[첨단 헬로티]

 

인프라와 데이터 통합된 플랫폼 위에 실제 활용 가능한 지능 서비스 개발되어야

 

1. 들어가면서
필자는 올해 에너지 관련 비즈니스모델에 대해 심층적으로 분석하여 기고하고 있다.  앞서 기고한 4단계 역량은 기술적 변혁을 의미했으며, 지난 호에서는 기술 서비스 제공에서 한 단계 더 나아가기 위해 플랫폼 비즈니스모델의 필요성 제시와 함께 프레임워크를 제시했다. 에너지 산업과 IT가 접목된 비즈니스 플랫폼을‘에너지데이터 플랫폼’이라 칭하였으며, 파이프라인이 아닌 플랫폼 비즈니스의 3대 전략 규칙 중심으로 자원을 조정하고 다양한 이해관계자 간 상호작용을 통해 생태계 전체의 가치를 창출하고자 노력하는 주요 사례들을 제시하였다.

 

이번 호에서는 플랫폼 비즈니스의 3대 전략 규칙을 전제로 하여 스마트시티(Smart city)에 대해 에너지 중심으로 살펴보고자 한다. 스마트시티의 영역이 워낙 방대하고 복잡해서 그 자체로 “모든 것에 적합한 하나의 규모(One size fits all)”접근법은 없다. 각국의 도시는 복잡한 시스템이며, 많은 이해관계자가 관련되고 특히 물리적 인프라 의존도가 매우 높기 때문이다. 따라서, 필자는 본고에서 스마트에너지 부문에만 집중하여 살펴보고자 한다. 이를 위해 스마트에너지시티 개념을 정의하고 주요 영역들을 설명한 후, 추진 중인 주요국 비즈니스모델 사례들을 탐색하여 소개하고 그 시사점을 제시하고자 한다.

 

2. 스마트에너지시티의 개념과 주요 영역
2.1. 스마트시티 및 스마트에너지시티의 개념
국제전기통신연합(International Telecommunication Union; 이후 ITU)의 2014년 조사결과에 따르면 스마트시티에 대한 정의는 116개에 달하였다. 개념 정의에 대한 키워드만 분석해 보면 ICT, 통신, 지능, 정보 등이 26%, 인프라와 서비스가 17%, 환경과 지속성장이 17% 등으로 높은 비중을 보이고 있다.

 

국내에서는 2018년 3월 <스마트도시 조성 및 산업진흥 등에 관한 법률>이 통과되었다. 여기서 스마트시티는‘도시의 경쟁력과 삶의 질 향상을 위하여 건설, 정보통신기술 등을 융 복합하여 건설된 도시기반시설을 바탕으로 다양한 도시 서비스를 제공하는 지속 가능한 도시’로 정의되어 에너지 부문이 중심이 되고 있지는 않다. 이에 비해 일본은 자연재해를 가장 많이 겪는 국가인 때문인지 유독 에너지를 강조하여 스마트시티를 정의하였다. 즉, 2014년 일본 경제산업성 보고서에 따르면, 스마트시티는 ‘에너지의 효율적인 사용, 열과 미 사용 에너지원의 이용 및 교통시스템 개선 등 시민 삶의 질 개선을 위해 다양한 차세대 기술과 선진 사회 시스템이 효과적으로 통합되고 활용되는 도시’로 정의되었다.

 

한편, 표 1에서 보면, 국내 정보화진흥원이 2016년에 구분한 스마트시티의 기술적 구성요소는 크게 인프라, 데이터, 서비스로 구분되며, 각 부문별 7개의 세부요소로 도시 인프라, ICT (IT) 인프라, 공간정보 인프라, IoT, 데이터 공유, 알고리즘 및 서비스, 도시혁신 등이 포함된다.

