스마트 그리드: AI가 오늘날의 에너지 기술을 강화하는 방법

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전력 그리드는 산소와 마찬가지로 현대 생활에 필수적이지만 문제가 발생하기 전까지는 항상 최우선 순위로 생각하지 않습니다. 오늘날 노후화된 그리드 인프라는 전 세계의 악천후로 인해 심각한 타격을 받고 있으며, 이로 인해 건강, 안전, 경제 활동을 위협하는 정전이 발생하고 있습니다. 동시에 여러 다른 요인들도 100년이 넘은 그리드에 압력을 가하고 있습니다. 에너지 생산 방식이 빠르게 변화하고 있으며, 풍력과 태양광이 늘어나고 석탄과 화석연료가 줄어들고 있습니다. 이러한 변화에는 새로운 프로세스와 관리 방식이 필요합니다. 이제 에너지는 주요 에너지 기업뿐만 아니라 수많은 새로운 경쟁자와 프로슈머(에너지를 생산하는 소비자)에 의해 생산되는 등 "누가" 에너지를 생산하느냐도 변화하고 있습니다.

자연계가 빠르게 변화하고 있을 뿐만 아니라 기술 세계도 빠른 속도로 발전하고 있습니다. 머신 러닝, 데이터 분석, 사물 인터넷(IoT)과 같은 클라우드 연결 인공지능(AI) 기술은 훨씬 더 복잡한 전력 생산과 배전을 관리할 수 있는 스마트 그리드의 발전을 주도하고 있습니다. 이러한 기술은 복잡한 에너지 에코시스템에서 이를 활용할 수 있는 사람들에게 상당한 기회를 예고합니다.

프로슈머란?

프로슈머는 "생산자"와 "소비자"를 결합한 합성어입니다. 에너지 프로슈머는 일반적으로 중앙 그리드에 연결된 상태를 유지합니다. 하지만 태양광 패널과 전기차 배터리를 사용하여 에너지를 생산하고 저장할 수도 있습니다.

생산된 전력량에 따라 이 에너지는 월별 요금을 상쇄하는 데 사용하거나 유틸리티 회사 또는 기타 에너지 분배 서비스에 잉여 전력으로 다시 판매할 수 있습니다. 이 모델은 주거용 및 상업용 프로슈머 모두에게 적용될 수 있으며, 점점 더 많은 기업이 태양광 패널과 EV 차량을 그리드에 연결하고 있습니다.

스마트 그리드란?

스마트 그리드는 전기와 데이터의 양방향 흐름에 에너지 분배와 디지털 통신 기술을 통합한 네트워크입니다. 이를 통해 유틸리티 회사는 전기의 생산, 전송 및 분배를 최적화할 수 있습니다. 또한 소비자는 데이터가 제공하는 모든 스토리를 활용하여 자신이 사용하는 에너지와 태양광 패널, 전기차 배터리 등을 통해 생산하고 저장하는 에너지까지 더 잘 이해할 수 있습니다.

기존 그리드와 스마트 그리드의 차이점은 무엇인가요?

기존 시스템과 스마트 그리드의 가장 큰 차이점은 유틸리티 회사에서 소비자로, 또는 그 반대로 네트워크를 통해 양방향으로 정보를 교환할 수 있다는 점입니다. 스마트 그리드를 차별화하는 몇 가지 주요 기능은 다음과 같습니다.

기술: AI, 클라우드, 디지털 기술을 통해 그리드 내의 모든 장치와 자산이 통신하여 더 나은 제어와 자율 규제를 지원합니다.
분배: 프로슈머와 태양광이나 풍력 등 기타 재생 에너지원에 의해 생성되는 에너지는 간헐적이고 불균일할 수 있습니다. 스마트 그리드 기술은 이러한 소스의 전력을 안정적이고 신뢰할 수 있는 흐름으로 조정, 저장 및 분배하는 데 도움이 됩니다.
생성: 스마트 시스템의 예측 분석은 수요가 많은 전력을 예측하여 여러 플랜트 및 변전소에 분배할 수 있음을 의미합니다.
센서: 전력망 전반의 IoT 센서는 위험을 조기에 감지하여 운영자가 직접 개입하지 않고도 전력을 재분배하여 정전을 줄이고 부하 균형을 맞출 수 있습니다.
자가 수리 및 예측 유지보수: 센서를 사용하여 기계적 문제를 감지하고 간단한 문제 해결 및 수리를 수행하여 실제로 고장이 나기 전에 필요한 경우에만 기술자에게 알릴 수 있습니다.
고객의 선택: 더 많은 에너지 공급업체, 협동조합, 마이크로 발전소가 그리드에 참여할 수 있어 소비자가 에너지를 리시버로 받는 방법을 더 많이 선택할 수 있습니다.

스마트 에너지 솔루션에 AI 적용 유틸리티 부문의 관점

인공 지능은 환경을 평가하고 주어진 목표를 극대화하기 위한 조치를 취하는 스마트 그리드의 원동력인 "지능형 에이전트"입니다. AI는 재생 에너지의 통합, 에너지 네트워크의 안정화, 인프라의 불안정성과 관련된 재정적 위험 감소의 기본입니다.

