스마트 에너지 솔루션: 76억 인구의 전력 수요 충족을 위한 혁신

위 수치는 2018년 말 세계 인구로, 올해 말까지 8,200만 명이 더 늘어날 전망입니다. 급증하는 인구의 전력 수요를 충족하기 위해 발전 회사와 유틸리티는 기존 방법론을 지속적으로 최적화하고 있습니다.

작업 방법론과 기계 설비를 개선하면 전체 플랜트 효율이 향상되어 유틸리티가 더 많은 사람들에게 전력을 공급할 수 있습니다. SCADA 시스템과 PLC(Programmable Logic Controllers)는 오랫동안 전력 플랜트 설비의 성능과 상태를 모니터링하는 데 기여해 왔습니다. 그러나 SCADA 시스템은 상호 운용성이 낮고 최종 사용자의 전력 소비 패턴 모니터링을 제공하지 못합니다.

에너지 분야에 사물인터넷(IoT)이 도입되면서 스마트 에너지 솔루션이 등장했습니다. 혁신적인 IoT 센서와 원격 측정 기능을 기반으로 하는 이러한 솔루션은 소비 패턴 모니터링, 운영 최적화, 자산 성능 관리 측면에서 전력 산업에 탁월한 기능을 제공합니다.

스마트 에너지 솔루션의 구성

스마트 에너지 솔루션은 스마트 미터와 스마트 그리드 같은 장치로 구성되어 관련 데이터를 수집합니다. 이 데이터는 전력 흐름과 관련된 매개변수로, 설비 성능부터 최종 소비자의 에너지 사용량까지 다양합니다. 이 정보를 분석함으로써 에너지 공급자는 발전, 송전, 배전이라는 전력 산업의 세 가지 수직 분야에서 전력 흐름을 효과적으로 관리하기 위한 정보에 입각한 결정을 내릴 수 있습니다.

사물인터넷은 이 세 단계 모두에서 전력 흐름을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. IoT는 전력 회사가 피크 시간에도 전력 공급을 관리하고 낭비를 줄일 수 있게 합니다. 이제 IoT가 각 단계에서 제공하는 이점을 자세히 살펴보겠습니다.

A. 발전 단계

발전소 설비는 전력 낭비를 줄이기 위해 효율적이어야 합니다. 그러나 발전소는 다음 이유로 높은 수준의 불신뢰성과 비효율성에 시달립니다.

• 노후화되고 오작동하는 자산 사용
• 부적절한 O&M(운영 및 유지보수) 절차
• 자산과 관련된 과거 데이터의 잘못된 활용

이러한 측면은 설비와 기계의 효율성을 크게 저하시킵니다. 사물인터넷은 O&M 작업을 개선함으로써 발전 회사에 비용 효율적인 솔루션을 제공하여 자산 수명을 연장합니다. 설비의 작동과 성능을 지속적으로 모니터링함으로써 고장 시점과 필요한 유지보수 시기를 정확히 예측할 수 있습니다.

1) 가동 시간 모니터링

가동 시간 모니터링은 설비나 기계가 작동 중인 시간을 의미합니다. 기계가 작동하는 동안 다양한 매개변수를 측정하여 성능과 상태를 정의합니다. 이러한 매개변수는 기계 고장 시기를 추정하고 상태 기반, 예측, 위험 기반 유지보수 작업을 예약하는 데 사용될 수 있습니다.

2) 정지 시간 모니터링

기계가 유지보수 중이거나 단순히 작동하지 않는 기간을 정지 시간이라고 합니다. 다양한 내장 센서를 통해 수집된 기계의 과거 데이터를 사용하여 적절한 유지보수와 수리를 수행하여 가동 준비를 갖출 수 있습니다.

발전소 내 다양한 설비의 정지 시간과 가동 시간을 동시에 모니터링함으로써 설비 가용성을 판단할 수 있습니다. 따라서 대기 설비를 피크 시간에 활용하여 추가 수요를 충족할 수 있습니다. 설비 가용성 모니터링의 기타 이점은 다음과 같습니다.

• 유지보수 비용 절감
• 자산의 신뢰성 및 효율성 향상
• 고장 원인의 신속한 검사 및 식별
• 긴급 수리 및 비계획적 정지 시간 제거

B. 송전 단계

장기간 사용 후 송전 시스템은 효율이 떨어집니다. 또한 이러한 그리드는 연료 효율이 낮고 배출량이 높은 비효율적인 발전소와 함께 운영되는 경우가 많아 송전 시스템의 효율을 더욱 떨어뜨립니다.

