iec white paper Ⅱ

IEC WHITE PAPERⅡ

• 본 서는 IEC (International Electrotechnical Commission) 에서 발행한 White paper를 번역 발간한 것입니다.

• 본 한국어번역본의 저작권은 IEC 에 귀속됩니다. IEC 는 한국어 번역에 대한 오역, 오류 등 으로 인한 어떠

한 책임도 지지 않으며, 번역의 책임은 한국전력공사 전력연구원에 있습니다.

• 번역 및 내용에 대한 문의사항은 전력연구원 R&D사업팀 (042-865-5134) 에 연락 바랍니다.

일러두기

∷ 에너지 문제에 부합하기 위한 IEC 의 역할 (2010) ∷

(Coping with the energy challenge, The IEC’s role from 2010 to 2030)

ISBN 978-2-88912-890-7

∷ 전기에너지 저장장치 (2011) ∷

(Electrical Energy Storage)

ISBN 978-2-88912-889-1

∷ 신재생에너지의 계통연계와 대용량 전기에너지 저장장치의 이용 (2012) ∷

(Grid integration of laege-capacity Renewable Energy sources and

use of large-capacity Electrical Energy Storage)

ISBN 978-2-8322-0340-8

∷ 재해 대비 및 복구를 위한 마이크로그리드 (2014) ∷

(Microgrids for disaster preparedness and recovery)

ISBN 978-2-8322-1151-9

∷ 지속가능한 스마트시티를 위한 인프라 조성 (2014) ∷

(Orchestrating infrastructure for sustainable Smart Cities)

ISBN 978-2-8322-1833-4

∷ IoT용 무선센서 네트워크 (2014) ∷

(Internet of Things: Wireless Sensor Networks)

ISBN 978-2-8322-1834-1

∷ 미래 공장 (2015) ∷

Factory of the future

ISBN 978-2-8322-2811-1

∷ 전력계통의 전략적 자산관리 (2015) ∷

(Strategic asset management of power networks)

ISBN 978-2-8322-2810-4

본 백서의 영문 원본은 IEC 홈페이지를 통해 온라인으로 볼 수 있습니다.

http://www.iec.ch/whitepaper/

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IEC White Paper

44 | IEC White Paper |

2016년 5월, 미국 Forbes紙 선정 “글로벌 2000” 에서 한전은 종합순위 97위, 전력 유틸리

티 분야 1위를 달성했습니다. 프랑스의 EDF, 독일의 E.ON 등 유럽의 메이저 전력회사가

독차지해 온 전력분야 최고 순위를 한전이 아시아권 전력회사로서 사상 처음으로 1위를 기

록한 것입니다. 이러한 성과는 한전이 글로벌 리딩(leading) 전력회사로 대외에서 당당히 인

정받은 것입니다.

한전이 대한민국 대표 에너지기업으로서 세계적인 위상을 인정받은 것은 매우 영광스러

운 사건이지만, 한편으로는 전력기술의 성장과 선진화, 지속가능한 신성장동력을 발굴해

야하는 한전인으로서 책임감 또한 막중함을 느꼈습니다. 본 IEC 백서의 국문본 번역작업

은 이러한 전력산업의 선도자라는 사명감으로 시작하였습니다. 세계적으로 저명한 학계

및 산업계의 석학과 경영진이 모여 전력산업의 미래기술 트렌드를 예견하고 급격히 변하

고 있는 시장의 니즈를 파악하고자 편찬한 IEC 백서를 국내 전력산업의 미래를 위해 보이

지 않는 곳에서 항상 불을 밝히고 계신 많은 전력인들과 공유하고자 합니다.

IEC(International Electrotechnical Commission, 국제 전기전자 표준위원회)는 전기 및 전자기술 분

야의 표준화에 관한 문제를 국제협력으로 해결방법을 찾고 그 결과를 국제적으로 공유하

고자 1906년에 발족한 비정부간 국제 표준화 기관입니다. 우리가 잘 알고 있는 IEC 표준

발행은 이 기관에서 담당하고 있습니다. IEC 백서(White Paper)는 IEC 산하 시장전략 위원

회(Market Strategy Board)가 주요 기술동향을 파악하고, 향후 예상되는 시장 활동 및 요구 기

술을 분석한 것으로 총 8개의 테마를 다루고 있습니다. 에너지 문제에 부합하기 위한 IEC

의 역할, 전기에너지 저장장치(EES), 신재생에너지의 계통 연계 및 대용량 전기에너지 저장

장치의 이용, 재해복구를 대비한 마이크로그리드, 지속가능한 스마트시티 구축을 위한 인

프라의 조화로운 구성, IoT용 무선센서 네트워크, 미래 공장, 전력계통의 전략적 자산관리

등이 그것입니다. IEC 백서 국문본은 우리 실정에 맞는 전력산업의 미래 상(像)을 구현하여

발간사

5| 발간사 | 5

동시대 전력인들과 공감대를 형성하고 미래지향적인 연구개발 발굴에 활용 하고자 합니다.

머지않아 신재생발전원에서 생산된 전기를 주로 사용하고, IoT 기반의 무선센서 네트워

크에서 제공하는 실시간 전기요금에 따라 경제적인 발전원을 선택할 수 있고, 심야에 충

전된 전기자동차로 출퇴근하며, 태양광 등 신재생으로 발전한 전기를 전력회사에 자유롭

게 판매할 수 있을 것입니다. 전기사용 고객은 단순한 전기사용자에서 전기사용 및 발전설

비 운영자, 계통활용자로서 복잡하고 수준 높은 의사결정을 필요로 하는 프로슈머로 재탄

생 할 것이며, 이러한 기술과 서비스가 종합적으로 구현된 스마트 시티에서 살게 될 것입니

다. 이러한 미래의 청사진이 하나하나 구현될 수 있도록 우리는 지금부터 개별 요소기술 간

의 조화로운 균형과 융복합으로 시너지 효과를 꾀할 수 있는 파괴적이고 혁신적인 기술을

개발해야 합니다. 이를 위해 국내 전력산업은 정책 수립, 기초연구, 현안연구, 실증 및 사

업화에 이르는 단계의 유기적인 가치사슬(Value Chain)로 구축되어야 합니다. 국내적으로는

전력산업의 가치사슬의 유기적인 연계를 위해, 세계적으로는 글로벌 전력산업 가치사슬의

중심에서 대한민국 전력산업인이 주도적 역할을 담당하는데 보탬이 되기를 바라며 본 백

서 번역본을 배포합니다.

우선적으로 한국어 번역본 발간을 흔쾌히 승낙해 준 IEC 중앙사무국과 순조로운 진행에

도움을 주신 한국 표준협회에 감사드립니다. 또한 본 백서 번역에 동참해 준 전력연구원 각

분야 연구자들께도 감사드립니다.

2016년 7월

한국전력공사 전력연구원

원장 김동섭

01. 전기에너지 저장장치 11

02. 대용량 신재생에너지의 계통연계 및

대용량 전기에너지 저장장치의 이용 123

03. 재해 대비 및 복구를 위한 마이크로그리드 277

04. 지속가능한 스마트시티를 위한 인프라 조성 385

•Ⅰ•

05. IoT: 무선센서 네트워크 11

06. 에너지 문제에 부합하기 위한

IEC 의 역할 119

07. 미래 공장 213

08. 전력계통의 전략적 자산관리 289

I E C W h i t e P a p e r

•Ⅱ•

IoT:

무선 센서 네트워크

– 05 –


오늘날 스마트 그리드, 스마트홈, 스마트 수도망, 지능형 교통시스템(intelligent

transportation, ITS) 등의 인프라 시스템은 우리가 상상했던 것 이상으로 세상을 연결한

다. 이러한 시스템의 공통 비전은 대개 하나의 개념, 즉 IoT(Internet of Things)와 관련되

어 있다. IoT는 센서를 이용하여 모든 물리적 인프라와 정보통신(IT) 기술을 밀접하게

결합한 것으로, 네트워크로 연결된 내장 장치를 이용한 지능형 모니터링과 관리가 가

능하다. 이처럼 정교한 동적 시스템에서, 장치들은 분산 센서 네트워크를 통해 유용한

측정 정보와 제어 명령을 전송할 수 있도록 상호 연결되어 있다.

무선 센서 네트워크(WSN)는 빛, 열, 압력 같은 물리적 현상을 감지하는 센서가 장착

된 수많은 센서 노드로 구성된 네트워크이다. WSN은 인프라 시스템의 신뢰성과 효율

성을 크게 발전시킬 IT 시스템을 구축할 혁신적인 정보 수집 방법으로 여겨진다. 유선

솔루션과 비교했을 때, WSN은 배치가 쉽고 장치의 유연성도 개선되었다. 센서 기술의

빠른 발전 덕분에 WSN은 IoT의 핵심 기술이 될 전망이다.

본 백서는 더 넓은 IoT의 맥락 안에서 WSN의 활용 및 진화에 대해 논의한다. 또한,

WSN 응용 사례를 검토하면서 WSN 설계에서 나타나는 특징적인 인프라 기술, 응용,

표준을 집중적으로 살펴본다. 본 백서는 IEC가 국제 표준 및 적합성 평가 서비스를 통

해 전기공학 분야의 전 세계적 문제 해결에 지속적으로 기여하는 것을 목표로 발간한

백서 시리즈 중 여섯 번째 간행물에 해당한다.

2장에서는 IoT 와 WSN의 역사적 배경에서 시작하여, 현재 업그레이드 진행중인 전

력 그리드의 예시를 제공한다. WSN 기술은 송전 및 변압 장비에 대한 안전 모니터링

과 수십억 대의 스마트 계량기 배치에서 중요한 역할을 한다.

3장에서는 WSN의 기술 및 특징을 평가하고, 데이터 취합 및 보안 등 전 세계적으로

WSN이 필요한 부문에 대해 살펴본다.

4장에서는 초대형 센서 장치 액세스, 신뢰, 보안 및 프라이버시, 서비스 아키텍처와

⋮요약⋮

13| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 13

같은 다양한 영역에서 광범위하게 응용되는 WSN의 과제와 미래 동향을 다룬다.

5장에서는 응용 서비스에 관한 정보를 제공한다. 실생활에서 WSN을 응용할 수 있는

가능성은 사실상 무궁무진하다. WSN은 새로운 응용 서비스을 가능하게 하며, 이로써

새로운 시장 가능성을 확보한다. 하지만 다른 한편으로 WSN의 설계는 새로운 서비스

패러다임에 따른 여러 제약의 영향을 받는다. 이 장에서는 스마트 그리드, 스마트 수도

망, 지능형 교통시스템, 스마트 홈 영역의 WSN 활용 사례를 간략히 소개한다.

6장에서는 다양한 공급자의 제품뿐 아니라 다양한 솔루션, 적용, 영역 사이에서

WSN의 상호 운용성 달성을 위한 주요 선결조건이 되는 표준화 현황을 분석한다.

7장에서는 산업, 규제기관, IEC에 전하는 다양한 핵심 권고사항과 WSN 보안 및 데

이터 주제에 관한 일반적인 논평으로 결론을 내린다.


본 백서는 IEC 시장전략이사회(Market Strategy Board, MSB)의 WSN 프로젝트 팀이 작

성했다. 프로젝트 팀의 구성원은 다음과 같다.

Shu Yinbiao, 프로젝트 리더, MSB 회원, SGCC

Kang Lee, 프로젝트 파트너, NIST

Peter Lanctot, IEC

Fan Jianbin, SGCC

Hu Hao, SGCC

Bruce Chow, Corning Incorporated

Jean-Pierre Desbenoit, Schneider Electric

Guido Stephan, Siemens

Li Hui, Siemens

Xue Guodong, Haier

Simon Chen, SAP

Daniel Faulk, SAP

Tomas Kaiser, SAP

Hiroki Satoh, Hitachi

Ouyang Jinsong 교수, 중국 ITEI

Wang Linkun, 중국 ITEI

Wang Shou, 중국 ITEI

Zhen Yan, Nari Group Corporation

Sun Junping, CEPRI

⋮감사의 글⋮

15| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 15

Yu Haibin 교수, SIA

Zeng Peng, SIA

Li Dong, SIA

Wang Qin, 베이징과학기술대학

약어 목록 19

용어집 22

1장 서론

1.1 개요 24

1.2 본 백서의 범위 26

2장 WSN의 역사 및 산업적 동인

3장 WSN 기술

3.1 WSN의 특성 31

3.2 센서 노드 33

3.2.1 MEMS 기반 센서 소형화 기술 33

3.2.2 에너지 하베스팅 기술 34

3.3 접근 네트워크 기술 36

3.4 토폴로지 38

3.4.1 신뢰할 수 있는 자동구성 네트워킹 기술 39

3.4.2 저비용 IP 연계기술 40

3.4.3 자가적응형 플로우 제어 기술 42

3.5 데이터 취합 42

3.6 보안 44

3.6.1 신뢰, 보안, 프라이버시 44

3.6.2 암호화 알고리즘 46

3.6.3 WSN의 키 관리 47

3.6.4 WSN의 보안 라우팅 48

3.6.5 WSN의 보안 데이터 취합 48

⋮목차⋮

4장 WSN의 도전 과제

4.1 시스템 품질, 아키텍처 상이함, 아키텍처 프레임의 필요성 50

4.2 초대형 센서 장치 액세스 53

4.2.1 방대한 이종 데이터 처리 54

4.2.2 극적 변화를 위한 지능적 제어 및 서비스 54

4.3 센서 네트워크 아키텍처 55

4.4 높은 동시 접속률 56

4.4.1 주파수 분할 다중화를 통한 높은 동시 접속률 57

4.4.2 분산 안테나 시스템을 통한 높은 동시 접속률 58

4.5 높은 실시간 전송률 59

4.5.1 분산 솔루션 60

4.5.2 집중화된 솔루션 60

4.6 시맨틱 표현 및 처리 62

4.7 더 안전한 WSN 63

4.7.1 프로토콜 보안 프레임워크 63

4.7.2 신뢰, 보안, 프라이버시 64

5장 인프라 시스템에서의 WSN 적용

5.1 스마트 그리드에서의 WSN 적용 67

5.1.1 송전선용 온라인 모니터링 시스템 68

5.1.2 변전소용 지능형 모니터링 및 조기 경보 시스템 69

5.1.3 배전망용 온라인 모니터링 및 조기 경보 시스템 71

5.1.4 스마트 전력 소비량 서비스 72

5.2 스마트 수도망에서의 WSN 적용 74

5.2.1 지속 가능성(수자원 중심) 74

5.3 지능형 교통시스템에서의 WSN 적용 76

5.3.1 교통 흐름 감지 77

5.3.2 도시 물류 78

5.3.3 온보드 WSN 79

5.3.4 교통 인프라에서의 WSN 80

5.4 스마트 홈에서의 WSN 적용 81

5.4.1 에너지 관련 과제 81

5.4.2 건물의 에너지 효율 – 사례 연구 81

5.4.3 건물의 능동 제어 83

5.4.4 기존 건물 에너지 효율 성능 향상의 핵심, WSN 85

5.5 WSN의 추가적 적용 혜택 87

5.5.1 에너지 효율 개선 87

5.5.2 환경 모니터링에 기여 87

5.5.3 사회적 복지 강화 88

6장 WSN의 표준 및 시스템

6.1 일반 89

6.2 현황 90

6.3 표준화 필요성 및 전망 97

6.4 과제 및 향후 표준화 필요성 98

7장 결론 및 권장사항

7.1 권장사항 100

7.2 IEC 및 산하 위원회에 전하는 권장사항 101

부록 접속 기술 103

A.1 접속 기술의 개발 동향 103

A.1.1 블루투스 4.0 103

A.1.2 IEEE 802.15.4e 104

A.1.3 WLAN IEEE 802.11™ 105

참고문헌 107

19| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 19

기술 및 과학 용어

ABS 잠김방지 제동장치(Anti-lock Braking System)

AMI 첨단계량인프라(Advanced Metering Infrastructure)

CAPEX 자본적 지출(Capital Expenditure)

CoAP 제한적 애플리케이션 프로토콜(Constrained Application Protocol)

COSEM 에너지 검침을 위해 동반되는 사양(Companion Specification for Energy

Metering)

CPU 중앙처리장치(Control Processing Unit)

DLMS 장치 언어 메시지 사양(Device Language Message Specification)

DSN 분산 센서 네트워크(Distributed Sensor Network)

ESC 전자식 안정성 제어(Electronic Stability Control)

FCD 시험차량제공정보(Floating Car Data)

FDM 주파수 분할 다중화(Frequency-Division Multiplexing)

FH 주파수 도약(Frequency Hopping)

GHG 온실가스(Greenhouse Gas)

GPS 위성위치확인시스템(Global Positioning System)

ICT 정보 및 통신 기술(Information and communication technologies)

IoT 사물인터넷(Internet of things)

KPI 핵심성과지표(Key Performance Indicator)

M2M 사물통신(Machine to machine)

MAC 매체접근제어(Media Access Control)

MEMS 마이크로 전자 기계 시스템(Microelectromechanical Systems)

MIMO 다중입출력(Multiple-Input Multiple-Output)

OEM 주문자상표 부착(Original Equipment Manufacturer)

OFDM 직교 주파수 분할 다중화(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing)

약어 목록


OPEX 운영 지출(Operational expenditure)

PHY 물리적 계층(Physical layer)

PV 광전지(photovoltaic)

QoS 양질의 서비스(Quality of Service)

RES 신재생에너지원(Renewable Energy Source)

RFID 전파식별(Radio-Frequency Identification)

SOA 서비스 지향 아키텍처(Service Oriented Architecture)

SOAP 서비스 지향 아키텍처 프로토콜(Service Oriented Architecture Protocol)

TDMA 시분할 다중 접속(Time Division Multiple Access)

TSMP 시간 동기화 메시 프로토콜(Time Synchronized Mesh Protocol)

TSP 신뢰, 보안, 프라이버시(Ttrust, Security and Privacy)

UCC 도심통합배송센터(Urban Consolidation Centre)

USN 유비쿼터스 센서 네트워크(Ubiquitous Sensor Network)

WIA-FA 산업 자동화를 위한 무선 네트워크 - 공장 자동화(Wireless networks for

Industrial Automation – Factory Automation)

WIA-PA 산업 자동화를 위한 무선 네트워크 - 처리 자동화(Wireless networks for

Industrial Automation – Process Automation)

WISA 센서 및 작동기용 무선 인터페이스(Wireless Interface for Sensors and Actuators)

WLAN 근거리 무선 통신망(Wireless Local Area Network)

WMAN 무선 도시 지역 통신망(Wireless Metropolitan Area Network)

WPAN 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Network)

WSN 무선 센서 네트워크(Wreless Sensor Network)

WWAN 무선 광역 통신망(Wireless Wide Area Network)

XFCD 확장된 시험차량제공정보(Extended Floating Car Data)

조직, 기관, 회사

ABB ABB Group

ARPANET Advanced Research Projects Agency Network

BBF Broadband Forum

CAB (IEC 산하) Conformity Assessment Board

21| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 21

CEPRI China Electric Power Research Institute

DARPA Defense Advanced Research Projects Agency (미국)

ETSI European Telecommunications Standards Institute

IEC International Electrotechnical Commission

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IETF Internet Engineering Task Force

ISO International Organization for Standardization

ITEI Instrumentation Technology and Economy Institute (중국)

ITU-T International Telecommunication Union – Telecommunication Standardization

Sector

MSB (IEC 산하) Market Strategy Board

NIST National Institute of Standards and Technology

OGC Open Geospatial Consortium

OMA Open Mobile Alliance

SGCC State Grid Corporation of China

SIA Shenyang Institute of Automation

SMB (IEC 산하) Standardization Management Board

UCB University of California Berkeley

W3C World Wide Web Consortium


• 사물인터넷 IoT(internet of things) ｜ 기존 인터넷 인프라 안에, 고유하게 식별 가능한 내

장된 컴퓨터 같은 장치의 상호 연결을 지칭한다.

• 매체접근제어 계층 MAC(media access control) 계층 ｜ IEEE 802 네트워크(LAN) 내 물

리적 전송 매체로의 접속을 제어하는 데이터 링크 프로토콜의 일부

• 시스템 온 칩 SoC(system on a chip) ｜ 컴퓨터의 모든 구성요소 또는 기타 전자 시스템을

하나의 칩에 통합시키는 집적회로(IC)

• 시간 동기화 메시 프로토콜 TSMP(time synchronized mesh protocol) ｜ 신뢰할 수 있

는 초저전력 무선 센서 네트워킹의 기본을 형성하는 네트워킹 프로토콜

• 근거리 무선 통신망 WLAN(wireless local area network) ｜ 선 없이 데이터가 전송되는 로컬

영역 네트워크

• 무선 도시 지역 통신망 WMAN(wireless metropolitan area network) ｜ 또 다른 이름은

무선 가입자 회선(Wireless Local Loop, WLL)이다. WMAN은 IEEE 802.16 표준에 기반한다. 무선

가입자 회선은 4~10km 내에서 1~10Mbps의 효과적인 전송 속도에 이를 수 있다.

• 무선 개인 통신망 WPAN(wireless personal area network) ｜ 수십 미터의 영역만 포함

하는 저범위 무선 네트워크

• 무선 센서 네트워크 WSN(wireless sensor network) ｜ 물리적 현상을 모니터링 및 제어

하는 데 사용되는 무선 센서 노드의 자동구성 및 멀티홉 네트워크

용어집

23| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 23

• 무선 광역 통신망 WWAN(wireless wide area network) ｜ 단일 도시 지역보다 큰 지리학

적 지역에 통신 서비스를 제공하는 무선 네트워크로, 모든 무선 네트워크 중 가장 일반적인

형태


｜ 1.1 개요 ｜

오늘날, 센서는 우리 주변에 널리 퍼져 있다. 우리는 이를 당연하게 인식하고 있지만

센서는 우리의 자동차, 스마트폰, 이산화탄소(CO2) 배출량을 제어하는 공장에는 물론, 포

도밭의 토양 조건을 모니터링하기 위해 땅속에도 설치되어 있다. 우리 곁에 센서가 등장

한 지 오래된 것 같지만, 무선 센서 네트워크(WSN)에 관한 연구는 1980년대에 시작되었

고, 산업 및 연구적 측면에서 WSN에 대한 관심이 높아진 것은 고작 2001년부터이다. 이

는 단일 칩, 즉 시스템 온 칩(SoC)에 통합되곤 하는 프로세서, 무선 통신 장치, 센서처럼

비싸지 않으면서 출력이 낮은 소형 부품의 보급화 때문이다.

IoT의 개념은 WSN과 함께 발전하였다. IoT라는 용어는 1999년 케빈 애쉬튼(Kevin

Ashton)이 처음 사용했고1, 고유하게 식별되는 객체와 “인터넷 같은” 객체 구조의 가상 표

현을 지칭한다. 이러한 객체는 대형 건물, 산업 공장, 비행기, 자동차, 기계류, 모든 종류

의 재화, 대형 시스템의 특정 부분부터 인간, 동물, 식물 및 이들의 특정 신체 부위에 이르

는 모든 것이 될 수 있다.

IoT는 특정 통신 기술을 가정하지는 않지만, 무선 통신 기술이 주요한 역할을 담당하고

1장

서론

25| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 25

있다. 특히 적용 사례가 다양한 WSN 덕분에 많은 산업이 급증할 것이다. 모든 종류의 환

경에 작고 튼튼하며 저렴한 저출력 WSN 센서가 설치되어, 가장 작은 객체에까지 합리적

인 비용으로 IoT가 접목될 전망이다. IoT와 이러한 개체의 통합은 WSN이 이룬 주요 발전

이 될 것이다.

일반적으로 WSN을 노드 네트워크로 묘사할 수 있다. 노드는 상호 협조적으로 환경을

감지 및 조정하여 사람 또는 컴퓨터와 주변 환경 사이의 상호 작용을 가능하게 한다2. 사

실, 제한된 양의 에너지를 이용한 감지, 처리, 통신 활동은 일반적으로 분산 신호/데이터

처리, 매체접근제어, 통신 프로토콜을 공동으로 고찰해야 하는 계층간 설계를 촉진한다3.

기존의 WSN 적용 사례를 인프라 시스템의 요소 기술로 통합함으로써, 가능한 새로운

응용 분야를 식별할 수 있으며 미래의 기술 및 시장 동향을 충족하는 발전이 가능하다.

예를 들어, 스마트 그리드와 스마트 수도망, 지능형 교통시스템, 스마트 홈을 위한 WSN

기술의 적용은 엄청난 양의 데이터를 생산하며, 이러한 데이터는 다양한 용도로 사용될

수 있다.

또한, 현대 사회가 IoT의 새로운 WSN 시대로 이동함에 따라, 장기간에 걸쳐 명확하게

해야 할 수많은 법적 함의가 존재한다. 가장 긴급한 사안 중 하나는 부가적 가치를 위해

수집, 통합, 연관, 발굴된 데이터의 소유권과 용도이다. 다양한 출처의 정보 원천이 새롭

고 알려지지 않은 미지의 신사업 기회와 잠재적인 법적 책임을 이끌게 될 것이며, 데이터

브로커들이 성업할 것이다. 최근 NSA(National Security Administration) 스캔들이나 그 밖

의 사건들은 다양한 목적을 위한 데이터 수집에 광범위한 이해관계가 얽혀있음을 보여

주었다.

이 새로운 세계에 등장한 더 복잡한 사안 중 하나는 자율적으로 결정을 내리는 기계에

대한 것으로, 이러한 기계가 환경이나 사회에 미치는 영향은 아직 밝혀지지 않았다.

소유자에게 현지 매장의 우유나 버터를 보충해 줄 것을 요청하는 냉장고처럼 단순할

수도 있고, 원래 인간 상호작용을 예상하지 않았던 혹독한 환경에서 살아 남도록 프로그


래밍된 로봇처럼 복잡할 수도 있다. 또한, 항공기의 블랙박스처럼 사용 내역을 기록하는

자동차 같이 단순할 수도 있지만, 그런 다음에 그 정보를 사고 원인 규명에만 사용하는

것이 아니라 소유자 및 작동자에게 불리한 증거로 제시할 수도 있다. 예를 들어, 법에 저

촉된 방식으로 기계를 사용하는 경우에 기계가 이를 국가 기관에 통지할 수 있다.

기계가 법적 실체로 행동하기 시작한다는 점이 핵심이다. 법적 책임의 문제가 복잡해

지기 시작하고, 기계 또는 로봇의 행동에 실제 인간의 개입이 거의 없거나 아예 없는 경

우 기계의 “소유자”와 “운용자”에게 법적 책임 문제를 뚜렷하게 묻기가 더 어려워진다.

이는 분명 최악의 시나리오이긴 하지만, 문제는 잠재적인 법적 책임의 비용과 IoT 솔루션

의 혜택 사이에서 어떻게 균형을 맞추는가이다. 이는 빠르게 사회적 또는 윤리적, 도덕적

논의를 넘어서기 시작한다. 이는 보통 가치의 세대교체라고 지칭되며, IoT 동향은 세대를

기다려주지 않는다.

