사물인터넷을 통한 에너지 신산업 발전방향 연구 텍스트마이닝을 이용한 미래 신호 탐색

유럽 국가들의 경우 전력시장이 대체로 경쟁체제로 이루어져 있어, 소비자들은 공급업체 선택이 자유로운 편이다. 따라서 소비자가 공급업체를 변경할 경우, 송전사업자-공급업체-배전사업자 들 간 요금정산을 위해 소비자의 소비량데이터 등을 공유하는 것이 필수적이다. 여기에서 ｢전력데이터공유플랫폼｣의 활용은 공급관련 업체들을 대상으로 한다. 반면, 미국의 전력시장은 3,233개 업체 중 전력생산, 송배전, 공급 등 통합서비스를 제공하는 이른바 Full Service Provider가 소매판매의 90%를 차지하고 있다. 따라서 전력소비정보에 대한 업체 간 공유 유인이 크지 않다. 이와 같은 문제를 해결하고자 미국 정부는 그린버튼(Green Button)을 도입하여 전력데이터의 공유를 도모하고 있다. 그리고 전력데이터공유플랫폼 의 주요 활용대상은 제3자인 수요관리서비스업체로서, 간편해진 소비자의 동의를 바탕으로 소비정보를 획득하는 것이다. 많은 신생기업들은 수요반응 이외에도 데이터 플랫폼을 이용하여 초단위로 전력계통 안정을 유지하기 위한 주파수 제어(frequency regulation) 방안을 찾고 있다. 캐나다 신생기업 Enbala의 경우 지역 전력망 운영 기관과 통신할 수 있고 수초 내에 전력망 신호에 반응할 수 있는 ‘전력망 균형유지 소프트웨어 플랫폼(grid-balancing software platform)’을 설계하였다. 이 플랫폼에서 전력망 상황에 따라 공장과 폐수처리시설 같은 상업 및 산업 단지의 부하가 조절된다. 갈수록 출력 간헐성이 높은 재생에너지가 전력계통에 보다 많이 유입되면서, 주파수 제어의 필요성은 높아지고 있다. 버추얼파워플랜트(Virtual Power Plant)도 사물인터넷의 발전과 함께 주목받는 영역이다. 버추얼파워플랜트는 전력회사의 송배전망에 접속되어 있는 자가발전, 저장장치 등의 분산형 에너지 자원(Distributed Energy Resources)을 네트워크로 연결해 집적하여 가상 발전소로 가정하고 활용하는 사업형태이다. 풍력이나 태양광과 같은 재생에너지는 화석연료 발전과 달리 기상 상태에 따라 출력이 큰 폭으로 달라질 수 있고, 예측도 상대적으로 어렵다. 인비전 에너지(Envision Energy)와 같은 사업자는 이러한 문제를 해결하기 위해, 각 풍력 터빈에 150개의 센서를 부착하고 진동, 온도, 바람속도 등의 여러 속성 데이터를 생성한다. 그 데이터는 실시간으로 수집되고 기상과 지형지도 데이터와 함께 블레이드 각도를 최적화하는데 활용된다. 그 시스템은 또한 부품들의 마모 상태를 확인하여 사전적으로 적정 유지보수 시기를 알려준다. 이 밖에도 발전, 송전 부문의 광역 모니터링 및 제어, 센서 및 자동화를 통한 배전망 관리, 전기자동차 충전 관리 등의 다양한 분야에서 사물인터넷이 활용될 전망이다. 사물인터넷과 거기에서 생성되는 빅데이터는 전력 생산, 전달, 소비 과정에서 원격 모니터링, 첨단 제어, 시스템 이상현상 조기경보, 정보 가시화(visualization) 등을 가능하게 함으로써 스마트그리드를 구현하는 핵심 역할을 담당할 것이다. 현재 국내에서는 급전지시를 받는 발전소가 300여개에 이른다. 그러나 태양광, 풍력, 바이오매스와 같은 소규모 재생에너지와 소형 열병합, 고정형 저장장치, 전기차 배터리를 추가 고려하고, 수요반응 자원까지 종합적으로 관리한다고 가정할 때에는 제어하고 조율할 대상이 수백만 개로 늘어나게 된다. 여기에서 중요한 점은 버추얼파워플랜트의 요소가 될 수 있는 각 자원들이 네트워크로 연결되어야 하고, 그 자원들을 제어할 수 있는 소프트웨어가 필요하다는 것이다. 소규모 자원들을 엮어 하나의 대형 발전소처럼 운영한다는 차원에서 명명된 버추얼파워플랜트는 고도화된 스마트그리드 애플리케이션이자 에너지 부문 사물인터넷 활용의 핵심이라고 볼 수 있다. 