 

표 1. 스마트시티의 기술적 구성요소 <출처: 한국정보화진흥원, 2016; 산업기술리서치센터(2018) 재인용>

 

스마트시티가 기존 도시와 차별되는 핵심 포인트는 데이터 기반이기 때문에 문제 발생시의 해결방식이다. 기존 방식에서는 추가 인프라를 건설하거나 인력 등 자원을 추가 투입해 문제를 해결하였으나, 스마트시티는 도시 전역에서 데이터를 수집 분석하여 기존 자원의 효율적 활용을 유도하는 방식으로 문제를 해결한다. 따라서, 기술 플랫폼의 역할이 매우 중요한데, 스마트시티도 이전호에서 언급한 플랫폼이 요구된다. 즉, 플랫폼은 분야별 기술들을 통합해 모니터링 및 제어하는 소프트웨어 플랫폼으로서 하드웨어, OS 및 인터페이스 등을 의미하며 이를 정의하는 규약, 규칙 등의 기술 표준을 포함한다. 이때 플랫폼은 스마트시티 구성요소인 인프라, 데이터를 포괄하며 양면시장을 형성하여 다양한 서비스들이 출현하는 장을 마련하며, 플랫폼 스스로도 혁신 서비스를 자체 개발하게 된다.

 

스마트시티 영역을 분류해본 다양한 보고서를 참고해보면 아래 표 2와 같이 스마트에너지에서부터 스마트커뮤니티까지 매우 광범위함을 알 수 있다. 한편, 산업기술리서치센터는 다른 기관들의 범위 설정을 참고하여 핵심이 되는 5대 분야로 스마트빌딩, 스마트교통, 스마트에너지, 스마트워터, 스마트정부를 선택하였다. 이렇게 분류되긴 하지만, 궁극적으로 이들 영역은 스마트시티라는 틀 안에서 서로 연계되어야 한다. 즉, 기존에는 교통 따로, 에너지 따로, 워터 따로 등 독립적인 기술 플랫폼으로 관리되어 왔으나, 스마트시티를 구현하기 위해서는 이들을 통합하는 관리가 필요하게 된다.

 

표 2. 주요 기관들의 스마트시티 영역 구분 비교 
<출처: 기관 순서대로, 국토교통부(2018), Cisco(2015), IDC(2018), IBM(2018), NIPA(2013), Navigant research (2018)>

 

표 2에서 보듯이, 에너지는 기본이다. 즉, 그 어느 도시도 전력 등의 에너지 없이는 도시 기능을 제대로 할 수 없다. 에너지가 있어야 자동차, 지하철, 기차에 필요한 연료를 넣고, 가정집과 사무실에 냉난방을 하고 불을 밝힐 수 있다. 특히 스마트시티 조성을 위해서는 도시들과 수도, 전기, 가스 같은 유틸리티 기업 및 기관들의 협업이 필수적으로 요구된다. 에너지가 도시의 거주성, 작업효율성, 지속가능성에 많은 영향을 끼치고 도시의 의무를 다하기 위해 필수적 요소이기 때문이다. 스마트시티에서 에너지의 역할은 소규모 발전시설을 이용하여 기존에 사용하던 만큼의 에너지를 생산하는 기술에서부터 정전이나 단전 시 지속적으로 전기를 공급하는 첨단기술에 이르기까지 다양하다. 물론 관련 규제가 완화되었다는 전제가 따른다.

 

본고는 도시가 생산하고 공급하는 모든 에너지(전기, 가스, 스팀, 신재생 등)를 생산하고 공급하는데 사용하는 모든 사회 기반시설을 망라하는 개념으로 스마트에너지를 관찰하며, 국가별로 다른 규제적 요소도 함께 거론하고자 한다. 
스마트에너지시티는 스마트시티가 시작되는 시점에서의 에너지 영역을 말하며, 시작점이 스마트에너지인 이유는 스마트시티가 성공하기 위해 스마트에너지 시스템이 반드시 갖추어 져야 하기 때문이다. 스마트시티에서의 스마트에너지는 전력 모니터링을 통해 불필요한 전력소비를 최소화하고, 친환경적 도시를 조성하는 것을 의미한다. 따라서, 스마트에너지시티는 도시 자체의 에너지 공급비율을 높이는 것을 목표로 할 것이며, 이를 위해 신재생 전력설비 확충도 필요할 것이고, 지능형 전력 관리를 위한 검측 장비(Advanced Metering Infrastructure; 이후 AMI) 수도 지속적으로 증가시켜야 할 것이다.