예를 들어, AI의 자가 학습, 적응력, 계산 능력은 재생 에너지의 간헐적인 특성을 해결하는 데 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 생산과 소비 피크의 불균형은 종종 "오리 곡선"을 통해 나타나며 이러한 에너지원을 제어하기 어렵게 만들 수 있습니다. 스마트 그리드에서 AI를 사용하면 생산과 소비 부하 간의 불균형을 재조정하여 이러한 문제를 해결하는 데 도움이 될 것입니다.

스마트 그리드 기술은 유틸리티 부문의 활동을 더욱 투명하고 경쟁력 있게 만드는 데 도움이 됩니다. 스마트 그리드에서 AI와 머신 러닝의 몇 가지 응용 분야는 다음과 같습니다.

민첩성과 회복탄력성: 협동조합이나 프로슈머와 같은 새로운 파트너가 재생 에너지를 생산할 때, 재생 에너지는 간헐적이고 가변적인 경우가 많습니다. 센서와 자동화를 통해 그리드에서 취약한 부분을 파악하고 자동화된 경로 변경으로 대응할 수 있습니다. 발전량이 가장 많은 시간대에 잉여 에너지를 저장하고 흐름에 공백이 생길 때 경로를 변경하는 식입니다.
더 정확한 예측: 유틸리티 부문은 소비량 변화로 인해 광범위한 가격 변동성에 직면해 있습니다. 예측 분석 모델을 사용하면 전력 부하와 재생 에너지 발전을 보다 안정적으로 예측할 수 있습니다. 고급 계량 인프라(AMI)의 데이터를 AI와 결합하면 기존 접근법보다 더 정확하게 예측할 수 있습니다.
더 정교한 정전 경고: 스마트 그리드의 센서, 계량기, 액추에이터 네트워크는 시간과 날짜를 포함한 짧은 신호 전송을 통해 부분 정전 또는 전체 정전으로 인한 전력 손실을 알릴 수 있습니다. 또한 AI의 예측 기능과 스마트 미터의 실시간 데이터는 정전이 발생하기 직전에 운영자에게 정전 사실을 알려줄 수 있습니다. 이러한 시스템은 개별 정전, 거리 정전, 구역 정전까지 구분할 수 있습니다.
전력 생산량 최적화: 발전 단계에서 AI 기반 센서 네트워크를 사용하면 전력 출력을 최적화하는 데에도 사용할 수 있습니다. 비슷한 방식으로 태양광 에너지도 AI 툴을 활용해 태양광 복사를 예측함으로써 생산성을 높일 수 있습니다.
자동화된 스위칭 개선: 그리드 불균형을 예측하고 짧은 전력 중단과 전면적인 정전을 구분하는 AI 툴의 능력으로 곧 스위칭 프로토콜을 자동화할 수 있게 될 것입니다. 이를 통해 유틸리티 기업은 심각한 피해가 발생하거나 정전이 다른 지역으로 확대되기 전에 에너지 경로를 변경하거나 영향을 받는 지역을 격리할 수 있게 될 것입니다. 이러한 툴은 고장을 격리하고 수리하는 데 사용되는 필수 장비의 안전을 보장하는 방어선입니다.
더 유연한 수요측 관리(DSM): 에너지 수요의 피크는 유틸리티 회사에 큰 부담을 줍니다. 가정과 사무실에서 AI와 스마트 계량기를 사용하면 에너지 수요의 변화를 일정, 계획, 실행, 모니터링하여 공급자가 이를 충족할 수 있도록 도울 수 있습니다. 미국 연방 에너지 규제위원회에서 수요 관리를 통해 최대 150GW까지 피크 부하를 줄일 수 있다는 사실을 발견한 것처럼 이렇게 하면 전력 사용에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 마찬가지로 미국 전력연구소(EPRI)는 이러한 스마트 툴을 통해 2030년까지 여름철 에너지 피크를 175GW까지 줄일 수 있을 것으로 예상했습니다.
보안 강화: 사이버 보안은 모든 비즈니스 부문의 핵심 관심사입니다. 사이버 공격 전략의 수와 복잡성이 증가함에 따라 기존 전력망과 신규 전력망 모두에 위험을 초래하고 있습니다. AI 툴은 네트워크 공격 기능, 멀웨어, 침입을 탐지하고 전력 시스템에 대한 네트워크 보안 보호를 제공함으로써 이러한 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 블록체인과 같은 다른 기술은 특히 스마트 계약과 결합할 경우 새로운 비즈니스 솔루션을 가능하게 하는 투명하고 변조 방지되며 안전한 시스템을 제공할 수 있습니다.

