[독일] 예측, 모니터링 및 KI… EM-파워 유럽에서 에너지 전환을 위한 군집 지능

국제 전시회인 EM-파워 유럽(EM-Power Europe). [사진제공 = Solar Promotion GmbH]

에너지 전환은 우리가 사용하는 에너지 생성 기술을 변화해야 할 뿐만 아니라 전력망도 업데이트해야 한다. 오늘날에는 십 여개의 대규모 발전소 대신 엄청난 수의 발전소가 모두 그리드에 공급된다. 독일에만 수천 개의 풍력 발전소와 260만 개 이상의 태양광 발전(PV) 시스템이 설치돼 있으며 가파른 상승 추세를 보이고 있다. 이는 전력 생산이 날씨에 영향을 받음을 의미한다. 바람이 불지 않거나 흐린 날에는 에너지 공급이 수요를 따라잡지 못해 병목 현상이 발생하거나 최악의 경우엔 정전으로까지 이어질 수 있다. 전력망 주파수를 안정적인 50.2Hz로 유지하려면 그리드 운영자는 예보를 인지해야 한다. 인공지능(AI)은 이 고도로 복잡한 정보를 처리하고 에너지 시스템에 통합하는 데 도움을 준다.

수백만 개의 태양열 설비, 월박스 및 열 펌프, 가정용 저장 시스템 및 전기를 그리드로 다시 공급할 수 있을 자동차 배터리 등 오늘날의 유틸리티 그리드 시스템은 이미 너무 복잡하다. 유틸리티 및 그리드 운영자는 디지털화된 시스템 없이 흐름을 파악할 수 없다. 언제, 어디서, 얼마나 많은 전기가 생산되는지, 전력망에 공급되고 얼마나 많은 소비자가 필요로 하는지 더 많이 알수록 공급과 수요를 정확하게 일치시킬 수 있다. 부족한 전력을 보충하는 데에는 비용이 많이 들기 때문에 수익성의 측면에서도 이는 중요하다. 전력 생산이 균형 그룹 내의 소비를 커버하지 않는 경우 그리드 운영자는 균형을 맞추기 위한 비용을 지불해야 한다. 풍력 및 태양열 발전소의 날씨 및 생산량 예측이 정확할수록 기업의 성공률은 높아진다. 배터리를 사용해 자체 소비를 최적화하고자 하는 개인 또는 전기 자동차나 열 펌프와 같은 제어 가능한 소비자도 예측 정보를 활용해 전기를 사용해야 하는 용도를 결정한다. 건물의 에너지 관리도 마찬가지다.

에너지 산업을 위한 일기 예보

에너지 관리 및 통합 에너지 솔루션을 위한 국제 전시회인 EM-파워 유럽(EM-Power Europe)에서 전 세계 기업들은 디지털화 개념과 미래의 최적화된 그리드를 위한 혁신적인 기술 및 서비스를 선보인다. 스위스 일기 예보 제공업체인 메테오테스트 AG(Meteotest AG)의 에너지 및 기후 부서 책임자인 얀 르문드(Jan Remund)는 “머신 러닝과 AI는 방사선 조사 예측에서 중요한 역할을 한다”라고 설명했다. 이 회사는 위성 이미지를 기반으로 하는 자체 학습 알고리즘과 물리적 모델을 결합해 구름의 움직임을 예측할 수 있다. 르문드 총괄은 “첫 몇 시간 동안의 정확도는 상당히 높지만, 시간이 길게 흐를수록 예측 정확도가 떨어진다”라고 덧붙였다. 당사는 일사량 및 온도 데이터를 수집하고 이를 사용해 각각의 PV 모니터링이나 제어 소프트웨어에 통합할 수 있는 분석, 프로필 및 예측을 수행한다. 회사는 전용 소프트웨어를 사용해 일사량을 계산하기 위한 기초로 일기 예보를 참조하거나 해당하는 계산을 구입할 수 있다. 그리드 운영자는 일사량 예보에 의존해 생산 및 수요 예측을 기반으로 전력망의 공급과 균형을 맞춘다.

