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스페셜리포트

[ZEC 3·5세부 총괄] 박시삼 GS건설 박사

해외 스마트 ZEC 교두보 마련
진천·마곡 등 도시단위 실증 준비
부산EDC ZEC 기본설계용역 수행


■ 3세부 과제 개념은
‘양방향 Smart ZEC 통합 네트워크 기술개발’은 양방향 에너지거래를 위한 에너지 인프라 네트워크 및 데이터 네트워크 기술을 의미한다. 양방향 에너지거래를 구현하기 위해서는 열배관 및 배전망 인프라가 구성돼야 하며 정확하게 계측이 가능한 스마트계량기 적용기술이 필요하다.

이러한 인프라 네트워크가 구축되고 나면 빅데이터 플랫폼에서 다양한 데이터를 수집한다. 즉 데이터 네트워크를 활용한 도시단위 에너지 빅데이터 수집 기술, GIS 기반 에너지맵(파워맵, 히트맵) 구축기술, AI를 이용한 에너지 빅데이터 분석기술 등 다양한 서비스를 위한 기반 기술을 포함하는 개념이라고 할 수 있다.

■ ZEC 과제에서 3세부 과제의 의미는
스마트 제로에너지시티 조성을 위해서는 인프라, 플랫폼, 서비스가 유기적으로 연계돼야만 한다. 이에 따라 Smart ZEC 과제는 인프라 Layer, 플랫폼 Layer 및 서비스 Layer의 Layering Architecture 과제로 구성돼 있다. 

3세부 과제는 인프라 Layer와 플랫폼 Layer의 전반적인 연계역할을 하는 과제라고 할 수 있다. 열, 전기에너지 양방향 에너지거래가 가능한 인프라 설계, 계획이 수반돼야만 양방향 거래가 가능한 스마트에너지 서비스 구현이 가능하기 때문이다.

또한 도시단위의 에너지통합 운영 및 양방향 에너지거래를 위해서는 다양한 에너지정보를 실시간으로 분석하고 예측할 수 있는 빅데이터 플랫폼 개발을 통해 다양한 에너지서비스 구축을 위한 기반을 마련한다는 것에 그 의미가 있다.

■ 전기와 열 통합운영은 어떻게 가능한가
국내 다양한 법, 제도 등의 규제와 각각의 에너지산업 Player들과의 이해관계 등으로 인해 전기, 열 통합운영뿐만 아니라 프로슈머를 위한 양방향 에너지거래 등의 미래에너지기술을 구현하기 어려운 실정이다. 그러나 스마트시티 국가시범도시로 선정된 부산 EDC에서는 규제 샌드박스를 적용할 예정이기 때문에 과제를 수행하면서 규제를 벗어난 다양한 실증이 가능할 것으로 판단하고 있다.

■ 실증단계 및 진행상황은
3세부과제의 실증은 크게 설계실증과 데이터실증을 나눠볼 수 있다. 설계실증인 에너지 인프라 설계 수행을 위해 현재 GS건설은 2019년 7월부터 ‘부산EDC 제로에너지시티 기본설계용역’을 수행하고 있으며 국책과제의 결과를 기본설계에 반영하고 있다. 또한 데이터실증을 위해 2차년도에 1세부 실증단지인 진천 친환경에너지타운 데이터를 모두 연계하고 3차년도에 2세부 실증단지인 마곡스마트시티 실증단지의 데이터를 연계할 예정으로 도시단위 실증을 위한 준비를 진행하고 있다.

■ 이번 3세부 과제의 개발 목표는
3세부 과제는 양방향 에너지거래가 가능한 에너지 인프라(열배관망, 배전망)를 설계하고 이를 스마트시티 국가시범도시 설계에 적용하는 것이 목표다. 이를 위해 도시단위 에너지데이터 수집을 위한 빅데이터 플랫폼과 데이터 네트워크 구축을 위해 1세부 실증단지인 진천친환경에너지타운과 2세부 실증단지인 마곡스마트시티 실증단지의 데이터를 연계할 계획이다. 

특히 3D 가시화 에너지 map, 수요 및 공급 예측, 에너지 운영 스케줄링 등 기본적인 빅데이터 분석을 통한 어플리케이션 개발 등을 통한 비즈니스모델 개발 및 다양한 에너지관련 요금체계(안)를 제안하는 것이 목표다.

기대효과는
주요 참여기관별로 스마트시티시장 선도를 위한 기술력 확보와 함께 해당 기술을 바탕으로 스마트에너지시티(Smart Energy City) 모델을 제안하고 이를 통해 신규시장 창출효과를 기대할 수 있다.

