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1882년 9월 4일 오후 3시, 뉴욕에서 전력산업의 역사는 시작되었다. 최초의 상업용 발전소 "Pearl Street Station"은 6개의 발전기로 82명 고객의 400개의 전구를 밝혔다. 세상을 바꾼 전기에너지의 상업화가 비로소 시작된 것이다. 그로부터 5년 후, 전기에너지는 서울에 도달했다. 서울 경복궁 내 건청궁 앞에서 국내 최초의 전깃불이 밝혀져 한국의 전기 역사는 시작되었다.

그 이후, 전력산업은 세상의 빛을 계속 밝히며(Keep the light on) 확장해왔다. "전기에너지(electricity)"를 생산하고 전달하는 전력시스템(Power system)을 20세기 가장 위대한 공학적 성취로 부르기도 한다. 전기는 그 자체로도 혁신이었지만 전기를 폭넓고 손쉽게 활용하게 되면서 수십 개 산업에 혁명이 일어날 수 있었다.

그러나 역설적으로 전력산업은 그 탄생만큼 강렬한 혁신은 오랫동안 경험하지 못했다. 끊임없는 개선은 지속되었지만 무언가 판을 뒤집는 파괴적 혁신은 없었다. 전력산업은 그 규모와 복잡성에 있어 계속 커져, 인류가 만들어낸 가장 큰 기계장치가 되었다. 전력시스템은 여러 세대(decades)를 거치면서 그 체계의 한계성을 드러내며 변화의 필요성 역시 점차 더 커져갔다.

우선, 전력시스템은 "공급이 수요를 따르는" 전제 아래 구축되고 운영된다. 전력 수요(power load)는 일정하고, 사전에 결정되어 있으며 변화주기가 긴(예 : 1년~2년 마다 1회) 요금제에 따라 사용량만큼의 요금을 지불한다. 그러나 이러한 철학은 다음의 한계성을 태생적으로 가지고 있다.

▸ 빠른 부하 추종(load following)과 대규모 순동 예비력(spinning reserve) 등 여유 필요 용량(requirement margin)은 비효율적인 발전 연료 사용과 낭비를 초래하는 비대한 시스템 구성을 야기한다.
▸ 전기 가격(요금)이 고정되어 있는 고유 특성은 에너지 저장, 고객 소유 (소규모) 발전 설비 확산 등의 발전을 저해한다.
▸ 고객이 공급 체계(supply system)와 고립되어 있는 문제는 단기 정전, 장기 공급 비상 문제 모두에 취약하게 만든다.

또 다른 문제는 지속가능성(sustainablitiy)에 있다. 전기 생산이 지구온난화의 원인의 30%를 가량을 차지하고 있다. 전기의 원료가 되는 화석연료가 문제의 원인이다. 탈탄소화라는 시대적 요구는 전력시스템에 새로운 발전자원인 재생에너지(renewable)의 활용, 확산을 촉구하고 있다. 재생에너지는 기존의 전력시스템에 적합하지 않다. 전력 생산이 불확실하고 간헐적이기 때문이다.

이러한 문제를 해결하기 위한 솔루션은 ICT 기술을 활용하여 보다 똑똑하게 전력시스템을 구성하고 운영한다는 비전을 담은 총체적 개념이 바로 스마트그리드(smartgrid)이다. 어떤 의미로는 전기의 상용화가 ICT 산업을 출현시키고 발전시켰다고 볼 수 있는데, 이제는 ICT가 전력산업의 혁신을 이끌고 그 구심점이 스마트그리드라 할 수 있다.

ICT를 전력산업에 적용하겠다는 구상은 PC가 업무현장에 활발하게 쓰이기 시작했던, 1990년대부터 있었다. 전 세계 모든 전력회사에는 통신(telecommunication)을 다루는 부서와 직원들이 있었다. 그러나 ICT를 단순히 사용하는 게 아니라 전체 시스템에 통합시켜 말 그대로 똑똑한 전력망(intelligent grid)을 만들겠다는 구상은 2000년대 초반부터 있었다.

대표적으로는 2000년대 초, 미국 EPRI에서 ‘Intelligrid program’을 통해 미국, 프랑스, 일본 등 다국가 전문가들의 협업으로 새로운 전력시스템 운영 체계(architecture)에 대한 제안이 있었다. 비슷한 시기, 유럽에서는 재생에너지 확산을 효율적으로 지원한다는 개념으로 smartgrid 프로젝트를 운영하였다. 우리나라는 2005년부터 전력시스템의 효율적 활용이라는 관점에서 전력 IT(Power IT) 사업을 시행하였다. 요즘 이야기하는 수요자원(demand resources), 전기자동차, 재생에너지 등 다양한 에너지원을 효과적으로 수용하기 위한 차원이기 보다는 송전(transmission), 배전(distribution) 시스템을 ICT를 통해 보다 효율적으로 안전하게 운영하는 것을 목표로 하였다.

우리나라의 본격적인 스마트그리드의 추진은 2009년부터이다. ‘국가단위 스마트그리드 구축계획’이 수립되어, 본격적인 스마트그리드 추진, 구현을 위한 한국스마트그리드협회와 스마트그리드사업단이 설립되었다. 2010년 1월에는 스마트그리드 국가로드맵이 수립되어, ‘저탄소 녹생성장’ 기반 조성이라는 정책 비전과 지능형 전력망, 소비자, 운송, 신재생, 서비스 등 5대 추진 분야와 전략을 제시하였다.

