전력 변화 중에서도 눈에 보이는 형태로 실감할 수 있는 것이 스마트미터일 것이다. 이미 도쿄전력 관내나 간사이전력 관내에서는 장착이 시작되고 있다.

이러한 스마트미터란 무엇이며, 또한 설치하는 이유나 설치 스케줄에 대해 알아보기 위해 도쿄전력과 간사이전력을 취재했다.

스마트미터란

기존의 전력량계는 적산전력량을 계측·표시하는 기능만 했다. 그러나 스마트미터는 30분마다 적산치를 계측해 데이터를 저장, 전송한다. 때문에 전력 수요의 세분화된 데이터 활용이 가능하다.

기존에는 현지에서의 검침이나 계약 폐지 시 육안으로 전력량을 판독하기 어려웠다. 스마트미터 검침에서는 전력회사의 데이터 관리 시스템을 목적으로 전력사용량 데이터가 자동으로 전송된다.

또한 일부 스마트미터는 개폐기 기능을 갖고 있으며, 원격에서의 차단이 가능하다는 것도 기존 미터에서는 불가능했던 기능이다.

동일본대지진 직후, 도쿄전력에서는 수급 핍박으로 인한 계획 정전을 실시했다. 하지만 개폐기 기능을 가진 스마트미터가 도입된다면 수급 핍박 시 수요반응(Demand Response)에 따른 수요 억제 효과도 기대할 수 있다.

스마트미터와 가정·전력회사와의 관계를 나타낸 것이 그림 1이다. 이러한 기능을 가진 스마트미터가 일본 전국에 보급되면, 다양한 장점을 가져올 수 있다.

▲ 그림 1. 스마트미터 시스템의 구성(출전 : 간사이전력 자료)

스마트미터의 장점

스마트미터의 장점을 고객, 사회, 전력회사로 분류해 알아본다.

(1) 고객에 대한 장점

전력을 사용하는 고객 입장에서 스마트미터는 다음과 같은 장점이 있다.

① 메뉴 다양화에 따른 적절한 요금 메뉴 선택

현재 일반 가정에서는 일반적인 요금 메뉴 이외에 시간대별 요금 메뉴를 선택할 수 있도록 돼 있다. 이러한 별도의 메뉴를 선택할 수 있는 가정에는 이미 전자식 전력량계가 장착돼 있다. 그러나 이러한 메뉴가 득이 되는지는 대부분의 가정에서 판단하기 어려웠다.

이에 대해 스마트미터가 모든 고객에게 장착되면, 전기사용량이 가시화되기 때문에 매일의 전력 소비 시간마다의 변화를 알 수 있다. 고객은 이러한 데이터를 참고로 어떤 요금 메뉴가 적합한지를 선택할 수 있다.

② 전기사용량 가시화에 따른 에너지 절약 촉진

스마트미터를 이용해 어느 시간대에 전력 사용이 많을지 등을 세분화해 사용량을 파악할 수 있다.

이러한 전력의 가시화는 어디에서 전기가 낭비되고 있는지를 발견할 수 있는 것으로도 연결된다. 결과적으로 전기요금을 줄일 수 있다.

③ 새로운 서비스 이용에 따라 누릴 수 있는 부가가치

새로운 서비스에 대해서도 여러 가지가 고안되고 있다. 예를 들어, 전기사용량 데이터를 바탕으로 요금 메뉴나 가전 교체 등을 제안해 주는 가정용 에너지 컨설팅 서비스 등도 가능할 것으로 보인다.

(2) 사회에 대한 장점

① 전력 시스템 개혁의 추진

일본의 전력 시스템 개혁에서는 전력소매 전면 자유화가 2015년 4월 실시됐다. ‘전력 시스템 개혁 전문위원회’에서는 불균형분(Imbalance)을 산정하기 위해 30분 수치의 계량이 가능한 미터를 장착해야 한다고 판단해, 공급자 변경을 희망하는 저압수요가에게 선행적으로 스마트미터를 설치하는 것이 적합하다고 보고하고 있다.

② 에너지 절약 사회의 실현

스마트미터의 설치로 가시화 인프라가 더욱 강화됐다. 사회 전체에서 볼 때에도 에너지 절약 시행이 용이해졌다.

③ 관련 산업 활성화

관련 산업도 여러 가지로 검토되고 있다. 대표적인 것으로는 전기사용량을 감시하는 것으로 독거노인을 케어하는 서비스를 기대할 수 있다.