｜ 1.2 본 백서의 범위 ｜

본 백서는 IEC가 국제 표준 및 적합성 평가 서비스를 통해 전기공학 분야의 전 세계적

문제 해결에 지속적으로 기여하는 것을 목표로 발간한 백서 시리즈 중 여섯 번째 간행물

에 해당한다. 본 백서는 미래의 전략적 대면을 IEC가 준비할 수 있도록, IEC 시장의 분석

및 이해를 담당하는 IEC MSB가 작성하였다.

27| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 27

WSN의 개발은 특히 분쟁 지역의 감시 등 군사적 목적에서 비롯됐다. 오늘날 WSN은

센서를 이용하여 물리적 상태를 모니터링하는 분산된 독립 장치로 구성되며, 산업 인프

라와 자동화, 건강, 교통 및 여러 소비자 영역으로까지 영역을 확대하고 있다.

WSN에 대한 연구는 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 미

군을 위해 분산 센서 네트워크(DSN) 프로그램을 수행했던 1980년대 초반으로 거슬러

올라간다. 당시, DARPA가 개발한 네트워크인 ARPANET(Advanced Research Projects

Agency Network)은 대학이나 연구 기관에서 약 200개의 호스트를 보유하는 등 수년간 사

용되고 있었다4. DSN는 서로 협력하지만 자율적으로 운영되고 정보가 가장 잘 사용될 수

있는 노드로 라우팅되는, 공간 분포형 저비용 센싱 노드가 많은 것으로 상정된다. 센서

네트워크에 관한 초기 연구자들이 DSN의 비전을 염두에 두었다 하더라도, 기술이 그다

지 준비가 되지 않았었다. 좀 더 구체적으로 말하자면, 센서는 제법 컸고(신발 상자 정도이

거나 더 큰 사이즈), 따라서 가능한 적용의 수도 제한되었다. 게다가 초기의 DSN은 무선 연

결성과 긴밀하게 연관되지 않았었다.

최근의 컴퓨터, 통신, 마이크로 전기 기계 기술의 발전은 WSN 연구에 상당한 변화를

가져왔고, 원래의 비전에 더욱 근접하게 되었다. WSN 연구의 새로운 물결은 1998년경에

2장

WSN의 역사 및산업적 동인


시작되어 점점 더 많은 주목과 국제적인 참여를 끌어냈다. 센서 네트워크 연구의 새로운

물결은 네트워킹 기술과 고도로 동적인 임시 환경 및 자원 제약 센서 노드에 적합한 네트

워크화된 정보 처리에 초점을 맞춘다. 또한, 센서 노드는 크기가 훨씬 작고(카드 크기만 한

것부터 먼지 입자만 한 것까지 있음) 가격도 훨씬 싸기 때문에, 환경 모니터링, 차량 센서 네트

워크, 신체 센서 네트워크와 같은 센서 네트워크를 민간에서 활용하는 수많은 사례가 새

롭게 나타났다.

임시 네트워킹, 동적 질의 및 태스킹, 재프로그래밍, 멀티 태스킹과 같은 새로운 기능을

탑재한 현재의 센서 네트워크를 제공하는 SensIT5라는 명칭의 선도적인 연구 프로그램

을 시작하면서 DARPA가 다시 한 번 센서 네트워크 연구의 새로운 물결에서 선구자 역할

을 했다. 현재, WSN은 21세기에 가장 중요한 기술 중 하나로 손꼽히고 있다6. 예를 들어

중국은 WSN을 국가적 전략 연구 프로그램에 포함시켰다7. 그 결과, WSN의 상업화가 가

속화되고 있고, 물리적 세계를 디지털 세계에 연결하는 Crossbow Technology나 Dust

Networks 같은 수많은 신생 기술 업체들이 생겨나고 있다.

오늘날 산업 자동화는 WSN 적용의 가장 중요한 영역 중 하나이다. Freedonia Group

에 따르면, 산업용 센서의 세계 시장 점유율은 110억 달러(USD)인 반면, 설치(주로 배선비)

및 이용에 드는 비용은 최고 1천억 달러 이상이다. 이처럼 높은 비용은 산업용 통신 기술

의 개발을 저해하는 주요 문제이다. 전체 산업 공정에서 “유비쿼터스 센싱”을 가능케하

는 WSN 기술은 위에 언급한 비용 문제 때문에 온라인 모니터링으로 이용할 수 없는 중

요한 파라미터를 확보할 수 있다. 이러한 파라미터는 제품 품질 개선 및 에너지 소비량

감소와 같은 목표 달성을 위한 최적의 제어 기능 구현을 위한 중요한 기반요소이다.

ON World8에 따르면, 산업 분야에 설치될 무선 장치는 전 세계적으로 무선 센서와 구

동기 또는 센서 지점이 2,400만 개가 배치될 2011년과 2016년 사이에 553% 증가할 것이

라고 한다. 이들 중 39%는 무선 센서 네트워킹으로만 가능한 새로운 적용 부문에 사용

될 것이다. WSN 장치의 수는 2014년까지 전체 산업 계측 및 제어 장비 센서 지점의 15%,

29| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 29

2016년까지 33%를 차지하게 될 것이다.

오늘날 시장에서 산업용 WSN 수익의 3/4는 공정 산업에서 비롯되고 있으며, 석유 및

전력 산업에서의 성장이 가장 빠르다. 예를 들어 PetroChina는 20만 개의 유정을 재건

할 목적으로 석유 부문에 IoT 프로젝트를 시행 중이다. 유정의 디지털 전환을 위해, 온라

인 모니터링을 이용하여 유정 생산량을 측정하고 생산 안전성을 확보하는 WSN 기술이

적용될 예정이다.

송전 및 변전 장비에 대한 안전성 모니터링, 수십억 대의 스마트 계량기 재건 등 전력계

통 업그레이드를 현재 진행 중인 전력 업계에서도 WSN 기술은 중요한 역할을 담당하고

있다.

⋮그림 2-1⋮ 세계에 설치된 산업용 무선 센서 지점8

30,000

20,000

10,000

0

2011 2012 2013 2014 2015 2016

단위: 천 개 출처: ON World

모두 무선

새로운 적용 분야


⋮그림 2-2⋮ 세계 산업 분야에서의 기기 수송, 유선 및 무선8

출처: ON World

2011 2012 2013 2014 2015 2016

새로운 무선 영역 130 214 355 589 941 1416

대체된 무선 영역 259 359 488 672 887 1121

유선 영역 4194 4406 4754 5041 5112 5178

10,000

7,500

5,000

3%

6%7%

9%11% 13% 15%

4%

6%

9%

14%

18%

2,500

0

⋮그림 2-3⋮ 모든 산업 부문에서의 WSN 수익 증가8

$7,500

$5,000

$2,500

0

2011 2012 2013 2014 2015 2016

단위: 백만

달러출처: ON World

공장 내 공정석유 및 가스송전수직 시장공장 자동화

31| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 31

｜ 3.1 WSN의 특성 ｜

일반적으로 WSN은 환경을 협조적으로 감지 및 조정하여 사람 또는 컴퓨터와 주변 환경

사이의 상호 작용을 가능하게 하는, 노드 장치의 네트워크로 묘사할 수 있다2. 오늘날 WSN

은 대체로 센서 노드, 액추에이터 노드, 게이트웨이 및 클라이언트를 포함한다. 모니터링

영역(센서 분야) 내부 또는 가까이에 임의로 배치된 많은 수의 센서 노드는 자가자동 구성 기

능을 통해 네트워크를 형성한다. 센서 노드는 수집된 데이터를 모니터링하여 호핑을 통해

다른 센서 노드로 전송한다. 전송을 처리하는 동안 모니터링된 데이터는 여러 노드로 처리

되어 멀티호핑 후 게이트웨이 노드에 도달한다. 마지막으로 수집된 데이터는 게이트웨이

노드에서 인터넷 또는 위성을 통해 관리 서버 노드에 도달할 수 있다. 사용자는 관리 노드

로 WSN을 구성 및 관리하고, 모니터링 임무와 모니터링된 데이터의 수집을 발표한다.

관련 기술이 성숙함에 따라 WSN 장비 비용이 현저히 떨어지고, 그 적용도 군사 영역에서 산

업 및 상업 분야로 점점 확대되고 있다. 한편, WSN 기술용 표준 역시 많이 개발되어 Zigbee®ㄱ,

3장

WSN 기술

ㄱ. Zigbee®는 상업적으로 이용 가능한 적절한 제품의 예시이다. 이 정보는 표준을 사용하는 이의 편이를 위해 제공된 것으로, 이 제

품에 대한 IEC의 지지를 의미하지는 않는다.


⋮그림 3-1⋮ 무선 센서 네트워크(WSN)

센서 노드

게이트웨이

인터넷

센서 분야

관리서버

⋮그림 3-2⋮ WSN가 적용된 시장 규모9

과거

군 과학 및 기술 산업 소비자

현재

무선 센서 네트워크의 등장

적용

센서

당 비

용 및

에너

지

총 시

장 규

모

33| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 33

WirelessHart, ISA 100.11a, WIA-PA(wireless networks for industrial automation – process

automation) 등이 나왔다. 또한, 산업 자동화 및 가전 제품에서 WSN의 새로운 응용 분야가

등장하면서 WSN이 적용되는 전체 시장 크기는 계속해서 빠르게 성장할 것이다.

｜ 3.2 센서 노드 ｜

센서 노드는 WSN의 주요 부품 중 하나이다. 센서 노드의 하드웨어는 일반적으로 전원

및 전원 관리 모듈, 센서, 마이크로컨트롤러, 무선 송수신기 등 4개의 부품을 포함한다(그

림 3-3 참조). 전원 모듈은 시스템에 필요한 안정적인 전력을 제공한다. 센서는 WSN 노드

가 환경과 장비의 현황을 감시할 수 있도록 연결고리와 같은 역할을 한다. 센서는 빛, 진

동, 화학적 신호 등을 모아서 전기 신호로 변환한 후 마이크로컨트롤러로 전송하는 일을

담당한다. 마이크로컨트롤러는 센서에서 데이터를 수신하여 그에 따라 해당 데이터를 처

리한다. 그런 다음 무선 트랜시버(RF 모듈)가 데이터를 전송하여 물리적 통신을 수행한다.

모든 WSN 노드 설계 시 WSN 노드의 작은 크기와 제한된 전력 등의 기능을 고려하는

것이 중요하다.

3.2.1 MEMS 기반 센서 소형화 기술

마이크로 전자 기계 시스템(MEMS)에 기초한 WSN 노드의 소형화 기술은 최근 현저한

진보를 이루었다. MEMS의 핵심 기술은 마이크로 전자 기술, 마이크로 기계 기술, 패키징

기술의 결합을 실현하는 것이다. 미니어처 센싱 요소가 될수 있는 마이크로 전자 및 마이

크로 기계 기술을 토대로 2D 및 3D 마이크로 센서티브 구조의 다양한 버전을 생산할 수

있다. 전원 공급 및 신호 조절 회로와 관련된 이러한 소형 센서 요소는 소형 MEMS 센서

로 통합 및 패킹될 수 있다.


현재, 시장에는 변위, 속도, 가속, 압력, 응력, 변형, 소리, 빛, 전기, 자성, 열, pH 값 등 다

양한 물리적 및 화학적 신호와 바이오매스 신호의 측정에 사용할 수 있는 많은 종류의 소

형 MEMS 센서가 나와 있다. 2003년, 미국 캘리포니아대학 버클리캠퍼스(UCB)의 연구원

들은 마이크로 센서로 WSN 센서 노드(모트)를 개발했다. 모트의 MEMS 센서 모듈의 실제

크기는 2.8mm × 2.1mm였다11.

3.2.2 에너지 하베스팅 기술

MEMS 기술에 기반한 센서 등 소형 자율 센서에 동력을 공급하기 위해서 외부의 에너

지원과 주변으로부터 에너지 생산이 가능한 에너지 하베스팅을 노드는 필요로 한다. 이

러한 시스템은 대개 작고 전력이 거의 필요하지 않지만, 배터리 전원에 의존하기 때문에

적용이 제한되기도 한다.

에너지 하베스팅은 전통적 광세포 발전뿐 아니라 소형 압전결정체, 초소형 발전기, 열

전 발전 요소, 또는 전자기파 수신 장치 등을 통해 실현할 수 있다.

일부 회사들은 에너지 하베스팅 장치를 이용하는 센서 네트워크 애플리케이션을 상용

화하기 시작했다. 예를 들어 독일 기업 EnOcean은 소형 건물 조명 및 대기 모니터링을

위한 광 에너지 수확 장치, 진동 에너지 수확 장치, 온도 기반 에너지 수확 장치를 제공한

⋮그림 3-3⋮ WSN 센서 노드의 하드웨어 구조

전원 및 전원 관리

마이크로컨트롤러센서 트랜시버

35| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 35

다. 장비 및 건축물 상태 모니터링용으로, 다양한 압전 진동 에너지 수확 제품이 출시되

었다. 영국 기업 Perpetuum은 기계적 진동을 전기 에너지로 변환하여, 자율적이고 정비

가 필요 없는 산업용 무선 센서 노드에 영구적으로 전원을 공급하는 일련의 제품을 제공

한다. 이러한 센서 노드를 통해 우리가 손가락으로 책상을 두드려 만든 진동 에너지로 60

초마다 2kB의 데이터를 100m 전송하는 센서 노드를 지원할 수 있다.

배관 모니터링을 위해서는 온도차 에너지 하베스팅에 기초한 많은 제품들이 개발되었

다. Nextreme Company의 제품은 3.2mm × 1.6mm의 에너지 수확 물질에서 60°C의 온

도 차이로 0.25W의 전력을 생산할 수 있다. 그림 3-4와 3-5는 에너지 하베스팅 장치로

구성된 일부 센서 노드를 보여준다.

⋮그림 3-4⋮ 여유 에너지 수확 장치로 구성된 센서 노드14

운동 태양광 열

⋮그림 3-5⋮ 진동 에너지 수확에 기초한 모터 모니터링 시스템14


｜ 3.3 접근 네트워크 기술 ｜

그 길이가 수백 미터에서 몇 마일에 이르는 접속망에는 기간망과 사용자 단말 사이의 모

든 장치가 포함된다. 따라서 접속망은 “마지막 마일(the last mile)”이라고 불리기도 한다.

기간망은 주로 높은 전송률을 지닌 광섬유 구조를 사용하기 때문에, 접속망은 전체 네

트워크 시스템에서 병목 현상을 부르기도 한다.

그림 3-6과 같이 무선 채널의 개방적인 속성 때문에 여러 사용자가 채널을 공유할 때

시간, 공간, 또는 주파수 차원에서 충돌이 발생한다. 접속망 기술의 기능은 공유 채널의

여러 사용자 간 상호 연결 및 통신을 보장하기 위해, 채널 자원의 사용을 관리하고 조율

하는 것이다.

접속 거리와 속도에 따라 기존의 접속 기술은 근거리 무선 통신망(WLAN), 무선 도시 지

역 통신망(WMAN), 무선 개인 통신망(WPAN), 무선 광역 통신망(WWAN) 등 네 가지로 구분

할 수 있다. 하지만 높은 전송률이라는 전반적인 개발 동향은 WSN의 적용 요건에는 적

합하지 않다. 주요 이유는 다음과 같다.

⦁ 신뢰성의 측면에서 WSN의 작업 환경은 대체로 다소 혹독하다. 협대역 다중 주파수

잡음, 간섭, 다중 경로 효과가 있는 나쁜 환경 때문에 희귀한 채널 자원에 기초한 신

뢰할 수 있는 통신에서 해결이 필요한 시급한 문제가 발생한다.

⦁ 실시간 성능 측면에서 WSN 및 IoT 적용에는 다른 것보다 엄격한 실시간 요건이 존

재한다. 아주 작은 지연이 중요한 재난으로 이어질 수 있다 따라서, 여러 적용 상황

에서 견고한 실시간 통신을 보장해야 한다.

⦁ 에너지 효율성 측면에서, 낮은 에너지 소모량은 독립적 배터리 구동 장치의 장기적

37| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 37

인 운영을 지원하는 데 핵심 사항이다. 이는

특히, 교체가 어려운 배터리를 사용하는 장

치에 WSN 및 IoT를 적용하기 위한 또 다른

요건 중 하나이다.

현재의 WSN 적용을 위한 구체적인 요건

에 따르면 접속망 기술의 발전은 이미 상당

한 진보를 이루었다.

⋮그림 3-6⋮ 접속 기술14

펑!!

주파수

공간

시간

⋮그림 3-7⋮ 접속 기술의 개발 동향15

1000

100

10

1

0.1

000~1990 1995 2000 2005 2010 2015

최대

전송

률 T

rmax

(Mb

ps)

연도

이동성

로컬

WLAN

고속

2G

3G

4G

2G 이상

3G 이상

초고속

WLAN

WLAN

1세대

아날로그 음성

세대

(휴대전화)

2세대 디지털 음성

& 저속 데이터

3세대 보크(Voke) & 고속

데이터 멀티타임 데이터

4세대 ALL-IP 광대역 유비쿼

터스 & 심리스(Seamless)


보다 체계적이고 주목할만한 대표적인 접속 기술은 의료용 WSN 위주의 블루투스 4.0,

산업용 WSN 위주의 IEEE 802.15.4e16, 그리고 IoT 관점에서는 WLAN IEEE 802.11™17이

다. 이러한 기술들은 부록 A에서 더 자세히 설명되어 있다.

｜ 3.4 토폴로지 ｜

일반적으로 WSN은 수많은 센서 네트워크 노드와 인터넷 연결을 위한 게이트웨이로

구성된다. 일반적인 WSN 배치 공정은 다음과 같다(그림 3-8 참조). 우선, 센서 네트워크 노

드가 주변에 자신의 상태를 전송하고 다른 센서 네트워크 노드의 상태를 수신하여 서로

감지한다. 두 번째로 다수의 센서 네트워크 노드들이 특정 토폴로지(선형, 스타형, 트리형,

메시형 등)에 따라 연결된 네트워크로 조직된다. 마지막으로 센서 데이터 전송을 위해 구

축된 네트워크에 적절한 경로가 계산된다. 센서 네트워크 노드는 보통 배터리로 구동되

⋮그림 3-8⋮ WSN의 조직 및 전송 과정18

센서 배치

네트워크로 연결

발견 및 탐지

라우팅 및 전송

39| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 39

기 때문에 WSN 노드의 전송 거리는 짧다. 전송 거리는 시선 내에서 개방된 실외 환경에

서 최대 800~1,000m까지 가능하다. 은폐된 실내 환경의 경우 이는 수 미터로 급격하게

떨어진다. 네트워크 범위를 넓히기 위해 센서 네트워크는 멀티홉 전송 모드를 사용한다.

다시 말해 센서 네트워크 노드는 송신기이자 수신기이다. 첫 번째 센서 네트워크 노드(송

신처 노드)는 데이터를 게이트웨이에 전송하기 위해 근처 센서 네트워크 노드에 데이터를

보낸다. 근처에 있는 센서 네트워크 노드는 데이터를 게이트웨이로 가는 경로에 있는 다

른 근처의 노드 중 하나로 전달한다. 데이터가 목적지인 게이트웨이에 도착할 때까지 전

달이 반복된다.

WSN의 프로토콜 및 일부 구현 기술은 무선 및 유선 컴퓨터 네트워크의 성숙한 아키텍

처와 기술에 적용할 수 있다. 하지만 WSN의 특징은 자동구성, 자가 적응, 제한된 노드 에

너지, 불안정한 전송 연결이다.

3.4.1 신뢰할 수 있는 자동구성 네트워킹 기술

WSN 노드의 위치는 임의적이고, 노드는 옮기거나 은폐할 수 있으며, 서로 간섭할 수

있다. 메시 네트워크의 토폴로지는 다른 네트워크 토폴로지에 비해 유연성과 신뢰성이

뛰어나다. 네트워크 노드의 자동구성 관리 접근법은 네트워크의 견고성을 크게 향상시켜,

그림 3-9와 같은 스마트 메시 네트워킹 기술을 만든다. 스마트 메시 임시 네트워크 기술

에서 노드는 먼저 인근의 노드를 모니터링하고, 신호 강도를 측정한 후 시간 동기화에 적

합한 인근 노드를 선택하여 합동 요청을 보낸다. 그런 후 인근 노드가 게이트웨이에 요청

을 보낸다. 게이트웨이는 요청을 받아 노드에 네트워크 자원을 할당한다. 메시 네트워크

에 기초하여 센서 네트워크 노드는 둘 이상의 전송 경로와 함께 할당되어 네트워크의 신

뢰성을 향상시킨다. 더스트 네트워크의 시간 동기화 메시 프로토콜(TSMP) 네트워크19는

자동구성 네트워크를 지원하고 백 개의 노드로 구성된 네트워크를 유지할 수 있다.


3.4.2 저비용 IP 연계기술

초기의 센서 네트워크 설계는 대개 센서 네트워크 노드를 관리하는 데 내부 주소를 이

용했다. 주소 길이가 상대적으로 짧았고, 저출력 내장형 센서 네트워크 노드를 구현하기

에 적합했다. 하지만 내부 주소 관리 방법은 인터넷의 IP 방식과 호환되지 않아 센서 네

트워크 노드와 전통적인 IP 네트워크 노드 간 상호 작용을 더 어렵게 만들었다. 따라서

WSN과 IP 네트워크의 연결성 문제를 해결할 필요성이 있다.

전통적인 IPv4 주소는 점점 고갈되고 있지만, 새로운 IPv6 기술은 광범위한 센서 네트

워크 배치에 적합한 거대한 주소 자원을 지니고 있다. 그 결과 IPv6에 기초한 6LoWPAN

저출력 무선 기술이 등장했다20. 6LoWPAN은 일반적으로 IEEE 802.15.4 프로토콜의 링

크 층 위의 단순화된 IPv6 프로토콜을 실행했다. 헤더 압축 및 패킷 분할 리로딩은 IP 계

층과 링크 계층 사이에 적응층을 추가하여 실행되며, 이는 그림 3-10과 같이 IPv6 네

트워크와 센서 네트워크 사이에서 적응되는 프로토콜을 달성하는 신뢰할 수 있는 방

법이다. NanoStack21에 기초한 Sensinode Company의 센서 네트워크 제품과 CC-

6LoWPAN22에 기초한 TI Company의 센서 네트워크 제품은 모두 6LoPAN 기술을 이용

하여 확장성과, 센서 네트워크와 IP 네트워크 사이의 신뢰할 수 있는 지속적인 상호 연

결성을 제공한다.

⋮그림 3-9⋮ 메시형 자동구성 네트워크14

41| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 41

⋮그림 3-10⋮ 6LoWPAN 프로토콜 스택14

적용

IKEv2

UA

RT1

UA

RT2

IPSec 구

성

& 키

데이

터베

이스

AR

M C

ortex

M3

ZW

IR

450

2

GP

IO &

주변

장치

IPSec

HAL

OTA 업데이트

UDP

ICMPv6

IPv6

6LoWPAN

IEEE 802.15.4 MAC

IEEE 802.15.4 MAC

IEEE 802.15.4 PHY

네트워크 버퍼

메시 라우팅

⋮그림 3-11⋮ 6LoWPAN 개선된 헤더 압축 예시23

급

전

UDP

포

트

UDP

체크섬

압축 UDP/IPv6 헤더

6바이트

IPH

C

NH

C

급

전

UDP

포

트

홉

제

한

UDP

체크섬


10바이트CID

NH

C

급

전

UDP

포

트

UDP

체크섬


7바이트

Mca

st G

rp

길

이

IEEE 802.15.4 헤더

송신지 주소 수신지 주소 22바이트

FCF

DSN

PAN

ID


3.4.3 자가적응형 플로우 제어 기술

WSN과 전통적인 유선 네트워크 사이의 차이점 중 하나는 무선 통신의 불안정성에 있

다. WSN에서 노드 사이의 통신은 간섭 및 폐쇄에 민감하기 때문에 신호 전송 실패로 이

어진다. 전통적인 네트워크는 안정적인 유선 네트워크로서, 혼잡 시에만 데이터가 손실

된다. 플로우 제어의 원칙은 데이터 송신자가 데이터 전송의 손실 상황에 따라 트래픽 전

송을 조정하는 것이다. 데이터 손실이 발생하는 경우, 송신자가 전송 속도를 줄인다. 그

리고 데이터가 손실되지 않는 경우, 송신자가 전송 속도를 높인다. 이러한 플로우 제어

방식은 WSN에서는 더 이상 적합하지 않은데23, 그 이유는 센서 네트워크의 데이터 손실

이 대부분 혼잡, 간섭, 폐쇄 때문에 발생하기 때문이다. 순수하게 전송 속도를 늦추는 것

은 문제를 해결하지 못하고, 네트워크 성능만 낮추는 것이다. 불안정한 전송 조건에서의

네트워크 성능 저하 문제를 해결하기 위해, 적응형 플로우 제어가 제안되었다. 적응형 플

로우 제어는 패킷 손실의 원인을 점검하고 전송 흐름을 조정한다.

반면에, 연결 품질과 전송 오류의 수에 따라, 전송 거리 및 처리량을 고려하여 좋은 네

트워크 안정성을 확보하기 위해 노드 사이에서 데이터를 전송하는 데 가장 좋은 전송 속

도가 우선순위로 매겨진다.

｜ 3.5 데이터 취합 ｜

에너지 제한적 센서 네트워크 환경에서 배터리 전력, 처리 능력, 저장 용량, 통신 대역

폭 등 여러 측면에서 각 노드가 데이터를 싱크 노드로 전송하는 것은 적절치 않다. 이는

커버리지가 높은 센서 네트워크에서는 인근 노드에서 보고되는 정보가 약간의 중복성이

있어 각 노드에서 데이터가 별도로 전송되고, 전체 센서 네트워크의 대역폭과 에너지를

소모하여 네트워크의 수명을 단축시킨다.

43| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 43

상기 언급된 문제를 피하기 위해 데이터 취합 기술이 도입되었다. 데이터 취합은 복수

의 정보 사본을 중간 센서 노드의 사용자 필요를 충족할 수 있도록 하나의 사본으로 통합

하는 절차이다.

데이터 취합 기술의 도입은 에너지 절감과 정확한 정보 획득이라는 두 가지 혜택을 준

다. 데이터 전송에 소모되는 에너지는 센서 네트워크에서 데이터를 처리하는 에너지보다

훨씬 크다. 따라서 노드의 로컬 컴퓨터 및 스토리지 용량에서 데이터 취합 작업은 대량의

중복 데이터를 제거하여 전송량을 최소화하여 에너지를 절약한다. 복잡한 네트워크 환경

에서는 분산 센서 노드의 소수의 데이터 샘플 수집으로만 획득한 정보의 정확성을 보장

하기 어렵다. 그 결과 동일한 객체의 데이터 모니터링에는 획득한 정보의 정확성과 신뢰

성을 효과적으로 개선시키는 다중 센서의 협동 작업이 필요하다.

