Green Energizer

PowerMeter 소프트웨어를 통해 에너지효율서비스사업에 뛰어든 Google이 전력유틸리티업체가 스마트 계량기를 보급할 때까지 기다리지 않고 곧바로 가정에 실시간 에너지정보를 제공할 수 있는 기술을 가진 기업을 탐색하고 있다.

Google은 자사의 PowerMeter 소프트웨어가 미국 수백만의 가정에 에너지정보를 전송할 수 있기를 바라고 있으나 전력유틸리티 업체가 스마트 계량기를 보급할 때까지 기다릴 마음이 없다. 대신 Google은 스마트 계량기를 대체할 방법을 가진 기업을 물색하고 있다고 Google.org의 기후변화 및 에너지 이니셔티브 디렉터인 Dan Reicher가 주장했다.

Google은 에너지정보를 제공하는 원천을 잠재적으로 두 가지로 보고 있다. 첫째는 스마트 계량기이며, 둘째는 우리 가정의 두꺼비집(fuse box)에 붙일 수 있는 특정 장비이다. Google이 스마트 계량기를 대체할 그 무엇인가를 어디에서 찾고 있는지에 대해서 자세한 정보를 알려주지 않았지만, 가정 에너지모니터링 신생기업들이 Google의 수요를 충족시켜줄 수 있다고 주장하고 있는 것을 보면 구글과 관계를 맺을 기업들을 대략적으로 찾아낼 수 있을 것이다.

Google이 2009년 2월 출시한 PowerMeter는 가정의 에너지소비를 추적할 수 있는데, 이와 유사한 기능을 갖고 있는 장비와 소프트웨어에 주력하는 신생업체들에는 Google이 기회일 수도 있고, 위기일 수도 있다. Tendril Networks, Greenbox, Control14와 같은 가정에너지 모니터링 및 컨트롤 장비, 소프트웨어 제조업체들은 그들의 기술이 채택되거나 주목받기를 원하고 있다. 이에 전력유틸리티 업체들과 긴밀한 관계를 맺거나 가정에 접근할 수 있는 소매 채널을 확보하고자 한다.

대체로 이런 장비와 소프트웨어에 에너지 에너티 데이터 제공 소스가 되는 것은 전력유틸리티 업체가 추진하고 있는 스마트 계량기일 것이다. 스마트 계량기는 일단 가정에서 비용 지불을 하지 않으면서 그들이 필요한 에너지 데이터를 받아볼 수 있게 한다.

그러나 여전히 많은 기업들은 스마트 계량기 없이 에너지 데이터를 확보하는 길을 찾고 있다. 이에 가정에서 직접 비용지불을 해야 하는 경우도 상정하고 있다. Google은 2009년 말까지 PowerMeter를 정식으로 출시하기를 원하고 있으며, 스마트 계량기가 설치되지 않는 지역의 가정에 PowerMeter를 보급하여 에너지관리 서비스의 주도권을 잡고자 한다.

Tendril Network가 Google의 잠재적 협력업체로 거론되고 있다. Tendril Network는 Colorado주의 Boulder 지역의 신생기업으로서 거의 30개의 전력유틸리티 업체와 자사의 장비 및 소프트웨어 보급 계약을 맺었으며, 자사의 소프트웨어를 제 3기업에 라이선스하고 있다. 또 다른 잠재 협력기업은 Energy Detective이다. 이 회사는 Charleston 지역의 장비업체이며, 소비자들에게 자사의 제품을 이미 판매하고 있다.

Google이 스마트 계량기 이외의 기술을 찾는 이유는 연방정부의 스마트 그리드 부양 펀드가 기대했던 것 만큼 스마트 계량기 보급 사업에 우호적이지 않다는 것이다. 현재 45억 달러를 스마트 그리드 보조금에 배정했음에도 각 기업별 최대 지원금은 2천만 달러로 한정된 상태이다. 그러나 대부분의 스마트 계량기 보급 사업비용은 수억 달러에 이른다. Google은 스마트 계량기 프로젝트 지원금을 2천만 달러로 한정하는 것은 오바다 매통령이 4천만 개의 스마트 계량기를 설치하겠다는 계획을 실현시키는데 큰 도움을 주지 못한다고 생각하고 있다.

출처 : http://www.greentechmedia.com/

닷컴에서 와트컴(watt.com)을 거쳐 '네가와트(Negawatt, 에너지절약 및 효율성 향상으로 생기는 잉여 전기량)'로

최근 미국 실리콘밸리에서는 네가와트 열풍이 불고 있다고 합니다. 2000년대 초 닷컴열풍, 지난해와 올 초 와트컴(watt.com)바람 이후 불어닥친 새로운 바람입니다. (참고. 와트컴은 벤처기업이나 벤처캐피털이 태양열이나 풍력 등 신재생에너지 등의 대체에너지 기업에 투자를 집중했던 현상을 말합니다.) 작년 3분기 벤처캐피털은 에너지 효율제고와 스마트그리드(Smart Grid) 사업에 2억 7200만달러를 투자하였는데, 이는 바이오연료사업에 투자한 1억 5천만달러보다 1.8배나 많은 수치입니다. 사상 처음으로 벤처캐피털이 대체에너지기업에 대한 열풍을 접고 네가와트 관련기업에 더 많이 투자했다는 점은 이 분야가 앞으로 무한한 가능성을 가지고 있다는 것을 방증하는 것이라 생각합니다. 

네가와트 열풍이 불도록 한 몫 단단히 한 요소가 오바마 행정부의 스마트그리드 지원정책이라고 생각합니다. 그래서 오늘은 미국의 스마트그리드 지원정책에 대해서 자세히 알아보고자 합니다.