 

2.2. 스마트에너지시티의 주요 영역
산업기술리서치센터가 스마트시티 구현을 위해 구분한 스마트에너지 서비스 영역은 아래 표 3에서처럼 크게는 전력 에너지와 환경 에너지로 구분되며, 여기에 스마트그리드, 신재생에너지, 스마트가로등, 폐기물시스템, 대기환경모니터링, 스마트방역이 포함된다. 한편, 국토교통부에서는 [표 2]처럼 스마트환경을 따로 구분하고 있기 때문에 본고에서는 스마트그리드와 신재생에너지 중심으로 간단히 설명하고 주요국 사례로 넘어가고자 한다. 먼저, 스마트그리드(Smart grid)는 지능형 전력망이다. 기존 전력망에 IT를 접목하여 공급자와 수요자 간에 정보를 교환함으로써 지능형 전력 관리를 지원한다. 기술적으로 스마트그리드는“전문적 커뮤니케이션 네트워크로 전기와 정보를 이동시키면서, 수요와 공급에 대한 적정한 균형을 유지하여, 항상 안정적인 시스템을 유지하는 네트워크”이다.

 

표 3. 스마트시티 구현 위한 스마트에너지 서비스 <출처: 산업기술리서치센터(2018)>

 

실시간으로 변전소 고장 여부를 파악해 자동적으로 전력공급 노선을 재조정하여 가정과 회사에 단전이 되지 않도록 하는 시스템은 센서로부터 데이터를 수집, 가공하여 관리자에게 실시간으로 에너지 상황(예를 들어 얼마나 많은 전력이 생산되고 있고, 언제 전력이나 가스공급이 필 요한지에 대한 정보)을 제공한다. 요약하면, 스마트그리드 시스템은 개인, 기업 사용자들이 그들의 에너지 소비량을 모니터링하고 조정하여 돈을 절약하게 해주는 등 귀중한 자원을 보존하는데 도움을 준다.

 

스마트도시가 이러한 스마트에너지 인프라, 즉 스마트그리드와 연계되어야 한다. 이는 에너지와 도시 시스템, 서비스 간 상호 의존 없이 불가능한 것이다. 배전망과 지중 케이블인 송전망은 거리를 따라 매설되어 있다. 따라서, 전기 등 유틸리티 서비스와 교통시스템 간 상호의존을 필요로 한다. 건설환경도 전력과 천연가스의 주요 고객이며, 규제가 완화되면 잠재적 전력 생산자이다. 즉, 분산 발전이 발달하고, 빌딩 소유주들이 태양광, 연료전지를 받아들일수록 기존 기반시설 사업자들과 도시 행정기관들은 더욱 더 가까운 동맹관계를 형성하게 될 것이다.

 

스마트미터 내지 AMI와 통신장비, 상황분석이 잘 결합되어 에너지 사용고객이 언제 어디서나 자신들이 에너지를 얼마나 사용하는지에 대한 보다 많은 정보를 얻을 수 있다면, 요금 절약이 가능하게 된다. 특히 스마트그리드 구축으로 자연재해로 발생하는 문제의 자가회복이 어느 정도는 가능하며, 정전이 되어도 문제 지역을 정확하게 파악해 복구 시간을 단축할 수 있다.