데이터 취합 프로토콜의 성능은 네트워크 토폴로지와 밀접한 관계가 있다. 그런 다음

일부 데이터취합 프로토콜을 그림 3-12와 같이 스타형, 트리형, 체인형 네트워크 토폴로

지로 분석할 수 있다.

데이터 취합 기술은 다른 영역의 성능을 희생하면서 에너지를 절약하고, 정보 정확성을

향상시킬 수 있다. 한 편으로는 데이터 전송 절차에서 취합된 노드 검색, 데이터 취합 작

업, 다른 데이터의 도착 대기는 네트워크의 평균 지연을 높이기 쉽다. 다른 한편으로는 전

통식 네트워크에 비해 센서 네트워크는 데이터 손실률이 더 높다. 데이터 취합은 데이터

중복을 크게 줄이지만 실수로 더 많은 정보를 잃어 센서 네트워크의 건전성을 저해한다.

싱크 노드싱크 노드

a) 스타형 WSN 토폴로지 b) 트리형 WSN 토폴로지 c) 체인형 WSN 토폴로지

싱크 노드

1 11 2 4

3

2 2

3 5

4 4

3

⋮그림 3-12⋮ 세 가지 종류의 WSN 토폴로지: 스타형, 트리형, 체인형14


｜ 3.6 보안 ｜

미래의 모습에 관한 많은 헐리우드 영화가 있고, IoT에 관한 환상은 헐리우드의 환상에

버금간다. 두 환상에는 한 가지 공통적인 주제가 있다. 기계가 자동화된 사회 안에서 전

체적으로 매우 강력해진다는 점이다. 이 안에서 개인의 사생활과 보안에 관한 질문은 보

안이 생성되는 곳 내부의 복잡한 사슬이 무한하고, 가장 약한 연결 고리가 전반적인 보

안 수준을 정의함에 따라 더욱 복잡해진다. IPv6에는 새로운 세상을 형성할 수백억여

개의 데이터 지점을 아우르는 충분한 IP 주소가 있다. 문제는 그러한 주소들이 모두 개

인의 프라이버시를 보장하고 악의적 공격으로부터 시스템을 보호할 수준으로 안전한지

여부이다.

전통적인 TCP/IP 네트워크에서는 네트워크 데이터의 기밀성, 무결성, 가용성을 보호하

기 위해 보안이 구축된다. 이를 통해 시스템을 신뢰할 수 있게 되고, 시스템 고장이나 정

보 누출 등으로 이어질 수 있는 악의적 공격으로부터 시스템을 보호할 수 있다. 노드 및

애플리케이션 환경의 특징인 WSN 보안에는 전통적인 보안 보호 뿐 아니라 신뢰, 보안,

프라이버시(TSP) WSN의 특별 요건도 필요하다.

3.6.1 신뢰, 보안, 프라이버시

TSP WSN은 적용 시나리오에 따라 무결성, 가용성, 기밀성, 거부 없음, 사용자 프라이

버시의 보안 보호가 필요할 수 있다. 이는 악의적 공격으로부터 시스템을 보호하여 시스

템 무결성, 신뢰도를 지원한다. TSP WSN은 노드가 변조되지 않도록 보호하고, 통신 채

널과 네트워크 계층의 라우팅을 보호해야 할 수 있다24. 공격을 감지하기 위해 TSP 로깅/

감시 기능이 필요할 수 있다.

TSP WSN 기술은 메시지 인증, 암호화, 액세스 제어, ID 인증 등으로 구성된다. WSN의

TSP 필요성은 노드 보안, 암호화 알고리즘, 키 관리, 보안 라우팅, 데이터 취합 등으로 분

45| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 45

류할 수 있다25,26.

노드 보안 및 절전 방해

WSN의 노드는 로컬 인터페이스나 직접적인 물리적 공격으로 변조될 수 있다. 무단으

로 재배치되거나 도난당할 수 있다.

노드 보안은 시큐어 웨이크업(wakeup)과 시큐어 부트스트랩핑(bootstrapping)을 포함

할 수 있다. 로우 듀티 사이클은 배터리로 구동되는 센서 노드의 오랜 수명을 보장하는

데 필수이다. 서비스 거부 공격의 특정 클래스, 이른바 “절전 방해(sleep deprivation)” 공

격28은 센서 노드가 절전 모드에 들어가는 것을 방해하여, 공격을 당한 센서 노드의 수명

을 심각하게 단축시킨다. 메시지 인증 코드나 프레임 암호화와 같은 표준 보안 매커니즘

은 절전 방해 공격을 예방하지 못한다. 노드에 전원이 들어오고, 에너지는 수신된 메시지

를 처리하는 데 사용된다. 공격은 배터리 전원이 이미 소진된 경우에만 인식할 수 있다.

그림 3-14는 추가적인 초저전력 웨이크업 무선 장치의 센서 노드를 보여준다. 웨이크업

무선 장치는 센서 노드가 절전 상태에 있을 때 채널을 듣는다. 웨이크업(wake-up, 절전 모

보안 데이터 취합

네트워크 공격--

웜홀, DDoS, 재밍,

싱크홀, 시빌, ……

기타 보안:

감사, 침입 탐지,

프라이버시, ….

보안 라우팅

애플리케이션 계층

미들웨어 계층

운영체제

하드웨어 계층

접근 제어, 키 관리

암호화

⋮그림 3-13⋮ WSN의 TSP 아키텍처27


드 해제) 신호를 받으면 센서 절전 모드 해제를 작동시킨다. 일반적인 웨이크업 무선 장치

설계에 보안 기능을 추가하려면, 웨이크업 신호가 암호화된 웨이크업 코드여야 한다29.

웨이크업 코드가 단 한 번 사용되고, 각 노드에 고유하기 때문에, 노드의 절전 모드가 해

제되면 선명하게 전송될 수 있다.

3.6.2 암호화 알고리즘

암호화(Encryption)는 데이터 센서 노드의 원본 정보를 변경하는 특수 알고리즘으로, 이

는 무단 사용자가 암호화된 정보에 접근했더라도 원본 정보를 알 수 없도록 만든다. 공

공 인프라의 WSN은 필연적으로 공공 활동의 범위에 노출된다. 전통적인 메시지 인증 코

드, 대칭형 암호화, 공개 키 암호는 자신의 결점을 노출한다30,31. 따라서 암호화 시스템은

더이상 WSN에 적합하지 않으며 제안되어야 할 필요성이 있다. 스페인 기업 Libelium은

2010년에 스마트 시티 WSN의 데이터 보안을 위해 Waspmote 암호화 라이브러리를 개

발했다. Waspmote의 무선 센서 장치는 기본적으로 암호화된 라이브러리를 지원한다.

라이브러리는 데이터 링크 계층, 네트워크 계층, 애플리케이션 계층의 다양한 암호화 매

커니즘과 상담 매커니즘에 맞게 설계되었다. 라이브러리는 Zigbee® 프로토콜을 확장하

고, Zigbee® 의 보안성도 향상시켰다(그림 3-15 참조).

I/O

I/플래시

CPU

PAM

웨이크업 무선 장치

메인 무선 장치

센서 노드

⋮그림 3-14⋮ 보안 웨이크업 무선 장치29

47| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 47

3.6.3 WSN의 키 관리

키 관리는 WSN 보안 영역에 초점을 둔다. 키 관리에는 키 생성, 배포, 확인, 업데이트,

보관, 백업, 유효성 검사, 파괴 등이 포함된다. 효과적인 키 관리 매커니즘은 보안 라우팅,

보안 위치 지정, 데이터 취합과 같은 다른 보안 매커니즘의 토대가 되기도 한다. WSN의

전형적인 키 관리 계획에는 글로벌 키 관리, 임의 키 관리, 위치 키 관리, 클러스터링 키

관리, 공용 키 기반의 키 관리 등이 포함된다33.

시큐어 부트스트래핑 절차는 센서 노드의 보안 구성을 구축한다. 가령, 조인 키는 부트

스트래핑 중에 구축된다. 부트스트래핑 절차는 여러 가지가 있고 적절한 부트스트래핑

절차의 선택은 환경에 크게 의존하기 때문에, 센서 네트워크의 정상적인 작동은 부트스

트래핑과 분리된다. 따라서 정상적인 작동을 위해 보안 아키텍처를 변경할 필요 없이 부

트스트패링 절차를 변경할 수 있다. 적절한 부트스트래핑 절차는 애플리케이션과 그 환

경에 의해 크게 좌우된다. 그에 따라 토큰 기반, 노드 생산 시 키 사전 구성, 메시지 물리

적 보호, 약한 보안 설정 단계에서의 인밴드, 대역 외 통신 등 다양한 부트스트래핑 절차

가 제안되었다.

WWW

게이트웨이

링크 계층- 공통 키

애플리케이션 계층- P2P 키

웹 계층 - SSL, HTTPS

⋮그림 3-15⋮ Waspmote 암호화 라이브러리의 전형적인 애플리케이션32


3.6.4 WSN의 보안 라우팅

WSN이 데이터 전송 시 멀티홉을 이용하고 네트워킹 시 자기조직화를 이용하기 때문

에, 각 노드에도 라우팅 검색, 라우팅 구축, 라우팅 유지보수가 필요하다. 보안 라우팅 프

로토콜은 효과적인 라우팅 결정을 완성하고, 출처 노드에서 싱크 노드까지 안전한 데이

터 취합 및 중복성 제거의 전제 조건이 될 수 있다. 많은 보안 라우팅 네트워크가 WSN용

으로 특수 설계 되었고, 이들은 네트워크 구조에 따라 평면 기반 라우팅, 계층 기반 라우

팅, 위치 기반 라우팅 등 세 가지 범주로 나눌 수 있다35.

전형적인 시큐어 라우팅 프로토콜 방식에는 피드백 정보, 위치 정보, 암호화 알고리즘,

다중 경로 선택 방법, 계층 구조에 기반한 방식이 포함된다. 다양한 시큐어 라우팅 프로

토콜은 지연, 신뢰, 위치, 미디어 액세스 제어(MAC) 계층의 인증 프레임의 초과 용량 정보

등을 포함하는 피드백 정보에 기초하는 시큐어 라우팅 프로토콜과 같은 다양한 유형의

공격36 문제를 해결할 수 있다. 암호화를 사용하지 않더라도, 이 방법은 잘못된 라우팅 정

보, 세스풀(cesspool) 공격, 웜홀 같은 일반적인 공격에 저항할 수 있다. 오늘날 대부분의

시큐어 라우팅 프로토콜은 센서 네트워크가 정적이라고 가정하기 때문에, 더 많은 새로

운 시큐어 라우팅 프로토콜을 개발하여 센서 노드의 이동성을 충족시켜야 한다37.

3.6.5 WSN의 보안 데이터 취합

시큐어 데이터 취합은 각 노드 데이터의 보안을 확보해 준다. 따라서, 일반적인 시큐어

데이터 취합 절차는 다음과 같다. 먼저 노드가 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하고, 이 정

보를 상위 취합 노드로 안전하게 전송할 수 있어야 한다. 상위 취합 노드는 데이터의 신

뢰성을 판단하고, 중복에 기반하여 계산을 취합한다. 각 취합 노드는 다음의 안전하고 신

뢰할 수 있는 홉을 선택하여 중앙 노드로 데이터를 전송한다. 중앙 노드는 데이터의 신뢰

성을 판단하고 최종 취합을 수행한다38.

처음에 데이터 취합은 에너지 문제로 인식하고, 보안 문제로는 거의 여기지 않았다. 이

49| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 49

제 보안 데이터 취합은 대개 클러스터, 링, 계층 이론에 기초하는 인증 및 암호화를 통해

실현된다. 뮌헨대학교는 보안 전송 계획을 실현하기 위해 DTLS 프로토콜에 기초한 데이

터 취합 프로토타입을 개발하였다. 그림 3-16의 빨간 동그라미는 그 보안 데이터 취합 프

로토타입을 보여준다.

서버

게이트웨이

데이터 싱크


⋮그림 3-16⋮ 보안 데이터 취합 제품39


｜ 4.1 시스템 품질, 아키텍처 상이함, 아키텍처 프레임의 필요성 ｜

IoT는 단 하나의 단어로 표현할 수 있는 광범위한 과제로 특징지을 수 있다. 그 단어는

바로 “규모”이다. 현재 인터넷의 문맥에서 알려진 모든 과제 역시 IoT와 관련되어 있지만,

그 규모는 일반적으로 훨씬 크고, 그 함의는 그보다 훨씬 더 심각하다. 그러한 과제의 예

시는 다음과 같다.

⦁ 이용 사례 영역의 범위: 현재 인터넷이 이미 사람들의 삶과 기업체 및 조직의 일상

을 잠식했지만, 이러한 침투의 범위와 깊이는 IoT로 인해 더욱 확대될 것이다. 새로

운 적용 분야가 열릴 뿐 아니라(실시간 원격 생활 재고품 모니터링, 이해 단체 모니터링, 교

통 모니터링 참여 등), 정보 및 통신 기술(ICT)에 의한 처리 및 조치의 확산이 증가할 것

이다. 이것의 진가는 가치사슬 내의 무선 주파수 식별(RFID)의 적용을 통해 제공된

다. 사업체의 IT는 이미 사내 제품의 거래 총량을 추적할 수 있으며, RFID는 전체 가

치 사슬에서 단일 품목까지, 그리고 조직 단위 전반(생산, 외국으로 가는 물류의 흐름 관

리, 소매 등)에 침투했다.

4장

WSN의도전 과제

51| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 51

⦁ 비즈니스 모델의 차이: 웹 2.0이 이미 비즈니스 모델의 상이함과 새로운 파괴적 비

즈니스 모델의 확산을 주도하고 있지만, 이러한 동향은 IoT가 향후 인터넷의 상당히

큰 부분을 차지하게 되면서 증폭될 것으로 보인다.

⦁ 소유권 및 차용권: 현재 인터넷에서 독점적인 소유권과 사용은 굉장히 중요한 규칙

이지만, IoT의 사회학에서는 다를 것이다. 가령 도시 전체의 센서 네트워크 같은 복

잡한 시스템을 반드시 한 집단이 소유하지 않게 될 것이고, 비소유자 집단의 영향이

증가할 것이다(변호사 집단, 공공 기관, 입법 기관 등). 또한, 대개 하나 이상의 조직이 동

일한 시스템을 운영할 것이다. 예를 들어, OEM(original equipment manufacturer) 업

체가 생산 기계의 유지보수를 몇 개의 역외 서비스 제공업체에 아웃소싱하여, 결과

적으로 생산 IoT 시스템으로의 원격 접근이 필요하게 될 것이다.

⦁ 포함되는 대상의 범위: IoT로 감지, 추적, 조작되는 “사물”의 범위가 정말로 압도적

일 것이다. 그 범위는 미세 물질이나 극미세 물질부터 행성이나 그보다 큰 거시적

대상까지 아우를 것이다. 이것의 디지털 그림자는 매우 다르고, 그 구성 내용은 내

용에 따라 다르다. 예를 들어 운송 회사의 경우, 전체 컨테이너는 보통 가장 미세한

크기의 입상을 구성하고, 그렇게 “사물”을 구성하는 반면, 그러한 컨테이너 안의 각

제품은 수신하는 소매업자 및 최종 고객의 “사물”을 구성한다.

⦁ 시간 척도 및 신뢰도: IoT는 높은 신뢰도의 실시간 제어가 필수인(공장 자동화, 항공기

제어 등) 영역에 적용될 것이다. 반면 다른 분야(빙하 모니터링, 가축 떼 모니터링 등)는 분

단위에서 연 단위의 시간 척도로 오프라인에 준하는 방식으로 수행될 수 있다.

상기 과제의 규모만으로도 IoT 시스템이 해결해야 하는 매우 다양한 문제가 발생할 것


이다. 당연하게도 이는 다양한 시스템 관련 우려와 열망으로 해석될 것이고, 거의는 아니

더라도 대부분은 여러 시스템 수준에서 표현될 것이다. 특히, 우려와 열망은 전체 IoT 시

스템의 성능을 다루고, 개인이나 부분을 다루는 일은 그보다 적을 것이다. 따라서 IoT 설

계자들은 다양한 질적 요건에 직면하게 되고, 동일한 질적 요건을 수행하는 데 선택할 수

있는 하나 이상의 건축 옵션이 있을 것이다. 이 문제는 표 1에서 설명되어 있다. 각 시스템

의 품질마다, 이러한 품질이 영향을 받을 하나 이상의 아키텍처 뷰(architectural view)가

존재한다. 시스템 확장성을 예를 들어 보겠다. 확장성에 영향을 미치는 하나의 관점은 기

능적 견해이다. 예를 들어, 중앙 집중화된 기능에 대항하여 분산된 기능을 쟁취하는 식이

다. 동일한 전략이 시스템 내에서 처리되는 정보의 관점에서 추구될 수 있다.

다시 말해, 시스템 품질은 하나 이상의 아키텍처 뷰에 영향을 미친다. 또한, 하나의 관

점(예: 확장성)으로 하나의 품질을 달성하면 다른 시스템 품질(예: 보안성)에 역효과를 가져

올 수 있다.

아키텍처의 해결 공간은 다차원적이고 얽혀 있으며, 질적인 요건이 하나 이상의 시스

템 측면에 영향을 미치고, 특정 품질을 달성하기 위한 전술은 보통 하나 이상이 존재하기

때문에, 이는 아키텍처 상이함으로 이어진다. 특히 개발팀이 다양할 경우 서로 다른 아키

텍처가 파생되고, 경감 조치가 취해지지 않을 경우 정해진 동일한 요건에 부합하지 않는

시스템 구현이 발생할 것이다. 이는 전혀 새로운 문제는 아니지만, 해당되는 이용 사례

영역, 각 이용 사례 영역에서 진화된 다양한 문화, 모범사례의 범위가 거대하기 때문에

IoT에서 훨씬 더 두드러진다.

상호 운용성이 위기를 맞은 것 다음으로, 아키텍처 상이함에는 불리한 면이 또 하나 있

다. 바로 기능, 모듈, 개념의 “수평적 순환”이 하나의 영역에서 다음 영역으로 낮아지는

것이다. 즉, 활용 영역 경계 전체의 모범 사례 솔루션, 기능적 모듈 등의 흐름이 다양한 아

키텍처의 제어되지 않는 생태계에 의해 방해받게 될 것이다. 이 두 가지는 자본적 지출

(CAPEX, 예: 혁신 및 개발비) 및 운영 지출(OPEX, 예: 새로운 직원이 이해하는 데 시간이 필요한 매우

53| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 53

복잡한 시스템)에 영향을 미친다. 따라서, 아키텍처 상이함 역시 IoT의 비즈니스 가능성에

부정적인 영향을 미친다.

위 문제들은 스스로 해결되지 않기에 시정 조치가 필요하다. 아키텍처 원칙의 재사용

과 시스템 모듈 및 개념의 재사용을 촉진하는 아키텍처 프레임워크(레퍼런스 모델, 레퍼런

스 아키텍처와 적용 방식 안내)가 필요하다. 레퍼런스 모델은 IoT 이용 사례와 IoT 시스템을 설

명하고 분석하기 위한 일관된 온톨로지와 시맨틱을 제공한다. 레퍼런스 아키텍처는 IoT

이해당사자의 우려와 기대를 충족하는 IoT 시스템 구축 방법에 관한 높은 수준의 조언을

제공한다. 적용 방법에 대한 지침은 질적인 시스템 요건을 대하는 방법에 관한 문제에 답

을 제시하고, 동시에 아키텍처 및 시스템 상이함을 방지한다.

｜ 4.2 초대형 센서 장치 액세스 ｜

미래의 WSN 감지 장치 설치는 운송, 전기, 산업 및 기타 중요 인프라의 종합적인 모니

신뢰, 보안,

프라이버시성능 및 확장성 가용성 및 복원성 확장성

아키텍처뷰

기능 중 중 저 고

정보 중 중 저 고

동시성 중 고 중 중

배치 고 고 고 저

운영 중 저 중 저

⋮표 4-1⋮ 시스템 품질에 관한 아키텍처 뷰의 활용(선택)40

시스템 품질


터링 필요성 때문에 기하급수적으로 늘어날 것이다. 예를 들어, 공장의 생산 장비 모니터

링에서 온도나 진동 등 장치의 상태를 측정하기 위해서는 장치에 다양한 센서를 설치해

야 한다. ABI Research의 추정에 따르면 향후 10년 이내에 5백만 대의 새로운 사물 통

신(M2M) 장치가 출현할 것이고, WSN 장치의 수가 이러한 규모의 대부분을 차지할 것이

라고 한다. 그 결과 엄청나게 많은 양의 WSN 장치 접속에 대응하는 방법이 중요한 과제

이다.

4.2.1 방대한 이종 데이터 처리

인프라의 정보 및 지능 절차에서 WSN 기술을 대규모로 적용하여, WSN 센서에서 생산

되는 정보의 양은 오늘날의 EB 수준(1,018바이트)에서 ZB(1,021바이트) 수준으로 성장할 것

이다. IDC의 통계 및 예측에 의하면, 2009년 전 세계 데이터의 양은 0.8ZB(1,021바이트)였

고, 이는 2020년까지 35ZB가 될 것이라고 한다42. 데이터의 주요 부분인 실제 세계의 센

서 데이터의 양은 인간 사회의 양보다 30배 많다. 이런 의미에서 저장 및 전송은 물론 대

량 데이터의 적시 처리는 전례없는 과제가 될 것이다.

온도, 압력, 흐름, 속도 및 기타 물리적 차원을 포함한 WSN 센서 데이터는 다차원적인

이질적 특성을 지닌다. 정보 및 지능 인프라의 적용에는 그러한 다차원적인 이질적 데이

터의 융합 처리가 필요하다. 하지만 기존의 정보 처리 기술은 증가하는 WSN에 대한 수

요를 충족하기 어렵다.

4.2.2 극적 변화를 위한 지능적 제어 및 서비스

도시 인프라의 향후 운영 및 관리를 위해서는 안전성, 에너지 보존, 효율성, 편이에 대

한 필요를 충족해야 한다. 기존 모드에서는 정보가 자동으로 수집되고 수동 분석을 통해

처리되며, 그에 따라 결정 및 반응이 이루어진다. 하지만, 이 모드는 더이상 적용할 수 없

다. 역동적인 변화에 대응할 준비가 된 지능형 제어가 이루어져야 한다. 먼저 WSN 적용

55| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 55

모드가 단순한 통찰에서 폐쇄 루프 제어로 전환되어야 한다. 예를 들어, 지능형 교통 분

야에서 원활한 도시 운송을 보장하려면 교통 상황에 대한 역동적 분석과 교통 신호등의

실시간 조절이 이루어질 필요성이 있다. 그럼에도 불구하고, 인프라 제어는 굉장히 중요

하기 때문에 지능형 제어의 보안성과 신뢰도를 보장하는 것이 주요 과제가 될 것이다. 두

번째로 WSN 서비스 모드는 사전 정의된 하나의 모드에서 역동적이고 개인화된 모드로

전환해야 한다. 예를 들어, 스마트 전력 이용 시 사용자의 전력 수요와 그리드 작동의 효

율성 개선을 모두 보장하려면, 공기 조절 온도 설정과 조명 수준을 그리드의 현재 부하,

환경 조건, 개인 선호에 따라 역동적으로 조절해야 한다.

하지만, 환경적 변화에 따라 서비스를 역동적으로 생성하는 것이 주요한 과제가 될 것

이다.

｜ 4.3 센서 네트워크 아키텍처 ｜

센서 네트워크 기술은 뚜렷한 성과와 함께 도심 인프라 구축에 널리 이용되었다. 하지

만 다른 센서 네트워크 분야에서 네트워크 내장형 센서 또는 제어 장치는 주로 다른 하드

웨어 플랫폼, 운영 체제, 데이터 베이스, 미들웨어를 기반으로 한다. 그리고 그들은 전용

비즈니스 시스템이나 애플리케이션 관리 플랫폼으로 지원되는 경우를 제외하고, 자유로

운 정보 교환을 통해 다양한 이종 네트워크 환경에 배치되지 못한다. 아키텍처 설계의 측

면에서 대부분의 센서 네트워크 적용 환경은 폐쇄형 아키텍처와 강 결합되어 설계된다.

이런 의미에서 시스템은 정보 사일로의 특징을 나타내고 소규모 산업의 적용 환경에만

적절하다. 게다가 인프라 시스템 아키텍처와 서비스를 공유하고 재사용하기는 어렵다.

또한, 제3자 자원을 시스템에 비용 효과적으로 통합하기도 어렵다. 그 결과 대규모 센서

네트워크 기술의 적용과 추진은 제한적이다.


따라서 개방적이고 유연한 시스템 프레임워크를 더 많이 구축하여 이러한 IoT 병목

을 타파하는 것이 시급하다. 편리한 센서 정보를 공유하거나 수요를 제어하고, 고립된

데이터를 센서 네트워크에 통합하기 위해서는 센서 네트워크 개발을 위한 퍼베이시브

(Pervasive) 컴퓨팅이 불가피하다.

퍼베이시브 컴퓨팅을 달성하고 이종 자원을 공유하려면, 웹 기술이 플랫폼 사이에서

자원과 서비스를 공유하는 기본적인 프레임워크이기 때문에 웹 기술을 선택하는 것이

자연스럽다.

현재 세계적으로 웹 관련 센서와 관련한 두 가지 동향이 있다. 하나는 세계 곳곳의 사람

들이 센서를 쉽게 공유할 수 있게 해 주고, 다른 하나는 센서가 다른 센서와 협력할 수 있

도록 해 준다.

｜ 4.4 높은 동시 접속률 ｜

스마트 그리드 및 다른 산업 분야에서 무선 접속 기술이 확산되면서 동시에 더욱 엄격

한 성능 요건(대규모, 저지연)이 기대된다. 스마트 그리드를 예로 들면, 강압 변압기의 제어

에는 12개의 노드로 된 네트워크에 0.667~2ms의 지연, 변전소 구역 내 수천 개의 노드

로 된 네트워크에 2차 지연, 수천 개의 노드로 된 미래의 첨단계량인프라(AMI)에 2차 또는

다차 지연이 일반적으로 요구된다. 현재의 WSN 접속 기술이 애플리케이션 모니터링에

충분한 수백 대 규모의 네트워크의 엔드투엔드 송전용 2차 지연을 지원할 수 있지만, 미

래 애플리케이션의 높은 동시 접속률 요구는 아직 충족할 수 없다. 가벼운 트래픽과 높은

동시 실행률 같은 WSN 적용을 다룰 때에는 기존의 접속 기술에 다음과 같은 문제점이

있다.

57| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 57

⦁ 기존의 일정 기반 접속 기술은 보통 전송 신뢰도를 보장하기 위해 재전송 타임 슬

롯, 여러 사용자 간 주파수 분할, 재사용 불가 자원 할당 등을 보유하는 전략을 적용

한다. 이처럼 보호되는 자원들은 충분히 활용되지 않는다.