미국 스마트그리드 전국화 지원정책 시작

- 오바마정부 출범 이후 전력공급시스템 현대화의 실질적인 첫 단추 -

- 기기와 네트워크 오퍼레이션 모드의 표준화, 시스템 사이버 상 물리적 보안성 화두 -

 

 

 

□ 정부의 스마트그리드(Smart Grid) 투자지원

 

 ㅇ 2009년 4월 16일 죠 바이덴 미국 부통령은 미국 스마트그리드 인니셔티브의 전체적인 자금조달 내역을 발표했음. 대체적 자금조달 규모와 내역은 다음의 두 분야에서 아래와 같음.

 

미국 스마트그리드 그랜트 펀딩계획

            자료원 : 미국 백악관, 산자부

 

□ 주요 화두

 

1) 표준화 작업

 

 ㅇ 2009년 5월 초 워싱턴지역에서 미래의 전국 관련 산업계 리더들이 모여 스마트그리드 회의를 가질 것으로 발표함.

  - 이 미팅에서 특히 스마트그리드를 개발시키는데 가장 핵심적인 작업인 표준화를 위한 로드맵이 작성될 것으로 예상

  - 이 표준화 작업에는 미국기술원인 미국상무부 산하 NIST(nist.gov)가 지원할 것임.(참조사이트 : http://www.nist.gov/public_affairs/smartgrid_041309.html)

 

 ㅇ 2009년 2월 뉴욕 맨해튼에서 있었던 제4차 재생에너지 컨퍼런스에서 스마트그리드 업계 리더들도 이 산업의 성공을 위해서는 표준화 작업이 특히 필요하다는 점에 동의

  - 특히 오퍼레이션 소프트웨어 시스템의 표준화 작업이 시급한데 네트워킹서비스를 제공하는 IBM, CISCO 등이 표준화하지 않으려고 함.

  - 이는 타 기업들과 프로그램 운영 플랫폼을 나누지 않고 폐쇄적인 회로 안에서 오퍼레이션 네트워킹 시스템을 개발, 운영하는 것이 각자들의 경쟁으로 작용했기 때문임.

 

자료원 : Green Tech

 

 ㅇ 이해관계가 얽힌 상황에서 스마트그리드 산업 내 업체들은 이 시스템의 진정한 실현을 위해서는 수개의 성공실현 케이스들을 만들어 귀납적인 모드로 점차 전국화해야 말함.

  - 표준화가 정부에 의해 강요되거나 몇몇 업체들이 카르텔 형식으로 이루기에는 스마트그리드 시장 내 다양한 참여그룹들(그리드 운영기기(예 : 미터기, 전력 저장기), 발전소, IT네트워크 운영서비스업체, 전력 소비자들) 사이의 이해관계가 너무 얽혀있음.

  - 한 예로 발전소업체들은 스마트그리드 설치를 통해 제조자, 정부, 전력의 최종 사용자들 모두 수혜를 입지만 자신들이 시스템기기들을 구입, 설치해야 하는 유일한 비용 감수자가 될까 걱정함.

 

2) 시스템 보안성 도모

 

 ㅇ 이 연설에서 볼 수 있는 스마트그리드 운영의 주요 관심사항은 스마트그리드의 디지털 정보 네트워크 상 시스템 보안유지였음.

  - 스마트그리드가 디지털 네트워킹 형태로 운영되는 한 해커들에게 항시 노출돼 있음. 2009년 4월 초 Wall Street Journal은 중국, 러시아 등이 미국의 전력 관리 전산시스템을 해킹한다는 점을 강하게 시사, 전국적인 우려를 부름.

  - 이와 관련 현 오바마정부는 관련 사이버보안 사안들을 모두 검토할 것이며, 미국 의회는 부시정부 동안 정부 네트워크의 보안 유지를 위해 마련한 170억 달러의 기금을 통과시킴.

  - 에너지배송 관련 IT 전문가 집단 중 비판적인 인사들(예 : 북미 전력안전공급협회, NERC)은 이러한 정부의 검토작업이나 기금형성은 부족하다고 여기고 더욱 적극적으로 외부의 가능한 에너지 관리 전산망에 대해 보안체제를 수립해야 한다는 목소리를 높이고 있음.

  - 이들은 단순히 에너지 전산망 내의 위험요소를 정보의 손실이나 예상치 못한 시스템 다운에서가 아닌 불순한 의도를 가진 외부 침입자가 에너지배송 시스템 내 다수의 세부시스템을 의도적으로 남용할 수 있다는 좀에서 찾아야 한다고 함.

 

□ 시사점 및 권고사항

 

 ㅇ 미국 현 정부가 인수위 시기부터 내세운 스마트그리드 계획의 구체적인 신호탄이 업체들과 기관들의 그리드 개발 및 설치에 대한 재정적 지원의 형태로 시작됨.

  - 업체들에 전체 투자계획의 부분적인 투자형태(최대 50%)로 지원금을 제공한다는 것은 정부의 목소리가 일괄적으로 강력히 반영되는 것이 아니라 업체 및 기관들의 결정권도 상당하다는 것을 의미

  - 이에 경기부양법이 통과될 때 삽입돼 미국의 무역파트너들에게 우려를 야기했던 Buy American Act 등의 적용이 다양한 정부기관이 직접 수주를 줄 건축이나 토목공사 분야처럼 까다롭지 않을 것으로 판단됨.

  - 또한 스마트그리드 사업은 개발과 적용에 있어서 변수가 많기에 해외기업들과의 합작이나 자재 및 기기 수입의 가능성도 현저히 높을 것임.

 

 ㅇ 국내 배전기기나 소프트웨어 솔루션을 제작하는 업체들은 이러한 미국시장 내 변화를 신속히 인지해 제품 디자인과 기능을 개발해야 함.

  - 특히 제품 및 운영 솔루션의 표준화 작업이 시급한 과제이므로 이를 담당하는 미국 기술원의 문서와 활동들을 예의 주시해야 함.

 

 ㅇ 스마트그리드가 전통적인 배송전력 장치보다 디지털 네트워크에 더욱 기반을 두어 운영되는 만큼 관련 보안장비 및 솔루션에 대한 수요도 늘어날 것임.