 

또한, 스마트그리드는 원거리 전력원과 근거리 분산 발전을 결합해 통합 관리하므로 전력 공급중단 시에도 대처가 어느 정도 가능하다. 그 외에도 정전으로 인한 경제적 손실을 줄여 경쟁력을 갖게 하고, 지역별로 자체 조달이 가능한 마이크로그리드(Microgrid) 사업은 지역이 아닌 대단위 중앙발전소에서 운송해오는 전통적 에너지보다 더 많은 지역 일자리를 창출하며, 해당 도시의 사업 투자도 유발하게 된다.

 

한편, 스마트그리드 환경에 신재생에너지에 더해진다면 이는 더 깨끗하고, 더 효율적이며 환경 친화적인 에너지환경을 만들어주게 된다. 즉, 풍력, 태양광 등 신재생 에너지원을 더 쉽게 사용할 수 있게 해주고 불필요한 에너지 손실 없이 송배전을 가능하게 해준다. 신재생에너지 도입으로 화석연료 기반을 자연 감소시켜 이산화탄소 발생을 줄여주며, 비(非)신재생발전소의 의존성을 감소하게 만든다. 특히 마이크로그리드 환경에서 태양열 같은 신재생에너지는 개인 소유지에서 발전하는 것을 손쉽게 해주고, 송전망 어디든지 자신의 에너지를 팔거나 살 수 있도록 해준다. 이러한 P2P 거래를 통해 전력망은 고객의 전력 수요에 맞게 더 유연하게 운영 가능해진다.

 

지난 10년 동안 분산발전이 급증하고 있다. 이는 에너지가 사용되는 지점 또는 그 인근에 세워진 소형의 비집중화된 발전소의 발전을 말한다. 예컨대 쇼핑몰의 풍력발전기, 고층아파트나 빌딩의 지붕형 태양광발전소가 있다. 이러한 분산발전이 특히 신재생에너지에게 효율적으로 작동하기 위해서는 통신처럼 상호 접속(interconnection) 표준이다. 이는 발전원이 마이크로그리드에 어떻게 연결되어 돌아가는지에 대한 규약으로 유틸리티 회사들을 위한 새로운 비즈니스모델 개발을 위해 매우 중요한 것이다. 따라서, 스마트에너지시티가 자체적으로 풍력, 태양열 등 에너지 시설들을 보유하고 있다면 상호 접속 표준 개발에 대한 고민을 하여야 할 것이다. 분산발전은 막대한 잠재력을 가지고 있으며 높은 효율성을 지니고 있고, 자연재해나 인재 발생 시 많은 탄력적인 운용이 가능하다. 

 

3. 주요국의 스마트에너지시티 비즈니스모델 사례
3.1. 영국 런던의 스마트그리드
스마트시티에서 이해되는 스마트그리드는 수리 및 정전 관리가 자동화된 시스템으로 일종의‘자가 치료 전력망’이다. 도시에서 스마트미터 기기와 지능형 전력망을 원격으로 조정, 자동 관리하여 정전 횟수 및 정전시간을 줄이게 하는 것이다. 예를 들어 센서가 전력망의 이상을 인지하는 순간, 해당 고장이 일어난 전력망이 다른 전력망으로 영향을 미치기 전에 해당 부분을 격리시키거나 알람을 발생시켜 시설 관리 주체가 즉각 조치하여 수리하게 한다.

 