⦁ 경쟁 기반 접속 기술은 자원 활용에서의 충돌에 대처해야 한다. 동시 접속의 데이터

트래픽이 증가하면서 네트워크 성능이 현저히 저하될 것이다.

⦁ 높은 동시성을 지닌 영역, 특히 유효하중(페이로드)이 일반적으로 적은 제어 영역은

기존의 접속 기술이 적용될 경우 패킷의 헤드가 크기 때문에 오버헤드가 과중해져

스펙트럼 접속의 효율도 매우 낮아진다.

지금까지 상기 문제를 해결하기 위해 두 가지 해결책이 제안되었다. 하나는 ABB가 제

안한 블루투스 기반의 센서 및 액츄에이터 용 무선 인터페이스(WISA)이고, 다른 하나는

Chinese Academy of Sciences의 Shenyang Institute of Automation이 주도하는 일

군의 중국 단체들이 제안한 IEEE 802.11™ 기반 산업 자동화를 위한 무선 네트워크-공장

자동화(WIAFA)이다.

4.4.1 주파수 분할 다중화를 통한 높은 동시 접속률

블루투스는 2,400~2,483.5MHz의 범위 내에서 작동하고, 79개의 지정된 블루투스

채널을 지니며, 단거리에서 데이터를 교환한다. 블루투스는 가벼운 트래픽과 높은 동시

실행률 요건을 충족하기 위해 물리적 계층에서 사용될 수 있다. 그밖에도 시분할 다중 접

속(TDMA), 주파수 부할 다중화(FDM), 주파수 도약(FH) 기술을 지원하기 위해 MAC 계층이

설계될 수 있다. 장파 무선 주파수 전원은 최첨단 전력 공급 기술이다.


4.4.2 분산 안테나 시스템을 통한 높은 동시 접속률

IEEE 802.11™17은 2.4GHz, 3.6GHz, 5GHz, 60GHz 주파수 대역에서의 WLAN 통신

실행을 위한 MAC 및 물리적 계층의 세트이다. 분산 안테나 시스템의 네트워크 아키텍처

에 이어 IEEE 802.11™ 기반 PHY 와 FDM 및 TDMA 기반 MAC 계층은 장거리 통신에 적

절하다. 그밖에도, 채널 상태 인식 자원 할당, 데이터 취합, 패킷 취합 및 기타 성능 최적

화 방법을 공동으로 활용하여, 데이터 지연을 10ms까지 줄일 수 있다. IEEE 802.11™ 기

반 높은 동시 접속 기술은 맥주병 충전, 로봇 생산 라인 등 산업에서 널리 적용될 수 있다

(그림 4-2 참조).

제어기

호스트 컴퓨터원격 질의

게이트웨이 장치

NM 및 SM 위치

접속 장치

현장 장치

현장 장치

스타형 네트워크

현장 장치

접속 장치

중복 게이트웨이 장치

⋮그림 4-2⋮ 분산 안테나 시스템을 통한 높은 동시 접속률14

59| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 59

｜ 4.5 높은 실시간 전송률 ｜

전통적인 WSN은 네트워크가 커버하는 지역 내의 대상 정보를 인식, 수집, 처리하고,

이를 계량기 검침, 환경 모니터링 등 실시간 요건이 낮은 오프라인 또는 온라인 분석을

위해 감시관에게 전달하는 데 사용된다. 따라서 전통적인 WSN 연구는 네트워크 신뢰도

를 향상시키고, 전력 소모량을 줄이는 방법에 초점을 맞춘다. 하지만 스마트 시티 인프

라의 지속적인 발전으로 네트워크 커버리지 구역이 증가하고 있으며, 전송을 위한 실시

간 요건 역시 마찬가지이다. 도심 교통 제어 시스템을 예로 들 수 있다. 도로 상황 및 차량

수, 주행 속도 비율 등과 같은 정보를 도시 전체에서 수집한 후, 가장 적절한 교통 일정 계

획을 산출하여 다시 교차로로 실시간 전송하는 통제 센터에 바로 전송해야 한다.

이 절차는 1초 안에 끝나야 하며, 이는 넓은 구역의 센서 네트워크 시스템 실시간 전송

에 대한 새로운 요구이다.

기타 네트워크 기술은 광역 센서 네트워크(이더넷, WLAN, 모바일 통신 네트워크 등)를 구축

하고, 다양한 물리적 매체 및 관리 매커니즘으로 이종 네트워크를 구축하는 데 사용될 수

있다. 이더넷 같은 유선 네트워크는 100~1,000Mbps 이상의 속도를 지닌 물리적 매체

로, 구리 꼬임 쌍선 또는 광섬유를 이용하고 몇 밀리초의 전송 지연이 있다. IEEE 802.11™

및 IEEE 802.15.4에 기반한 무선 네트워크 전송률은 250kbps~72.2Mbps이며, 전송

지연 범위는 수백 밀리초에서 수 분까지이다. 이러한 네트워크 기술, 특히 무선 통신에서

다중 입출력(MIMO) 및 직교 주파수 분할 다중화(OFDM) 기술의 발전은 무선 네트워크의

스펙트럼 효율을 크게 증가시키고 네트워크 성능을 개선하여 광역 센서 네트워크 구축

의 기초를 마련한다. 하지만 이러한 네트워크는 최선형 방식(best-effort)으로 작동하고,

미래 센서 네트워크 연구의 주력 부문인 실시간 전송을 보장하는 방법에 대해서는 다른

네트워크와의 상호 연결성을 고려하지 않는다. 넓은 지역의 실시간 센서 네트워크 연구

는 전 세계적으로 큰 우려 사항이고, 해결책은 크게 분산형과 집중형으로 나눌 수 있다.


4.5.1 분산 솔루션

네트워크의 입구에서 분산 솔루션은 작업 요건에 따라 전송 작업을 몇 단계로 나눈다.

네트워크의 각 부분은 로컬 네트워크 운영 조건에 따라 다양한 수준의 작업 일정을 계획

하여 광역의 실시간 보호를 보장한다. 분산 솔루션은 상대적으로 높은 견고성을 특징으

로 하기 때문에 네트워크 일부의 손상은 전체 네트워크에 영향을 미치지 않는다. 그밖에

도 분산 솔루션은 인터넷과 같은 방식으로 실행되기 때문에 기존의 웹과 호환되고 원활

하게 진화할 수 있다. 하지만 분산 솔루션의 로컬 스케줄링 전략에는 전반적인 시각이 부

족하고, 최선의 전반적 결정을 내리기 어렵다.

그림 4-3에는 제안된 아키텍처가 나와 있으며, 이는 지역 간 실시간 데이터 통합을 구

축하고 스마트 그리드에서 매커니즘을 공유하는 광역 전송 네트워크 아키텍처이다. 이

아키텍처는 기술적으로 성숙된 IP 기반이며, IP의 최선형 서비스 모델은 단순하면서도 일

정하고, 분산 알고리즘에 매우 적절하다.

4.5.2 집중화된 솔루션

전반적인 관점에서 집중화된 솔루션은 통일된 방식의 광역 네트워크로 구성된 이종 네

트워크를 관리한다. 전송 작업의 지연, 처리량, 신뢰도 등과 같은 니즈를 충족하기 위해,

집중화된 솔루션은 통신 자원을 보유하고, 다양한 이종 네트워크에서 협력적인 스케줄링

을 수행하여 전반적인 종단 성능 요건을 보장한다. 집중화된 솔루션은 더 나은 전송 성능

으로 글로벌 스케줄링을 최적화할 수 있다는 점에서 우수하다. 그럼에도 불구하고 복잡

성이 이 솔루션의 약점이며, 정해진 구역의 특정 개인 네트워크에만 설치할 수 있다.

인식 및 조정에 기초한 광역 실시간 네트워크는 다음과 같이 제안된다. 이종 네트워크

의 협력적 스케줄링은 작업 전송을 위한 실시간 요건에 따라 네트워크 운영 상태에 관한

정보를 얻기 위해 계층 간 센서를 통해 집중화된 방식으로 수행된다.

61| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 61

PMU

PMU

전력회사 A

전력회사 C

전력회사 B 모니터링 센터2

모니터링 센터1

PMU

PMU

PMU

PMU

PMU

PMU

PMU

앱

앱

앱

페이저

게이트웨이

데

이

터

버

스

페이저

게이트웨이

페이저

게이트웨이

페이저

게이트웨이

페이저

게이트웨이

앱

앱

앱

PDC

PDC

히스토리안 아카이브

히스토리안

PDC

⋮그림 4-3⋮ 광역 전송 네트워크 아키텍처43

802.15.4e

802.11n

MAC

802.3

MAC

자원 인식

링크 품질 인식

적응 플로우 제어

실시간 라우팅

메시형

네트워킹 6LOWAN

IP

TCP/UDP

MODBUS

장면 인식

상태 인식 협력적 스케줄링

IEEE 61850 IEEE 60870

802.15.4 MAC 802.15.4g IEEE P1901.2

⋮그림 4-4⋮ 집중화된 광역 실시간 네트워크의 아키텍처14


솔루션은 복잡하고 강한 일관성을 요하는 전반적 네트워크 관리에 주력하여 집중화된

방식으로 적절하게 만든다.

｜ 4.6 시맨틱 표현 및 처리 ｜

시맨틱(Semantic) 기술은 주로 네트워크를 통한 지식 공유 및 교환에 대한 거대한 기대

및 수요 때문에, 최근 몇 년 간 정보 기술의 가장 중요한 연구 분야의 하나로 자리매김하

고 있다. WSN 정보에 관한 시맨틱 연구는 특히 WSN의 발전 및 전통적인 인터넷 개념에

서 센서 계층 장치로의 확대와 함께 뜨거운 관심을 받고 있다. WSN 시멘틱 연구는 센서

노드로 지각되는 실제 세계의 의미 표현에 초점을 맞춘다. 요컨대, WSN 시멘틱은 기본적

인 데이터가 더욱 뜻깊게 사용될 수 있는 센서 노드44로 지각되는 정보의 의미를 지칭한다.

시멘틱 WSN 연구는 시맨틱 웹에서 비롯된다. 기존의 웹 컨텐츠는 비구조적/반구조적 텍

스트를 우선으로 한다. 시맨틱 웹은 웹 상의 정보를 정확하게 정의된 의미에 제공할 수 있지

만, 이는 컴퓨터와 사람 간의 협조 개선을 보장하기 위한 것이다. 하지만, WSN의 매체는 그

정보 컨텐츠가 웹과 완전히 다른 센서 노드이며, WSN 노드의 시멘틱 정보를 WSN 부문에

적응시키기 위해 과학 연구 기관과 표준화 기구들은 현장에 해당하는 솔루션을 내놓았다.

센서 시맨틱 사안의 실현을 위한 이목을 끄는 세 가지 연구 주제는 다음과 같다.

1) 단말 장치용 의미 표현 기술은 시맨틱 표현을 달성하기 위해 단말 장치 수준에서 센서 데이

터에 시맨틱 태그를 직접 추가한다.

2) 질의에 기반한 시맨틱 플랫폼은 센서 데이터의 시맨틱 해석을 통해 센서 데이터 질의를 시

행한다.

3) 클라우드 컴퓨팅 기술에 기반한 센서 정보의 시맨틱 분석 및 관리로, 이것은 대규모의 센서 노

드, 시맨틱 표현, 클라우드 컴퓨팅 플랫폼에 기초한 처리를 지원할 수 있는 것으로 예상된다.

63| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 63

｜ 4.7 더 안전한 WSN ｜

요즘, WSN은 물리적 실체의 인프라를 정보 네트워크에 단단히 연결한다. 바이러스 위

협에 의한 인프라(전력, 운송, 화학 공장, 국가 안보 등) 피해는 상상할 수 없는 결과를 낳을 수

있다. 유도되지 않는 전송 매체가 유도된 전송 매체보다 보안 공격에 더 약하기 때문에

WSN은 보통 다양한 보안 위협에 더 많이 노출되어 있다. TSP 문제는 처음부터 제대로

고려해야 한다. WSN이 노출된 위협은 네트워크 보안 기술로 부분적으로만 해결될 수 있

다. 시빌(Sybil), 도스(Dos), 비정상적인 노드 등 복잡한 공격 형태에 대한 방어는 충분하지

않다45.

WSN의 TSP의 목표가 정보와 자원을 공격 및 횡포로부터 보호하는 것이기 때문에, 이

목표를 수행하기 위해 가능한 요건은 가용성, 권한 부여, 인증, 익명성, 기밀성, 최신 상

태, 무결성, 노드 보호, 부인 방지, 프라이버시와 같이 거대하다. 앞으로 WSN의 규모는

더욱 커지고 WSN은 인터넷과 더욱 강력하게 결합될 전망이다. 노드 보안, 암호 기술, 키

관리, 시큐어(Secure) 라우팅, 시큐어 데이터 취합과 관련한 연구 노력이 이루어지고 있지

만, 미래에는 더욱 안전한 WSN을 보장하기 위한 조치가 취해질 것이다.

4.7.1 프로토콜 보안 프레임워크

전산 능력, 에너지 소모량 및 센서 노드 한계의 통신 대역폭, 프라이버시 보호 및 ID 관

리의 관점에서, 각 WSN 계층에 적절하고 공통적인 모델인 프로토콜 보안 프레임워크에

관한 연구가 이루어져야 한다. 단일 계층에 대한 단일 보안 솔루션은 더욱 효과적인 솔루

션이 아닐 수 있기 때문에, 보안에 대한 총체적 접근에는 네트워크의 전반적 보안을 보장

하기 위한 모든 계층이 포함될 수 있다46. 그 목표는 보안, 지속성, 연결성과 관련한 WSN

의 성능을 개선시키는 것이다. 그 원칙은 보안 보장 비용이 특정 시점에 평가된 보안 위

험을 초과하지 않아야 한다는 것이다.


현재 노드 시큐어 웨이크업, 조작 방지, 네트워크 계층을 위한 인증 및 암호화, 적용 계

층을 위한 로깅 등 WSN의 특별 계층 보안을 보장하기 위해 많은 방법들이 제안되고 있

다. 그럼에도 불구하고 다른 계층 프로토콜을 구조화하고 공동의 프로토콜 보안 프레임

워크를 보완하는 방식이 향후 주요 연구 주제가 될 것이다.

모든 보안 계층 메커니즘을 결합할 수 있는 공통의 모델이 나올 것으로 예상된다. 다른

것은 계층이 실패한 경우에도 WSN을 공격으로부터 보호할 수 있다. 하지만 향후 몇년

간은 비용 효율과 에너지 효율이 여전히 주요한 연구 과제가 될 것이다.

4.7.2 신뢰, 보안, 프라이버시

기밀성, 개인의 프라이버시권, 데이터 보안 및 무결성은 비용을 감수하고 있다. 이 부분

에서 대두되는 질문은 해결책이 제시하는 효과를 봤을 때 비용 편익 비율은 얼마나 되는

⋮그림 4-5⋮ 링크 계층 보안 프로토콜 프레임워크14

메시지 ID 번호

자료

데이터 & MAC 암호화

MAC 암호화

데이터 암호화 메시지 ID 번호

802.15.4MAC 머리글

1B

3b 2b 3b 4B 1B

4B 5B

802.15.4MAC 페이로드

802.15.4MAC 바닥글드

제어 전면 ID 데이터 암호화

MAC 암호화

제어 전면 ID 데이터 암호화 MAC 암호화

2B

xB

2B

1B 1B 10B 10B 10B

1B xB

4B/16B

1B xB 4B/16B

보안 제어

암호화 협상 제어

보안 수준 옵션

키 원본 인덱스키 식별자

옵션예약

1 활성

0 비활성프레임 카운터 키 식별자

시퀀스 번호

수신지 주소

송신지 주소

보안 머리글

0~N B데이터 페이로드

2BCRC

65| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 65

가? 개인이 그러한 편익을 얻기 위해 자신의 권리를 포기할 의사가 있는가? 등이다.

Google과 Apple은 적어도 많은 소비자들에게 위험보다 큰 혜택을 대가로 지급하여 개

인 데이터를 마음껏 이용할 수 있었다. 기업적 문맥에서 고객 데이터에 대한 통제권 상실

과 데이터 브로커와의 공유 가능성은 신뢰 관계를 깨뜨려 오랫동안 지속되어온 기업 간

신뢰 관계를 법적으로 와해시킬 수 있다.

무한한 수의 데이터 원본 내의 개인 키 인프라와 인증 권한 책임은 시스템에 부담으로

작용하여, 많은 이들이 선제적 보안 수단의 최소화를 고려하고, 사이버 공격이 실제로

발생했을 때에만 이를 처리하는 것을 고려하여 전체 시스템을 위험으로 몰고가게 될 것

이다. 악성코드 패킷을 모든 연결된 시스템으로 보내는 IoT 네트워크는 헐리우드 공상 과

학 영화에서 나온 최악의 악몽처럼 들리기 시작한다. 결국, 한 시스템의 취약점이 모든 시

스템을 감염시키지 않도록 가능한 많은 시스템을 다른 시스템에서 분리하는 것이 중요

할 것이다. 이러한 잠재적 도미노 효과는 어느 한 시스템에 의해 가시화되지 않은 규모

로 열악한 데이터 무결성이 무너질 수 있을 때 아마도 최악의 상황이 될 것이다. 선제적

보안 시스템은 무엇이 “정상적인” 사이버-물리 데이터 트래픽인지에 대한 이해에 좌우

될 것이지만, 이것은 다시 지나치게 비싸고 혜택을 줄이거나 필수적인 IoT 솔루션의 비용을

높일 수 있다.

안전을 위해서 고려해야 할 ,네 가지 WSN 프레임워크의 특성이 있다. 첫 번째로, 전송

매체의 공개 특성과 더 적은 전력과 더 작은 대역폭 등 센서 노드 전산 자원의 제한 때문

에 WSN의 보안은 네트워크 공격에 취약하다. 두 번째로, 정보 공간과 실제 세계의 심도

깊은 통합과 정보 기술로의 유비쿼터스 접속 때문에 ID 및 신뢰 관리가 더욱 복잡하고 어

려워졌다. 따라서 ID 관리와 신뢰 시스템은 커다란 과제에 직면했다. 세 번째로 WSN 인

식 및 전산 모델의 역동적이고 이질적이며 대규모인 특성 역시 ID, 행동, 환경과 같은 효

과적인 시스템 무결성, 데이터 무결성, 데이터 기밀성, 사용자 프라이버시의 보호에서 큰

과제이다. 마지막으로 WSN에는 수많은 종단, 다양한 종단 유형, 역동적인 적응형 네트워


크 구조가 있기 때문에, 환경 데이터의 규모와 복잡성은 기존의 보안 태세 모니터링 시스

템의 주요 과제이다.

신뢰

보안

안전성 프라이버시

결정 조건 지원

지원 지원

잠재적 적수

결정 조건

⋮그림 4-6⋮ 신뢰 보안 및 프라이버시14

67| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 67

｜ 5.1 스마트 그리드에서의 WSN 적용 ｜

전력계통은 전력 산업의 중요한 부분일 뿐 아니라, 국가 지속 가능성의 중요한 부분이

기도 하다. 전력에 대한 의존이 점점 커지면서 전력망의 신뢰도 및 품질에 대한 요구 역

시 세계적으로 증가하고 있다. 전력회사, 연구 기관, 학자들은 전력망을 효과적이고, 깨끗

하고, 안전하고, 신뢰할 수 있고, 상호적인 것으로 현대화하는 방법을 연구했다.

스마트 전력계통은 더 많은 신재생에너지원 (RES), 전기차, 분산 전원을 네트워크에 안

전하게 통합하는 능력을 제공하고, 수요 대응 및 종합적 제어, 모니터링 능력을 통해 보

다 효과적이고 확실하게 전력을 제공한다. 또한 정전을 예방 또는 복구(자가 치유 능력)하

기 위해 자동 그리드 재구성을 이용하고, 소비자들이 자신의 전력 소모를 더욱 잘 제어하

고, 전기 시장에 적극적으로 참여할 수 있도록 하는 등 광범위한 영향력을 지닌 새로운

적용을 가능하게 한다.

센서는 스마트 그리드가 그 잠재력을 발휘하는 데 핵심적인 도구가 될 것이다. “스마

트” 그리드의 배경이 된 발상은 그리드가 실시간 요구에 반응한다는 것이며, 이를 위해서

는 센서가 이러한 “실시간” 정보를 제공해야 할 것이다. “스마트 센서 주변 정보"로서의

5장

인프라 시스템의WSN 적용


WSN은 스마트 그리드 기술 발전을 촉진하는 중요한 수단이 될 수 있다. 스마트 그리드

의 WSN 기술은 WSN의 산업 발전을 더욱 촉진할 수도 있다.

5.1.1 송전선용 온라인 모니터링 시스템

전송 선로의 상태는 바람, 비, 눈, 안개, 얼음, 번개 및 기타 자연 환경의 영향을 직접적

으로 받고, 동시에 산업 및 농업 오염 역시 안전한 전송 선로의 안전 운영에 직접적 위험

이 된다. 전송 선로의 운영 환경과 운영 상태는 매우 복잡하여, 사고가 발생했을 때 자동

으로 경보를 전송하고 운영 모드에 따라 신속하게 전략을 수정하여 결함을 초기 단계에

서 처리하거나 작은 범위 내로 고립시키려면, 더 많은 자동 모니터링과 제어 및 보호 장

치가 필요하다.

전통적인 유선 통신은 전송 선로 온라인 모니터링의 통신 니즈를 충족할 수 없다. WSN

은 혹독한 환경에 적응하는 강력한 능력, 넓은 범위, 자기조직화, 자율구성 및 강력한 전

⋮그림 5-1⋮ WSN에 기초한 전송 선로 온라인 모니터링 시스템의 일반적인 아키텍처47

애플리케이션 계층

네트워크 계층

UVA 순찰

인식 계층

통신 에이전트


통신 에이전트

영상 감시

운송 라인 모니터링


변전소

전기 통신 네트워크 GPRS, DCMA

69| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 69

력 독립성과 같은 장점을 지니며, 전송 선로를 위한 데이터 통신 모니터링 시스템에 매우

적합하다.

WSN의 기술적 장점을 통해 전체 범위의 다중 요소 온라인 모니터링 시스템을 구축하

면 재난 경보를 적시에 전송하여, 결함 위치를 신속하게 파악하고, 전송 선로의 결함을

감지하고, 고장 복구 시간을 단축하여 전력 공급의 신뢰도를 개선할 수 있다. WSN 사용

은 도체 온도, 환경적/기상학적 실시간 온라인 모니터링과 결합했을 때 전원 장치 사고를

효과적으로 예방하고 줄여줄 뿐 아니라, 전송 선로의 동적 용량을 개선하고 증가시키는

전송 효율을 지원하기 위한 데이터를 제공할 수 있다.

전송 선로 온라인 모니터링 시스템의 일반적인 아키텍처가 그림 5-1에 나와 있다.

현재, 중국 국가전력망공사(SGCC)의 일부 지역 전력 회사들은 전송 선로의 온라인 모

니터링에 WSN 기술 도입을 추진하고 있다. 예를 들어, 2013년 이후 랴오닝성과 닝샤성

의 전력 회사들은 전송 선로 온라인 모니터링 시스템을 위해 WSN에 기초한 시범 사업을

개발 중이다.

5.1.2 변전소용 지능형 모니터링 및 조기 경보 시스템

수십 년의 개발 노력 끝에 국내 변전소 자동화 기술은 국제적 표준 수준에 도달했다.

전압 수준 차이에 관계없이 대부분의 새로운 변전소는 통합 자동화 시스템을 채택한다.

2005년 이후, 다양한 자동화 수준, 전압 등급 및 모드를 지닌 200개 이상의 디지털 변전

소가 가동에 들어갔다.

재래식 변전소에 비해 디지털 변전소는 네트워크 정보 디지털화, 변전소 정보 표준화,

네트워크화된 송전에 주력한다. 스마트 그리드의 변전소에서는 스마트 전력 장치, 정보

교환, 상호 운용성, 내부 스테이션의 인텔리전스 적용 기능에 더 많이 주목한다. 이제 많

은 스마트 모니터링 기능을 실현할 수 있으며, 이는 변압기/제동기/온도 모니터링, 피뢰

기의 누전 모니터링, 누전 모니터링 장치, 결합 전기 장치의 SF6 누출 모니터링, 보조 장


치 환경 모니터링, 장비 도난 방지 모니터링 등을 포함한 지능형 변전소 관리를 향상시킬

수 있다.

WSN 적용은 원격 측정, 원격 통신, 원격 제어, 원격 조정의 전통적인 전기량 정보에 국

한되지 않고, 냉각 장치 상태, 회로 차단기 작동 시간, 송전 장치의 에너지 저장 상태, 차

단 전류의 크기와 같은 장비 정보, 그리고 환경 정보와 영상 정보 등을 포함하는 확실

하고 정확하며 실시간 안전성을 갖춘 변전소 관리를 위한 충분한 정보를 제공할 수 있

다. 이를 바탕으로 정보 서술의 디지털화, 데이터 취득 통합, 네트워크를 통한 데이터 전

송, 지능형 데이터 처리, 데이터 표시 시각화 및 과학적 생산 의사 결정을 달성할 수 있

다. 예를 들어 SGCC는 CSA(Chinese Academy of Sciences) 산하 SIA(Shenyang Institute of

Automation)와 함께 WSN 기술을 이용하는 국가 유지보수 시스템을 구축했다. 중국의 랴

오닝성과 판진성 남부에서는 220kV의 스마트 변전소를 이용하여 보조 제어 장치를 만

들었다. 두 개의 장치가 가동에 들어간 후 전력계통이 안정화되고 데이터 전송이 원활해

⋮그림 5-2⋮ 장비의 운영 상태 모니터링 아키텍처47

워크스테이션 백업 서버애플리케이션 서버

데이터베이스 서버

데이터 접속 서버애플리케이션 시스템

통신 계층

취득 계층

광섬유 사설 네트워크 TD-SCDMA

장비 상태 모니터링


무선 사설 네트워크

방화벽

변전소 변압기

운송 라인 기타 전기 장치

센서

71| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 71

졌다. 예상했던 통신 효과를 달성하였고, 모범적인 시범 모델로 인정되었다.

WSN에 기초한 서비스 솔루션은 스마트 계량기 부문에서 진행 중인 국제적 표준화

활동에 맞게 조정되어야 한다[예: DLMS 사용자 그룹이 주도하는 국제표준 IEC 62056

(DLMS/COSEM) 시리즈].

5.1.3 배전망용 온라인 모니터링 및 조기 경보 시스템

배전망은 전력계통을 사용자에게 직접 연결하고 전기에너지를 사용자에게 분배한다.

배전망의 신뢰도와 품질은 신뢰할 수 있는 전력 공급의 중요한 요소이다. 배전망은 급전

선, 배전용 변압기, 회로 차단기, 스위치와 같은 기본 장비와 계전기 보호, 자동 장치, 측

정 및 계량, 통신 및 제어 장치 같은 보조 장비로 구성된다.