  - 중요 솔루션 표준은 정부나 합작 민간기업체(예 : IBM, CISCO)들에 의해 마련될 것임.

  - 국내 보안기기업체들은 전통적인 보안장비 개념에서 에너지배송과 관련정보 및 전력배송의 안전성을 도모할 수 있는 센서기기 등을 제작해 수출을 증진시켜야 함.  

 

 

출처 : www.kotra.co.kr

 

전력을 직류(DC)로 기기에 공급하는, 이른바 'DC 전원 공급 방식'이 주목을 받게 되면서 데이터센터나 사무실, 공장, 상점, 가정 등 다양한 분야에서 DC 전원 공급 방식의 도입이 활발해지고 있다. DC 전원 공급 방식은 AC-DC 변환 회수를 줄여줄 뿐만 아니라 고효율 변환을 통해 소비 전력도 절감할 수 있게 해준다. 지구 온난화에 대한 대응이 시급한 지금, DC 전원 공급 방식은 매우 효과적인 대책이 될 수 있다. 2009년부터 데이터센터에서 300~400V의 고전압 DC 전원 공급 방식을 도입하는 것을 시작으로, 2010년경부터는 태양전지의 보급과 함께 가정에서도 60V 이하로 도입이 진행될 것으로 예상된다. NE-Korea

전기 기기에 필요한 전력을 직류(DC)로 공급하는 'DC 전원 공급 방식'의 도입이 최근 들어 다양한 분야에서 활기를 띠고 있다(그림 1). DC 전원 공급은 AC-DC 변환 회수를 줄일 수 있어, DC로 구동되는 디지털 기기나 인버터를 탑재한 기기의 에너지 절약에 큰 효과가 있을 것으로 기대되어 왔다. 전화 교환기 등 일부 분야에서는 이미 DC 전원이 사용되어 왔지만, 최근에는 보다 폭 넓은 분야에서 본격적인 도입 움직임이 일고 있다.

특히 발 빠르게 움직이고 있는 곳이 데이터센터 분야다. 서버 등 IT 기기의 소비 전력을 줄이기 위한 효과적인 대책의 일환으로 DC 전원 공급시스템을 도입하는 사례가 늘고 있는 것.

예를 들면, 2008년 10월에 일본의 CTC(Itochu Techno-Solutions Corp.)가 DC 전원 공급 방식을 도입한 데이터센터를 가동한 것 외에, 여러 서버 업체가 DC 전원 공급 방식에 대응할 수 있는 기종을 갖춰나가기 시작했다. 이와 함께 NTT 그룹은 2008년 6월에, 그룹 전체가 DC 전원 공급 방식의 도입과 보급을 추진하겠다고 발표했으며, 히타치제작소나 NEC도 DC 전원 공급을 이용한 데이터센터를 구축하겠다는 의사를 밝힌 바 있다.

이러한 움직임은 데이터센터에 그치지 않고, 상점용으로 진열장에 설치하는 조명이나 디스플레이 장치, 또는 그밖에 다른 기기에 DC 전류를 공급할 수 있는 시스템을 1만엔 이하의 가격으로 판매하는 업체들도 등장했다. 코쿠요 스토어 크리에이션(Kokuyo Store Creation) 개발본부 개발부 제 2 그룹 사토시 와타나베(Satoshi Watanabe) 그룹 리더는 "편의점이나 쇼핑몰 등에서 (이러한 시스템에) 흥미를 보이고 있다"고 밝혔다.

사무실이나 공장, 가정에서도

DC 전원은 사무실이나 공장, 그밖에 다른 분야에서도 활용된다. 일본 다케나카 코무텐(Takenaka Corp.) 관계자는 "향후 2~3년 안에 공장 등에서 DC 전원 공급 시스템의 도입이 시작될 것"으로 예측했다. 이와 함께 주택건설업체나 전기업체, 배전 부품업체 등의 엔지니어들도 "머지않아 가정에도 틀림없이 도입될 것"이라고 입을 모으고 있다. 2008년 9월 30일~10월 4일에 개최된 'CEATEC JAPAN 2008' 전시회에서는 샤프와 TDK가 태양전지와 조합해 DC로 가정 내에 전기를 공급하는 'DC 홈' 방안을 잇달아 선보였다.

샤프의 카츠히코 마치다(Katsuhiko Machida) 대표이사 회장 겸 CEO는 "10년도 채 되지 않아 LCD TV가 주류가 된 것처럼, 향후 10년 안에 DC 홈을 실현하고 싶다"며, 차세대 유망 시장으로서 많은 기대를 걸고 있다.

파나소닉 전기공업 선행 기술개발 연구소의 토루 후지오카(Toru Fujioka) 디렉터는 "2010년에 시장에 선보일 계획으로 개발을 진행 중"이라고 밝히는 등, 가정용 시스템의 발매 시기를 명확히 밝힌 업체도 등장하고 있다.

기기의 소비 전력을 절감

DC 전원 공급 방식이 데이터센터나 사무실, 공장, 상점, 가정 등 다양한 분야에서 도입이 빨라지고 있는 게 왜 하필 지금 이슈가 되고 있는 것일까. 그 이유는 이 방식이 지구 온난화에 대응하기 위한 효과적인 대책의 일환이 될 수 있기 때문이다. 예를 들면 일본에서는 '2050년에 CO2 배출량을 현시점의 절반으로 줄인다'는 목표를 내걸었지만 현재로서는 이 목표를 달성할 수 있을 것인가에 대해 많은 사람들이 의심하고 있다. 쿄토 의정서에서 비준한 '일본 내는 CO2 배출량을 2012년에는 1990년도 대비 6% 삭감한다'는 것조차도 어려울 것으로 보인다.