주요 도시들 중에서 선두라면 영국 런던이 대표 사례가 된다. 영국 정부는 2007년에 스마트시티 프로젝트를 본격 가동하기 위해 TSB(국가기술전력위원회)라는 특별위원회를 설립하였고, 2013년 정보경제전략(Information Economy Strategy)를 발표하면서 수도인 런던에 스마트런던플랜(Smart London Plan)을 발표한다. 2018년 기준, 인구 820만을 가진 런던은 2011년 저탄소 사회(Low Carbon Society) 개념을 세계 최초로 제안한 도시로, 온실가스 감축을 위해 장단기목표를 가진 ‘런던플랜’를 설정하고 지속적으로 이행 여부를 점검하고 있다. 표 4에서 보듯이, 2014년까지 수행된 런던플랜은 런던 시의 전력망에 다양한 스마트그리드 기술을 접목하는 실증사업으로 수행되었는데, 스마트그리드 등 첨단기술을 활용한 에너지효율 향상 및 신기술 적용과 경제성을 검증하는데 목표를 두었으며, 2025년까지 1990년 대비 이산화탄소 배출량 60% 감축을 목표로 하였다. 주요 기술 활용 및 분석으로는 실시간 요금제, 전기차 충전, 분산전원 통합 실증, 스마트미터 데이터셋, 수요반응 등을 들 수 있으며, 스마트미터기 데이터를 활용한 에너지 사용 현황 분석, 수요반응 기술검증 및 비용편익 분석 등이다.

 

표 4. 런던플랜 프로젝트 개요 *영국정부(ofgem): 21.7백만 파운드, 참여기관: 6.6 백만 파운드
<출처: 한국스마트그리드사업단(2018)>

 

3.2 미국 하와이 마우이의 신재생에너지
하와이 마우이는 미국 본토에서 멀리 떨어진 도서지역이라, 신재생에너지 도입 및 전기차(EV) 보급 촉진을 목적으로 2011년부터 자발적인 프로젝트를 추진하였다. 주민 참여를 통해 에너지서비스를 개선하고 분산자원으로 EV를 활용하는 것이다. 표 5에서 보듯이, 2011년 10월부터 2017년 2월까지 EV 200여대, EV-PCS 80기, 급속충전소 13기를 보급하였으며 도서지역에서 신재생에너지의 효율적 이용을 위해 EV 운용방식 및 V2G 등을 단계적으로 실증하였으며, 주민참여를 이끌어내기 위해 쉬운 프로젝트 명칭 선정, 친숙한 디자인 제작, 웹 포털 제공 등 홍보활동 병행하여 프로젝트 목적 달성을 촉진하였으며, V2G 프로그램을 통해서 분산형 에너지 자원인 EV의 효과를 입증하게 된다.

 

표 5. 하와이 JUMPSmart Maui 프로젝트의 단계별 내용 <출처: 한국스마트그리드사업단(2018)>

 

그림 1을 보면, 하와이의 마우이는 풍부한 재생 에너지를 가지고 있고, 짧은 주행 거리를 가지고 있어서 충전에 어려움이 없고, 첨단 스마트그리드 기술을 보유하고 있어서 신재생에너지와 스마트그리드를 통합하는데 유리한 입지 조건을 가지고 있다.

 

그림 1. 마우이 프로젝트: 재생에너지와 스마트그리드 기술의 통합 <출처: Rocheleau (2016. 2.9)>

 

또한, 그림 2를 보면, 오렌지색은 1단계를, 보라색은 2단계를 나타낸다. 2015년 자발적으로 참가하는 80개 가정에 EV-PCS (EV-Power Conditioning System) 장치가 제공되었는데, 1년 후에 300개로 증가했으며, 이 장치 설치자는 자신들이 소유한 닛산 자동차 LEAF 충전을 가정에서 할 수 있다.

 

그림 2. 하와이 JUMPSmart Maui 프로젝트의 기술 아키텍처 개념도 <출처: Rocheleau (2016. 2.9)>

 

그 사이에 오바마정부는 2015년 1.6억 달러 규모의 R&D 사업인 스마트시티 계획을 발표한다. 목적은 교통혼잡 해소, 경제성장 촉진, 기후변화 대응 등이다. 하와이는 분산발전 기반 스마트 커뮤니티 시스템(AMI+DMS+EMS) 추진 계획과 통합 DMS(배전관리시스템; Distribution Management System)를 구축하는 운영계획을 수립하였다. 미국은 특히 신재생에너지 인프라 확대를 도모하기 시작해 2016년까지 상당한 성과를 올린다.

