우리나라에도 캠퍼스 마이크로그리드가 생긴다

우리나라에도 캠퍼스 마이크로그리드가 생긴다

 마이크로그리드(Microgrid). 다소 낯선 단어다. 스마트그리드는 들어봤어도 마이크로그리드는 처음이다. 마이크로그리드란, 스마트그리드시스템을 사용하여 소규모 지역에서 전기에너지를 자급자족 할 수 있는 국부적인 독립전력망을 가리킨다. 발전소에서 생성하는 전기를 일방적으로 이용하고 돈을 내는 형식으로 단 방향 에너지 시스템에 정보기술을 접합하여 양방향으로 공유하는 정보를 통해 에너지 효율을 극대화 시킨 것이 ‘스마트그리드’이다. 소비자들은 에너지 사용과 생산을 동시에 할 수 있게 되었고, 이러한 프로슈머들이 생산한 전기에너지가 전체 공급에너지에 관여를 하면 이것이 바로 ‘마이크로그리드’가 된다. 에너지 저장시스템(ESS, Energy Storage System)은 하나의 큰 배터리 집합체로서, 독립적으로 생산되는 에너지를 저장하는 마이크로그리드의 핵심이 된다. 또한 마이크로그리드는 지역 내에서 풍력, 태양광 발전 등 신 재생에너지원과 에너지 저장장치 등을 에너지 관리시스템(EMS, Energy Management System)으로 제어하여 운영된다. EMS는 발전 및 부하 상태, 전력 가격 등을 고려하여 운전을 지시할 수 있도록 구성하고 외부의 전력망에 연결해 운전하거나, 독립적으로 운전할 수 있는 배전 선로 규모(수㎿ 정도)를 결정한다. 여기에는 하드웨어, 소프트웨어 및 ICT 기반 기술이 적용되어 에너지 사용현황을 실시간으로 모니터링하고 집계 데이터를 분석하여 에너지 사용을 최적화하게 된다. 한편, 신재생에너지를 사용하여 발전하기 때문에, 풍속이나 일조량 등 예측이 쉽지 않고 변화하는 환경에서 운영되기 때문에 안정된 전력수급이 어렵다는 점은 해결해야할 과제로 제시되고 있다.

 마이크로그리드가 필요한 이유는 결국 중앙발전소에 의지하지 않고 독자적인 전력공급망을 갖추기 위해서이다. 우리가 쓰고 있는 모든 전력은 중앙발전소에서 시작된다. 우리들의 인식 속에 전력은 스위치를 켜면 ‘무조건’ 나오는 것이지만 중앙발전소가 ‘언제나’ 전력을 안정적으로 공급해줄 수 있는 곳은 아니다. 중앙발전소로부터의 전기 공급이 중단되어 특정지역(크게는 나라이상의 단위로)의 전기사용이 아주 불가능해지는 블랙아웃이 발생하기도 하고 천재지변이 일어나 전력수급에 문제가 생기기도 한다.

 군대는 군사공격을 받았을 때 군 시설의 전력(電力)이 마비될 것을 대비하여 자체전력구동능력을 갖추는 것이 중요한 과제이다. 섬은 내륙과 떨어져 있기에 전력수급이 끊겼을 경우 물자조달이나 대응이 어렵다. 이에 대비하여 신재생에너지발전과 ESS로 에너지 자립섬을 만들려는 움직임들이 많다. 여기에 최근에 마이크로그리드를 구축하려는 또 하나의 기관이 바로 대학이다.

   

마이크로그리드를 구성하는 핵심적인 요소에는 ESS와 EMS, 신재생에너지원비율이 있다. 각 요소의 세계시장규모를 살펴보면 EMS는 연평균 10.4%의 증가로 2020년까지 약 3조 3600억 원으로 확대되며, ESS는 연평균 59.1% 성장하여 2020년까지 15조 6000억 원, 신재생에너지원은 연평균 13.1%으로 2017년까지 534조 2700억으로 성장할 것으로 예측되고 있다.