그 이유는 2007년도에 일본 내에서의 CO2 배출량은 1990년도에 비해 오히려 8.7% 증가하는 등 상황이 더 악화되었기 때문이다. 그 때문에 CO2 배출량이 많은 전력 전환 부문에 대한 비난은 더욱 더 거세져, 소비 전력 저감은 매우 중요한 과제로 떠올랐다.

일례로, 데이터센터는 소비전력이 2025년에는 2006년에 비해 5배 이상으로 부풀어 올라 전력 요금과 데이터센터의 공기조절에 골치를 앓게 될 것으로 보인다(그림 2). 한 데이터센터 사업자는 "이대로 현재의 설비를 계속 사용한다면 수전(受電) 능력이나 공기조절 능력이 부족해지는 곳도 나올 것이다. 이때, DC 전원 공급은 효과적인 대책의 하나이다"라고 말했다.

지금의 AC 전원 공급 시스템은 각 기기에 AC로 전력을 공급해, 기기마다 장착한 AC 어댑터 등의 AC-DC 컨버터를 이용하여 DC로 변환하고 있다. 대부분의 경우 그 변환 효율은 80% 정도밖에 되지 않는데, 이것은 투입한 전력의 20%를 열로 낭비하게 된다는 것을 뜻한다.

뿐만 아니라 기기에 따라서는 AC로부터 DC, DC로부터 AC 등의 변환을 몇 번이고 반복하는 경우가 있어, 그 변환손실이 매우 큰 문제로 대두된다. 따라서, 우선은 송전 전력을 고효율 AC-DC 컨버터를 사용해 DC로 일괄변환하고 그것을 각 기기에 공급하면 에너지 절감 효과를 높일 수 있다. 일례로, 변환 효율이 90%인 AC-DC 컨버터를 이용하면 기존의 소비 전력보다 10% 이상 절감할 수 있다.

DC 전원 공급의 도입이 가속화되고 있는 또 다른 이유는 태양전지의 보급이 급속히 이루어지고 있기 때문이다. 태양전지의 도입이 진행되면, 가정이나 사업소에서 발전한 전력을 그대로 이용하고자 하는 요구도 늘어나게 된다.

그 때, 현재의 시스템 구성으로는 발전한 전력을 DC로부터 AC로 한번 변환하고 난 후, AC로부터 DC로 변환하는 과정에서 에너지 손실이 발생한다. 나가사키대학 대학원 생산과학연구과 시스템과학 전공 히로후미 마츠오(Hirofumi Matsuo) 교수는 "어렵게 만들어낸 에너지를 DC-AC 변환으로 낭비해 버리는 꼴"이라고 지적한다.

데이터센터에 우선 보급

DC 전원 공급의 도입이 가장 빨리 진행될 것으로 예상되는 곳은 데이터센터이다. 향후 전력 소비의 급상승이 예상될 뿐만 아니라 현재의 시스템에도 손실이 많기 때문이다(그림 3).

현재의 데이터센터에서는 전력의 순간적인 저하, 이른바 순간 저하(순간 정지)를 방지하기 위해 축전장치를 갖춘 무정전전원장치, 즉 UPS (Uninterruptible Power Supply)를 마련하고 있다. 그 때문에, 송전 전력으로부터의 AC는 한 번의 AC-DC 변환으로 DC가 되어 축전 장치에 공급된 후, 다시 DC-AC 변환을 통해 AC가 되어 서버 등의 기기에 공급된다. 그리고 서버 내에 공급된 AC는 기기 내에서 한번 더 AC-DC 변환으로 DC가 되어 기기 내에 전원을 공급하고 있는 것이다. 즉, 송전소로부터의 전력은 AC, DC 변환을 3회나 반복하기 때문에 비록 변환 효율이 90%라고 하더라도, 이 3회의 변환만으로 약 27%의 전력 손실을 낳게 되는 셈이다.

이것을 DC 전원 공급 방식으로 전환한다면 상당한 효과를 얻을 수 있다. 송전 전력의 공급구에서 변환 효율 90%의 AC-DC 컨버터로 일괄변환해 기기에서 이용할 수 있다면, 변환 손실을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 이러한 효과로 인해 향후에는 DC 전원 공급 방식이 UPS를 대체할 것이라는 견해도 나온다. 산켄전기(Sanken Electric) 기술 본부 PS사업부의 어시스턴트 매니저인 요우이치 이토(Youichi Ito) 박사는 "향후에는 데이터센터 등에서 UPS가 사라지고 DC 전원 공급 방식이 이를 대체하게 될 것"이라고 내다봤다.

이러한 변화의 흐름 속에 CTC는 48V의 DC 전원 공급에 대응하는 서버(복수)를 설치한 데이터센터를 2008년 10월부터 가동하기 시작했다. CTC 데이터 센터 사업 그룹 DC사업 기획실 사업개발실 사업개발부의 마코토 카라키(Makoto Karaki) 제너럴 매니저에 따르면 CTC는 서버에 DC 전류를 공급하는 것으로 전력 소비를 20% 정도 줄일 수 있을 것으로 보고 있다.

NTT 그룹의 NTT 환경 에너지 연구소도 IT 기기에 대한 DC 전원 공급에 의해 데이터센터의 소비 전력을 14~17% 절감할 수 있다고 한다(그림 4). 이 회사에 따르면, IT 기기나 전원 부분의 소비 전력이 줄어듦에 따라 공기조절 냉각을 약하게 할 수 있어 공기조절에 드는 전력 소비도 줄어든다.

저렴해진 태양전지와 축전장치

이만큼의 효과가 있다면 데이터센터에서의 도입 사례는 한층 더 늘어날 것이다. 데이터센터에서의 채택이 활발해지면서 사무실이나 공장, 상점, 가정 등에도 서서히 보급이 진행될 것으로 보인다(그림 5). 구체적으로는, 200V가 넘는 DC 전원 공급이 데이터센터나 공장 등 산업용도로 먼저 진행되고, 이러한 용도로서 안전성에 대한 확인이 이루어진 후에 상점이나 사무실, 가정으로 도입이 확대될 것이다.