또한 HEMS와 연동된(출전 : 간사이전력 자료) 새로운 서비스가 제공될 것으로 예상된다.

④ 사회 인프라 구축

스마트미터는 이와 같이 다양한 전력사용량 정보 활용을 원활하게 진행하기 위한 인프라로 활용될 것이다.

(3) 전력회사에 대한 장점

전력회사 입장에서도 다음과 같은 장점이 있다.

① 업무 효율화와 고도화

스마트미터의 도입으로 기존과 같이 현지에서의 검침이나 계약 폐지 시 육안으로 전력량을 판독할 필요가 없다. 이것으로 운용비용을 절감할 수 있다. 게다가 30분마다 데이터 취득이나 전력사용 데이터의 집적으로 업무 고도화를 추진할 수 있다.

② 설비 투자 절감

자세하게 데이터를 집적해 설비에 대해 보다 적정한 규모와 용량을 파악할 수 있으며, 설비투자를 줄일 수 있다.

③ 새로운 수익원 확보

스마트미터를 활용한 새로운 비즈니스 전개를 예상할 수 있다.

스마트미터 통신

스마트미터는 통신 기능을 내장하고 있으며, 이러한 통신 루트의 경우 사용하는 용도에 따라 A루트, B루트, C루트라는 명칭으로 불리고 있다. 스마트미터에 대한 설명은 자주 나오기 때문에 잘 기억해 두는 편이 좋다.

‘A루트’란 스마트미터에서 전력회사로 전송되는 경로이며, 검침 등에서 사용된다(그림 2). ‘B루트’는 스마트미터의 데이터를 고객이 직접 이용하기 위한 경로이다. 예를 들면 스마트미터와 고객의 HEMS가 직접 통신하는 것을 예상하면 된다. 그 외에도 에너지 서비스 회사 등 제 3자가 스마트미터의 정보를 이용하는 경로를 ‘C루트’라고 한다.

▲ 그림 2. 스마트미터의 A루트 통신과 B루트 통신

게다가 스마트미터 자체의 통신 방식도 여러 개 있다.

첫 번째는 무선 멀티홉 방식으로 각 미터 사이에서 통신을 하면서 버킷 브리게이드(Bucket Brigade, 전하를 소화하기 위한 버킷 릴레이의 줄)와 같이 정보를 흐르게 하고, 집약 장치에서 데이터를 집적해 통신하는 방법(그림 3)이다. 단독주택이나 미터가 많은 장소에서 효과적이다.

▲ 그림 3. 무선 멀티홉 방식 루트통신

또 한 가지는 전력선을 통신선으로 사용하는 PLC 방식(그림 4)이다. 무선통신이 불안정한 집합주택 등에서 사용된다.

▲ 그림 4. PLC 방식

게다가 도쿄전력에서는 미터 사이가 멀리 떨어져 있거나, 원격지 등에서는 휴대전화 통신회선을 사용하는 경우도 있다고 한다.

다음으로는 구체적으로 어떤 스마트미터가 설치돼 있는지에 대해 살펴보자.

도쿄전력

도쿄전력은 2014년 4월부터 고다이라시( 小平市)에서기술적인 검증을 목적으로 1000대를 설치하고, 2014년 7월부터 도쿄도, 10월부터는 도쿄전력 서비스 지역 전체에 설치하고 있다.

1. 스마트미터 본체

도쿄전력의 스마트미터는 기존의 전력량계와 교환 가능한 사이즈로 돼 있으면서 스타일리시한 디자인을 하고 있다. 메이커에 공모할 때에는 기존 계기함에 들어가는 사이즈로 디자인을 자유롭게 했다고 한다. 스마트미터의 국제규격인 DLMS/COSEM을 채용했으며, 또한 전체에서 B루트를 겸비하는 특징이 있다.

스마트미터의 커버를 열면 통신 유닛이 눈에 들어온다. 이것은 탈착이 가능하며(사진 1), 통신 유닛의 종류는 통신 방식에 따라 3가지 종류가 있다.

▲ 사진 1. 탈착 가능한 통신 유닛

간선과의 접속과 관련해서는 기존과 크게 달라지지 않았다. 단, 접속 후 통신 유닛을 연결하는 램프의 점등을 확인해야 한다.