재생에너지 활용 최적화에서도 사물인터넷의 가치는 돋보인다. 풍력 터빈 및 태양광 패널의 예측적 유지보수를 위해 여러 센서의 데이터를 수집하여 분석함으로써, 에너지생산의 효율성을 최적화하며 에너지 출력을 보다 정확하게 예측하는 일이 주요 비즈니스 모델이 되고 있다. 풍력단지는 주로 원격지에 위치해 있고 높은 신뢰성을 필요로 한다. 출력을 최대화하기 위해서는 풍력터빈이 바람 방향과 속도에 따라 조정될 필요가 있다. 사물인터넷은 일반 소비자 가정의 에너지 관리에도 효과적으로 활용될 수 있다. 보통 가정에너지관리(home energy management)라고 일컬어지는 이 시장은 세탁기에서부터 온도조절기에 이르는 다양한 가전제품을 관리하는 시스템을 설치하는 것으로 요약된다. Gigaom Research와 NextMarket Insights는 가정에너지관리 기기 출하 대수가 2012년 약 170만 대에서 2017년 1,220만 대로 증가할 것으로 전망하였다. 앞으로 더 많은 가구가 웹 인터페이스나 스마트폰을 통해 가전기기를 관리할 수 있게 되면서 에너지절약 효과가 높아지고 관련 시장도 커질 것이다. Navigant Research(2014)는 가정에너지 관리 시장이 2013년 5억 8,690만 달러 규모에서 2023년 24억 달러로 확대될 것으로 전망하였다. 현재 가정에너지관리에서 경쟁은 온도조절기를 중심으로 이루어지고 있다. 이 분야는 데이터분석 소프트웨어 서비스뿐만 아니라 네트워크로 연결된 하드웨어 보급이 가장 활발한 분야이다. 이는 온도조절이 가정 에너지관리 효과 차원에서 가장 효과적인 수단이기 때문이다. 냉난방은 대부분의 가정 에너지소비에서 가장 높은 비중을 차지하고 있다. 전 세계적으로 잘 알려진 자동온도조절기 Nest는 명암, 활동, 온도, 습도 등을 인식하는 센서가 장착되어 있다. Nest는 이 센서들에서 생성되는 데이터를 통해 스스로 프로그래밍하여 에너지사용을 최소화한다. 최근에는 전력회사가 온도조절기 조절점을 원격 조절할 수 있도록 하여 전력회사 수요반응 프로그램에서 활용되기도 한다. Nest뿐만 아니라 다수의 모델들이 출시되고 있다. 경쟁사 EcoFactor는 Nest와 유사한 에너지 절약 기능을 제공하며 여러 대의 네트워크 연계 온도조절기를 운용할 수 있는 소프트웨어를 개발하고 있다. EnergyHub는 Alarm.com이 홈 시큐리티 시스템을 제공하고 있는 고객을 대상으로 네트워크 연계 온도조절기를 보급하고 있다. Control4는 최근 도어락, 비디오카메라, 조명 등 에너지소비 기기를 포함한 가정 기기들을 두루 연결하는 비즈니스 모델을 제시하였다(Lesser, 2013). 이는 조명에서 부터 보안, 오락, 온도조절기까지 모든 기기가 단일 네트워크로 연결되어 하나의 플랫폼 위에서 상호 조율되는 광범위한 홈 자동화 시스템을 향해 가고 있음을 시사한다. 네트워크 조명은 가정에너지관리에서도 부분적으로 언급되었지만, 가정뿐만 아니라, 상업용 건물, 거리, 도시 전체적으로 센서와 네트워크를 통해 제어되면서 에너지 부문 주요 사물인터넷으로 확대될 수 있다. 네트워크로 연결되는 조명은 기존의 백열전구보다 75% 적은 에너지를 사용하며, 백열등보다 35~50배, 형광등보다 2~5배 오래 가는 LED(발광다이오드) 조명과 직접 연관되어 있다(Lesser, 2013). 최근 사람의 수면 패턴에 대한 조명의 영향과 야생생물에 대한 환경적 영향이 강조되면서, 빛 공해와 조명 낭비에 대한 인식이 서서히 확대되고 있다. LED는 에너지 효율 편익이 있다는 점 외에도 거의 모든 종류의 네트워크 기술이 적용될 수 있는 조명이라는 점에서 관심을 받고 있다. 우리가 빛을 덜 쓰고자 한다면, 환경 센서와 스마트 조명 시스템이 필요할 것이다. LED 자체가 반도체 물질로 구성되어 있기에 일반적으로 실리콘이나 질화갈륨(gallium-nitride) 와이퍼에 기반을 두고 있는데, 이는 LED 전구가 네트워크로 연결되어 원격 제어가 가능한 조건이 된다.