배전망은 엄청난 수의 지점과 넓은 커버리지 구역, 긴 송전 거리 등을 특징으로 한다.

배전 분야에 WSN을 도입하면 관리를 강화하고, 인력을 줄이고, 전력 공급의 신뢰도를 개

선하고, 장애 관리의 복구 효율을 가속화할 수 있다. SGCC는 중국 닝샤성 인촨과 허난성

허비의 IoT 적용 시범 사업을 지원하고, 배전망에 WSN 기술 도입이 다음과 같은 측면에

서 배전망 구조물에 대한 보호와 지원을 제공할 수 있음을 확인했다.

1) 통합 센서 장비를 배치하여 전력 품질 변화와 대용량 전기의 부하 상태를 모니터링할 수 있

고, 전압, 전류, 고조파 및 기타 정보의 적시성을 개선할 수 있다.

2) RFID를 이용하면, 내비게이션과 영상 감시, 스마트 웨어러블 기술과 함께, 배전 설비의 상

태와 환경 변수에 대한 실시간 모니터링 역량을 강화할 수 있다. 이는 배전선의 고장 위치 파

악을 개선시킬 수 있다.

3) 배전선 상태와 땅속의 배전관망을 모니터링하여, 현장 운영 모니터링 및 도난 방지 시설의

더 높은 수준의 자동화를 달성할 수 있다.


5.1.4 스마트 전력 소비량 서비스

지능형 전력 소비 서비스는 강력한 전력계통과 첨단 검침, 고효율 제어, 고속 통신 및

빠른 에너지 저장 기술에 기초한 현대적 관리 개념에 의존하여 전력망, 고객 에너지 흐

름, 정보 흐름, 비즈니스 흐름 사이의 실시간 상호 작용을 실현한다.

WSN은 공급측과 사용자측의 단말기를 센서로 연결하여 전기 에너지 소비 정보를 위

한 완전 양방향 네트워크를 형성하고 복잡한 환경에서 전기 정보 획득을 실현할 수 있다.

WSN에 기초한 정보 통합 분석은 사용자를 안내하거나 전기 소비 방식을 직접적으로 조

정하여 전력 자원을 최적으로 구성하거나, 전기 공급 비용을 줄이거나 신뢰도 및 효율성

을 개선할 수 있다. WSN은 지능형 커뮤니티, 지능형 공업 단지와 같은 지능형 전기 소비

분야에서 광범위한 적용 가능성을 가지고 있다.

전기 에너지 데이터 획득 시스템은 지능형 전기 소비 서비스의 기초이다. 시스템은 여

러 종류의 대규모 사용자 데이터를 종합적으로 수집할 수 있다. 여기에는 검침 지점 평가

⋮그림 5-3⋮ 배전망 모니터링 부문에서 사용된 WSN 기술47

배전 장치 온라인 모니터링

서버

배전선

BS

BS

WSN WSN

ONU

파이버 채널 ONU 파이버 채널 예비 TD-LTE 채널

BS

싱크 노드

센서 센서 센서

싱크 노드

컨버전스 제어기

지방 업체

73| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 73

를 위한 특수 변압기, 특수 변압기의 중소 사용자, 3단계 일반 비즈니스 사용자, 1단계 일

반 산업 및 상업 사용자, 주거 사용자 및 공공 배전용 변압기 데이터가 포함된다. 통합 전

력 정보 플랫폼 건설을 위해 이러한 데이터를 조합할 수 있다. WSN 기반 전기 에너지 데

이터 획득 시스템의 아키텍처는 그림 5-4와 같다.

현재, SGCC의 일부 지방 전력 업체들은 WSN 기술에 기초한 자동 계량기 검침 시

스템을 사용하기 시작했다. 예를 들어, Liaoning Province Electric Power Limited

Company는 20,000가구 이상에 WSN 기초 전기 에너지 데이터 획득 시스템을 도입했

다. 통신 시스템은 산업용 무선 네트워크 표준인 WIA에 기초하고, 작동 테스트에서 우수

한 결과를 냈다. 메인 시스템에 정확한 시계가 있어 집중화기 시계가 업스트림 통신 네트

워크와 동기화될 수 있다.

⋮그림 5-4⋮ WSN을 기반으로 한 전기 에너지 데이터 획득 시스템의 아키텍처47

지능형 전류계 지능형 전류계 지능형 전류계

수집 단말

수집 게이트웨이

집중화기

섬유/GPRS TD-LTE 230

무선 게이트웨이

무선 광대역 PLC 게이트웨이

광대역 PLC

WSN 수집 게이트웨이

빌딩 블록 빌딩 블록


｜ 5.2 스마트 수도망에서의 WSN 적용 ｜

오늘날 세계의 물 소비량은 1950년의 300%이다. 세계 인구의 급증과 중산층의 급증

이 결합되어, 지구의 한정된 자원에 대한 수요는 계속해서 증가할 것이다. 이런 맥락에서

주요 자원의 예를 하나 들자면 깨끗한 물의 이용 가능성을 들 수 있다. 일반적인 정부 규

제와 천원 자원 개발에 대한 감시 활동 말고도, 많은 기업들이 환경에 대한 영향을 예의

주시하고 있다. 그들은 또 자신들의 사업 운용이 천연 자원에 미치는 부정적 영향을 최소

화하는 단계를 수행하는 것에서 사회적이고 상업적인 이득을 확인하고 있다.

이는 주로 수질 오염에 대한 영향 모니터링을 하나의 예를 든 그림 5-6과 같이 복잡한

채점표 안에서 환경 영향을 모니터링하여 포착된다.

5.2.1 지속 가능성(수자원 중심)

이 새로운 친환경 움직임을 이끄는 데에는 주가 영향과 규제적 요건이 있다. 현대 사회

에서 기업들이 사회에 대한 이익 대비 오염 비용의 지표인 이산화탄소(CO2) 발자국과 천

연 자원에 미치는 환경 영향을 더욱 잘 관리해야 한다는 인지된 필요성을 점점 중요하게

여겨야 한다는 인식이 대체로 통용되고 있다. 따라서 정부가 새로운 환경 규정의 준수를

요구하는 규제를 만들고, 새로운 국가적 시장 진입 비용을 만드는 것 외에 이 분야에 대

한 기업들의 투자 동향은 분명하다.

깨끗한 물에 초점을 맞추기 위해서, 기

본 수질을 결정하고 깨끗한 물에 대한 다

양한 잠재적 오염원을 감시하기 위한 모

니터링 시스템을 설치해야 한다. 전통적

인 운영 기술 시스템은 대체로 잠재적인 ⋮그림 5-5⋮ 수도망 모니터링48

75| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 75

오염을 감시하도록 만들어지지 않았기 때문에, 추적이나 관리가 대체로 가장 어려운 오

염원인 잠재적인 대기중의 오염원도 모니터링하려면 새로운 센서와 구동기를 사용해야

한다. 수집된 정보는 핵심성과지표(KPI)로 사용될 뿐 아니라 인공적 오염 또는 환경적 기

상 사건 등 관련 사건의 실시간 모니터링에 기초하여 수질을 예측하는 데 이용될 수 있

다. 이는 항상 국제적 규제의 틀 내에서 사업을 운영하는 기업들에 유용할 수 있고, 배출

량/오염 인증의 형태로 추가적인 가치를 창출할 수도 있다.

이러한 변화는 기업들이 그동안 알고 있었던 시장에서의 경쟁우위를 기존의 운용 효율

에서 지속 가능성으로 바꿔 생각해야 한다는 의미이다. 다시 말해 환경에 가장 적은 부정

적 영향을 미치는 제품과 서비스에서 가치를 포착하고 이에 가치를 부여해야 한다는 의

미이다.

그림 5-6 | 채점표 예시[49]

환경적 차원

기후 전략

SAP AG DJSI 산업 평균 산업 내 최고 기업

환경 보고

환경 정책/관리 시스템

산업 생태효율

0 25 50 75 100 0 25 50 75 100

0 25 50 75 100 0 25 50 75 100

⋮그림 5-6⋮ 채점표 예시49


｜ 5.3 지능형 교통시스템에서의 WSN 적용 ｜

지능형 교통의 무선 센서는 몇 가지 측면에서 기존의 개념이나 WSN 설계 요건과 다르

다. 대부분의 경우 센서는 일부 전원 공급 인프라에 의존할 수 있다. 예를 들어, 이러한 시

스템에서 에너지 효율 측면의 중요성은 대체로 부차적이다.

지능형 교통에서의 WSN 적용은 다음과 같이 두 가지 범주로 세분화할 수 있다.

두 범주 중 전자는 주로 과거에 유선 센서로 수행했던 적용 부분으로 구성되는 반면, 후

자는 재화, 차량, 사람의 흐름의 추적 및 최적화와 관련된 적용 부문으로 구성된다.

⋮그림 5-7⋮ 수질에 위협이 되는 대기 중 오염원 온실가스(GHG)48

CO2

범위 2간접

자체 사용 목적으로 구매한 전기

회사 소유 차량

연료 연소

범위 2 : 구입한 에너지/전력에서 나오는

배출

범위 1 : 직접적인 현장 출처에서 나오는

배출

범위 3 : 서비스 공급 사슬에서 나오는

간접 배출

구매 자재의 생산

하청업체 소유 차량

폐기물 처리

종업원 출장

아웃소싱한 활동

제품 라인

범위 1직접

범위 3간접

SF6 CH4 N2O HFCs PCFs

1) 정지된 센서 네트워크. 차량에 탑재되었거나 교통 인프라의 일부

2) 유동적 센서 네트워크. 개별 차량 또는 기타 모바일 개체에서 센서처럼 작동

77| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 77

5.3.1 교통 흐름 감지

지능형 교통 관리 솔루션은 정확한 측정 및 도시 내 교통 흐름에 대한 확실한 예측에 의

존한다. 여기에는 특정 도로의 차량 밀도 또는 특정 버스나 기차 내부의 승객 수에 대한

추정 뿐 아니라 차량 및 승객들의 출발지와 도착지 분석도 포함된다.

도로나 교차로 위의 교통 상황 모니터링은 카메라, 유도 루프 등과 같은 전통적인 유선

센서를 이용하여 획득할 수 있다. 무선 기술은 그러한 센서의 배치 비용 절감에 유용할

수 있지만, 측정 결과의 정확성이나 유용성에 직접적인 영향을 미치지는 않는다.

하지만 “센서”라는 용어의 정의를 확장시키고 무선 기술을 여러 차량 및 스마트 폰에

서 쉽게 이용할 수 있도록 만들면서, 차량과 대중 교통 체계를 이용하는 승객이 도시 내

교통 흐름의 정확한 측정을 위한 “센서”가 될 수 있다.

차량에서 교통 흐름 데이터를 수집하는 기술을 통칭하여 시험차량제공정보(floating car

data, FCD)라고 부른다. 여기에는 위치 정보를 중앙 서버에 확실하게 전송하는 상대적으

로 적은 수의 차량에 의존하는 방식(예: GPS를 통해 획득한 위치 정보를 전송하는 택시 또는 버

스)과 셀룰러 네트워크 운용자의 실시간 위치 데이터베이스에서 획득한 휴대 전화 위치

정보에 의존하는 방식이 포함된다. 후자의 방식은 실제로 차량 자체의 센서는 포함하지

않고, 현재 교통 흐름의 특징을 감지하기보다 무선 네트워크(즉, 기존의 셀룰러 네트워크)를

추론하는 데 이용한다. 기술적 과제는 특히 잠재적으로 많은 양의 데이터의 처리, 유용한

데이터와 유용하지 않은 데이터 사이의 차이, 모든 차량의 부분 집합만을 관찰하여 얻은

실제 교통 흐름 데이터 추정에 있다.

차량의 내장 전자장치에서 수집한 정보를 포함하는 FCD 연장 개념이 확장된 시험차량

제공정보(XFCD)라는 용어에 따라 제안되었다. 상대적으로 적은 수의 차량의 온도 센서,

레인 센서(rain sensor), ABS, ESC, 트랙션 컨트롤 시스템(TCS)의 데이터를 수집 및 평가하

여, 대중에게 제공하거나 도로 상황에 따른 운전자의 예상되는 행동에 기반한 교통 흐름

예측의 개선에 사용되는 도로 상황에 관한 실시간 정보를 도출하는 데 사용할 수 있다.


개인 차량의 위치와 센서 데이터를 수집할

때에는 반드시 프라이버시 문제를 고려해야

한다. 하지만 이는 교통 흐름 모니터링에 관

한 일반적인 우려이고, 무선 기술을 사용하

지 않는 방식(예: 번호판 인식에 의존) 역시 자동

차 소유자의 프라이버시를 고려해야 한다.

FCD에 의한 차량 움직임 측정과 같이, 무

선 기술의 도움으로 대중 교통 시스템의 승객 행동을 분석할 수 있다.

예를 들어 전철역, 버스, 트램에 대한 접근을 등록하는 데 일반적으로 RFID 기술을 적

용하는 전자 티켓은 효과적으로 승객을 센서 네트워크의 일부로 바꿔 놓는다.

승객의 움직임과 행동에 관한 정보 수집 가능성은 전자 티켓의 보관에 스마트폰이 사

용되면 훨씬 증가할 수 있다. 특히 승객의 복합 수송 습관에 관한 정보 수집에 있어서 스

마트폰의 전자 티켓 애플리케이션은 기존의 전자 티켓이 제공할 수 없었던 가능성을 제

공한다. 하지만 사용자가 휴대폰을 버스나 지하철 티켓으로 사용하는 편리함에 대한 대

가로 위치 데이터를 공유할 의사가 어느정도인지는 지켜봐야 한다.

5.3.2 도시 물류

도시화는 특히 이미 거대한 도시들이 계속해서 성장하고 있고, 점점 더 부유해지는 인

구가 도심 안팎으로 지속적으로 증가하는 재화의 흐름을 주도하는 개발도상국들에 수많

은 과제를 안겨주고 있다.

도시의 대기 오염의 상당 부분은 운반 차량 때문이고, 도시와 주변 지역 간 재화의 원활

한 흐름이 수많은 교통 문제의 해결과 대기질 개선의 열쇠이다.

운반 차량에 의한 교통 부하 감소를 위한 유력한 방법은 도심통합배송센터(UCC)의 도

입이다. UCC에서 도시 내 소매업자에게 보낼 모든 재화를 먼저 취합한 후 최적화된 경로

⋮그림 5-9⋮ 보다 스마트한 여행을 위한 전자 티켓50

79| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 79

로 선적하여 트럭 용량을 가장 잘 활용하고 필요한 차량의 총 수를 줄이며, 모든 재화가

목적지까지 여행하는 총 거리를 줄이는 것이다.

이와 같은 최적화를 달성하려면 도시 내 교통 흐름의 세심한 분석과 계획, 그리고 재화

의 실제 흐름 모니터링이 필요하다. 이에 관한 도전 과제와 해결책은 5.3.1에 설명한 내용

과 유사하지만 미세한 부분에서 약간의 차이가 있다. 도시에서 운송될 때 차량의 부분 집

합만 추적하는 대신, 최소한 팔레트 수준(pallet level)의 재화 추적이 필요하다. 따라서 팔

레트(또는 기타 포장 단위)가 재화의 흐름을 측정할 “센서”가 되고, 운송의 일정 및 경로 설

정을 최적화하는 데 필요한 데이터를 수집하고 운송의 환경 영향을 최소화하면서 적시

에 도착할 수 있도록 하기 위해, 정교한 데이터 분석 기술과 함께 여러 무선 기술(GPS,

RFID, WLAN, 셀룰러)의 조합이 적용된다.

5.3.3 온보드 WSN

각종 차량은 안전하고 원활한 작동을 보장하기 위해 점점 더 많은 수의 센서에 의존하

고 있다. 여기에는 주로 운전자에게 정보를 제공하는 센서와 추진 또는 차량 동력 시스템

의 일부인 센서가 포함된다. 이러한 하위 시스템의 안전 필수 성향 때문에 대체로 무선

기술은 이 부문에서 실행 가능한 옵션으로 여겨지지 않는다.

하지만 특히 버스, 기차, 비행기 같은 대형 차량에서 많은 수의 센서와 구동기가 기내

온도 모니터링, 차량의 예방적 유지보수에 사용되는 데이터의 수집 또는 운송되는 재화

의 상태 모니터링 같이 안전 비필수용으로 사용되고 있다.

기차의 경우 WSN은 오래된 객차를 최첨단 전기 시스템으로 개량하는 데 중요한 역할

을 할 수 있다.

비행기에서는 비필수적인 부문에 무선 센서를 적용하여 구리 또는 알루미늄 케이블의

무게를 줄이는 방안이 중요한 고려 사항이다. 에너지 수확 기술을 적용하는 무선 센서는

항공기 구조의 일부를 구성하는 복합 재료에 대한 기계적 응력을 모니터링하는 용도로


도 논의된 적이 있다. 그러한 “스마트 자재”에 센서를 장착하면 구조물의 무게를 늘리기

때문에 재래식 금속 구조물의 복합 재료의 장점을 크게 감소시킨다.

5.3.4 교통 인프라에서의 WSN

교차로의 교통 신호등은 보통 해당 교차로에 가까이 위치한 장치가 센서 세트(예: 유도

루프)에서 전송한 입력이나 중앙 통제 장치의 명령을 수신하여 교통 법규 및 상황 요건에

따라 개별 신호등(시그널 헤드)을 전환하여 제어된다.

센서와 표시 요소의 수와 복잡성이 증가하면서 오늘날 교통 통제관의 업무는 연결된

부품을 순수하게 전환하기보다는 사실상 통신에 기초하고 있다. 교통 신호등에 카운트다

운 시간 표시기를 장착하거나, 가변적 메시지 표지가 제한 속도를 갱신하여 표시하거나,

광 또는 레이더 기반 센서가 개별 차선의 점유 상태나 교차로를 통과하는 차량의 속도에

관한 정보를 전달할 수 있다.

기존 교차로의 인프라를 최첨단 기술로 업그레이드하려면 센서, 시그널 헤드, 가변적

메시지 표지, 교통 통제관, 기타 요소 간에 필수적인 통신 연결을 제공해야 한다. 무선 기

술은 통신 케이블(예: 이더넷)을 교차로의 모든 장치에 라우팅할 필요가 없기 때문에 비용

절감에 도움이 될 수 있다. 대부분의 경우 그러한 설치는 대체로 디스플레이 부품이나 구

동기를 포함하기 때문에 순수한 센서 네트워크가 되지 못할 것이다. 게다가, 무선 및 유

선 통신 연결의 조합 또는 심지어 벤더가 서로 다른 부품 조합으로 인한 동 시스템 내 다

른 유선/무선 표준의 결합 가능성도 없지는 않을 것이다.

무선 통신을 통한 차량을 이용한 교통 인프라의 상호 작용(예: 교차로에서 버스나 긴급 차량

에 우선권 부여)은 교통 인프라에 무선 기술을 적용할 수 있는 또 다른 가능성이다. 가능한

모든 적용 분야에서 실제로 무선 통신 연결을 통한 센서 데이터 교환이 이루어지고 있는

것은 아니지만, 차량이 자신의 센서 데이터를 인프라 요소와 공유하거나(예: 교차로 진입 시

속도), 인프라가 차량에 센서 데이터를 제공(예: 교차로 반대편의 도로 혼잡)하는 시나리오는

81| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 81

무수히 많다.

｜ 5.4 스마트 홈에서의 WSN 적용 ｜

5.4.1 에너지 관련 과제

늘어나는 소비량과 높은 에너지 비용, 화석 연료 부족에 직면하여, 공공 기관 및 전문가

들이 에너지 수요와 이산화탄소(CO2) 배출량을 동시에 제한하기 위해 개발한 모든 시나

리오는 에너지 효율을 절대적 우선 순위로 상정하고 있다.

유럽에서는 건물(주거용 및 3차 산업용)의 에너지 소비가 전체 에너지 소비의 40%를 차지

하고, 산업이 30%, 운송이 30%를 차지한다.

공공 당국은 이를 매우 심각하게 여기고 있다. 유럽의 예를 들자면, 2012년 채택된 에너

지효율성지침(Energy Efficiency Directive, EED)이 이러한 방향의 선두에 있다. 지침에는 건

물 개조, 상업 및 주거용 건물의 장기적 개조 로드맵, 중앙 공공 건물 3%대 개조 등에 관

한 조치가 포함되었다. 유럽연합의 각 회원국들은 2014년 6월까지 이 목표들을 자국의

법으로 전환해야 한다.

5.4.2 건물의 에너지 효율 – 사례 연구

2008년 프랑스의 Schneider Electric사는 HOMES라는 명칭의 공동 프로그램을 시

작하여51, 건물에 에너지 효율 개선을 위한 솔루션을 제공하는 프로그램을 4년 동안 고안

하였다. HOMES 프로그램을 통해 자동화된 제어 및 모니터링 시스템을 이용하여 에너지

사용을 최적화할 가능성을 적극적으로 통제하는 간단하고, 효과적이고, 경제적으로 지속

가능한 적극적인 에너지 효율 솔루션을 연구, 개선, 테스트를 할 수 있었다.


이 프로그램의 성과 중 하나는 에너지 시스템이 세 가지(유사) 독립적 하위 시스템으로

구성되고, 그 각각이 다음과 같은 불필요한 에너지 소비를 담당한다는 것을 이해했다는

점이다.

이 프로그램은 건물의 에너지 성능에 대한 새로운 비전을 전달하고, 건물 외장의 품질,

장비 성능, 적극적 통제를 일제히 포함하는 솔루션을 중심으로 구축되었다. 이는 특정 적

용 순서나 서로에 대한 상호 보완이 없는 독립적인 세 가지의 개입 벡터가 있다.

1) 배전 하위 체계(기계 세계): 에너지 생산, 전환, 저장

2) 사용 하위 체계(인간 세계): 입주자에게 전달되는 에너지 서비스

3) 건설적 하위 체계(자재 세계): 실내와 실외 사이의 에너지 전달

⋮그림 5-10⋮ 건물 내 에너지의 체계적 접근

배전 시스템

기술 시스템

생산 장비

송배전 장비

저장 장비

운송 장비

입주자

신체적 안락

심리적 안락

활동 효율

기술 벡터

사용 시스템

방 적용

배관덕트배선

배출구활동난방냉방조명DHW

에너지 에너지 서비스

전기가스연료신재생에너지

배출 장비

기상(온도, 바람, 빛)

기술 벡터

BIQ : 건물 외피의 고유 품질

83| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 83

5.4.3 건물의 능동 제어

상기 기술한 비전에 기초하여 HOMES 프로그램은 스마트 그리드와 호환되면서 건물의

성능을 최대화하는 세 가지 전략에 관련하여, 연계되는 능동 제어 프로토콜을 제안했다.

건물과 그 기술 시스템의 공간 및 시간 조각은 모니터링의 효율 및 능동 제어를 통한 에

너지 절감에 강력한 영향력을 지닌다. 따라서 능동 제어 전략의 시행은 컴포트 센서가 핵

심 요소 중 하나인 그림 5-11과 5-12와 같이 구역 제어 생태계에 기초하는 능동 제어 솔

루션의 감지 및 제어 명령 아키텍처를 수정한다.

1) 방별로 조치: 건물의 에너지 성능을 최대화하기 위해, 3차 산업용 건물(서비스용 건물)의 방

또는 구역 수준에서 입주자를 위한 서비스를 최적화할 필요가 있다. 구역 제어 덕분에 입주

자들은 환경을 자신의 활동 및 편의에 맞게 맞출 수 있다.

2) 에너지 공급 최적화: 건물 입주자의 니즈를 해소하기 위해, 경제적 비용과 탄소 비용에 기초

한 에너지 공급을 최적화할 필요가 있다. 그런 다음 에너지의 공급과 분배는 각 위치의 니즈

총합의 함수로 관리된다. 이를 통해 에너지원과 구역, 도시 등으로 구성된 업스트림 생태계

와의 관계를 제어할 수 있다. 이 전략은 스마트 그리드의 발전 예측을 용이하게 한다. 이는

각 수준이 상위 수준의 최적화에 기여하는 시스템을 만든다. 또한 건물 내 전기의 수요 관리

가능성 개발에도 참여한다. 따라서 수직적인 독립적 적용 제어에서 구역별 다중 적용 제어

로 옮길 필요가 있다.

3) 이해관계자들의 참여에 따른 조치: 건물의 에너지 성능을 개선하려면, 절약원을 적극적으

로 찾는 증가 실행 계획을 세울 필요가 있다. 하지만 니즈는 관계된 이해관계자에 따라 다르

다. 정보 전략은 각 이해관계자의 특별한 니즈와 이들이 에너지 효율적 결정을 내릴 수 있도

록 돕는 책임 영역에 맞게 시행되어야 한다.


⋮그림 5-11⋮ 구역 제어50

업스트림 링크

편안함

거주구동기

휴먼 인터페이스

⋮그림 5-12⋮ 시간 분절상의 절감 발생률50

50%

20%

0 20 € 50 € CAPEX(단위: €/m2)

SAEI 절감 가능성(최종 에너지의 모든 말단 소비자)

분절화되고 간헐적: 사무실, 호텔, 교육

소매, 물류, 스포츠, 문화

영구적 또는 매우 간헐적 병원, 퇴직시설, 주택, 데이터센터

85| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 85

또한, 이는 서로 다른 기후대, 부문, 건설 연도, 난방 에너지, 온수 에너지, 소유자 유형

을 대표하는 다섯 개의 시범 지역에서 평가된다. 절감률은 주택의 25%에서 학교일 때 최

대 56%로 상승하여 위 가정에 타당성을 부여한다(그림 5-13 참조).

5.4.4 기존 건물 에너지 효율 성능 향상의 핵심, WSN

구역 수준에서의 다중 적용 제어를 달성하려면 환경(빛, 온도, 상대 습도, CO2)은 물론 입주

자의 활동(존재 감지, 경보)을 면밀하게 모니터링할 필요가 있다. 매년 아주 적은 비율의 새

건물이 지어진다는 점을 유념한다면, 수백만 개의 기존 건물에 구역 수준의 능동 제어를

배치하는 것은 큰 과제이다.

30% -37%

-36%-25%

-56%

1970년 호텔 1980년 호텔 니스 1990년 학교 2007년 사무실 2010년 주택

⋮그림 5-13⋮ 절약50

⋮그림 5-14⋮ 자율 센서 전자 부품50 ⋮그림 5-15⋮ Schneider Electric 센서 시제품50


이를 달성할 수 있는 유일한 방법은 무선 센서 또는 배터리 없는 센서(배터리 수천 개를

관리 및 유지할 필요가 없음)를 사용하는 것이다.

다중 물리 무선 자율 센서의 실현 가능성은 증명되었다. 그 결과는 2011년 6월 뮌헨에

서 열린 에너지 수확 및 저장 컨퍼런스(Energy Harvesting and Storage Conference)에서

발표되었다.

