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에너지 측정 적용 분야 및 표준 가이드
2020년 4월 1일 (수) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2020년 4월호 - 전체 보기 )

최근, 공장이나 빌딩을 비롯해 가정에서도 에너지를 절약하기 위해 스마트에너지관리 플랫폼을 운영하는 사례가 나타나고 있다. 또한, 재생에너지와 개인 간의 P2P 전력거래, 수요반응 등에도 ICT를 활용한 신사업이 등장하고 있다. 이러한 추세를 반영해 한국도 데이터를 활용한 사업 모델 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 신사업 모델이 성공하기 위해서는 데이터의 정확성과 신뢰성이 무엇보다 중요하다. 이번호에는 슈나이더일렉트릭(Schneider Electric)의 염근영 매니저의 글을 통해 에너지 분야의 측정 응용 분야와 이와 관련한 국제표준에 대해 살펴보았다.

슈나이더일렉트릭 염근영 제품 마케팅 매니저
 
지난 수십 년간 전기 설비 내의 계측 장비는 기본 전력공급 미터기뿐이었다. 이제 전력망과 모든 종류의 캠퍼스, 건물 또는 공장 등의 산업 시설 전체에서 다기능 전력 계측 및 모니터링 장치(PMD: Power Metering and monitoring Device)를 찾아볼 수 있게 되었으며, 각각의 PMD는 하나 이상의 애플리케이션을 전담하고 있다.
 
유틸리티 엔지니어, 시설 관리자, 에너지 관리 전문가는 이제 단순한 전력량 데이터 그 이상의 정보를 요구하며, 여러 위치에서 정확성이 보장되고 신뢰할 수 있는 풍부한 전력 및 에너지 데이터를 요구한다. 이러한 데이터는 배전 시스템과 생산 및 소비되는 에너지의 신뢰성, 효율성, 비용 효과를 이해하고 달성하는데 필수적이다.
 
이러한 목표를 달성하기 위해서는 완벽한 에너지 측정 계획이 필요하며, 그리드 또는 시설을 관장하는 핵심 위치에 설치된 PMD 네트워크가 이러한 계획을 지원해야 한다. 그리고 필수 정보를 제공할 각 위치에 적절한 유형 및 기능의 PMD를 선택하려면 여러 종류의 측정 응용 분야를 잘 이해하고 있어야 한다. 이번 글에서는 측정 응용 분야의 다양한 범주에 대해 확인해 보고, 관련 국제표준에 대한 내용도 살펴보았다.

공급과 수요 측면의 측정 요구 사항

발전, 송전, 배전은 일반적으로 에너지의 공급 측면을 의미한다. 공급 측에는 다음과 같은 두 가지 주요 범주의 계약 응용 분야가 있다.
• BIL: 청구
• GPQ: 그리드 전력 품질
 
산업 시설, 상업 시설, 기관 시설은 에너지의 수요 측을 대표한다. 이러한 사용자를 위해 전기 시스템 설계자는 다음 세 가지 범주의 응용 분야 내에서 해당 솔루션을 명시해야 한다.

• APP1: 비용 할당, 청구서 확인, 세부 청구
• APP2: 에너지 효율성 및 비용 절감, 에너지 사용량 분석
• APP3: 전력 가용성 및 신뢰성, 네트워크 모니터링
 
이러한 범주의 응용 분야는 아래 [그림1]에 나와 있으며, [표 1]에서는 이러한 범주 내에서 가장 일반적인 측정 응용 분야의 정의를 설명하고 있다.

 
[그림 1] 에너지 공급 및 수요 측의 측정 응용 분야 범주
 

응용 분야에 대한 설명

(1) BIL: 청구
그리드 수준 청구라는 용어는 유틸리티, 에너지 공급업체 또는 국가 간의 상거래와 관련이 있다. 더 짧은 용어인 청구는 에너지 공급업체와 에너지 소비자(고객) 간의 상거래와 관련이 있으며, 그리드 수준 청구 및 청구는 모두 법정 계량과 관련이 있다. 법정 계량은 보통 다음과 같은 곳에 사용되는 측정 계기에 적용된다.
 
• 구매자와 판매자를 모두 보호해야 할 필요가 있는 경우의 상거래(예: 소매점의 무게가격 저울, 급유 펌프,수도 계량기 등)
• 공중 보건 또는 안전과 관련된 운영(예: 가스 분석기, 운행 기록계, 레이더 속도 감지기, 음주 측정기 등)

청구 미터기(전력공급 미터기, 전기 미터기 또는 유틸리티 미터기)에는 유럽의 MID(측정 계기 지침)와 같은 규정이 적용되며, 청구에 적용되는 표준과 규정은 표 2에 나와 있다.
(2) APP1a: 비용 할당
이 응용 분야에서는 전력공급 미터기가 총 에너지 비용을 측정한다. 아래의 [그림 2]에서 보듯이, 에너지 미터기가 회계용으로 각 비용 센터의 에너지 소비량 비율(백분율)을 측정한다.