 이처럼 세계적으로 마이크로그리드의 시장 규모는 점진적으로 커져가고 있는데, 국내에서의 마이크로그리드 사업은 어떠한 것들이 진행되고 있을까? 마이크로그리드를 에너지 6대 신산업으로 육성하기 위해 한전에서는 62개 도서지역을 대상으로 친환경 에너지 자립 섬 조성사업을 추진하고 있으며 가파도, 울릉도 등에 마이크로그리드를 구축하여 시범운영하고 있다. 하지만 아직까지 국내에서 대학캠퍼스에 마이크로그리드가 적용된 사례는 없다. 대학캠퍼스의 건물들은 유기적으로 연결되어 운영되는 에너지소비원으로서 마이크로그리드를 적용하기에 매우 적합한 구조이다. 전 세계적으로 캠퍼스에서 태양광 패널, 열병합 발전설비, 축전기 등을 이용, 자체적으로 전력을 생산·소비하며 에너지비용을 절감하는 성공적인 모델이 증가하고 있다. 세계 마이크로그리드 시장은 2020년까지 약 22조원 규모로 성장할 것으로 예상되며 ,이 중 캠퍼스를 대상으로 하는 마이크로그리드가 전체 시장의 42%를 차지하고 있다.

 해외에서는 일찍이 캠퍼스마이크로그리드 구축에 힘써온 결과 현재 많은 곳에서 마이크로그리드가 작동중이며, 일례로 University of Texas Austin 캠퍼스는 미국 내 가장 오래된 완성형의 마이크로그리드를 보유하고 있다. 1929년 화력발전소를 개조하여 만든 텍사스대학의 독립에너지망은 40년동안 텍사스대학 내 건물의 에너지를 담당해왔고, 현재 약 2천만 평방피트(약 56만2천평) 내 150개 건물의 냉난방에 필요한 에너지를 100% 자력공급하고 있다. 135㎿ 의 전기와 시간당 120만 파운드에 해당하는 증기를 생산해내기 위한 45,000 톤의 냉각수를 수용할 수 있는 네 개의 플랜트와 36,000 톤-시당 4백만 갤런에 해당하는 열에너지를 수용할 수 있는 에너지탱크, 그리고 6마일(약 9.66㎞)에 해당하는 분배터널을 갖추고 있다. 특히, 이 마이크로그리드는 사용하는 만큼만 생산해내는 net-zero 형태이다. 생산된 여분의 에너지를 에너지가 필요한 다른 곳으로 판매할 수 있지만, 필요한 만큼만을 정확히 예측하여 생산해내기 때문에 미국 내에서 가장 에너지를 절약하고 잉여비용을 발생시키지 않는 기관으로 평가받는다. 일본의 츄부대학은 시미즈건설과 함께 마이크로그리드 구축을 완료하여 전력사용량을 약 15% 줄여 실증실험에 성공했다. EU는 이탈리아의 savona캠퍼스에 Italian Ministry of Education, University and Research(MIUR)과 협력하여 마이크로그리드를 구축하여 연간 7만 달러의 에너지비용, 120톤 온실가스 절감하는데 성공하였다.

이에 따라 2015년도에 산업통상자원부에서는 서울대 기초전력연구원과 LS산전 등 20여개의 기업과 함께 서울대에 마이크로그리드 실증사업에 착수, 120억원을 지원하기로 결정했다. 다음은 서울대 기초전력연구원 조성철 연구원과의 일문일답이다.