광전지(PV)로 구동되는 시제품은 온도, 상대 습도, 빛의 세기를 측정하여, 이 자료를

ZigBee® 그린 파워 프로토콜을 이용하여 802.15.4 무선에서 10분 마다 전송할 수 있었

다. 평균 전력 소모량은 5μW로, 매일 8시간동안 100lux 미만에서 꾸준히 그러한 센서를

작동할 수 있었다.

2011년 10월 IMS Research의 연구52에서는 건축 시장에서 센서가 계속해서 성장할 것

이고, 무선 센서는 훨씬 더 빠른 속도로 성장할 것이라고 전망했다.

⋮그림 5-16⋮ 전 세계 건물의 센서 시장 전망52

40,0

35,0

30,0

25,0

20,0

15,0

10,0

5,0

0,0

용량

(단위

: 백

만/년

)

2010 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2020

무선 센서 2 유선 센서 2

87| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 87

통신 프로토콜의 관점에서 ZigBee® Alliance는 2012년에 ZigBee 표준의 일부로 설정

된 Green Power 기능을 채택했다53. 이는 에너지 수확을 통해 구동될 때와 같이 이용할

수 있는 매우 제한된 에너지로 ZigBee® 메시 네트워크 무선 센서로 통합될 수 있었고, 이

러한 장점때문에 건물 제어를 위한 매우 매력적인 솔루션이 되었다.

WSN은 구역 수준에서 건물의 다중 적용 제어를 배치하는 핵심적인 기술 요소이며, 그

환경 내의 건물을 고려하고 입주자의 편의와 활동을 고려하여 에너지 효율을 개선하는

데 상당히 기여한다.

｜ 5.5 WSN의 추가적 적용 혜택 ｜

5.5.1 에너지 효율 개선

2010년 IEC 백서 에너지 과제 대처하기– 2010년~2030년 IEC의 역할에는 다음과 같이

나와있다. “하지만, 연료에서 이론적으로 나올 수 있는 에너지 중 오늘날 3분의 2가 생산

중에, 9%는 송전/배전 중에 손실 되기 때문에, 30% 정도만을 소비하는 일차에너지가 사

용 지점에서 전기로 이용된다.” 하지만 IoT가 이 문제의 해결에 도움이 될 수 있다. 정보를

획득하는 효과적인 방법으로, IoT는 에너지 변환 작업에 대한 실시간 모니터링을 시행하

고, 적시 분석 및 대량의 데이터 처리를 수행할 수 있다. 또한, 비정상적인 상태에 신속하

게 대응하고, 세립 및 동적 모드의 에너지 시스템 전체적인 과정(생성에서 운송 및 활용까지)

을 효과적으로 관리할 수 있기 때문에 시스템 보안을 보장할 수 있다.

5.5.2 환경 모니터링에 기여

환경 오염, 급작스러운 자연 및 생태계 재해, 인간에 의한 훼손 등은 여전히 해결해야

할 주요 환경 문제이다. 조기 감지, 경보, 비상 조치 발령이 거대한 환경 재해를 예방하는


주요 단계이다. 강력한 감지 능력과 광범위한 감지 영역을 특징으로 하는 IoT는 환경에 대

한 실시간 전방위적 모니터링 수단이 될 수 있다. 같은 맥락으로 데이터 융합 및 지능형

인지 기술을 통해 경보 효율을 높일 수 있다. 그 결과, IoT가 홍수, 산불, 수질 오염 등의 경

고 및 예측에서 중요한 역할을 할 것이라는 전망은 합리적이다.

5.5.3 사회적 복지 강화

IoT는 인터넷을 통해 사람, 장비, 사회적 복지 자원이 서로 관련되고 연결될 수 있도록

사회적 복지의 다양한 요소를 위한 방법을 제시한다. IoT 덕분에 한편으로는 서비스 제공

자가 사람들의 요구에 대한 정보를 획득하여, 각자의 니즈에 맞는 고품질의 서비스를 제

공할 수 있고, 다른 한편으로는 사람들이 자기 자신 및 주변 환경에 대해 더 잘 이해할 수

있다.

IoT가 몇 가지 측면에서 사람들의 생활 방식을 바꿀 것이라는 예측도 과언이 아니다. 예

를 들어, IoT 기반의 스마트 헬스케어 및 스마트 홈 시스템은 사람들의 생활에 더 많은 편

의와 편리함을 가져다 줄 것이다.

89| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 89

｜ 6.1 일반 ｜

표준화는 다양한 공급자의 제품뿐 아니라 다양한 솔루션, 적용, 영역 사이에서 상호 운

용성 달성을 위한 주요 선결조건이 된다. 다양한 응용 부문에서 새로운 상호 부문 응용으

로 이어지는 장치, 센서, 주체로의 일반적인 접근이 IoT의 주요 목적이 됨에 따라 후자는

IoT에 특별한 이익이 된다.

구성요소에서 통신, 정보, 기능 및 사업 계층까지 다양한 계층에서 상호 운용성을 고려

해야 한다. 구성 요소 계층은 기본적으로 센서나 구동기뿐 아니라 애플리케이션을 실행

하는 게이트웨이나 서버 같은 장치를 반영한다. 통신 계층은 구성 요소 간 데이터 교환

을 담당하고, 정보 계층은 실제 데이터를 처리한다. 기능 계층은 소프트웨어 애플리케이

션뿐 아니라 하드웨어 솔루션이 될 수 있는 기능성과 관계가 있다. 사업 계층에서는 사업

적 상호 작용이 기술된다. WSN과 IoT 접근법에서 다양한 적용 영역을 포함하는 “사물”

및 적용 사이의 정보 교환에 이르기까지, 공통의 통신 및 정보 계층 표준이 주된 관심사

일 뿐 아니라, 제네릭 함수를 다양한 적용 영역에서 사용할 수 있다. 구성 요소 계층에서

는 다양한 유형의 장치를 찾아볼 수 있지만, 여전히 폼팩터나 모듈용 커넥터[예: 무선 모

6장

WSN의 표준 및시스템


듈, 중앙처리장치(CPU) 기판] 같은 것을 정의하는 표준도 의미가 있다.

성공적인 표준화의 선결 조건으로, 전반적인 시스템을 구축하고 관련 기능, 정보 흐름,

인터페이스를 파악하기 위해 이용 사례 및 요건을 수집하고 아키텍처 표준을 마련해야

한다.

WSN이 보다 넓은 IoT의 맥락에서 사용될 것이기 때문에, IoT 표준과 표준화 활동이 고

려된다. 이는 특히 더 높은 통신 프로토콜, 정보, 기능 계층에 관한 것이다.

아래의 표준 및 표준화 활동 목록은 완전한 목록이 아니라는 점에 유의한다.

｜ 6.2 현황 ｜

IEEE 802.5.14는 WSN과 가장 관련 있는 통신 표준이다. 이는 저전력 소모, 낮은 복

잡도, 저비용의 단거리 무선 송전을 위한 물리적 계층 및 링크 계층을 정의한다. 이는

800/900MHz 및 2.4GHz의 ISM 주파수 대역을 사용한다. IEEE 802.15.4는 지역 또는 시

장별 버전을 정의하는 ZigBee®, WirelessHart, WIA-PA 및 ISA.100.11a 같은 기타 표준

의 토대가 된다. 기본 표준은 2003년에 간행되었고, 2006년과 2011년에 개정본이 간행

되었다. 추가적인 물리적 계층 프로토콜, 지역 주파수 대역, 특정 적용 부문을 포함시키

기 위한 다양한 수정 조항이 추가되었다. 현재 작업은 추가적인 주파수 대역(예: TV 유휴대

역, 지역대역), 초저전력 가동 및 열차 제어 같은 특정 적용 부분을 포함하고 있다.

블루투스 역시 BSIG(Bluetooth Special Interest Group)에서 정의하는 무선 단거리 프로토

콜이다. 블루투스 4.0을 이용하여 저전력 부문을 위한 낮은 에너지 프로토콜 변수를 포함

했다.

RFID는 WSN 문맥에서만 사용되는 것이 아니라, IoT에 대한 공공이익이 된다. ISO/IEC

JTC 1/SC 31은 다양한 RFID 기술을 정의하는 ISO/IEC 18000 표준 시리즈를 통한 주요 표

91| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 91

준화 동인의 하나이다.

ISO, EPCglobal, DASH7 같은 기타 단체들은 이러한 표준에 기여하거나 이러한 표준

을 이용한다.

하위 통신 계층이 WSN 같은 특정 적용 방식에 한정된 경우가 많지만, 네트워크 및 상

위 통신 계층은 네트워크 간 상호 운용성을 위해 가급적 공통의 프로토콜을 사용해야 한

다. 또한, WSN의 경우 저전력 소비 및 컴퓨터 발자국 줄이기 같은 특정 기술에 대한 요

구를 고려해야 한다. 현재 IP 프로토콜 세트가 이러한 계층에 대한 사실상 표준이다. 이

전에는 영역별 표준이 자체의 프로토콜 스택(protocol stack)을 정의했다면, 현재는 모두

IP로 이동하였다. WSN와 IoT의 경우 IPv6가 선호된다. IETF(Internet Engineering Task

Force)(RFC 2460 등)의 IPv6 표준 세트(애플리케이션 계층으로의 네트워크)도 이용 가능하며

안정적이다. IETF는 특히 IEEE 802.15.4를 고려하여 저전력 제약적 장치 및 네트워크

를 지원하기 위해 특정 확장 및 프로토콜에 대해 연구 중이다. 6LoWPAN 실무단은 IEEE

802.15.4(예: RFC 6282) 상의 IPv6의 매핑을 정의했다. 등록된 실무단은 저전력의 손실 네

트워크 상의 라우팅을 고려한다(예: RFC 6550). 제약적 애플리케이션 프로토콜(CoAP) 실무

단은 제약적 장치 및 적용을 위한 적용 프로토콜을 정의했다. 이는 제약적 장치 및 네트워크

의 특별한 요건을 고려하는 RESTful 웹 서비스에 사용되는 HTTP 프로토콜의 대안이다.

ZigBee® 사양은 네트워크 및 보안 계층과 애플리케이션 프레임워크를 추가하여 IEEE

802.15.4 표준을 강화한다. 그것은 가정 및 건물 자동화, 헬스케어, 에너지 및 조명 관

리, 통신 서비스 같은 다양한 적용 영역을 포함한다. 원래의 Zigbee® 사양은 자체 네트

워크 및 애플리케이션 계층 프로토콜을 정의했던 반면, 최신 Zigbee® IP 사양은 IPv6 및

CoAP을 기반으로 한다. 애플리케이션 간 실질적인 데이터 교환을 위해 다양한 접근법

이 존재하며, 주로 서비스 지향 아키텍처(SOA)를 이용한다. 그 예로는 W3C(World Wide

Web Consortium)이 정의한 IEC 표준 및 SOAP, WSDL, REST인 OPCUA가 있다. W3C가

정의한 XML은 일반적으로 사용되는 인코딩 형식이다. WSN의 문맥에서 이러한 프로토


콜이 제약적 장치 및 네트워크에 얼마나 맞을지를 고려해야 한다. OGC(Open Geospatial

Consortium)은 웹으로 연결된 센서와 센서 기반 시스템(SWA)의 통합, 상호운용성, 악용 방

지를 위한 일련의 개방형 표준을 정의했다.

장치 및 네트워크의 관리에는 IEF가 정의한 SNMP 프로토콜이 널리 이용된다.

NETCONF는 IETF의 네트워크 관리를 위한 새로운 접근법이다. 현재 활동들은 IETF 내

의 제약적 장치와 네트워크 관리를 명백하게 포함하기 위해 시작되었다. IoT용으로 간주

되는 다른 장치 관리 프로토콜로는 BBF(Broadband Forum)의 TR-69와 OMA(Open Mobile

Alliance) 장치 관리가 있다.

정보의 시맨틱 표현은 지식 공유 및 시스템 및 애플리케이션의 자동 구성을 간편화하

기 위한 WSN 및 IoT의 중요한 사안이다. W3C는 시맨틱 웹 활동에서 RDF, RDFS, OWL

같은 기본 프로토콜을 정의하고 있다. 제약적 네트워크 및 장치의 특정 요건도 또 다시

고려해야 했다. 또한, 시멘틱 센서 네트워크 온톨로지가 정의되었다. 지리학적으로 분포

된 정보를 질의하기 위해 OGC는 GeoSPARQL을 정의했다.

ETSI(European Telecommunications Standards Institute) TC SmartM2M은 여러 적용 영

역을 위한 이용 사례 및 요건에서 시작하여 M2M 서비스 제공에 초점을 맞춘 장치, 게이

트웨이, 네트워크 노트, 적용 간에 M2M 통신 아키텍처, 관련 인터페이스를 개발하기 시

작했다. 이 작업은 OneM2M에 도입되었다.

ISO/IEC JTC 1/SWG 7(센서 네트워크)은 센서 네트워크 참조 아키텍처를 위한 ISO/IEC

29182 서비스와 공동의 정보 처리를 위한 서비스 및 인터페이스를 개발하였다.

이들은 포괄적 적용과 스마트 그리드 시스템을 위한 센서 네트워크 인터페이스에 대해

연구 중이다. ISO/IEC JTC 1/SWG 7(IoT)은 IoT를 위한 시장 요건 및 표준화 격차 분석을 시

작했다.

ITU는 IoT 표준화 부문을 연구하고 공동의 요건을 파악하기 위한 M2M 포커스 그룹을

출범시켰다. 이 그룹은 1차로 건강 부문에 주력하고 있다. 합동 조정 활동(JCA-IoT)은 ID 기

93| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 93

능과 유비쿼터스 센서 네트워크(USN)의 네트워크 측면을 비롯한 IoT 상의 ITU-T 작업을

조정해야 한다. 또한 ITU에는 USN, 보안, 신분 확인(이름 및 번호 설정)을 포함한 차세대 네

트워크에 관한 다양한 관련 활동이 있다.

IEEE에는 802.15.4 외에도 스마트 변환기(1451 시리즈)에 관한 활동과 유비쿼터스 그린

커뮤니티 제어(1888 시리즈)를 위한 활동이 있다.

가끔 시맨틱 표현, 그리고 심지어 온톨로지를 포함하는 정보 모델은 이미 IEC TC 57의

스마트 그리드, IEC TC 65의 산업 자동화, ISO TC 205 및 ISO/IEC JTC 1/ SC 25의 건물

자동화 같은 다양한 적용 영역에서 이미 제공되고 있다.

IoT 문맥에서 예를 들어 IEC SC 3D가 정의한 제품 데이터 표준, ISC 및 ITU가 정의한 ID

표준, ISO/IEC JTC 1/SC 31과 OGC가 정의한 위치 표준 역시 중요하다.

마지막으로 WSN과 IoT에 보안 및 프라이버시 표준도 중요하다.

조직 그룹WSN/IoT와의

관련성표준 진행 중인 작업

IEEE 802

단거리 무선 네트워크를 위한 물리적 및 링크 계층 프로토콜

802.15.4-2011(수정본 a, c, d 포함),802.15.4e-2012,802.15.4f.2012,802.15.4g-2012,802.15.4k-2013,802.15.4j-2013

TV 유휴대역, 철도 통신

IETFIP 프로토콜 세트(네트워크-애플리케이션 계층)

예: RFC 2460 (IPv6), RFC 2616 (HTTP), RFC 768 (UDP), 1180 (TCP), RFC 5246 (TLS), RFC 4301 (IPsec)

IETF 롤저전력 및 손실 네트워크용 라우팅

RFC 5548, RFC 5673,RFC 5826, RFC 5867,RFC 6206, RFC 6550,RFC 6551, RFC 6552,RFC 6719, RFC 6997,RFC 6998

멀티케스트 라우팅, 보안 위협, 다양한 적용을 위한 응용성 명세서

⋮표 6-1⋮ WSN/IoT 표준화 활동(완전한 표는 아님)




IETF 코어제약적 장치/네트워크의 적용 프로토콜

RFC 6690, draft-ietfcore-coap-18(RFC로 발표 대기중)

그룹 통신, HTTP 매핑, 자원, 장치 관리

IETF 6LoWPAN

제약적 무선 네트워크를 위한 IPv6 매핑(IEEE 802.15.4)

RFC 4919, RFC 4944,RFC 6282, RFC 6568,RFC 6606, RFC 6775

IPsec 헤더 압축, DECT 저전력 매핑

Zigbee® Alliance

2007 Specification,

IP Specification,RF4CE Specification,Building Automation,Remote Control,Smart Energy,Smart Energy Profile 2,Health Care,Home Automation,Light Link,Telecom Services, Gateway

소매 서비스

ISO/IEC JTC 1 SC 31 RFID, NFC

ISO/IEC 14443,ISO/IEC 15693,ISO/IEC 15961,ISO/IEC 15962,ISO/IEC 18000,ISO/IEC 18092,ISO/IEC 21481,ISO/IEC 24791,ISO/IEC 29160

EPCglobalRFID(전자 제품 코드)

EPCglobal Tag Data, Tag Data Translation, EPCglobal HF air interface protocol, EPCglobal UHF “Gen2” air interface protocol, EPC Information Services (EPCIS)

ISO TC 104 RFID(컨테이너 추적) ISO18185

DASH7 RFID ISO/IEC 18000-7DASH7 Alliance 프로토콜

W3C 적용 통신, 웹 서비스 XML, SOAP, WSDL, REST

IEC TC 65 애플리케이션 통신 IEC 62541 (OPC-UA)

IETF opsawg 장치 및 네트워크 관리RFC 1155, RFC 1157, RFC1213, RFC3411- 3418 (SNMPv3)

제약적 장치 관리

95| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 95



IETF netconf 장치 및 네트워크 관리 RFC 4741-4744 보안

BBF BroadbandHome 장치 관리 TR-69

OMA DM WG 장치 관리 DM 1.3버전 2.0, 제약적 장치(경량 DM)

W3C 시맨틱 표현RDF, RDFS, RIF, OWL, SPARQL, EXI, SSN 온톨로지

이중 RDF, Object Memory Modeling (OMM), RDF 스트림 처리

OGC센서 웹 활성화 DWG

애플리케이션 통신, 웹 서비스

Overview and High Level Architecture, Application communication, Web Services, Sensor Model Language, Transducer Model Language, Sensor Observations Service, Sensor Planning Service, Sensor Alert Service, Web Notification Services

OGCGeoSPARQL SWG

시맨틱 표현 GeoSPARQL

ETSI(OneM2M)

TC SmartM2M

M2M 통신, 아키텍처, 이용 사례, 요건, 인터페이스

TS 102689,TS 102690,TS 102921,TS 103092,TS 103093,TS 103104,TR 101584,TR 102691,TR 102725,TR 102732,TR 102857,TR 102898,TR 102935,TR 103167

상호 연동, 보안, 스마트 시티, 스마트 가전, 시맨틱

ISO/IEC JTC 1 SWG 7

센서 네트워크, 아키

텍처, 애플리케이션 인터페이스

ISO/IEC 29182,

ISO/IEC 20005

스마트 그리드 인터페이스(ISO/IEC

30101), 일반 애플리케이션 인터페이스(ISO/IEC 30128)

ITU-T포커스 그룹 M2M

M2M 아키텍처, 요건, 애플리케이션 인터페이스, 전자 의료

요건, 아키텍처, 프레임워크, API, 프토토콜, 전자 의료 표준화 활동 및 격차 분석, 전자 의료 M2M 생태계, 전자 의료 이용 사례

ISA단거리 무선 네트워크를 위한 물리적 및 링크 계층 프로토콜

ISA100.11.a




IEEE P1451 스마트 변환기IEEE 1451 (ISO/IEC/IEEE 21451)

IEEE P1888 커뮤니티 제어 IEEE 1888

ITU-T SG16유비쿼터스 센서 네트워크 미들웨어, 애플리케이션, ID

F.771, F.744, H.621, H.642IoT 응용, 태그 기반 ID

IEC TC 57정보 모델, 스마트 그리드

IEC 61850, IEC 61968, IEC 61970

웹 서비스 매핑, 신재생 발전설비용, 고객 인터페이스,

시장 인터페이스

IEC TC 65 정보 모델, 산업 자동화IEC 6242, IEC 62714, IEC 62794,

ISO TC 184 정보 모델, 산업 자동화 ISO 13584, ISO 15926

ISO/IEC JTC 1 SC 25 정보 모델, 건물 자동화 ISO/IEC 14543

ISO TC 205 정보 모델, 건물 자동화 ISO 16484

IEC SC 3D 제품 데이터 IEC 61360

ISO TC 184 제품 데이터 ISO 13584

ecl@ss 제품 데이터 ecl@ss 7.0

IEC TC 65 무선 센서 네트워크IEC 62591/IEC 62601IEC 62734

ISO TC 46 식별자ISO 27729, ISO 26324,ISO 3297, ISO 2108,ISO 10957

ISO/IEC JTC 1 SC 31 위치 ISO/IEC 24730, ISO/IEC 24769

ISO/IEC JTC 1 SC 31 식별자 ISO/IEC 15459

ITU-T SG2 식별자 E.101, Y.2213

ITU-T SG13유비쿼터스 센서 네트워크

Y. 2221

ITU-T SG17 보안 X.1171, X.1311, X.1312, X.1313

OGC SWE 위치 OpenGIS location services

3GPP SA1, SA2, SA3 서비스 및 시스템MTC 최적화, MTC 통신

3GPP G2, R1, R2, R3 무선 접속 네트워크무선 접속 MTC 기술 강화

97| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 97

｜ 6.3 표준화 필요성 및 전망 ｜

WSN과 훨씬 더 많은 IoT는 단일 기술이 아니라 물리적 통신 계층에서 응용 프로그램

까지의 다양한 기술을 이용하는 복잡한 시스템을 대표한다. 또한, 이들은 여러 응용 분야

및 다양한 환경에서 사용되고 있다. 이것은 복잡한 표준화 환경으로 이어질 수도 있다.

위에 설명한 대로, 이미 설정되어 있는 표준과 진행 중인 표준화 작업이 많이 있다. 하지

만 그것들은 종종 전반적인 시스템의 특정 측면이나 응용 영역만을 포함하거나, 특정 이

용 사례에 초점을 맞추고 있다.

IoT와 WSN이 스마트 그리드, Industry 4.0, 스마트 시티처럼 IEC가 진행 중이거나 시작

하는 표준화 영역의 기본적인 기술 영역이기 때문에, 표준화를 필요한 방향으로 이끌고

표준화 격차를 파악하여 채우려면 IEC가 그러한 내용과 표준화 환경, IEC 응용 영역에 대

한 특정 니즈를 제대로 이해하는 것이 중요하다. 이는 다른 관련 표준화 기구들과 긴밀하

게 협조하여 수행해야 한다.

특정 응용 영역(스마트 그리드, Industry 4.0, 스마트 시티)의 이용 사례에서 출발하여 IEC의

니즈에 맞는 요건 및 아키텍처 프레임워크를 정의해야 한다. 이에 기초하여 기존의 표준

이 재사용될 수 있고 격차가 채워져야 하는 곳을 파악할 수 있다.



3GPP CT1, CT3l, CT4 통신 네트워크 3GPP 프로토콜의 영향 평가

3GPP2 TSG-SX M2M 통신CDMA2000 네트워크용 2M 통신 연구

CCSA TC10/WG3 M2M 통신 M2M 통신, 차세대 네트워크

CCSA TC5/WG7 일반적인 M2M 적용

ITU-T JCA-NID ID 시스템ID 시스템의 네트워크 성격(RFID

포함)


｜ 6.4 과제 및 향후 표준화 필요성 ｜

WSN은 정보 기술의 다양한 계층과 측면을 포함하는 신생 기술이다. 따라서, 그 표준화

에는 다음과 같은 고유의 복잡성이 있다.

⦁ 분열: 다양한 표준 기관 및 상호 간의 통신, 협조, 통일된 계획이 없다.

⦁ 비호환성: WSN에 정보 기술의 다양한 측면이 포함되어, 표준이 복잡하고 다양하

다. 아직 서로 다른 표준 기관에서 개발한 다양한 표준들의 호환이 가능하지 않다.

⦁ 조화 부족: 일부 WSN 적용이 이미 시작되어 성공적으로 시행되었다.

다양한 표준 기관들이 서로 다른 관점과 서로 다른 깊이에서 작업을 수행하지만, 대부

분의 작업은 여전히 초기 단계이고, 시중에 출시될 준비가 되지 않았다.

⦁ 다이버전스(다양성): 응용이 동시에 이루어지지 않고, 표준 개발이 지연되면서 응용

구조가 표준 개발과 일치하지 않아 응용의 재사용 가능성과 공동 사용성에 영향을

미치고 산업화의 발전을 지연시킨다.

이 문제를 해결하기 위해 WSN 표준화가 서로 다른 표준 기관 사이의 의사소통 및 협조

를 강화하고, 통일된 계획을 세우고, 자원 할당을 최적화하며, 작업의 중복을 줄일 것을

권장한다.

99| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 99

WSN과 훨씬 더 많은 IoT는 단일 기술이 아니라 물리적 통신 계층에서 응용 프로그램

까지의 다양한 기술을 이용하는 복잡한 시스템을 대표하고, 여러 응용 영역과 서로 다른

환경에서 사용된다. 이러한 다양성은 복잡한 표준화 환경이라는 결과를 낳았다. 본 백서

에서 다루었듯이 이미 기존의 WSN 응용 사례, 과제, 진행 중인 표준화 활동이 존재한다.

WSN의 고유한 특성 덕분에 산업, 연구 기관, 표준화 기구에서 기회를 창출할 수 있다. 이

는 현재 및 미래의 인프라 부문에서도 매력적으로 작용할 수 있다.

IoT와 WSN이 스마트 그리드, Industry 4.0, 스마트 시티 등 IEC가 주로 다루는 기술 영

역에 기초하기 때문에, IEC가 응용 분야와 표준화 환경, IEC 이해관계자들을 위한 WSN의

특정 니즈를 제대로 이해하는 것이 중요하다. 표준화를 올바른 방향으로 이끌고 표준화

격차를 파악하여 줄이기 위해서는 IEC 내외부, 즉 다른 관련 표준화 기구의 면밀한 협조

가 필요하다.

7장

결론 및 권장사항


｜ 7.1 일반 권장사항 ｜

7.1.1 대규모 WSN

대규모 WSN의 수가 증가함에 따라, 네트워크의 밀도 역시 증가하고, 링크 실패 가능

성도 더욱 빈번해졌다. IEC는 추가적인 연구를 통해 실시간 애플리케이션의 서비스 품질

(QoS) 사안이나 일부 특수 환경에서의 노드 이동성 같은 다른 네트워크 성능 기준을 고려

할 것을 권장한다.

