국제표준화 동향과 향후 전망

스마트 그리드에 관해서는 일본뿐만 아니라 해외에서도 관심이 고조되고 있어 국가마다 전략적으로 표준화에 몰두하는 등 향후 20년 30조 달러에 이르는 스마트그리드 관련 시장의 국제 경쟁이 이미 시작됐다. 스마트그리드는 전력, 통신, 정보를 포함해 여러 가지 시스템을 통합한 System of Systems이고, 특히 상호 운용성을 정하는 표준화가 중요하다.
여기서는스마트그리드 국제 표준화 동향에 대해 정리한다.

이노우에 코이치(井上 恒一)  게이오기주쿠 대학

미국의 표준화 동향

스마트그리드라는 개념을 내세워 스마트그리드의 구체화를 주장해 온 미국은 자국의 전력 자유화를 추진해 온 한편, 설비투자가 분산되고 전력망의 노후화로 대정전이나 계획정전을 경험한 배경이 있다. 이런 교훈 덕택에 2005년의 Energy Policy Act of 2005(에너지정책법)에서 전력계통 설비의 노후화 대응이 법제화 및 예산화되고, 또 2007년의 Energy Independence and Security Act of 2007(EISA, 에너지 자급 안전보장법)의 중심에는 스마트그리드가 있었다.
EISA에 의해 National Institute of Standards and Technology(NIST : 미국 국립표준기술연구소)는 스마트그리드의 상호 운용성 확보를 위한 프레임워크가 책정돼 스마트그리드의 표준화가 본격적으로 시작됐다.
오바마 대통령 취임 후에는 그린 뉴딜 정책으로도 불리는 The American Recovery and Reinvestment Act (ARRA : 미국회복과 재투자법)가 제정돼 총 110억 달러가 스마트그리드 기술 관련 투자에 배정되고 4,000만 대의 스마트미터를 설치하는 등 스마트그리드를 실현하기 위한 연구가 가속화되고 있다.
EISA의 지시로 NIST는 이해관계자의 공개 토론을 목적으로 관민으로 구성된 Smart Grid Interoperability Panel(SGIP : 스마트그리드 상호 운용성 패널)을 발족했다. SGIP는 NIST를 지원하는 형태로 각 표준화 단체와의 활동 조정 및 기존 표준과의 갭을 특정·해소한다. SGIP는 표준화를 책정하지 않지만 현재 680단체, 약 1,800명이 참가해 의견을 조율한다.
2010년 1월 NIST는 ‘NIST Frame-work and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 1.0’을 발표하고 스마트그리드의 비전에서 개념 모델로 불리는 스마트그리드의 개요(그림 1 참조)와 Prior-ity Action Plans(PAP : 표 1 참조)이라는 우선 행동계획을 정의했다.