가정에 DC 전류를 공급하기 위한 주요한 열쇠가 되는 것이 태양전지다. 그 이유는 일본 가정용 태양전지에 대한 보조금 제도가 2009년도부터 재개되어 "신축 건물의 70%에 태양전지를 설치하게 될 것"(업계 관계자)이라는 기대가 모아지고 있기 때문이다.

게다가 태양전지의 가격이 '2010년경에는 지금의 반값 정도로 하락할 것'이라는 예측도 있어, 태양전지에 축전장치를 조합한 시스템이 가정에 보급될 것으로 보인다.

태양전지도 그렇거니와 축전장치도 높은 가격이 문제시 되고 있는 가운데 비용 절감을 위한 길이 열리고 있다. 2010년에 시장에 선보일 예정인 전기 자동차나 플러그인 하이브리드카 등의 등장에 의해, 고용량이면서 더욱 수명이 긴 오토모티브용 리튬이온 2차 전지의 개발이 활발해지고 있다. 오토모티브용 리튬이온 2차 전지와 가정 등에서 고정형으로 사용하는 리튬이온 2차 전지는 공동으로 사용이 가능하기 때문에 축전 장치의 가격 절감에도 크게 영향을 미칠 것으로 보인다.

실제로 가정용과 오토모티브용 리튬이온 2차 전지의 양산을 목표로 하는 일본의 엘리파워(ELIIY Power)는 "리튬이온 2차 전지의 가격을 5만엔/kWh로 실현할 수 있다"고 이 회사 히로이치 요시다(Hiroichi Yoshida) 대표이사 사장은 말했다. 이 회사는 이미 양산용 공장을 설립할 계획이라고 밝혔으며, 2008년 내에 50억엔 정도의 증자를 받을 계획이다. 우선은 가정 등의 고정형 용도로 양산을 시작해, 향후 오토모티브 용도로의 전개를 구상하고 있다.

이렇게 되면, 2kW의 태양전지와 10kWh의 축전지를 조합한 시스템을 2백만엔 이내로 가정에서도 설치할 수 있게 된다. 이에 따라 가정용 DC 전원 공급에 대한 요구가 한층 더 커질 것으로 예상된다.

현재의 가정용 태양전지는 DC로 발전한 전력을 파워 컨디셔너를 이용해 AC로 변환하고, 역조류 할 수 있도록 전압과 위상 같은 특성을 송전 전력에 맞춘다. 그 결과, 가정 내에는 AC로 전력을 공급하고, 기기마다 AC-DC로 변환하고 있다(그림 6).

그러나 향후, 현재의 시스템에 축전지를 조합하고자 하면 데이터센터와 같이 전력을 DC로부터 AC, 혹은 AC로부터 DC로 변환하는 회수가 증가해 변환 소모가 매우 커질 것이다. 따라서 제일 먼저 송전 전력을 고효율 AC-DC 컨버터로 변환하고 태양전지에서 2차 전지 그리고 기기까지 동일한 전압으로 DC 전류로 공급한다면 변환 손실을 없앨 수 있다.

가정에서의 발전량 증가세

태양전지와 축전장치 및 DC 전원 공급을 조합하는 것은 다양한 가능성을 내포하고 있다. 예를 들어 건축관련 업체들은 재해 또는 정전이 있을 경우에도 조명이나 기기의 이용이 가능한 건축물을 공급할 수 있게 될 것이다.

장래에는 태양전지뿐 아니라, 동일한 방식인 DC로 발전하는 연료 전지와의 조합도 가능하며, 가정의 발전량을 한층 더 높이는 것도 가능할 것으로 보인다. 그렇게 되면 우선은 각 지역들이 연계해 분산형 전원으로 대처함으로써 보다 높은 에너지 절약 효과를 누릴 수 있을지도 모른다. 최종적으로는 송전소에 역공급해, 피크 전력의 평준화에도 기여할 수 있을 것이다. 츠쿠바대학 대학원 시스템 정보공학 연구과 구조 에너지 공학 전공 마사요시 이시다(Masayoshi Ishida) 교수는 "낮 동안은 물론 저녁의 피크 전력까지도 평준화할 수 있다면 에너지 절약에 큰 효과가 있을 것"이라고 내다봤다.

또한 가정에서의 발전이나 축전에 대한 관심이 더욱 높아진다면, 지금까지 버려지고 있던 욕실의 배수나 홈통을 흐르는 빗물을 이용해 발전하거나, 거주자가 자전거형 헬스 기기 등을 이용해 전력을 생산하는 것을 마치 게임을 즐기듯 하게 될지도 모른다. 가정내의 이러한 소소한 발전량을 모으면 "1일당 1kWh 정도가 된다. 이것은 가정에서 하루 동안 사용하는 전력량의 10%를 대처할 수 있다"고 토호쿠대학 대학원 환경과학연구과 환경과학전공 카즈유키 토지(Kazyuki Tohji) 교수는 설명했다.

전압과 안전이 과제

DC 전원 공급이 주목을 받고 있기는 하지만 도입이 보다 활성화되려면 해결돼야 할 과제가 적지 않다. 전압과 안전성이 대표적이다. 전압이 낮으면 급전 시 저항 손실이 커지며 급전용 케이블이 굵어져 배선 시 작업 효율이 떨어진다. 이는 케이블 등의 부자재 단가 상승으로도 연결된다. 이로 인해 전압을 높이는 방안을 검토해 볼 만 하지만 이 경우에는 또 아크나 감전 등의 문제를 해결해야 한다. AC의 경우는 아크가 튀어도 AC의 전압이 주기적으로 0V가 되기 때문에 아크도 그친다. 이에 반해 DC의 경우는 일정 전압이 계속 걸려 있기 때문에 아크가 그치지 않고 주위가 불에 타버릴 위험이 존재한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 각 애플리케이션별로 최적의 전압이나 안전에 대한 규격 등의 표준화가 반드시 이뤄져야 한다.