최근 이러한 전통적인 전력 그리드는 스마트 그리드라 불리는 IoT가 융합된 업그레이드 버전으로 대체되고 있습니다. 이 그리드는 주파수, 전압, 램프 레이트 등 다양한 전력 전송 요소에 대한 빠른 원격 제어를 제공합니다. 또한 유틸리티와 고객이 정보와 전력을 거의 실시간으로 교환할 수 있는 양방향 대화 시스템을 제공합니다.

스마트 그리드가 첨단 송전 시스템에 제공하는 몇 가지 이점은 다음과 같습니다.

1) 신재생 에너지 관리

신재생 자원에서 생성된 에너지는 환경 조건 변화에 따라 변하는 가변 전력입니다. 스마트 송전 시스템은 이러한 변동성을 감지하고 기존 발전소에서 전력을 끌어와 전력 공급의 균형을 맞춥니다.

2) 운영 비용 절감

스마트 그리드는 배전 시스템의 도움으로 다양한 지역의 전력 소비를 측정하고 피크 전력 소비 기간을 파악할 수 있습니다. 이 정보를 바탕으로 유틸리티는 '피킹 플랜트'(피크 시간용 발전소)를 가동할 최적의 시기를 결정하여 피크 시간 전력 공급을 관리할 수 있습니다. 비효율적인 피킹 플랜트 사용이 줄어들면서 운영 비용도 절감됩니다.

3) 자산 관리

송전 시스템은 다양한 변전소, 변압기, 송전선로로 구성됩니다. 이러한 설비와 자산은 과부하와 지속적인 운영으로 인해 열화되고 고장이 발생합니다. 다양한 IoT 센서를 사용하여 자산 작동과 관련된 다양한 요소를 모니터링함으로써 안전 위험과 취약 구성 요소를 식별할 수 있습니다. 이는 유지보수 작업을 개선하고 송전 자산의 수명을 연장합니다.

C. 배전 단계

사물인터넷은 스마트 그리드와 스마트 미터의 도움으로 배전 서비스와 고객 경험을 더욱 향상시키고 있습니다. 스마트 미터는 가구의 전력 소비 데이터를 유틸리티 공급자에게 전송하는 IoT의 적용 사례입니다. 이 데이터는 고객이 웹 애플리케이션이나 TV를 통해서도 접근할 수 있습니다.

스마트 미터는 다음과 같은 분야에서 다양한 이점을 제공하는 스마트 배전 시스템의 개발을 가능하게 했습니다.

1) 공급 우회 및 복구

갑작스럽고 원치 않는 환경 조건이나 과부하로 인해 송전 시스템과 설비가 손상되어 특정 지역에 전력 공급이 차단될 수 있습니다. 고장을 수리하고 해당 지역에 전력 공급을 복구하는 데 상당한 시간이 걸릴 수 있습니다. 스마트 그리드와 스마트 미터의 결합 사용은 별도의 전력 공급 경로를 식별하고, 정전 지역에 전력을 재공급하는 데 유틸리티를 지원합니다.

2) 가정을 위한 에너지 관리 솔루션

가정의 스마트 가전제품은 스마트 미터와 정보를 공유하여 에너지 소비 관련 정보를 저장하고 분석할 수 있습니다. 스마트 미터는 이 데이터를 중앙 집중식 플랫폼으로 전송하며, 이는 TV에서도 접근 가능합니다. 소비자는 이 데이터를 활용하여 가정의 전력 소비를 관리하고 전기 요금을 절감할 수 있습니다.

전력 수요 충족을 위한 다음 단계

스마트 에너지 솔루션은 발전, 송전, 배전 프로세스를 강화하고 있습니다. 에너지 분야에 IoT 기술이 도입되면서 발전소에서 최종 소비자에게로의 에너지 흐름에서 손실을 줄이는 더 효율적이고 신뢰할 수 있는 시스템이 개발되었습니다. 이는 유틸리티가 전력망을 더 먼 지역까지 확장하고 지속적으로 치솟는 세계 인구의 요구 사항을 충족할 수 있도록 준비시키고 있습니다.