이 개념 모델에서는 스마트그리드가 발전(Bulk Generation), 송전(Trans-mission), 배전(Distribution), 오퍼레이션(Opera-tion), 서비스 프로바이더(Service Provider), 고객(Customer), 시장(Market)의 7개 도메인으로 이루어진다고 정의했다.
각 도메인의 역할과 각 도메인간의 연관성을 나타내고 있고 스마트그리드 모델로서 그 후의 IEEE, IEC, ITU-T라는 국제적인 표준화 활동을 하는 중에 참조되고 있다. PAP에 대해서는 현재 19항목이 열거됐고 마침내 스마트그리드에 관한 무선통신에 대해 정리한 PAP2가 공개될 예정이다. NIST는 2011년 10월에 NIST Framework and Roadmap for Smart Grid Interoper-ability Standards, Release 2.0의 드래프트를 발표하고 공개 의견(public comments)을 이제 막 정리했으므로 머지않아 정식으로 공개될 예정이다.
SGIP는 Catalog of Standards라고 지칭하고 스마트그리드 관련 기기의 개발을 촉진하는 기술 사양서를 정리했다. 여기서는 스마트그리드 구축에 관한 표준 규격과 사례, 가이드라인의 개요를 정리하고 Repository로 갱신해 간다. 초기에 정리된 리스트는 다음과 같은 사항이 포함돼 있다.
·인터넷 프로토콜에 관한 표준 규격
·전력사용량 정보에 관한 표준 규격
·전기자동차의 충전설비에 관한 표준 규격
·플러그인 하이브리드차와 전력망과의 통신에 관한 이용 예
·스마트미터의 업그레이드에 관한 요건
·무선통신 기기의 표준규격 평가 가이드라인
IEEE는 미국에 본부를 둔 전기·전자 분야의 연구학회로, 160개국에서 400,000명 이상이 참가했다. 표준화 활동에 대해서는 IEEE Standards Association(IEEE-SA)을 중심으로 지금까지 1,300 이상의 표준 규격을 책정했고 현재도 500 이상의 표준 규격 책정 작업이 진행되고 있다.
스마트그리드 관련 표준 규격은 IEEE 내에도 100 이상이 있고 기존 규격을 스마트그리드에 적용하는 내용을 포함해 활발히 논의되고 있다. 2011년 9월에는 IEEE2030(스마트그리드의 상호 운용성에 관한 가이드라인)이 공개됐다. IEEE2030은 상호 운용성 확보를 목적으로 스마트그리드 관련 시스템에 대한 용어와 기능, 인터페이스에 대해 정의한 가이드라인으로 돼 있다.
LAN이나 MAN(지역 규모의 네트워크) 통신 관련을 표준화하고 있는 IEEE 802에서도 스마트그리드에 관해 다루기 시작했다. 802 위원회에서 토론함으로써 통신 관련 표준을 지속적으로 제공 혹은 확장 이용해 통신의 상호 운용, 통신 인프라 재이용, 신뢰성과 저(低)지연의 개선, 도입 및 운용비 삭감을 목적으로 하고 있다.
국토가 넓은 미국에서는 액세스 기술로서 무선통신에 거는 기대가 크고, 그 중에서도 802.15(Wireless Personal Area Network, 무선 근거리 통신)에 대한 논의가 활발하다. 스마트그리드에 대응해 물리층은 802.15.4g 태스크 그룹에서, MAC층은 802.15.4e 태스크 그룹에서 각각 표준화가 이루어진다. 802.15.4g 태스크 그룹에서 이루어지고 있는 표준 통신규격은 SUN(Smart Utility Networks)으로 불리고 주로 데이터 레이트가 낮은 옥외 와이어리스 스마트미터의 요건에 대응하기 위해 1GHz, 700MHz, 2.4GHz라는 라이선스 면제 주파수대를 이용해 초당 40Kbits에서 1000Kbits 정도까지의 데이터 레이트에 대응한다.
SEP1.0(ZigBee Smart Energy Profile 1.0)은 IEEE 802.15.4에서 동작하는 ZigBee의 독자적인 스마트그리드용 애플리케이션 사양인데 전력선 통신 HomePlug Alliance, 무선 LAN Wi-Fi Alliance도 참가한 SEP2가 책정되고 있어 더 넓은 고객 댁내 기기의 상호 접속이 공통 인증 하에 실현될 것이다.
그리고 IEEE 1888은 스마트그리드 설비 기기에 대한 통신 프로토콜로 2011년 2월에 표준화됐다. 일본과 중국이 공동 구축한 이 규격의 표준화는 스마트그리드 영역에서 미국의 국외 시장과의 협조 특히 중국과의 관계를 모색하는 하나의 성과로 파악되고 있다.