[그림 2] 비용 할당 응용 분야


(3) APP1b: 청구서 확인(shadow billing)
이 응용 분야에서는 [그림 3]에서 보는 바와 같이, 에너지 사용자의 시설 내에 있는 에너지 미터기를 사용하여 에너지 공급업체의 전력공급 미터기로 측정한 내용과 차이가 없는지 확인한다. 검증은 보통 분명한 실수 (예: 상 손실, 구성 실수, 잘못된 센서 비율)와 관련이 있으며, 그러한 경우 에너지 소비량에 따라 검증이 이루어진다. 또한 검증에서 에너지 공급업체와 고객 간의 계약에 포함된 다른 매개변수를 고려할 수도 있다.
[그림 3] 청구서 확인 응용 분야 

(4) APP1c: Sub-billing(tenantmetering)
청구는 에너지 공급업체가 에너지 소비자에게 청구서를 보내는데 사용되는 반면, 서브빌링(Sub billing)은 시설 관리자가 청구된 에너지 비용을 세입자 간에 할당하여 세입자로부터 요금을 회수하는 데 사용된다.

이 응용 분야에서는 전력공급 미터기가 총 에너지 비용을 측정한다. 그런 다음 [그림 4]에서 보듯이, 세입자 미터기의 측정을 사용하여 각 세입자에 대해 에너지 소비량 비율(및 에너지 비용)을 계산한다.
[그림 4] Sub billing(tenant metering)응용 분야

(5) APP2: 에너지 효율성 및 비용절감, 에너지 사용량 분석
이 응용 분야에는 여러 규칙이 적용된다. 유럽에서는 [그림 5]에 나와 있는 것처럼, 에너지 효율성 지침에서 회사가 정기적으로 에너지 감사를 수행하거나 에너지 관리 계획을 설정하도록 요구하고 있다. APP2에 적용되는 표준과 규정은 [표 4]에 나와 있다.
[그림 5] 유럽 에너지 효율성 지침
 
(6) APP3: 네트워크 모니터링, 에너지 전력 가용성 및 신뢰성, 자산 관리, 시설 계획
APP3 측정 범주에 적용되는 표준과 규정은 [표 5]에 나와 있다. 

(7) GPQ: 그리드 전력 품질
그리드 전력 품질은 주로 전력 품질 매개변수가 관련 규정, 표준 또는 계약에 따라 준수 상태를 유지하고 있는지 검증하는 것과 관련이 있다. 에너지 공급업체는 공급업체 측에서 전력 품질을 확인하는 반면 고객은 고객의 시설 내에서 전력 품질을 확인하고 ‘클래스(Class)A’전력 품질 계기는 보통 이러한 목적으로 요청된다.
 
유틸리티 그리드 내 조사도 범위에 포함될 수 있으며, ‘클래스S’장치가 이러한 목적에 적합하다. GPQ 응용 분야와 관련된 표준과 규정은 [표 6]에 나와 있다.

전력 신뢰성, 에너지 효율성 및 운영 비용에 대한 목표를 달성하려면 유틸리티 그리드에서든 또는 시설 내에서든 강력한 전략이 필요하다. 이를 위해서는 완전한 측정 계획이 필요하며, 요구되는 측정 범위를 제공해주는 PMD(전력 계측 및 모니터링 장치)로 계획을 뒷받침하여 관련 응용 분야에 적용해야 한다.
 
측정 또는 모니터링 응용 분야에 따라 여러 가지 유형의 전력 PMD를 사용해야 하며, 관련 표준을 준수하면 PMD의 신뢰성, 측정의 정확성, 데이터의 신뢰성을 확보할 수 있다.
 
전기 시스템의 대부분 측정 또는 모니터링 응용 분야에는 표 7에 요약된 바와 같이, IEC 61557-12 표준을 준수하는 PMD와 IEC 62586 표준을 준수하는 전력 품질 계기를 적용할 수 있다.

이후에 에너지 측정 계획, 에너지 및 재무 목표, 예산 및 워크플로를 지원하는 완전한 전력 및 에너지 관리 계획 솔루션을 설계하려면 PMD, 소프트웨어 응용 분야, 서비스, 전문가 모두를 총체적으로 제공할 수 있는 전문 솔루션 업체와 상의해야 한다.

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