Q. 현재 마이크로그리드 실증사업 현황과 목표구축완료시점은?

A. 마이크로그리드를 적용할 약 6개의 건물을 선정한 상태이고, 이에 마이크로그리드 구축을 진행하고 있다. 2차년도인 2018년 5월까지 구축 완료하여 2019년부터 실증에 들어가는 것을 목표로 하고 있다.

Q. 6개 건물을 선정한 기준은?

A.산업통상자원부로부터 지원받는 예산(120억) 안에서 선정하려다보니 적용건물 수가 제한되었다. 전력사용패턴이나 부하량, 설비설치환경, 여유공간 등을 고려하였다. 구체적으로 어떠한 기술을 적용할지는 LS산전이 주로 결정한다.

Q. 각 기업들이 맡은 부분은?

A. 나라컨트롤, 필링크, LG전자가 태양광패널과 ESS를 설치하고 인코어드에서 IoT센서를 통해 대학전체 전력을 모니터링 및 분석한다. 우암코퍼레이션은 DR(수용반응)을 맡았다.

Q. 어떤 신재생에너지를 사용하여 발전하는지?

A. 현재까지 검토된 것은 태양광에너지이다.

Q. 마이크로그리드 구축을 통해 달성하고자하는 과제 및 최종목표는?

A. ⓵ 독립형 MG 구축 경험 활용한 독립운전 4시간 운영기술 실증 확보

⓶ 계통 운영 기술을 활용한 소비 전력 절감 기술 및 실증

⓷ 캠퍼스 고유 모델 운영을 통한 에너지/peak 부하 20% 절감

⓸ 빅데이터 플랫폼 구축 및 분석으로 10% 에너지 저감 서비스 개발

⓹ 전체 계통에 대한 감시/운영 시스템(MoMC) 구축

⓺ 상호 운용성 및 신뢰성 확보를 위한 표준화 기술 개발

⓻ 실증을 통한 세계 최고 수준 Best Practice 실현 및 단계적 확산 진행 등이다.

Q. 마이크로그리드가 환경적인 부분에 기여하는 점은 무엇이 있을지?

A. CO2 배출량 절감부분이 가장 크다고 생각한다.

Q. 이번 실증을 통해 마이크로그리드가 어떤 식으로 확산이 될 지와 향후 계획?

A. 이미 섬에 대한 독립형 마이크로그리드는 국내에서 실증이 많이 되었다(덕적도, 가파도, 울릉도 등). 캠퍼스 마이크로그리드는 섬과는 다르게 부하와 사용자 참여가 가능한 특성이 있다. 캠퍼스 마이크로그리드에 대한 비즈니스 모델은 해외 캠퍼스로 수출할 계획도 가지고 있으며, 다른 확대시장으로 군사시설도 가능하다고 보고 있다.

<서울대 마이크로그리드 개념도>

 한편, 2013년 기준 서울대의 전기요금은 약 183억원, 사용량은 15만2천31MWh로 이는 잠실 롯데월드의 11만2천402MWh보다도 많은 양이다. 또한, 12년 서울대, 연세대, 고려대의 전력사용량의 합은 28만5038㎿로 서울시내 주요 대기업 사옥 20곳의 총 전력사용량(30만5656㎿)과 맞먹는 수치였다. 어마어마한 전력사용량만 보더라도 서울대의 캠퍼스마이크로그리드 실증사업은 충분한 의의가 있다. 비교적 한정된 구역에서 실시되는 과제라 극적인 성과를 기대하긴 쉽지 않겠지만, 첫 모범이 되어 타 대학 캠퍼스 마이크로그리드 및 기타시설로 확산이 되면 국가 전체에서 효율적인 에너지를 관리할 수 있는 범위가 확대되고, 신재생에너지 활용을 극대화 할 수 있다.

         

 현재 카이스트와 전남지역에서도 캠퍼스 내 스마트그리드 구축하려는 움직임이 있다. 서울대의 마이크로그리드 실증이 성공하여 해외대학들의 우수한 사례들과 어깨를 나란히 하기를 기대해본다. 더불어, 더 많은 신재생에너지를 사용하여 미래의 에너지모델인 분산형, 지능형, 참여형 모델을 이루길 바라본다.