유럽의 표준화 동향

유럽이 스마트그리드에 거는 기대의 배경은 노후화에 대응하는 미국과는 달리 여러 국가에 걸쳐 세분화된 시장의 구조 개혁과 전력 자유화에 있다. 현재 스마트미터 기반의 구축에서 시작해 스마트그리드로 발전시킨다는 방침으로써 활발하게 연구하고 있다. 주요 경위를 들면 2006년에 Energy Efficiency Directive가 제정되고 에너지 공급에 경쟁원리 도입, 효율화, 저탄소화 추진, 2009년 Smart Grid Directive에서는 Smart Grid를 도입해 분산형 발전과 에너지 효율 향상을 꾀하는 분산 네트워크의 근대화를 추진해야 한다는 성명을 발표했다. Smart Energy Techno-logy Plan에서는 다음과 같은 목적 하에 연구계획을 정했다.
① 2020년까지 35%의 전력을 신재생 에너지로 한다.
② 각 나라의 네트워크를 유럽 전체 네트워크에 통합한다.
③ 고품질의 에너지 공급 보증
④ FP7을 통한 관련 연구 프로젝트 가동
European Commission(유럽위원회)의 스마트그리드 관련 프로그램은 EU Smart Grids Task Force가 실행위원회로 돼 3개의 전문그룹을 운영한다.
① EG 1. 스마트그리드와 스마트미터의 기능
② EG 2. 데이터의 안전성과 보호를 위한 규제
③ EG 3. 스마트그리드 보급에 대한 역할과 책임
그리고 주요 표준화 단체 CEN(유럽표준화위원회), CENELEC(유럽전기표준화위원회), ETSI(유럽전기통신표준화기구)는 2011년 3월에 공동 Working Group을 발족하고 주요 관련 기업·단체가 참가해 스마트그리드 표준화에 대해 연구하기 시작했다.
유럽위원회 지령 M441은 에너지·운수 총국에 의해 2009년 3월에 제정됐고 CEN, CENELEC, ETSI에 의해 승인됐다. M441의 목적은 유럽의 스마트미터 상호 운용성을 위한 표준화, 쌍방향 통신, 소비전력의 가시화이다. CEN, CENELEC, ETSI에서 작업이 이루어지고 통신 관련 표준규격에 관한 1단계가 거의 완료돼 기존의 표준규격에 대한 평가와 갭 해석, Use Case를 정리했다. 2단계는 2012년 12월 완료를 목적으로 하고 추가 기능을 포함한 스마트미터의 표준규격을 책정한다. 여기서는 수도·가스·전기·열의 각종 측정기기를 상호 운용할 수 있게 한다.
스마트그리드에 관해 2011년 3월까지 CEN, CENELEC, ETSI가 공동 Working Group에서 연구한 성과는 2011년 5월에 유럽위원회 지령 M490으로서 유럽 공통의 골격을 만들기 위해 일관성 있는 지속적인 표준화 책정을 표준화 단체에 요구했다. M490에 대해 CEN, CENELEC, ETSI는 공동 Working Group을 발전시켜 Smart Grid Coordination Group(SG-CG)을 조성하고 연구하기 시작했다.
M490에서는 아키텍처와 상호 운용성, 고도의 스마트그리드 관련 서비스 실장, 미래의 확장성을 요구했다. 지금까지 기존 표준기술의 갭 해석, 아키텍처 참조 초안을 한데 모았다. 스마트그리드 내의 인터페이스에 집중해 건축 구조물이나 산업 이용, 전기 기기, 홈 오토메이션은 대상 외로 했다. 2011년 9월 NIST와 SG-CG는 스마트그리드 표준화를 추진하는 데 공동 연구하기로 했다.
유럽을 중심으로 휴대전화 3GPP 이전의 표준 규격인 GSM을 통합한 ETSI(유럽전기통신표준화기구)는 M2M Technical Committee에서 European Commission의 스마트그리드, 스마트미터 관련 지령에 대응한다. M2M은 Machine to Machine 즉 기기 간의 정보 교환 및 제어를 가리키고, 유럽에서는 Internet of Things라는 콘셉트 하에 연구가 진행되고 있다.
M2M Technical Committee에서는 휴대전화 표준화의 경험을 살려 OMA(Open Mobile Alliance)나 GSMA(GSM Association)와 협력해 서비스를 위한 아키텍처를 정의하기 위해 스마트그리드 및 스마트미터의 Use Case를 한데 모았다.
Release 1으로 불리는 작업이 거의 완료됐고 네트워크, 게이트웨이, 디바이스의 요구 사양을 정리했다. 거기에는 보안, 통신 디스커버리, 액세스 제어, 데이터 전송 등이 표시될 예정이다. 주로 무선기술 표준화에 전념하는 ETSI ERM에서는 TG28에서 단거리 통신 디바이스를 논의한다.
여기서는 스마트미터 통신의 물리층/MAC층에 대해 수km의 범위를 커버하기 위해 802.15.4(ZigBee) 물리층을 확장한 802.15.4g를 베이스로 논의했다. 그리고 대응시켜서 802.15.4의 MAC 층을 수정한다. 물리층에 대해서는 Technical Committee의 승인을 받은 후 2012년 초에 공개할 예정이다. 그리고 MAC층에 대해서는 2012년 4월에 드래프트가 완성되고 여름철에 공개할 예정이다. 이는 모두 유럽위원회 지령 M41의 성과이다.
에너지 정책은 안전보장 정책으로 대외수출을 노린 표준화 활동이 국제경쟁과 국제협조가 혼조된 양상이다. 그리고 표준화 활동에는 중국이 적극적으로 참여하고 있으며 미국이 적극 환영하는 모습이다. 이런 환경 속에서 공개 표준화 활동을 제대로 활용하면서 어떻게 하면 차별화할 수 있을지? 어떤 비즈니스 모델을 확립할 수 있을지? 자국 시장과 대외 시장 쌍방에서 사업 기회를 찾는 기업의 입장에서는 조기에 검토해야 할 과제이다.