예컨대, 데이터센터에서는 현재 48V로 DC 전류를 공급하고 있지만 엔지니어들은 전압을 300~400V로 높이고 싶어한다. 하지만 정격전압과 더불어 최소 및 최대 전압이나 순간 저하 시의 규격, 커넥터의 형상, 안전성의 규격 등에 대해 일본 내는 물론 세계적인 표준도 마련돼 있지 않은 것이 현 실정이다(그림 7).

이러한 상황에서 일본 내에서 커다란 영향력을 가질 것으로 예상되는 곳이 NTT 그룹이다. NTT 그룹은 전압을 400V 정도까지 높인 DC 전원 공급시스템 기술개발과 그 표준화에 이미 착수했으며, 2010년까지 도입을 목표로 한다고 공개적으로 밝힌 바 있다(그림 8). 2010년까지는 NTT그룹으로부터 전압이나 안전성에 대한 통일된 입장이 발표될 것으로 보인다.

실제로 NTT데이터는 360V와 380V라는 서로 다른 전압의 DC 전원 공급시스템을 실증하기 위한 시험을 2009년 초부터 시작한다. NTT데이터 Ex테크노의 히데히로 타카쿠사(Hidehiro Takakusa) 대표이사 사장은 "우리는 에너지 절약 효과나 안전성을 조기에 확인할 계획이며, 세계 표준이 될 수 있도록 미국의 '더 그린 그리드(The Green Grid)'^★ 등의 기관에 제안하고 싶다"고 말했다.

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★The Green Grid 데이터센터 등에서 IT 기기에 대한 에너지 절약 효과를 높이는 것을 목적으로, 2007년 2월 26일에 설립된 미국의 민간단체. AMD, APC(American Power Conversion), 델, HP, IBM, 인텔, 마이크로소프트, 썬 마이크로시스템스 등 총 11개사가 이사회에 참여하고 있다.

LED 조명부터 시작

가정용으로 정확히 몇 볼트의 전압을 공급할 것인지도 중요한 과제이다(그림 9). 현재 국제적으로는 60V 이하의 DC라면 해당 규제가 없는 상황이어서 지금까지의 실적을 바탕으로 "우선은 48V 혹은 24V로 급전하는 것이 적당하다"는 목소리가 배전반이나 전력 분야 등과 관련된 엔지니어들 사이에서 높다.

다만, 이 전압으로 가정 내의 소비 전력 중 큰 비율을 차지하는 에어컨이나 냉장고에 전기를 공급하는 것은 그리 현실적이지 못하다. 이러한 기기들은 소비 전력이 높기 때문이다. 예를 들면 정격 2kW의 에어컨에 48V로 DC 전류를 공급 하려면 40A가 넘는 전류가 필요하다. 이 정도 전류값이라면 배선용 케이블이 너무 굵어지거나 감전 또는 합선 시에 안전성을 확보하기 어려워진다.

이 때문에 가정 내 전력 소비의 16%를 차지하지만 기기 자체의 유닛 당 소비 전력은 낮은 조명용 전원부터 우선적으로 48V 정도의 전압을 갖는 DC 전류를 공급하게 될 것으로 보인다. 실제로 파나소닉은 DC와 AC 양쪽 모두를 공급할 수 있는 하이브리드 급전반을 우선적으로 실용화해 이를 LED 조명과 그밖에 다른 디바이스 등에 활용할 계획이다.

향후 에어컨과 냉장고 등에 DC 전원 공급을 도입하기 위해서는 데이터센터 등에서 확립할 고전압 시스템을 눈여겨보면서 표준화도 함께 진행해 나가야 한다. 특히 가정 내의 급전 시스템은 지금까지 AC뿐이었기 때문에, 주택건설업체를 비롯해 시공 업체나 배전 업체들은 "DC 전원 공급에 대한 지식이나 노하우를 습득해야만 한다"고 대기업 주택건설업체의 엔지니어는 조언했다. DC 전원 공급에 의한 에너지 절약 효과가 매우 크다는 것을 고려할 때 향후 이러한 대처는 더욱 가속화할 것으로 보인다.

출처: http://www.neakorea.co.kr/article_view.asp?seno=5495

1㎾급 가정용 연료전지 시스템 1기를 설치하면 연간 2톤의 이산화탄소 배출 저감 효과를 거둘 수 있다.

난방과 온수는 물론 전기까지 공급하는 장치가 있다? 사실이다. 가정용 연료전지 시스템이 바로 그런 장치다. 기존 가스보일러 대신 설치하면 도시가스에서 수소를 추출, 전기를 생산하고 이 때 발생하는 열로 물을 데워 집안의 난방과 온수를 해결한다.

 

연간 최소 수십 만 원 이상의 광열비 절감도 가능하다. 이처럼 다양한 메리트에 힘입어 전 세계 가정용 연료전지 시스템 시장은 오는 2030년 250억 달러에 이를 전망이다.

 

 

★ 전기 만드는 보일러

 

연료전지의 가장 기본적인 목적은 친환경· 고효율의 전기 생산이다. 하지만 전 세계가 연료전지에 열광하는 것은 이것 말고 또 다른 중요한 이유가 하나 있다. 전기와 함께 열에너지까지 활용할 수 있다는 사실이 그것이다.

 

여타 발전설비들과 비교해 동일한 양의 에너지를 투입하고도 이용 가능한 에너지 산출량이 훨씬 많은 것. 이는 에너지 자원의 고갈에 따른 위기감이 고조되고 있는 상황에서 더없이 매력적인 것임에 틀림없다.

 

가정용 연료전지 시스템은 바로 이 같은 연료전지의 능력을 최대한 활용할 수 있는 장치다. 기존 도시가스 보일러를 대체할 차세대 주택용 동력원으로 개발됐는데, 전체 에너지 효율이 무려 80%에 이른다. 이 가공할 만한 효율은 전력과 열에너지를 함께 필요로 하는 가정이라는 공간과 두 가지 에너지를 제공할 수 있는 연료전지가 만나면서 구현됐다.