2012년 6월, 제 1차 지능형전력망 기본계획이 수립되어, 7개 광역권별 거점 도시 구축을 목표로 전략, 제도개선, 기술개발, 기반조성 등 4개 부문의 16개 정책과제가 제시되었다.

<표 1> 스마트그리드 로드맵 분야별 추진 목표, 2010

출처 : 스마트그리드 국가로드맵, 지식경제부, 2010.1.25

스마트그리드 인프라 확산으로 재생에너지, ESS, 전기차 충전소 보급에 있어 성과가 있었다는 평가를 받는다.

한편, 가장 중요한 인프라로 평가받는 AMI의 보급은 통신기술의 특허분쟁 등으로 사업이 중단되었다가 다시 전개되어 보급이 부진한 모습을 보였다.

기존 전력시스템의 특징인 수요의 낮은 탄력성 문제를 해결하여, 전체 시스템 효율성을 높이고 새로운 부가가치를 창출할 것으로 기대 받는 수요관리(DR, demand response) 제도는 2014년 11월 도입하여 2018년 8월 기준 4.3GW 용량의 수요 자원을 확충하였다. 대한민국의 전체 발전 용량(genearation capacity)이 대략 100GW라는 사실을 고려하면 4% 수준의 수요자원이 확보되었다라고 볼 수 있다.

그러나 새로운 가치를 많은 소비자에게 전달하겠다는 당초의 목표는 달성하지 못했다고 볼 수 있다. 다양한 요금제도의 도입, 전력 빅데이터의 활용 등은 시장설계, 제도, 기반 등의 부족으로 다양한 서비스를 창출하는 데 한계를 나타냈다. 특히, 실증사업으로 추진했었던 ‘제주 실증사업(2009~2013)’과 ‘K-MEG사업(2011~2014)’은 실증 대상의 부적합성, 사후관리의 부재, 적합한 제도 창출 미흡의 사유로 기대한 효과를 얻지 못했다는 평가를 받는다. 요컨대, 대부분의 인프라 구축 목표는 달성하였으나 다양한 서비스를 창출하는 데는 아쉬운 결과를 나타냈다고 볼 수 있다.

종료된 1차 지능형전력망 기본계획은 ‘공급자 관점의 기능 구현’에 그 초점이 맞춰져 있다는 평가를 받는다. 2차 지능형전력망은 보다 많은 소비자가 체감할 수 있는 실질적 변화를 이끌겠다는 의미에서 ‘에너지 전환 시대, 소비자가 중심이 되는 전력시장 생태계 조성’이라는 계획 방향을 수립하였다.

이에 따라 1)스마트그리드 신서비스 활성화, 2)스마트그리드 체험단지 조성, 3)스마트그리드 인프라·설비 확충, 4)스마트그리드 확산 기반 구축 등 4개의 정책 과제를 제시하고 있다. 이를 위해, 정부는 1차 때보다 75% 증가한 4조 5천억원을 투자하여 새로운 서비스 창출 기반을 조성하고 민간의 신시장 창출을 지원할 계획이다.

결국, 2차 계획의 성공을 위해서는 관련 제도의 개혁이 시급히 필요하다는 평가를 받고 있다. 적기에 필요한 인프라를 보급하는 것도 중요하지만 중단된 전력산업 구조개편과 새로운 시장 창출을 위한 실제적 정책 시행이 필요하다. 2차 계획이 종료되는 시점에는 본격적인 전력 서비스 시장이 창출되고 소비자 중심의 다양한 이해관계자들이 출현할 것으로 기대하고 있다. 또한, 정부가 적극적으로 추진 중에 있는 에너지 전환 계획과 맞물려 전력산업을 기반 산업을 넘어 스스로 부가가치를 창출하는 성장산업으로 진화시켜, 일자리 창출과 성장 동력으로 삼겠다는 목표를 담고 있다.

<표 2> 대한민국 정부의 스마트그리드 추진 투자 계획

(단위 : 억원)

* 2차 계획기간 정부/공공부문 투자는 예산심의과정에서 변동될 수 있음
출처 : 제2차 지능형전력망 기본계획, 산업통상자원부, 2018.8

김선교 부연구위원 (공학박사) (sunkyo@kistep.re.kr)
한국과학기술기획평가원 (KISTEP)

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¹⁾ WAMS: Wide Area Monitoring System (광역감시시스템)
²⁾ WACS: Wide Area Control System (광역제어시스템)
³⁾ HAN: Home Area Network (가정용 통신망)
⁴⁾ HEMS: Home Energy Management System (가정용 에너지관리시스템)
⁵⁾ IDC: Internet Data Center (인터넷정보센터)
⁶⁾ BEMS: Building Energy Management System (빌딩용 에너지관리시스템)
⁷⁾ FEMS: Factory Energy Management System (공장용 에너지관리시스템)
⁸⁾ BMS: Battery Management System (배터리관리시스템)
⁹⁾ PCS: Power Conversion System (전력변환시스템)
¹⁰⁾ AMS: Asset Management System (자산관리시스템)
¹¹⁾ DR: Demand Response (수요반응)