7.1.2 초대규모 감지 및 동적 변화에 적합한 시스템 아키텍처 및 통합 기술에 관

한 연구

IEC는 산업 및 연구 기관이 WSN을 위한 시스템 아키텍처 및 통합 기술을 개발할 것을

권장한다. 다양한 이질적 네트워크 환경에서 자유로운 정보 교환을 실현하려면 OPC-

UA, 시맨틱(Semantic) 표현 및 처리 같은 통합 기술 및 서비스 지향 아키텍처 프로토콜

(SOAP)에 기초한 시스템 아키텍처가 필요하다.

7.1.3보안 보장을 위한 공통의 모델 개발

점점 더 많은 노드가 배치되고, 특히 인프라에서 성능이 WSN의 보안 서비스 추가로 인

해 영향을 받으면서, IEC는 관련 연구 조직들이 힘을 합쳐 각 계층의 보안을 보장하고 계

층 작업을 서로 협력하여 수행할 수 있는 공통의 모델을 개발할 것을 권장하고 있다.

7.1.4 WSN의 높은 동시 접속 기술

IEC는 현재의 접속 기술이 역사적 맥락에서 새롭긴 하지만, 이에 더하여 높은 동시 접

속 기술의 개발 및 운영에 상당한 노력을 기울일 것을 권장하고 있다. 높은 동시 접속 기

술은 부족한 무선 스펙트럼의 효율을 개선하고, 더 많은 네트워크를 지원할 수 있다.

101| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 101

｜ 7.2 IEC 및 산하 위원회에 전하는 권장사항 ｜

7.2.1 WSN의 아키텍처에 적합한 기본 표준 필요

MSB는 WSN의 통합 아키텍처를 위한 상대적 표준을 개발할 것을 중소기업에 권장하

고 있다. IEC의 요구조건(스마트 그리드, Industry 4.0, 스마트 시티)에 맞는 특정 응용 영역의

이용 사례에서 출발하여, 요건과 아키텍처 프레임워크를 정의해야 한다. 그 다음에야 분

석에 기초하여 기존의 표준을 재사용할 수 있고, 격차가 채워져야 하는 곳을 파악할 수

있다.

7.2.2 공장 자동화를 위한 WSN에 대한 기술적 공헌

MSB는 높은 동시 접속 요건을 지닌 공장 자동화를 위한 WSN 개발에서 중소기업이 적

극적인 역할을 할 것을 권장한다. IEC TC 65가 이 영역에 포진하고 있다.

7.2.3 공장 자동화를 위한 WSN 표준의 빠른 진전

MSB는 기존의 국가적 또는 지역적 표준의 조화에 특히 집중하여 공장 자동화를 위한

WSN 표준을 실현할 것을 중소기업에 권장한다.

7.2.4 공장 자동화를 위한 WSN 관련 산업 협회들과의 협조

MSB는 국제적 산업 수준의 WSN 개발에 부응할 수 있도록 전담반을 발족할 것을 중소

기업에 권장한다. 수많은 산업 협회들이 이 분야에서 활동하고 있고, 이 문제에 대한 특

정 관점에 기여하는 많은 연구 및 성명서를 내고 있다. 표준화 작업은 이러한 노력을 고

려해야 한다.


7.2.5시스템 인증 표준

MSB는 WSN의 모듈식 인증을 장려하고 지원할 미래의 표준화 니즈를 고려할 것을 권

장한다. 대체로 복잡한 시스템은 매우 복잡한 시스템 거동을 동반하기 때문에, 대규모 시

스템 인증은 결코 간단하지 않다. 하지만 모듈형 시스템은 모듈형 인증의 가능성을 동반

한다. 그러한 시스템에서는 대부분의 인증 절차가 개별 시스템 모듈에 주력하고, 나머지

사소한 인증만 통합 시스템 자체에서 수행된다. 다시 말해, 시스템이 그 모듈의 인증을

물려받는 것이다.

103| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 103

｜ A.1 접속 기술의 개발 동향 ｜

현재의 WSN 적용을 위한 구체적인 요건에 따르면 접속 기술의 발전은 이미 상당한 진

보를 이루었다. 보다 체계적이고 주목할 만한 대표적인 접속 기술은 의료용 WSN 위주의

블루투스 4.0, 산업용 WSN 위주의 IEEE 802.15.4e, 그리고 IoT 관점에서는 WLAN IEEE

802.11™이다.

A.1.1 블루투스 4.0

특히 저전력 요건을 지닌 의료 및 기타 다른 IoT 응용 분야의 특성과 요건을 고려하여

Bluetooth SIG는 2012년에 블루투스 4.0의 최신 블루투스 표준을 발표했다.

고도의 통합 및 소형 장치를 지향하는 블루투스 4.0은 작동 및 대기 모드에서 매우 낮

은 전력 소모를 보장하는 초저전력 대기 모드 작동을 제공하기 위해 경량 접속 기술을 채

택하였다. 버튼형 배터리도 몇 년 간 블루투스 4.0 장치의 무정전 작업을 지원할 수 있다.

다음 표는 블루투스 4.0과 기존의 블루투스 기술의 변수를 비교한 것이다.

부록 A

접속 기술


A.1.2 IEEE 802.15.4e

WSN의 특징은 저속 WPAN과 상당히 유사하므로, 대부분의 WSN은 IEEE 802.15.4

를 기본적인 통신 표준으로 채택한다. 또한, ZigBee®55, WirelessHART56, ISA100.11a57,

WIA-PA58는 모두 IEEE 802.15.4 표준 위에 구축된다. 따라서 산업용 IoT 애플리케이션의

높은 신뢰도와 경성 실시간(Hard real time) 요구조건을 위해서 IEEE 802.15.4 실무 그룹이

2012년에 IEEE 802.15.4e를 내 놓았다.

산업적 응용 위주의 IEEE 802.15.4e는 처리 자동화 지향적 WIAPA를 지원하는 비콘 기

반 무경합 확장 GTS 방법, 처리 자동화 지향적 WirelessHART 및 ISA100.11a를 지원하는

기술 규격 전통적인 블루투스 기술 블루투스 저에너지 기술

거리/범위 100m(330ft) 50m(160ft)

무선 데이터 전송 속도 1Mbit/s ~ 3Mbit/s 1Mbit/s

애플리케이션 처리량 0.7Mbit/s ~ 2.1Mbit/s 0.27Mbit/s

액티브 슬레이브 7 정의되지 않음. 실행에 따라 다름

보안56/128비트 및 사용자가 정의한 애플리케이션 계층

카운터 모드 CBC-MAC의 128비트 및 사용자가 정의한 애플리케이션 계층

건전성적응형 빠른 주파수 호핑, FEC, 빠른 ACK

적응형 주파수 호핑, 느린 확인응답, 24비트 CRC, 32비트 메시지 무결성 확인

대기 시작(비연결 상태) 일반적으로 100ms 6ms

총 데이터 전송 시간(배터리 수명 감지)

100ms 3 ms, 3 ms 미만

음성 지원 예 아니요

네트워크 토폴로지 스캐터넷 스타형 버스

전력 소모 1(참조값) 0.01~0.5(이용 사례에 따라)

현재 소비 최고값 30mA 미만 15mA 미만

⋮표 A-1⋮ 블루투스 4.0과 기존 블루투스 기술의 비교54

105| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 105

무비콘 무경합 TDMA 방법, 공장 자동화 부문을 지원하는 비콘 방식에 기반한 경합 접속,

Zigbee® 및 IEEE 802.15.5를 지원하는 무비콘 경합 접속 방식을 포함하는 네 가지 접속

방식을 통해 IEEE 802.15.4를 확장한다60.

A.1.3 WLAN IEEE 802.11™

IoT의 견지에서 WLAN IEEE 802.11™의 주요 장점은 다음과 같다.

⋮그림 A1-1⋮ IEEE 802.15.4e의 접속 기술 아키텍처59

IEEE

802.15.4e

오버헤드 감소/보안

저에너지

채널 다양성

비콘을 이용하는 PAN

(공장 자동화)

경합 접속

(ZigBee 802.15.5)

경합 접속(WIA-PA)

무경합

E-GTS

(ISA, HCF)

TDMA

무경합

무비콘 PAN

● WLAN 클라이언트와 장치 인터넷으로의 쉬운 통합

● 사무실, 가정, 산업의 무선 통신 기술로의 폭 넓은 수용

● 모바일 기기 지원

● 산업 부문 및 센서 네트워크로 수용되는 저전력 소비 수준


표준 IEEE 802.11™17에 기반한 무선

LAN은 사무실, 컨퍼런스 및 회의 , 가정

의 무선 데이터 통신으로도 선호되지만,

산업용 무선 통신으로도 많이 사용된다.

WLAN IEEE 802.11 네트워크는 안정적이

고 상업적으로 성공적이며 널리 배포된

생태계를 통해 네트워크 지향적 이더넷

사양으로 쉽게 통합된다.

IEEE 802.11™ WLAN의 지배적인 네트워크 토폴로지는 WLAN 네트워크의 접속점으로

연결되는 이동형 WLAN 클라이언트이다.

다른 네트워크 토폴로지, 특히 IEEE 802.11a/g에서 56Mb/s, IEEE 802.11n에서 150Mb/

s 이상, IEEE 802.11ac에서 최고 1Gb/s의 데이터 전송 속도를 제공하는 무선 메시 네트워

크(IEEE 802.11s62) WLAN IEEE 802.11™도 가능하다.

또한, WLAN은 산업용 무선 통신 및 센서 네트워크에 도달하기도 한다. GainSpan 같

은 회사들은 이른바 저전력 Wi-Fi 클라이언트를 제공한다(그림 A1-2 참조). 낮은 전력 소

모는 에너지 효율적인 하드웨어와 그에 따른 IEEE 802.11™ 사양의 에너지 절감 기능 사

용을 통해 달성된다. Wi-Fi Alliance를 통한 인증이 계획되어 있다. IoT 및 WSN과 관련된

IEEE 802.11™에 대한 추가 수정이 진행 중이다. 예를 들어 IEEE 802.11ah의 sub-GHz 대

역과 IEEE 802.11ad/aj의 60GHz 대역의 추가적인 PHY 계층이 있다.

⋮그림 A1-2⋮ GainSpan GS1011M 저전력 Wi-Fi 모듈61

107| 05. loT: 무선 센서 네트워크 | 107

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에너지 문제에 부합하기위한

IEC의 역할(2010~2030년)

– 06 –


다가오는 시간동안, 세계는 이산화탄소 배출 수준을 낮추면서 충분한 양의 에너지

를 공급하는 도전에 직면하게 될 것이다. 에너지 절약과 에너지 효율성의 증가는 해

당 도전을 극복할 수 있는 열쇠이다. 우리는 연결된 세계이고 에너지 효율 솔루션은

실질적인 임팩트를 주기 위해 함께, 안전하게 그리고 어디서든 일하는 것일 것이다.

선진국에서 뿐만 아니라 개발도상국에서도 마찬가지이다.

그러나 측정기준(metrics)이 없이는 에너지 소비의 최소화와 최적화를 위한 모든 노

력이 작거나 영향이 없기 마련이다. 초대 IEC 의장인 Kelvin 경이 항상 말하길 “측정

할 수 없다면, 향상시킬 수 없다.”는 것처럼 말이다. 이 문구는 특히 여기서 true 이다:

측정이 없이는 에너지 효율 개선을 신뢰할 수 있을 정도로 보여줄 수 없다. IEC는 벤

치마킹, 에너지 진단(energy audit)과 이행 평가(compliance assessment)의 기본이 되는

다수의 측정 기준을 제공하고 있으며, 앞으로도 지속적으로 제공할 것이다.

그러나 IEC는 또한 에너지 효율성을 위한 솔루션의 중요한 조각-지능형 전화(smart

electrification)를 보유(hold)하고 있다. 전기는 가장 쉽게 제어가 가능한 형태의 에너지

이다. IEC는 전기가 기후 변화 완화에 있어 가장 중요한 기여자(contributor)가 될 것으

로 믿는다. 전기는 쉽게 제어되고 무게가 없다. 전기는 다른 에너지원에 비해 수송과

배분이 쉽고 사용점에서 깨끗하며, 전기는 생산점에서 청정하게 생산될 수 있다. 전

기는 생산과 소비에 있어 가장 효율적인 방법(way)과 에너지를 효율적으로 이용하는

미래 글로벌 노력을 위한 가장 지능적인 접근법에 해당한다.

이 백서에서 IEC는 전기 에너지 효율성 토론에 대한 토대를 놓는다.

IEC의 업무가 집중되어야 하는 곳을 정의하기 위해 IEC는 가용한 에너지 효율성 기

회(energy efficiency opportunities)와 기술을 폭넓게 연구했다. 이를 기반으로 IEC는 이

후 20년간 일어날 것이라고 믿는 것들을 예상(projecting)하는 모델을 개발하였다.

본 백서는 그 모델의 반영(reflection)을 요약한 것이며, IEC가 현재와 미래에 장단기

⋮요약⋮

121| 06. 에너지 문제에 부합하기위한 IEC의 역할(2010~2030년) | 121

에너지 효율성 최대 성과를 가능하게 하는데 필요한 많은 표준을 개발할 수 있도록 해

주는 로드맵과 권고사항으로 구성된다.

이 문서는 IEC MSB(Market Strategy Board)에 의해 준비되었다. MSB는 IEC가 IEC

활동 분야에서의 중요한 기술적 트렌드와 시장 필요성을 확인하기 위해 구성하였다.

MSB는 발행시장(Primary market)으로부터 input을 최대화하는 전략을 수립하고 IEC

의 기술 및 적합성 평가 업무(technical and conformity assessment work) 에 대한 우선순

위를 수립하여 혁신적이고 빠르게 움직이는 시장의 필요에 대한 IEC의 반응을 개선

시키고자 한다.

MSB는 산업계에서 지명된 멤버인 15명의 CTO와 IEC officer로 구성된다.

1장에서는 에너지 수요, 에너지 도전 및 추가적 기후 도전에 대한 문제가 핵심행동

방침(salient action point)의 짧은 요약과 함께 기술되었다.

2장에서는 가용한 수단과 이를 통한 이산화탄소 배출 감소 및 에너지 효율 증대 잠

재력을 요약하였다.

3장에서는 에너지 효율의 정의를 발전 분야의 에너지 효율을 현재시점에서 이미 현

저히 증가시킬 수 있는 잠재력을 가진 기술 혁신에 대한 리뷰와 함께 제공한다. 또한

건물/가정, 산업 및 수송 분야의 잠재적 효율 개선과 전력 사용에 대한 개요도 설명되

었다.

4장은 CCS(이산화탄소 포집, 저장)를 포함한 발전 분야의 이산화탄소 저감 잠재력에 대

해 다루었다.

5장은 각각의 에너지 시나리오의 종합적 영향과 시나리오에 의한 장기 탄소 배출

수준의 저감 능력과 관련한 민감도 분석을 제공한다.


6장은 인류가 기후변화를 완화하는데 도움이 될 수 있는 이산화탄소 배출 수준을

달성하기 위해 에너지 체인에서 어떤 변화가 필요한지를 입증하였다.

7장은 에너지 해결책을 시행함에 있어 중요한 성공 요인을 요약하며, 8장에서는 본

문서의 저자인 MSB가 IEC에 대한 주요 권고사항을 제시한다.

1장 문제 설정

1.1 경제 126

1.2 인구 127

1.3 에너지 수요 127

1.4 지역별 에너지 수요와 인구분포 127

1.5 에너지원별 공급비중 128

1.6 에너지 소비유형별 비중 129

1.7 이산화탄소 배출 129

1.8 도전 과제 130

2장 해결을 위한 체계

2.1 부응을 위한 요인 (Parameters for the response) 132

2.2 액션의 타겟 133

2.3 이용가능한 수단 134

2.3.1 조치 목록 및 그 잠재성 134

2.3.2 가능한 대응의 측정 및 평가 136

2.3.3 전화(electrification)의 효과 136

2.3.4 ICT(Information and communication technology) 효과 137

2.3.5 행동의 변화 137

2.4 전망 138

3장 에너지 효율

3.1 에너지 효율 : 정의 140

3.2 현재 전기 에너지 구조 141

⋮목차⋮

3.3 화석연료 발전 143

3.3.1 복합화력 (천연가스) 144

3.3.2 미분탄 연소와 초임계 스팀 144

3.3.3 석탄가스화복합화력발전, IGCC 145

3.4 열병합발전 (Combined heat and power, CHP) 145

3.5 연료전지, 석탄가스화 및 열병합 활용까지 포함 146

3.6 송배전 147

3.7 건물에서의 전력 사용 148

3.8 산업에서 전력 활용 150

3.9 이동수단의 전화 152

4장 이산화탄소 방출 줄이기-"탄소제거"

4.1 재생에너지(RE) 153

4.1.1 수력발전 154

4.1.2 풍력 발전 154

4.1.3 태양열 발전 154

4.1.4 태양광 발전 155

4.1.5 지열 발전 155

4.1.6 히트펌프 시스템 155

4.2 원자력 발전 155

4.3 이산화탄소 포집 및 저장 157

5장 민감도 분석법을 활용한 미래의 전력수요량 및

CO2 배출량 예측

5.1 현재의 추세대로 진행될 경우 158

5.2 3, 4장의 성숙기술을 활용할 경우 158

5.3 전기발전과 다른 분야에서의 더 강력한 전략 159

5.4 민감도 분석 결과 정리 160

6장 재설계 : 미래 에너지 체인

6.1 재설계의 필요성과 기준 아키텍쳐의 역할 161

6.2 그리드 아키텍쳐(Grid architectures) 163

6.3 에너지 및 전력의 최종 사용 아키텍쳐 (구조) 165

6.3.1 건물 165

6.3.2 Vehicle to grid 166

6.3.3 산업분야 169

6.4 에너지 및 전력 저장 169

6.5 Micro-grids 170

6.6 미래 에너지 사슬에 의해 제기되는 문제 170

6.6.1 기술적 문제 170

6.6.2 시스템적 접근 문제 172

7장 문제해결을 위한 결정적인 성공요소

8장 권장 사항

8.1 IEC 향후 발전 방향과 권장사항 177

8.2 일반적인 권장사항 179

8.3 세부적 권장 사항 182

8.4 기술 목록 184

부록

부록 A ⋮ 기준 시나리오에 따른 연료 별 세계 주요 에너지 수요 189

부록 B ⋮ 온실 가스 배출량과 온도 상승에 대한 시나리오 190

부록 C ⋮ 550과 450 정책 시나리오의 에너지 관련 CO2 배출 감축 방법들 192

부록 D ⋮ 에너지 효율과 CO2 감축의 체계적인 평가 193

부록 E ⋮ 복합싸이클 발전 197

부록 F ⋮ 석탄가스화 연료전지 복합발전, IGFC 198

부록 G ⋮ 건물 내 소비 에너지 분석 199

부록 H ⋮ 물질 처리를 위한 참고 건축물의 예 203

부록 J ⋮ 원자력 발전 IV 204

부록 K ⋮ 이산화탄소 포집과 저장 205

부록 L ⋮ CO2 배출 감축량 측정의 민감도 분석 206

부록 M ⋮ DESERTEC 프로젝트 209


본 섹션에 수록된 대부분의 내용들은 전기 부문의 정보를 증대시킨 국제 에너지기구

(International Energy Agency)의 2008 세계 에너지 전망1을 토대로 하고 있다.

｜ 1.1 경제 ｜

2050년, 세계 경제는 현재(2006 기준)보다 4배 정도 성장할 것으로 예상되며, 특히 중

국, 인도와 같은 국가들은 현재보다 10배정도 성장할 것이다. 이러한 성장은 경제적 편익

과 더불어 기본적인 생활수준의 엄청난 발전을 가져올 뿐 아니라, 더 많은 에너지의 사

용을 수반한다. 만약 경제 성장이 일반적 에너지 수요, 그리고 화석연료의 소비에서 오

는 에너지 수요와 분리되어 있지 않다면, 천연 자원과 환경에 대한 지속 불가능한 압력

(unsustainable pressure)은 불가피하다.

1장

문제 설정

1. 가장 최신 버전인 ‘2009 세계 에너지 전망’와 유의미한 차이없음


｜ 1.2 인구 ｜

세계 인구는 2006년 약 65억에서 2030년 약 82억으로 연평균 1%씩 성장할 것으로 예

상된다. 이 성장률은 과거 트렌드에 따라 예측기간 전반에 걸쳐 점진적으로 둔화될 것으

로 보인다(1990년 ~ 2006년 사이 연평균 성장률은 1.4%였음). 반면 non-OECD 국가의 경우

가장 빠른 속도로 성장을 지속한다.

｜ 1.3 에너지 수요 ｜

인구 증가와 산업화는 전기 에너지의 수요 증대에 큰 영향을 미친다. 2008년 중반 이

후 새로운 정부정책이 없다고 가정하는 국제 에너지 기구(IEA)의 기준 시나리오(즉, BAU-

시나리오)는 2006년 ~ 2030년 사이 세계 1차 에너지 수요는 45% 증가(연평균 성장률 1.6%)

하고 2050년에는 두 배(100% 증가)가 될 것으로 예상하였다. 2050년 전력 수요는 세배가

될 것으로 예상된다.

｜ 1.4 지역별 에너지 수요와 인구분포 ｜

오늘날 16억 명의 사람들은 전기를 사용할 수 없다. 그러나, 그들은 향후 수십 년 동안

전기를 필요로 할 것이며, 특히 오늘날 새로운 주민들의 대부분은 개발도상국에 살고 있다.

때문에 에너지 효율 또는 소비에 영향을 줄 것으로 예상되는 조치(measure)는 새로운

에너지 수요가 증가하는 수요를 만족시킬 수 있는 수준의 에너지 분배 인프라를 보유하

지 못한 국가에 위치할 것(will be situated)이라는 사실을 고려해야 한다. 때문에 에너지 효


율과 소비에 영향을 미칠 것으로 예상되는 어떠한 조치 혹은 요인이라도, 증가하는 에너

지 수요를 따라가지 못하고 여전히 부족한 에너지 공급 인프라를 가진 국가들에서는 새

로운 에너지 수요로 간주된다는 사실을 고려해야 한다.

2006년 기준, 도시의 경우 농촌보다 일인당 더 높은 비율로, 세계 에너지 소비의 67 %

및 글로벌 에너지 관련 CO2 배출량의 71 %를 차지했다.

｜ 1.5 에너지원별 공급비중 ｜

열병합발전 부문이 세계 1차 에너지 수요에서 차지하는 비중이 예측기간 전반에 걸쳐

증가하였다. 열병합발전 부문의 1차 에너지 수요 비중은 2006년 38 % 에 비해 2030년

에는 42% 이상에 이를 것으로 예상된다. 화석 연료는 2030년에도 주 에너지원(leading

source)의 자리를 유지(약 80% 비중, 부록 A 참조)할 것이다.

발전 및 열 생산에 투입되는 연료 중 석탄의 비중이 가장 높아 전망 기간에 걸쳐 47%

로 유지될 것으로 예상된다. 석유는 1차 에너지 믹스에서 여전히 지배적으로 사용되지

만, 비중은 2006년 34%에서 2030년엔 30%로 약간 하락할 것이다. 또한 가스의 경우에

는 21%에서 23%로 그 비중이 다소 상승할 것으로 예측된다. 원자력은 2006년 16%에서

2030년 13%로 감소하며, 수력은 6% 수준에서 꾸준히 머물 것으로 보인다. 태양광, 풍력,

바이오매스, 폐기물 등을 원료로 한 비수력 신재생의 경우 연평균 6.2%로 전체 에너지원

들 중 가장 빠르게 증가하여 2030년 10%의 비중을 차지할 것으로 예측되나 여전히 다른

에너지원에 비해서는 그 활용도에 있어 제한적일 것이다.


｜ 1.6 에너지 소비유형별 비중 ｜

2008 IEA 세계 에너지 전망에 따르면 산업, 수송, 건물/서비스2 이상 세 부문이 각각 비

슷한 비중(1/3)의 1차 에너지를 소비하는 것으로 나타났다. 1차 에너지가 아닌 전기 에너지

소비를 검토할 경우, 산업 부문이 거의 절반을 소비하며 나머지는 기타 용도로 사용되는

점을 언급하는 것은 중요하다. 산업 및 건물/서비스 부문에서는 전기 사용이 지배적이며,

증가율이 가장 높다. 반면 수송 분야의 전기 사용은 전무한데 사용처를 개발하는 것이 해

결책의 중요한 부분이 될 수 있다. 전기 사용량 증가세는 산업부문에서 가장 빠르고, 건

물/서비스 부문에서 가장 느리다.

｜ 1.7 이산화탄소 배출 ｜

오늘날 에너지 사용으로 인한 이산화탄소 발생양은 연간 약 28Gt로 이는 전체 온실가

스 배출량의 70%에 해당되는 양이다. 전력생산 중 발생되는 이산화탄소는 약 절반에 해

당되는 11Gt 정도이다.

만약 적절한 조치를 통한 배출량 저감 없이 현재 추세대로 지속된다면(BAU 시나리오,

Business as usual), IEA는 에너지 기술 전망 2008(Energy Technology Perspectives 2008)

에서 2030년 42Gt, 2050년 62Gt의 이산화탄소가 배출될 것(표 1.1)으로 예측하였는데 이

는 전세계 온도를 최대 6℃ 까지 상승시킬 수 있다.

이는 명백하게 지속가능하지 않음을 보여주는 결과이다. UN IPCC (유엔 산하 기후변화에

관한 정부간 협의체, The United nations Intergovernmental Panel on Climate Change)는 기온상

2. 이 보고서에서 “건물/서비스 부문”은 농업도 포함


승을 2℃로 제한하기 위해, 대기 중 이산화탄소 농도를 450ppm(parts per million)이하로 유

지해야 하고 따라서 2050년 글로벌 온실가스 배출량은 오늘날 수준의 절반 이하가 되어

야 함을 입증해 왔다. 부록 B와 C는 3개 시나리오(BAU, 450ppm, 550ppm)에 대해 비교분

석한 내용을 담고 있다.

｜ 1.8 도전 과제 ｜

우리는 현재 이중적 과제에 직면하고 있다. 전적으로 에너지 부족 문제를 고민하는 동

시에 기후 변화 문제도 걱정한다. 이를 해결하기 위해선 지역을 벗어나 전 세계를 범주로

하는 새로운 전략이 필요하다. 이 전략은 에너지 소비 문제를 경제 개발 및 성장과 분리

해 다루어야 한다.

요약하면, 이 과제는 에너지 이용가능성을 보장하는 동시에 환경을 보호하는 것이다.

이 과제의 핵심 요소들은 다음과 같다.

1) 화석 연료 사용이 기후에 미치는 영향을 안정화시키는 것

2) 증가하는 세계 인구의 에너지 수요를 충족시키는 것

3) 전기 사용이 불가능한 16억의 사람들에게 전기를 공급해주는 것

에너지 사용과 관련된 CO2 배출량

← 포함 발전 중 배출되는 CO2

Today 28 Gt 10.8 Gt

2030 42 Gt 17.8 Gt

2050 62 Gt 29 Gt

⋮표 1-1⋮ BAU 시나리오에 따른 이산화탄소 배출전망치(출처 : 표 L.1)


4) 모든 국가가 안정적으로 에너지를 사용할 수 있게 보장하는 것

5) 전기 생산지부터 멀리 떨어진 전기 소비지까지 전기를 수송하는 것

본 문서는 모든 종류의 에너지를 다루는 것이 아닌, 전기부문만을 담당하는 기관에서

작성하였으나 논의의 일관성을 위해서는 모든 형태의 에너지 생산과 소비가 함께 다뤄

져야 한다.