또한 스마트미터 간 교환에서는 계측 유닛만 교환을 하게 되므로, 간선의 연결 교체는 하지 않는다.

2. 도입 스케줄

그림 5는 도쿄전력의 설치 계획을 나타낸 것이다. 주택 전체에 스마트미터를 설치하는 것은 7년 계획으로 진행하고 있다. 이미 신규로 설치하는 미터는 극히 일부를 제외하고 스마트미터로 돼 있다. 또한 미터는 계량법을 바탕으로 10년마다 교환하게 돼 있지만, 이것을 앞당겨 실시해 7년으로 설치를 완료시킬 계획이다.

▲ 그림 5. 도쿄전력의 스마트미터 설치 계획

단, 지금까지는 스마트미터를 설치하더라도 스마트미터를 사용해 전기사용량에 대한 가시화 서비스 등은 제공되지 않기 때문에 주의가 필요하다.

또한 시간대별 요금 메뉴 등을 이용하는 경우에는 스마트미터의 시스템을 운용할 때까지는 기존의 전자식 전력량계가 필요하다.

3. 서비스 브레이커

또한 도쿄전력의 경우, 기존에는 가정용 분전반에 서비스 브레이커를 설치했으나, 스마트미터에 그 기능이 들어 있기 때문에 설치할 필요가 없다. 앞으로 분전반 내 서비스 브레이커 설치 장소도 필요 없어질 것이다.

기존 분전반에 이미 브레이커가 설치돼 있는 경우, 철거를 고려하지 않아도 된다고 한다. 계약전력을 늘릴 경우에는 서비스 브레이커와 같은 크기의 전기가 통과하는 공간을 설치해야 하기 때문이다.

계약전력을 초과할 경우에는 서비스 브레이커와 마찬가지로 스마트미터로 전기가 차단되지만 자동으로 복귀하도록 돼 있으며, 지금까지와 같이 고객이 분전반까지 가서 서비스 브레이커를 되돌리는 작업을 하지 않아도 된다.

도쿄전력에서는 스마트미터의 설치 개시에 있어 2014년 4월부터 각 지사에서 실제 기기를 사용한 연수를 실시했다. 

간사이 전력

간사이전력은 1999년부터 스마트 미터의 통신 방식 개발을 시작했다.

2002년에는 여러 회사와 스마트미터 개발을 추진해 본격 도입을 목표로 다양한 시험과 시험 도입을 실시해 왔다.

일본에서 타사보다 앞서 추진을 시작해, 2014년 10월 시점에서는 전체 계기에 대한 비율에서 26%, 330만 대의 스마트미터를 도입하고 있다.

1. 스마트미터 본체

간사이전력의 스마트미터는 기존의 전력량계의 사이즈 내에 통신 유닛, 계량 유닛, 옵션 유닛(부하 개폐 유닛과 직결 유닛)이 기능마다 유닛을 설치한 3단 구조이다(그림 6). 각각의 탈착이 가능하며, 검정만료 등으로 미터 교환에서는 계량 유닛만 교환하면 된다.

▲ 그림 6. 3단 구조의 스마트미터

또한 케이블 접속부를 규격화해 무정전 바이패스 공구를 이용해, 미터 유닛 교환 시 무정전 공사를 기존에 비해 매우 안전하고 간편하게 실시할 수 있다(사진 2).

▲ 사진 2.무정전 바이패스 공구에서 무정전 시공 가능

또한 통신 유닛은 무선 멀티홉 방식과 PLC 방식의 2종류이다. 스마트미터에서 사용하고 있는 무선 멀티홉 통신기술은 인터넷 관련기술 국제표준인 IETF RFC 6971을 취득하고 있다.

2. 도입 스케줄

간사이전력에서는 저압 분야(일반가정, 소규모 공장 등)에서는 2022년도, 500kW 미만의 고압 분야에서는 2020년도까지 스마트미터와 통신기기의 전수 도입을 완료시킬 예정이다(표 1).

▲ 표 1. 간사이전력의 도입 계획

3. B루트 통신

B루트 통신 서비스에 대해서는 2015년 2월부터 일부 대응을 시작했다. 전체 공급 지역에 대한 대응 개시는 2015년 7월부터이다. 

본 기사는 일본 OHM사가 발행하는 「전기와 공사」지와의 저작권 협약에 의거하여 제공받은 자료입니다.