독일 남부의 모니터링 및 예보 전문 회사인 메테오컨트롤(Meteocontrol)은 다양한 일기 예보 제공업체의 데이터를 기반으로 산출량을 계산한다. 당사는 재나 모래와 같은 에어로졸이 구름 형성에 어떤 영향을 미치는지도 조사한다. 메테오컨트롤의 CEO인 스티진 스트븐스(Stijin Stevens)는 “2021년 3월 3일, 4일에 당사의 연구 프로젝트인 ‘퍼마스톰(PermaStrom)’은 이 문제가 얼마나 중요한지 이미 예시”했다며 “당시 이틀 동안 유럽에 사하라 사막 먼지가 많이 날렸다. 최적화된 예측 덕분에 독일에서만 에너지 비용의 균형을 맞추는 데 약 300만 유로를 절약할 수 있었다”라고 밝혔다.

스마트 애플리케이션과 AI를 유틸리티 그리드 시스템에 통합하면 디지털 군집 지능이 생성된다. 전력 생산 및 소비 예측을 기존 발전소의 용량과 결합함으로써 그리드 운영자는 언제 어디서 그리드와 변압기가 최대 용량에 도달할지 예측할 수 있다. 이를 통해 필요한 예방 조치를 취할 수 있다.

프로슈머: 과소 평가된 핵심 플레이어

프로슈머는 미래의 에너지 시스템에서 중요한 역할을 할 것이다. 예를 들어, 개인과 가정은 전기 자동차의 잉여 전력을 그리드에 공급해 안정성에 크게 기여할 수 있다. 하이브 파워(Hive Power)라는 회사는 이미 ‘차량에서 그리드로(Vehicle-to-Grid)’라고 하는 자동차 배터리에서 그리드로 전기를 간헐적으로 피드백하는 소프트웨어를 제공하고 있다. 인공지능은 여기에서도 큰 역할을 한다. 소프트웨어는 차량이 사용 중일 때와 그렇지 않을 때를 학습해 잉여 용량이 있을 때 그리드에 전기를 공급할 수 있게 한다. 프로슈머는 이런 식으로 연간 최대 1,000유로를 벌 수 있다.

건물을 위한 스마트 기술

날씨 및 생산량 예측은 건물의 에너지 관리에도 중요하다. 열 펌프는 낮 동안 열 보관 장치를 충전하고 저녁에 난방 회로에 에너지를 공급할 수 있다. 올바른 소프트웨어를 사용하면 열 펌프는 에너지 관리 시스템에서 제공하는 생산량 예측을 작동 일정에 적용할 수 있다. 이를 통해 열 펌프는 향후 1시간 이내에 충분한 태양 에너지가 예상될 때 그리드 공급 전기를 사용해 열 에너지 저장 장치를 가열하는 것을 방지한다. 또 다른 가능성은 태양열 발전의 점유율을 최대화하는 방식으로 전기 자동차의 충전 시간을 맞추는 것이다. 태양열 로그(Solar-Log)의 시스템은 동일한 원리를 따른다. 열 펌프 또는 충전소와 같은 배터리 저장 및 유연한 부하를 통해 사무실 건물과 산업 시설에 최적의 전력 자체 소비를 제공한다.

앞서 언급한 기업 외에도 수많은 다른 전시 업체들이 6월 14일~16일 뮌헨에서 열리는 EM-파워 유럽에서 날씨 및 생산량 예측, 그리드 연결, 모니터링 및 분석 소프트웨어에 대한 솔루션을 선보일 예정이다. 방문자는 EM-파워 포럼 세션 “예측 및 모니터링(Forecasting & monitoring): 항상 한걸음 앞서기(Always a step ahead)”(“Forecasting & Monitoring: Immer einen Schritt voraus sein”)에서 예측 및 모니터링 시스템의 가능성에 대한 자세한 내용을 알아볼 수 있다.

웹사이트: https://www.solarpromotion.com/