 

실제 가정용 연료전지 시스템은 전력과 난방, 온수를 하나의 장치로 모두 공급할 수 있도록 설계돼 있다. 도시가스에서 수소를 추출, 전기를 생산하는 한편 그 과정에서 발생하는 열로 물을 데워 집안의 난방과 온수를 해결하는 것.

 

일종의 소형 연료전지 열 병합발전소인 셈이다. 이렇게 가정용 연료 전지 시스템은 도시가스에서 전기에너지 35%, 열에너지 45%를 뽑아 쓸 수 있다. 이뿐만이 아니다. 가정용 연료전지 시스템은 지구 환경과 집안 살림에도 큰 도움이 된다.

 

에너지 효율이 높아 전체 에너지 사용량을 줄일 수 있기 때문이다. 국내 최초로 1㎾급 가정용 연료전지 시스템을 개발한 GS퓨얼셀의 윤봉국 과장은 “천연가스 화력발전으로 만든 전기를 쓰고 일반 보일러로 난방·온수를 해결했을 경우보다 이산화탄소 배출량을 45% 줄일 수 있다”며 “1㎾급 1기당 연간 2톤의 이산화탄소 저감효과가 있다”고 밝혔다.

 

윤 과장은 또 “월 301kWh의 전기와 109 ㎥의 도시가스를 사용하는 가정은 연간 20만원, 501kWh와 132㎥를 사용하는 가정은 연간 100만원에 가까운 광열비 절감효과도 누릴 수 있다”고 덧붙였다.

 

 

★ 모니터링 사업으로 내공 쌓아

 

전문가들은 이처럼 탁월한 효용성을 바탕으 로 가정용 연료전지 시스템이 전체 연료전 지 시장의 성장을 주도할 것으로 보고 있다. 오는 2030년이면 250억 달러 규모의 시장을 형성할 수 있다는 것.

현재 이 분야의 선도국가는 단연 연료전지 기술 최강국인 일본. 일본은 이미 정부의 전폭적 지원 아래 연료전지 스택, 개질기, 전력변환기, BOP(Balance Of Plant), 열회수 모듈 등 핵심 장비와 이들에 대한 통합기 술의 개발을 마쳤다.

 

BOP는 펌프, 송풍기, 센서 등 주변보조기기들을 말한다. 또한 전극 접합체(MEA), 카본 분리판, 멤브레인, 촉매 등 부품·소재도 100% 국산화를 완료했다. 특히 지난 2005년부터는 파나소닉, 도요 다자동차, 도시바, 산요, 에바라 발라드 등 5개사의 제품을 가지고 기술고도화를 위한 모니터링 사업에 나섰다.

 

이로 인해 지난해 말까지 총 3,307가구가 가정용 연료전지 시스템을 설치·운용하고 있다. 자신감을 쌓은 일본은 올해를 가정용 연료전지 시스템 상용화의 시발점으로 삼을 계획이다. 본격적인 보급 사업을 전개하며 업체들의 양산체제 구축을 종용하고 있는 것.

 

이에 파나소닉 등 모니터링 참여기업들 도 연산 1만대 규모의 양산공장을 건설, 오는 4월부터 상용 생산에 돌입할 예정이다. 우리나라는 지난 2003년 GS퓨얼셀을 시작으로 퓨얼셀파워, 효성 등이 잇따라 가정용 연료전지 시스템 개발에 성공했다.

 

일본을 벤치마킹해 모니터링 사업으로 내공을 쌓은 뒤 상용화에 진입하는 수순을 밟고 있는데, 올해 3차 모니터링 사업이 개시된 상황이다. 2007년의 1차 모니터링 사업에서는 GS 퓨얼셀과 퓨얼셀파워가 각각 20대의 1㎾급 시스템을 공급, 국내 10개 도시가스사에서 시험운전을 했다.

 

이 시험운전에서는 전기 효율 30%와 발전효율 3,000㎾라는 목표치를 초과 달성하는 성과를 올렸다. 지난해 2차 모니터링 사업에는 효성까지 참여, 총 70대가 서울시 등 6개 지방자치단체와 4개 가스기업에 납품돼 3년 예정의 운전평가가 진행되고 있다.

 

2차 모니터링 사업의 발전효율 목표는 5,000㎾로서 실외 설치 운용, 시스템 크기 축소 등 편의성 강화에도 초점이 맞춰져 있다. 퓨얼셀파워의 홍병선 부사장은 “2년여의 모니터링 사업을 통해 제조단가, 내구성, 효율, 운용기술 등에서 전반적인 증진이 있었다”며 “일본과의 기술격차가 줄어들면서 충분히 경쟁할 수 있다는 확신을 갖게 됐다”고 강조했다.

 

올해 시작되는 3차 모니터링 사업의 경우 2012년까지 총 100대의 설치가 계획돼 있다. 특히 이번에는 일반 가정에도 설치될 예정이어서 가정용 연료전지 시스템의 실질적 효용성을 확인할 수 있을 것으로 전망 된다.

 

 

★ 보급사업 통한 산업화 서둘러야

 

그렇다면 후발주자인 우리나라가 250억 달러의 거대 시장을 놓고 세계 최강 일본과 경쟁해 이기기 위해서는 어떻게 해야 할까. 전문가들은 정부가 산업육성 차원에서 연간 최소 수천 대 규모의 가정용 연료전지 시스템 보급 사업을 조속히 개시해야 한다고 입을 모은다.

 

지금과 같은 수백 대 수준의 모니터링 사 업으로는 국내 업체가 제대로 된 경쟁력을 갖출 수 없다는 이유에서다. 즉 업체들이 신규투자와 기술개발에 나설 수 있도록 정부가 최소한의 초기 시장을 창출해 줘야 한다는 것이다.

