차지하고 있다. 에너지공급망 탈탄소화, 시간대별 건물에너지 수요변화 및 재생에너지 변동성에 대응하는 에너지공급·소비 최적화가 필요하다.

화석연료 기반 냉난방·급탕 설비를 히트펌프로 전환하고 환기·열에너지 저장·에너지관리를 고효율화하는 기술개발을 진행할 계획이다. 열원기기를 히트펌프 기반으로 통합해 공간 활용을 효율화하고 열 네트워크 최적화 및 P2H 통합제어를 통한 탄소배출 저감이 가능하다. 오는 6월 발효 예정인 분산에너지 활성화법에 따라 TES 및 열 네트워크 활용도가 급증할 것으로 예상되며 재생에너지 3020 정책(2017년 12월)에 따라 발전사업자들의 재생에너지공급의무화제도(RPS)가 강화되면서 재생에너지 저장 수요가 확대되고 안정적인 운영을 위해 단기가 아닌 중장기 에너지저장이 필요한 상황이다. 

재생발전량 예측이 가능하도록 출력제어 의무화 및 인센티브 제공을 위한 제도보완이 요구되며 출력제어에 대응하는 유연성 자원에 대한 보상 확대 추진이 필요하다.특히 건물 내 열에너지 사용 비중이 50% 이상을 차지하고 전기압축식 히트펌프를 이용한 열에너지의 전기화 추세가 가속되는 상황에서 전력을 이용한 열에너지 생산 및 저장과 열 네트워크 최적화를 통한 수요자원화에 집중할 계획이다. 

실시간 수요관리 제품 인증 체계 및 지원 정책을 수립해 소비자 편의성 제고와 신에너지시장 창출을 목표로 소비자의 형태변화를 통해 실질적 수요감축을 이루기위해 기존 효율평가를 기기 도면, 사양 등을 통해 얻어진 에너지소요량평가로부터 계측 기반 사용량 고지서, 에너지공급업체로부터 얻어진 에너지사용량평가로 전환하는 전주기 관리를 강화할 계획이다. 또한 지역·수용가 등 유형별로 고른 분포의 수요자원 확대를 통해 전력망의 변동성에 대응할 수 있는 지역단위 가상발전소 구축과 에너지쉼표 참여고객의 수를 수용가의 10% 수준으로 확대하고 제품단위 소비량계량을 통해 국가 에너지DB를 구축하며 이를 통해 데이터 기반 신에너지시장 창출을 추진한다.

이를 위해 전기화로 급격한 수요증가가 예상되는 난방 및 전기차 등 에너지효율 향상 구매지원 품목을 건물 5대 에너지소비(냉난방·급탕·조명·환기)기기를 포함하고 전력망 변동성에 대응해 소비를 실시간으로 제어하는 제품에 대한 인증과 인센티브를 지급하는 프로그램을 신설해 스마트기능에 DR사업자 연동 프로그램을 추가할 경우 인센티브를 지급받을 수 있게 해 소비자 참여 확대를 유도할 방침이다. 

특히 수요관리사업자의 투자부담을 경감하는 AMI 데이터 품질개선 및 데이터 플랫폼 구축을 통해 감축 효과를 쉽게 검증할 수 있는 인프라를 개선하기 위한 차세대 수요관리를 위한 AMI 보급 및 데이터 관리방안을 마련하고 이를 제주도에서 선구축해 데이터 연동체계(한국형 GreenButton)를 마련하겠다. 구축된 전력 AMI의 검침주기를 DR사업 기준으로 좁히고 데이터공유를 실시간으로 개선하고자 한다. 에너지절감량의 실시간 측정 및 검증(M&V)을 위한 AMI 데이터연동 체계 구축을 통해 수요관리사업자의 AMI 투자 부담을 경감할 수 있는 인프라 환경 조성에 기여할 계획이다.