■ 지난 1년간 진행했던 과제 성과는
지난 1년간 GS건설뿐만 아니라 3세부과제 참여기관들은 연구목표를 위해 끊임없이 달려왔다. 그 결과 GS건설은 실증단지 에너지부하 산정 및 공급설비를 기본설계에 반영했으며 한남대는 Smart ZEC 특성에 따른 배관망 구성 모델을 도출했다. 한국건설기술연구원은 에너지 AP 유닛 개발을 위한 설계기준 검토 및 시작품 제작을 완료했으며 친환경교통수단 전력수요 산정 시나리오 구축 및 시뮬레이션, 설문조사를 진행했다.

빅데이터 플랫폼을 개발하고 있는 유엔젤은 안정성, 확장성 기반의 데이터 수집 시스템을 구축했으며 라온프렌즈는 통합운영시스템 사용자 인터페이스를 구성하고 1세부의 진천친환경에너지타운의 데이터를 활용해 3차원 GIS 및 에너지맵을 가시화했다. 홈 IoT를 활용한 모니터링·제어플랫폼을 LG전자에서 구축했으며 한국전자부품연구원은 마이크로 열 네트워크 냉난방 운영 시나리오를 도출해 열거래 엔진기능을 구현했다.

상명대는 신재생에너지 열생산량, 열수요 및 전력수요 예측을 위한 통합 알고리즘을 구현했으며 한화에너지와 에너지경제연구원은 Smart ZEC사업 및 정책화를 위해 에너지분야 블록체인 기술 사례분석, 요금체계 구축을 위한 경제성 분석 및 Smart ZEC 특성 및 운영 목적을 고려한 사업화 방안을 수립했다.

■ 5세부 과제 기술개념은
제5세부 과제는 ‘Smart ZEC 에너지거래 플랫폼 통합운영기술 개발’로 도시단위 에너지통합 거래, 운영, 관리 플랫폼을 개발하는 것이다. 클라우드 기반의 에너지 생산, 수요, 공급 및 거래 DB를 구축하고 에너지원 Mix기술, Smart ZEC 에너지상거래 서비스 운영기술, 도시단위 에너지관리모델 실증 및 통합관제센터 실증 등의 내용으로 추진하고 있다.

■ 기술개발 방향은
5세부 과제에서는 첫 번째, IoT 기반 RTU 및 빅데이터 플랫폼과 연계한 개방형 에너지거래 플랫폼기술을 개발하는 것이다. 두 번째, Open API 연계형 에너지서비스 포탈 개발 및 에너지거래 운영 서비스모듈 개발을 통한 에너지효율화 10%를 달성하는 것이다. 마지막으로 에너지거래 플랫폼 및 TOC 실증을 기반으로 한 신사업 비즈니스 모델을 개발하는 것을 목표로 추진하고 있다.

■ 열과 전기의 최적 운영방안은
도시 내 분산발전자원(전기, 열)을 최적으로 운영하기 위해 실시간 부하대응형 운영을 위한 에너지 인프라(설비 및 네트워크)를 설계하고 이를 유기적으로 연계할 수 있는 센서네트워크 기술, 빅데이터플랫폼 기술 등을 토대로 에너지 수급예측을 통한 실시간 부하대응형 최적화 운영을 구현하는 것이 중요하다.

■ 열거래에 대한 기술적 한계가 분히 존재하는데
프로슈머의 열거래의 경우 열이송 중 발생할 수 있는 열손실과 지연 등으로 인해 직접적인 열거래가 어려운 실정이다.

이에 따라 도시 내 적정한 위치에 장, 단기 축열조를 포함한 스마트 에너지 허브를 설치해 에너지 프로슈머의 양방향 열거래가 가능할 수 있도록 열에너지 네트워크를 구성할 예정이다.

■ 실증계획은
GS건설은 부산EDC 제로에너지시티 에너지분야 기본설계용역을 수행하고 있다. 이번 과제가 종료되는 2023년 9월까지 부산EDC 스마트시티는 남측지역의 워터에너지 사이언스 실증단지, 스마트혁신센터, 각 권역별 스마트에너지 허브가 구축될 예정이다. 이 일정과 동시에 개발되는 ‘양방향 에너지 통합운영 플랫폼’은 스마트혁신센터에 적용돼 가상 시나리오 기반 운영 및 검증 후 실제 리빙랩 실증을 진행할 계획이다.

■ 기대효과는
도시단위 통합에너지 거래·운영 플랫폼 개발을 통해 에너지효율화를 구현하고 삶의 질 향상과 에너지전환 대국민 홍보 및 주민수용성 확대에 기여할수 있을 것으로 기대하고 있다. 또한 스마트에너지거래, 운영 플랫폼 기술을 확보함으로써 양방향 에너지거래가 가능한 새로운 에너지생태계 조성과 이를 토대로 한 해외 스마트에너지시티 개발 사업을 위한 교두보를 마련할 수 있을 것이다.

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