스마트 에너지 솔루션에서의 AI 적용 소비자 관점

최근 영국과 미국에서 실시한 설문조사에 따르면 유틸리티 회사에 대한 고객의 태도가 좋지 않은 것으로 나타났습니다. 에너지 공급업체와 프로슈머가 증가함에 따라 유틸리티 회사는 스마트 솔루션을 활용하여 고객 참여와 만족도를 높여야 할 것입니다. 다음은 스마트 그리드 기술이 고객 만족도를 향상시키는 데 도움이 되는 몇 가지 방법입니다.

비용 절감: AI 기반 스마트 그리드 관리 및 스마트 미터링을 통해 고객은 전력 사용량을 시간별로 평가할 수 있으므로 에너지를 가장 많이 사용하는 시간과 장소를 확인할 수 있을 뿐만 아니라 피크 시간대에 사용량을 줄이기 위해 일반적인 일상을 최적화할 수 있는 맞춤형 팁과 제안을 제공받을 수 있습니다. 또한 프로슈머가 에너지 생산량을 관리하여 그리드에 다시 판매하여 비용을 더욱 절감할 수 있도록 도와줍니다.
지속가능성과 투명성 향상: 스마트 그리드 데이터는 고객이 에너지가 어디에서 오는지 더 잘 알 수 있도록 도와주어 참여도를 높이고 그리드를 민주화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 에너지 공급에 대한 새로운 관점을 제시하고 보다 지속 가능한 옵션을 선택할 수 있는 능력을 부여하는 데 도움이 될 수 있습니다.
정전 횟수 감소: 앞서 언급했듯이 AI 툴은 정전 횟수를 줄이고 주거용 및 상업용 고객 모두에게 미치는 영향을 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이는 특히 기상 이변과 기록적인 기온으로 인해 정전 및 기타 혼란이 우려되는 상황에서 소비자의 안전과 신뢰가 높아진다는 것을 의미합니다.

최근 영국의 한 배전 시스템 운영업체는 스마트 미터 데이터를 사용하여 소비자가 에너지 관리를 개선하고 네트워크 부하를 최적화하며 탄소 배출을 줄이는 데 도움을 주는 시범 프로젝트를 발표했습니다. 이 시범 프로젝트를 통해 고객은 수백만 파운드를 절약하고 영국의 연간 탄소 발자국에서 수백만 톤의 온실가스 배출량을 줄일 수 있을 것으로 예상됩니다. 이는 고객과 환경에 대한 스마트 그리드의 잠재적 이점을 보여주는 한 가지 예에 불과합니다.

에너지 분야의 빅 데이터: 중요한 이유

고객과 유틸리티 회사 모두의 관점에서 중요한 것은 단순히 대량의 이질적인 빅 데이터를 수집하고 관리하는 이러한 기술의 능력이 아니라 모든 데이터를 활용하고 이해하여 전력 사용을 최적화하고 운영에 정보를 제공하는 데 사용하는 능력입니다. 빅 데이터는 다음과 같은 이점을 제공합니다.

간헐성을 예측하고 관리하는 방법을 학습하여 전력 회사에서 재생 에너지와 대체 전력을 더 잘 통합하고 프로슈머 플레이어의 무수히 많은 소규모 입력의 균형을 맞출 수 있습니다.
모든 것이 중단된 후가 아니라 순식간에 정전을 예측하고 리소스를 리디렉션하여 소비자를 보호하세요.
과거 활동에서 디지털 방식으로 학습하고 이 정보를 활용하여 일상적인 활동을 더 잘 관리하고 자동화함으로써 기업과 소비자 모두의 비용을 절감할 수 있습니다.
유틸리티 공급업체가 점점 더 경쟁이 치열해지는 환경에서 자신감 있고 신속하게 의사결정을 내릴 수 있도록 빠르고 실행 가능한 인사이트를 제공합니다.

오늘날의 유틸리티 산업이 미래의 스마트 그리드에 대비하는 방법

에너지의 미래가 더욱 분산되고 유연하며 지속 가능한 전력 공급을 향해 나아가고 있다는 데는 의심의 여지가 없습니다. 그러나 우리는 한 세기가 넘은 글로벌 산업에 대해 이야기하고 있으며, 수십억 명의 인구와 급변하는 수요를 충족하기 위해 거의 그보다 훨씬 오래 전에 구축된 인프라에 의존해야 하는 경우가 많습니다.

복잡한 규제 변화, 프로슈머의 부상, 규제가 완화된 지역에서 새롭게 등장하는 스타트업 등이 또 다른 도전 과제입니다. 모든 비즈니스 및 디지털 혁신의 여정과 마찬가지로, 더 스마트한 그리드 관리로의 전환은 실행에 들어가기 전에 몇 가지 신중한 단계로 시작됩니다. 유틸리티 부문의 기술은 의심할 여지 없이 이 부문의 발전을 뒷받침하고 있으며, 발전을 가능하게 하고 있습니다. 그러나 의미 있는 변화가 일어나려면 유틸리티 회사는 다음과 같은 강력한 커뮤니케이션, 고객 참여, 변화 관리 계획을 수립해야 합니다.