 

2015년 발전 설비의 2/3 이상을 태양광과 풍력이 차지하게 하였고, 대형 태양광 발전 설비 규모는 14,000MW로 전년 대비 43% 성장하였다. 또한, 2016년 8월 기준으로 EV 490,000대 보급을 달성하였고, 독립형 태양광 발전설비 100만대 보급을 달성하였다. 이에 상당한 공헌을 한 프로젝트가 마우이 섬이다.

 

그림 2에서 보듯이, 마우이 섬의 쇼핑몰이나 공공시설 등에 EV 급속충전기를 설치하여 그 이용도를 제고하였다. 또한, 프로젝트 참가자의 충전 종료시간을 고려하여, 시스템에서 충전 개시시간을 자동으로 설정 가능하게 하였는데, 이는 즉시 충전방식 뿐만 아니라 관리시스템을 통해 스케줄 방식의 충전이 가능한 EV 충전관리 프로그램을 제공한 것이다. 또한, 정전시에는 EV-PCS의 백업모드 기능을 통해 필요한 가전에 접속하여 EV에 축적된 전기를 공급하는 V2G 프로그램도 구축하였다. 통상적인 충전(심야 및 오후)-방전(저녁) 사이클 외에 긴급상황시 EV방전을 통해 전기가 공급 가능하게 하였다.

 

그림 3. 하와이 JUMPSmart Maui 프로젝트의 급속 충전기 사진 및 2015년 현재 설치 수 <출처: Rocheleau (2016. 2.9)>

 

3. 주요국의 스마트에너지시티 사례가 주는 시사점
스마트시티는 인프라와 데이터가 통합된 플랫폼을 전제로 하며 그 위에서 실제 활용이 가능한 지능 서비스가 개발되어야 비즈니스모델이라고 말할 수 있다. 이에, 에너지데이터플랫폼에 대해서는 지난호에서 이미 논의하였다. 스마트그리드와 재생에너지 기반의 스마트에너지시티 프로젝트를 살펴본 결과, 짧은 기간에 계획도시를 완성하고 전시행정 식으로 운영하는 한국형 신도시 개발방식으로는 더 이상 경쟁력을 갖기 어렵다는 판단이다.

 

따라서, 정부의 정책과 민간의 기술이 협업하여 보다 장기적으로 다양한 스마트그리드 서비스를 발굴하고 이를 순차적으로 적용하려는 노력이 필요하다. 특히, 재생에너지에 대한 지원과 관심이 지금보다 더 필요하다. 마이크로그리드 프로젝트를 활성화하기 위해서는 지방자치제의 참여 유도가 필수이며, 이를 위해 정부의 역할이 중요하다. 시급한 것은 사업자금 지원과 규제 개선이다.

 

앞의 주요국으로 영국과 미국의 사례를 소개했는데, 영국을 비롯한 유럽의 경우에는 에너지 효율 증진과 오래된 도시의 안정적인 전력 운용에 초점을 두고 있으며, 미국의 경우에는 도시별 현안 해결 중심의 스마트에너지 구축에 초점을 두고 있음을 보게 된다. 한국은 아직은 미국보다는 유럽 상황에 더 유사한 환경을 가지고 있다. 따라서, 기성 시가지 대상으로 도시 내 다양한 데이터가 수집되고 공유되는 데이터 분석 플랫폼을 토대로 하여 스마트그리드 타운 조성을 고민해보아야 할 것이다. 즉, 데이터 연계를 통해 도시문제를 해결하고, 상용화 가능한 신규 비즈니스모델을 개발할 수 있도록 데이터와 솔루션의 개방적 공유가 필요하다.

 

사사문구
본 연구는 과학기술정보통신부 및 정보통신기술진흥센터의 대학ICT연구센터지원사업의 연구결과로 수행되었다(IITP-2018-0-01396)

 

 

송민정 교수 한세대학교 미디어영상광고학과