 

GS퓨얼셀의 윤봉국 과장은 “업체들의 산업화가 뒤처지면 일본에게 기술 주도권에 이어 산업 주도권마저 넘겨줄 우려가 크다”며 “이렇게 되면 세계 시장은 물론 국내 시장도 일본에게 빼앗길 수 있다”고 강조했다.

 

일본이 상용화 단계에 들어선 이상 정책적 무게중심을 모니터링 사업과 같은 연구개발에서 산업화 쪽으로 이동할 필요가 있다는 얘기다. 규모의 경제는 관련 장비의 국산화를 가속화시켜 가격 경쟁력 제고에도 효과를 발휘할 수 있다.

 

기술이 없어서가 아니라 수요 가 너무 적다는 이유로 개발되지 못한 부속 장치들이 국내에는 꽤 존재하기 때문이다. 대표적인 것이 국내 가정용 연료전지 시스템의 구성부품 중 가장 가격 비중이 큰 BOP다.

 

퓨얼셀파워의 홍병선 부사장은 “BOP는 일정 규모의 시장이 형성되는 순간 즉시 국산화가 가능하다”며 “이들만 국산화 돼도 전체 시스템의 가격을 대폭 낮출 수 있다”고 설명했다. MEA, 촉매 등 기술력을 요하는 부품· 소재들도 마찬가지다.

 

충분한 시장이 형성 되면 자기 돈을 들여서라도 기술개발에 나설 업체들이 나타날 것으로 보고 있다. 이 점에서 최근 정부의 행보는 기대감을 가져볼 만하다. 가정용 연료전지 시스템을 지식경제부의 ‘그린 홈 100만호 보급 사업’ 과 연계, 내년부터 대대적 보급에 나설 움직 임을 보이고 있기 때문이다.

 

아직 정확한 보급 시기와 방법, 규모는 정해지지 않았지만 오는 2018년까지 약 10만 가구에 가정용 연료전지 시스템을 설치하는 방안을 놓고 지식경제부 등 관계부처와 업계 간에 논의가 진행 중인 것으로 알려졌다.

 

 

 

 

★ 우리나라 비교 우위 많아

 

그런데 이 시점에서 궁금증이 들수 있다. 정말 이들의 주장대로 정부가 보급 규모를 확대한다고 단시일 내에 일본을 비롯한 연료전지 강국들과 맞서는 게 가능 하느냐는 것. 업계 관계자들은 기술 경쟁력과 산업 경쟁력은 다르기 때문에 절대 불가능한 목표가 아니라고 역설한다.

 

이미 성능 면에서는 일본과의 격차가 크지 않으며 격차의 폭도 빠른 속도로 줄어들고 있어 산업 경쟁력을 확보하기에 무리가 없다는 것. 단지 일부 부품·소재의 생산기술을 보유하지 못했다는 점이 한계로 지적 되지만 산업화라는 관점에서 보면 이 또한 경쟁력을 심각하게 저해할 만한 수준은 아니라고 설명한다.

 

일본이 자국 기술의 유출 방지를 위해 오 는 2011년까지 가정용 연료전지 시스템의 해외수출을 금지시킨 것도 우리에게 이점으로 작용하는 요인이다. 2012년까지 최소한 3년 동안은 일본의 방해(?) 없이 국내에서의 산업화에 매진하며 내실을 다질 수 있기 때문이다.

 

주거 환경 측면을 보면 경쟁우위가 더욱 두드러진다. 실제 우리나라는 대단위 아파트 등 공동주택의 비중이 높고 도시 밀집형 거주 구조를 띄고 있어 단독주택이 상대적으로 많은 일본, 미국 등의 국가보다 가정용 연료전지 시스템 보급에 유리한 조건을 갖고 있다.

 

도시가스 배관망 구축률이 국내 전체 가 구의 72%에 육박하는 1,200만 가구에 달해 연료보급 인프라에서도 앞서 있다. 또한 일본 등에 비해 기온이 낮아 열 이용량이 많다는 점도 보급 촉진의 메리트로 꼽힌다.

퓨얼셀파워의 홍병선 부사장은 “가정용 연료전지 시스템은 전력 생산율을 높일수록 열 발생량도 상승한다”며 “난방·온수를 통 해 이 열을 소비하지 않으면 전체 에너지 효율이 떨어지는 결과를 초래, 이산화탄소 저감이나 광열비 절감 효과도 그만큼 줄어든다”고 설명했다.

 

아울러 일본, 미국 등은 전력산업이 민영화돼 있어 발전업계가 자신의 밥그릇 보호를 위해 가스업계의 가정용 연료전지 시스템 보급을 방해(?)하고 있는 반면 우리나라는 아직 전력분야가 공적산업으로 남아있어 업계 간 충돌 없이 원활한 보급이 가능한 상태다.

출처 : 파퓰러사이언스

일찍부터, GE Wind 등으로 재생에너지 시장에 강자로 부상한 GE가 스마트그리드 기술이 환경오염 및 에너지낭비 문제 해결에 어떻게 기여할 수 있는가를 보여주는 웹싸이트(http://ge.ecomagination.com/smartgrid/)입니다 

GE는 Infra Business부문과 가전부문을 가지고 있어서 경쟁자에 비해 높은 시너지를 낼 수 있는 환경이기 때문에, GE경영진도 Smart Grid를 계속적으로 issue화하고 있는 것으로 보입니다.

"우리가 전력망의 효율성을 5%정도 향상시킬 수 있을 것이라고 말했다. 5%가 많은 양처럼 같이 들리지 않지만, 발전량으로 환산하면 41기가와트 용량에 해당한다. 그는 탄소배출량 축소 차원에서 이 수치는 매우 의미 있는 것"
- 2009년 2월, Cleantech Forum, Steve Fludder GE Ecoimagination 부사장-

흥미를 위해 스틸컷 몇 장을 첨부합니다. ^^