2050년의 당면 과제를 숫자로 표현하면 다음과 같다:

1) 에너지 수요는 2배 증가할 것이며,

2) 동시에 이산화탄소 배출은 2배 감소되어야 한다.

따라서 달성해야 할 수량적 결과는 4배라 할 수 있다.


｜ 2.1 부응을 위한 요인 (Parameters for the response) ｜

1) 기후변화를 완화시키는 것은 경제적으로 큰 의미가 있는 필수요소이다.

Stern Review Report3에 따르면 조치를 전혀 취하지 않을 경우 전 세계 GNP(Gross

National Product)의 5~20%로부터 비용발생이 되겠지만, 선제적 대응에는 전 세계 GNP

1%만 비용부담이 필요할 것이다.

2) 정치적으로도 기후변화 완화는 지지받고 있다

이산화탄소 배출 저감을 위한 정치적 공약(political commitment)은 향후 30년 동안의 조

치사항을 개발할 것이다.

2장

해결을 위한 체계

● 교토의정서에 의하면 2012년 온실가스 배출량은 1990년 수준 대비 8% 감소했어야 한다.

● 2007년 3월, EU 이사회(EU spring council)는 2020년 온실가스 배출량을 1990년 수준 대

비 최소 20%를 저감할 것을 결정하였다.

● 일부 국가들은 2050년 온실가스 배출량을 1990년 수준 대비 50% 미만으로 저감할 계획

이다.

● 코펜하겐 후속회의, Bonn, Mexico...


3) 대응의 주요소는 전기가 되어야 한다

｜ 2.2 액션의 타겟 ｜

해결해야 되는 문제는 다음과 같이 효과적으로 기술될 수 있다. 사람이 많을수록 많은

에너지가 사용된다. 많은 에너지가 사용될수록, 더 많은 이산화탄소가 배출된다. 이산화

탄소 배출량이 많을수록, 더 많은 오염물질들이 기후에 악영향을 미친다. 조금 더 공식적

으로 표현하자면, 어떤 시점에서 이산화탄소 총배출량은 인구 1명당 사용한 에너지량, 단

위 에너지당 이산화탄소 배출량 그리고 총 인구수를 모두 곱한 값과 같다.

CO2 = P×[E/P]×[CO2/E]

CO2 : 배출된 이산화탄소 량

P : 인구수

[E/P] : 인당 사용한 에너지 량

[CO2/E] : 사용된 단위 에너지 당 배출된 이산화탄소 량

● 매년 세계 화석연료의 31%가 전기 생산에 쓰인다.

● 산업부문 최종에너지 사용량 중 전기의 비중은 1/3 수준이며, 매년 2.7%씩 증가하고 있다.

● 건물/서비스 부문에 사용된 에너지 또한 1/3이 전기로부터 오며, 2.3% 증가율을 보인다.

● 전기를 수송에 도입하는 것은 경제를 활성화시킬 것이다.

● 다양한 소스로부터 얻는 에너지의 전기화(electrification)는 효율을 증가시킬 것이다.

3. http://webarchive.nationalarchives.gov.uk/+/http://www.hm-treasuty.gov.uk/independent_reviews/stem_review_

economics_climate_change/stem_review_report.cfm.


P를 인구(1.2 장 참조)라고 하면, 결국 우리는 이산화탄소 배출량을 저감시키기 위해서

[E/P], [CO2/E] 량을 줄여야 한다(부록 C).

사용 가능한 전략 중에는 투자(1인당 에너지사용량, 단위 에너지당 CO2 배출량 저감을 위해 투

자하는 것), 기술(CO2 저감을 달성하기 위해 가장 비용 효과적인 기술과 전략을 선별하는 것, 국가별로

다른 전략과 기술이 필요함), 개인적 행동 (에너지 효율이 높은 장비를 사거나 투자를 위해 전기요금

에 할증요금(premium)을 지불하는 등의 개인적 투자와 에너지 소비를 줄이는 행동을 선택

하기 위해 행동양식을 변화시키는 것) 등이 있다.

｜ 2.3 이용가능한 수단 ｜

2.3.1 조치 목록 및 그 잠재성

다음과 같은 행동들은 전기 생산 및 사용과 연관된 CO2 배출량을 줄이기 위해 유용하

다. 대부분의 경우 성숙 기술(mature technology)과 연관이 있다.

● 에너지 효율 증가를 통해 최종 사용 단계에서 소비되는 에너지 양을 감소해야 한다.

- 오늘날 이용 가능하고 증명된 기술을 통해 30%까지 에너지 소비를 줄일 수 있다.

[E/P] 에 영향을 주는 것은 에너지 효율이다. 이는 Short-term, mid-term, long-term 모두 영

향을 미친다. Short-term action에서 이미 중요한 효과가 있었을 것이다. 두가지 중요한 요소

들은 전기 사용에 있어 효율과, 화석연료 사용을 대체하기 위해 전기를 사용하는 것이다.

[CO2/E] 에 영향을 주는 것은 이산화탄소를 배출하지 않거나 덜 배출하는 에너지원(신재생에

너지, 바이오연료, CCS, 원자력 에너지)을 선택함으로써 이산화탄소를 줄이는 것이다. 이들은

mid-term, long-term 으로 봤을 때 영향이 있을 것이다.


- 중요한 것은 신규 설비는 물론 기존 설비에 대한 광범위한 이행이다.

- 다량의 에너지를 소비하는 활동을 점차 줄여가야 한다.

● 송배전 손실을 줄여야 한다. (현재 9%)

- 송배전 손실 감소에 의한 이익은 기존 비율과 유사할 것이다.(The benefit will be in

line with the existing proportion)

● 발전 효율을 향상시켜야 한다. (가용한 전기에너지는 1차 에너지 사용량의 1/3에 불과하다.)

- 기존 발전 시스템을 개조하기 위해서는 많은 시간과 자원이 필요하다.

- 석탄은 많은 국가에서 이용가능하고 저렴한 연료이다.

● CO2가 거의 배출되지 않는 신재생발전 특히 분산 발전시스템을 확대해야 한다.

- 경제적 한계(보조금 필요)와 물리적 제약(토지, 바람자원 등의 이용률)이 존재한다.

● CO2 배출이 적은 연료 위주로 화석 연료 믹스를 변경해야 한다. (석탄 의존도를 낮추

고, 복합발전, 원자력, 가스터빈 연소 사이클 사용을 늘려야 한다.)

- 발전 효율에 대해서는, 개선이 불가능한 발전기의 존재가 에너지 효율 증가의 지

연 요인이 될 것이다.

● CO2 포집/저장을 통해 발전 과정에서의 CO2 배출을 제한해야 한다.

- 실행 가능한 사업모델이자 기술 관점에서 입증되어야 한다.

● 화석연료(유류) 의존도가 99%인 수송부문을 전기 사용을 통해 보다 에너지 효율적

이 되도록 해야 한다.


2.3.2 가능한 대응의 측정 및 평가

전기는 사용이 평가되고 제어된다는 측면에서 에너지 효율의 주요한 요소이다. 측정과

평가는 몇 가지 기본 개념에 결정적으로 의존한다. 계산은 가능한 전기 에너지로 이뤄져

야 하고, 제어의 혜택을 실감(realize)하기 위해 확인(verified) 되어야 한다. 발전, 송전, 배전

의 각 단계와 각각의 적용분야 등이 포함된 전체 전기에너지 사이클(생산→소비)에 대해,

EEE 지표가 정의되고 각 부문의 개별 단계에서의 효율이 측정되어야 한다. 측정된 모든

값에 대해 BAT(Best Available Technology)를 적용하여 달성된 효율 증가가 기록되어야 한

다. CO2 배출 저감량은 전체 사용된 발전 자원 및 추가로 사용된 자원들에 대한 전체 설

명 정보(full explanatory information)(발전, 저장 및 송전 효율과 시설 공정(infrastructure processes)

의 전 주기분석에 의해 계산된 CO2 배출량)에 근거하여야 한다(부록 D 참조).

요약해서, 두가지 측면이 중요하다.

2.3.3 전화(electrification)의 효과

에너지효율을 측정하는 방법은 에너지 소비 업무를 기타 소스(대부분 화석연료)에서 전

기로 전환하는 것과 같은 전화의 효과를 설명할 수 있어야 한다. 전기는 다른 용도에 대

한 융통성은 물론 전기의 완벽하게 잘 제어되고 측정되는 특성으로 인해 에너지 소비의

상당한 감소가 기대될 지도 모른다. 일반적으로, 실제에너지 소비량 감소는 전화로 인해

얻어지는 감소량과 전화된 행위에 의해 소비된 에너지의 차이와 같다(그림 2.1).

1) 전체 사이클을 고려한 시스템적 접근이 필요하다

2) 각 단계 별 측정 및 평가가 이루어져야 한다.


2.3.4 ICT(Information and communication technology) 효과

에너지 효율 측정방법은 ICT의 지능적 등장 및 확장 또한 설명해야 한다. 예를 들면, 만

약 전자통신이 사람들의 이동을 대체한다면, 화석연료의 소모는 감소할 것이다. 일반적

으로 소비된 에너지의 실제 감소량은 ICT 사용으로 인해 감소된 에너지 소모량과 ICT 툴

자체에 의해 소모된 에너지의 차이와 같다(그림 2.2).

2.3.5 행동의 변화

개인 또는 사회 전체에서 행동의 변화를 통해서도 큰 효과를 기대할 수 있다. 변화는 위

에서 제시한 여러 노력들을 통해 실행될 수 있다. 이러한 노력에는 원격수단을 이용한 회

의 시행과 친환경(environmentally neutral) 교통수단 선택에서부터 모든 여가활동의 변화

등이 있으며, 또한 자연을 고려하는 개개인의 자발적인 행동, 유행의 변화, 강제적인 규

제 또는 비 강제적 인센티브 등도 포함된다. 사회의 관점에서 행동의 변화는 결정적인 해

결책(lever) 일 수 있고, 그렇기 때문에 모든 상황에서 반드시 강조되어야 하지만, 본 백서

⋮그림 2-1⋮ 전화에 의한 에너지 소비 감소

총 에너지 절감전화 이행에서의

에너지 소비

전화에 의한 가용

에너지 소비 절감

⋮그림 2-2⋮ 전화에 의한 에너지 소비 감소

총 에너지 절감ICT 설비 에너지

사용량

ICT에 의한 사용

가능 에너지 절감


에서는 자세한 분석 또는 권장 사항을 제시하지는 않을 것이다. IEC는 기술적인 부분과

국제 표준의 영역을 담당하고 있으므로, 사회나 정부에 앞서 이러한 의견을 제시하는 것

은 적절치 않기 때문이다.

｜ 2.4 전망 ｜

오늘날 에너지 생산은 대부분 중앙집중형이다. 에너지 전송 및 분배는 생산자에서 소

비자로 일방향으로만 가능하고, 소비자는 최종 사용 결과만 알뿐 에너지에 대한 전체적

인 상황은 알 수 없다. 표 2.3에 에너지 생산, 배분, 사용에 대한 변화 전망을 나타내었다.

2020년까지 화석연료를 사용한 전기생산은 계속해서 중앙집중형일 것으로 예상되나,

신재생 에너지를 사용하는 곳에서는 분산화가 시작될 것으로 전망한다(10%~20%). 이러

한 변화와 동시에 신재생에너지 생산의 중앙집중화를 염두에 두면, 지금의 약 8% 정도인

신재생에너지의 비중이 2050년 약 40%까지 확대되는 것을 기대할 수 있을 것이다.

송배전의 경우 주요 교류/직류망은 서로 연결되고, 지금의 소비자는 에너지의 소비와

동시에 생산을 하게 될 것이다. 소형과 대형 그리드가 결합된 네트워크로 전력망이 점차

발전될 것이다. 그림 6.1은 전력의 생산, 전송, 배분에 대해 나타내었다.

에너지 사용에 있어서는 생산자와 소비자 양방향의 관계가 구축되며, 에너지 소비

에 대한 정밀한 측정을 통해 에너지 사용에 대한 유연하고 절충 가능한 전략(negotiated

strategies)을 가질 수 있을 것이다.

건물/서비스 부문에서 건물은 단지 에너지를 소비하기만 하는 것이 아닌 생산할 수 있

는 능동적 참여자가 될 것이다. ICT 기술을 통해, 건물은 활동 수준과 같은 내부 조건의

변화와 전력망 조건을 수용할 수 있게 될 것이다. ICT 와 센서 기술을 활용하여 모든 건물

설비들은 종합 건물/에너지 관리 시스템으로 통합될 수 있게 된다.


현재 2020 2030~

발전 • 중앙집중

• 중앙집중 (고효율 화력과

원자력발전)

• 분산화

• 신재생(10%~20%)

• 중앙집중 (화석, 원자력)

• 중앙집중&분산신재생

(40~45%)

• 마이크로그리드

송배전 대용량• 전력흐름:한방향, IT에

의해 제어됨

• 전력흐름: 대부분 한방향,

UHVAC 와 UHVDC, IT에

의해 최적화 제어됨

• UHVAC, UHVDC를 이용

한 주전력망, IT 에 의해

최적화 제어됨

• 전력망 연계

소용량• 전력흐름:한방향

• 한방향→양방향 추진

• 전력흐름:양방향

• IT 에 의한 개발과 제어의

도입

• 전력흐름:양방향

• 연계와 IT에 의한 최적화

제어

소비• 소비자는 사용에 대한 데

이터 없음

• 스마트 사용 데이터

• 소비자의 생산자화

• 소비자가 에너지관리시

스템에 의한 소비, CO2 배

출 최적화 가능

• 고효율 장비의 배치

⋮표 2-3⋮ 점진적 변화에 대한 전망


｜ 3.1 에너지 효율 : 정의 ｜

에너지 효율은 인류 활동에 사용되는 에너지의 효율을 포함하며, 일반 프로세스에 대

한 측정가능한 효율만 간단히 정의하는 것이 아니다. 이는 2개의 상호보완적인 효율에

기반한다: 주어진 행동 또는 프로세스의 같은 효율에 더 작은 에너지, 또는 시스템 및 사

회행동을 변경하여 전반적인 에너지 활용을 줄이는 방식이다.

첫 번째 측면을 보여주기 위해서는, 최소효율성능기준(Minimum Efficiency Performance

Standards, MEPS)을 개발하여 전기 및 전자 부품에 대한 최적화를 수행하면 된다. 추가적

예를 보면, 산업활동에서의 에너지 효율을 증가하기 위해서는 두 가지 측면이 필요하다:

개별적 프로세서가 최적화되어야만 하지만, 시스템 접근이라는 전반적인 구조를 활용하

여 프로세스를 선택하고 재정립하여 세계 효율을 증가시키는 것이다.

IEA(International Energy Agency, 국제 에너지 기구)는 “Energy Technology Perspective

2008”에서 에너지 효율 개선이 기후 변화에 대처하는데 있어 가장 저렴하고 단/중기적

으로 가장 효율적인 수단이라고 밝혔다.

에너지효율성은 아래와 같이 1석 3조의 장점을 제공한다:

3장

에너지 효율


｜ 3.2 현재 전기 에너지 구조 ｜

전기 발전에서 화석연료 사용은 세계적으로 31%를 차지하고 있으며, 에너지와 연관된

CO2 배출에는 40%를 차지한다. 하지만, 발전하는데 소모되는 연료에서, 2/3은 전력 발

전에 상실되며 다른 9% 또한 송변전/배전과정에서 사라진다.

최종적으로, 전력의 반은 산업 용도로 활용되며, 나머지는 거주빌딩 및 공공/상업용 건

물에 활용된다.

결론적으로:

● 발전에 사용된 일차에너지의 1/3만 전력으로 변환된다.

● 송배전 및 변전에서 잃는 양은 약 9% 이다.

● 최종 사용자 측면에서,

- 건물/서비스 산업에서 사용하는 전력양 및 산업에서 사용하는 전력 양은 거의 동

일하다.

- 수송 분야에서 사용하는 전력 양은 현재까지 매우 제한적이다.

이것에 대한 영향은 다음과 같다:

● 입증된 기술들은 30%의 에너지를 절감할 수 있기 때문에, 최종 사용자 급에서는 에

1) CO2 배출 저감

2) 부족한 천연자원 절감 및 고갈 방지

3) 에너지 비용 축소


너지 효율을 즉각적이면서 대대적으로 실행해야 한다. 기준의 역할은 관련 배치를

육성하기 위해서다.

● 송변전 및 송배전 분야에서 감축 비례에 대한 백분율 손실은 일반 상태에서의 평균

손실률이 높지 않기 때문에 크지 않을 것이다. 하지만, 에너지수요 및 전력송변전의

양이 증가할 경우, 퍼센트 손실은 상당하다. 또한, 송변전/배전 현 손실이 평균보다

높은 특별한 상황도 있을 경우 더 높은 영향이 기대될 것이다.

다양한 에너지 연결고리의 개선의 영향 분석은 5장을 참고하라.

⋮그림 3-1⋮ 전기 에너지의 손실 과정

Primary energy for

electricity generation Transformation-

generation

Loss factor = 3

Loss = 40 000 TWhGenerated electricity 20 000 TWh

60 000 TWh

T&D loss = 9 % Loss = 1 800 TWh

Distributed electricity 18 200 TWh

2009 fi gures extrapolated from IEA and US DOE WEO

Schneider Electric JJ MARCHAIS 15th June 2009


｜ 3.3 화석연료 발전 ｜

대규모 집중형 발전은 전력 생산에 중요한 역할을 지속할 것이며, 신재생 에너지의 추

가와 더불어서 관련 분야의 기술 향상은 중요하다. 다음은 화석연료발전 분야에 가장 중

요한 부분이다:

0

4,000

1,000

5,000

8,000

2,000

6,000

9,000

3,000

7,000

10,000

Transport

250

4,250

Commercial

4,800

Residential

8,900

Industrial

Distributed electricity by end use

TW

h

⋮그림 3-2⋮ 송전된 전기 18200TWh의 최종 사용량

● 화력발전 효율의 향상

● 관련 국가들에게 효율 향상에 대한 기술이전

● 이산화탄소의 포집 및 저장 (4.2 참고)


이상적으로, 이산화탄소 배출 감축 및 천연자원의 고갈로 인하여 화석연료 사용량은

줄어들 것이다. 그와 동시에 현실적으로 화석연료는 미래에도 발전분야에 중요한 역할을

차지할 것이다. 그러므로 화석연료 발전분야에서 효율 향상, 이산화탄소 배출 감축 또는

이 둘을 동시에 이룰 수 있는 연구개발을 지속적으로 또는 확장해야 할 것이다.

CO2 감축을 위해서, 최근의 기존 기술을 국제협력을 통해 확대하는 방안도 중요한데,

이 이유는 각 국가별로 화력발전 상황이 다르기 때문이다.

3.3.1 복합화력 (천연가스)

복합화력은 가스터빈과 스팀터빈을 결합하여 전력을 생산하는 방식이다. 고온부위에

고온 가스터빈을 배치한 후, 배기가스를 효율적으로 재순환하여 증기발전시스템에 적용

할 경우, 일반적인 증기 터빈 발전 대비 높은 열 효율에 도달할 수 있다. 최신 복합화력의

효율은 59%에 달하는데 이는 가스터빈 입구 온도가 1500℃로 상승시켰기 때문이다. 복

합화력은 기동 및 정지 운전이 간단하기 때문에 전력수요 변동에 대처가 가능하다. 더 높

은 효율을 도전하기 위한 연구개발은 지속되고 있으며, 예로 1700℃까지 가스온도를 높

이면 효율 62% 까지 높일 수 있다(부록 E 참조).

3.3.2 미분탄 연소와 초임계 스팀

선진국을 포함한 많은 국가들이 석탄에 높이 의존하고 있으며 (미국 : 50%), 석탄의 가채

년수(reserve-production figure)는 총 147년(오일의 41년과 천연가스의 63년보다 더 긴)으로 예

상되고 있기 때문에, 석탄화력발전의 성능향상은 CO2 배출 저감에 큰 역할을 담당할 수

있을 것이다.

다양한 방식이 현존하거나, 개발 중에 있다. 미분탄 석탄 연소(Pulverized coal combustion,

PCC)는 미분탄과 공기를 보일러내에 불어 넣는다. PCC 열 효율 향상은 높은 연소 온도를

통해서 이루어낼 수 있으며, 또한 SOx나 NOx와 같은 오염물질을 더 적은 양을 배출하는


것이다.

열 효율은 스팀 온도 및 압력을 올리는 방식으로 지속적으로 상승하였다; 가장 진보한

PCC 형식은 43~45% 열효율을 기록하였다. 현재는 스팀온도를 700℃까지 올려 열 효

율을 50%까지 향상시키는 연구개발이 진행되고 있다.

3.3.3 석탄가스화복합화력발전, IGCC

IGCC는 미분탄 연소에서 한 단계 더 진보한 방식이다. IGCC는 기본 미분탄석탄화력이

가지고 있는 40~42%의 열효율에 비해 살짝 높은 45~48%의 열 효율을 보유하고 있다.

두 가지의 IGCC 방식이 있으며, 소내소비율(auxiliary power consumption)이 더 적은 air-

blown system 및 CO2 포집이 쉬운 oxygen-blown system이 있으며 이들은 개발되어

현재 미국, 영국, 일본과 같은 다양한 나라에서 현장 시험 중에 있다. 상업용 IGCC도 현재

계획되어 있다. 추후 적용에는, CO2 포집 및 저장을 합치는 것과 같은 기술적 이슈들이

다루어지고 있다.

｜ 3.4 열병합발전 (Combined heat and power, CHP) ｜

열병합발전, 또는 Combined Heat and Power (CHP)라 불리는 발전기술은 전력과 온수

또는 스팀을 같은 전력원에서 동시에 생성하는 방식이다. 이 기술을 활용할 경우, 이론적

으로 연료에서 100% 효율을 얻어낼 수 있다. 평균적 성능은 열 (온수, 스팀) 및 전력의 공급

에 수요와 관계있는지에 따라 달라진다. 네덜란드나 스칸디나비아와 같이 전력 및 온수/

스팀이 평행적으로 공급되어야 하는 지역에서는 평균적으로 높은 효율을 보였다.


｜ 3.5 연료전지, 석탄가스화 및 열병합 활용까지 포함 ｜

연료전지는 연료와 산화제를 활용하여 전력을 생산하는 장치이다. 연료전지는 카르노

효율에서 독립적이어서 일반 열엔진보다 더 높은 효율을 자랑한다. 연료전지는 더 많은

비용절감 또는 기대수명 연장과 같은 이슈들이 아직 남아 있지만, 조용한 운전 및 모듈화

건설로 인한 쉬운 확장과 같은 장점들도 있다. 이런 이유들이 열병합이나 휴대폰과 같은

다양한 분야에 적용이 될 것으로 예상이 된다.

거주지역에서 에너지 효율이 향상될 것으로 보여지는 소형 열병합과 같은 경우, 진보

한 거주 열병합 시스템이 일본에 있다(그림 3.3). 2005년에, 일본 신에너지재단(New Energy

Foundation)은 상업화를 목표로 고분자 전해질 연료전지를 대규모 현장시험을 실시하였

다. 4년간 이 연료전지는 3,307기가 설치되었으며, 가정별 연간 5.2톤의 CO2를 감축하였

다. 이 연료전지는 일본에서 2009년 상업화 되었다.

⋮그림 3-3⋮ 마이크로-복합-열-전력(마이크로-CHP) 장치, 일본


최근에는 다양한 형식의 연료전지가 많은 이슈들을 극복하고 다양한 적용처를 찾

기 위하여 연구개발을 진행하고 있다. 석탄가스화연료전지 복합화력 (Integrated Coal

Gasification Fuel Cell Combined Cycle, IGFC)는 연료전지 중에 가장 진보적인 적용방식이

다. 산소를 불어넣는 석탄 가스화기 (oxiigen-blown coal gasifier), 가스터빈, 고체산화물 연

료전지 및 스팀터빈으로 구성되어 있으며, 최종적으로 60%의 열 효율에 도달할 것으로

기대하고 있다. 이는 미분탄 발전 또는 IGCC와 비교했을 때에도 매우 높은 효율이다. 석

탄화 가스를 생성하여 연료전지에 적용하는 기술 개발은 일본에서 진행되고 있다(부록 F

참조).

｜ 3.6 송배전 ｜

총 에너지 사용량에 비해 비중이 낮기 때문에, 송배전 분야의 개선을 통한 에너지 효율

의 효과는 제한적이다. 하지만, 오늘날 잘 이해된 중앙집중형 망은 분산전원에 의해 보완

될 것이므로, 현 상황을 점검하는 것은 매우 의미있을 것이다. 송배전 손실 감축은 CO2 배

출 감축에도 역할을 할 수 있을 것이며, 특히 많은 나라의 손실률은 평균적으로 높거나,

또는 감축할 수 있는 여지가 있다고 보여진다. 송배전 전압 개선, 발전소를 수요 근처에

설치하는 것 (이는 분산형 발전, 또는 분산발전도 포함한다)과 저 손실률 기기의 개발 및 적용이

네트워크 손실을 줄이는 대에 효과적이라 사료된다.

하지만, 발전소의 위치 및 구성, 그리고 수요의 강도 및 분산은 나라마다 그리고 상황에

따라 매우 다르다(ex. 자원 용이성, 부지확보, 등등). 따라서, 발전 시스템의 구성은 세계적으

로 통일될 수 없으며, 효과적인 원칙을 위한 방식은 많이 다르다.

최적 실행에 대한 일반적인 정렬 방식은 3% 손실까지 낮추도록 향상을 이끌 것이다.

초고전압 AC, UHVAC (최고전압이 1000 kV를 초과하는 AC 송변전) 및 UHVDC (최고 전압이


800kV를 초과하는 DC 송변전)이 송변전 전압을 향상시켜 손실을 줄이는 진보적인 기술들의

대표적인 예이다. 초전도 케이블 또한 저손실율 기기의 일반적인 예이다.

｜ 3.7 건물에서의 전력 사용 ｜

건물에서의 전력 사용(주거용 및 서비스용과 같은 3차 산업)은 전체 에너지 소비의 40%를

차지한다. 이 분야에서는 전기화 및 전기에너지효율을 통하여 앞으로 10년간 전력 절약

을 상당수 할 계획이다. 수명주기분석시 에너지효율이 건물 수명주기 전체에 중요하다는

것을 입증할 것이다. 전체 수명주기 중 핵심은 필요할 때만 필요한 에너지를 활용하여 에

너지 사용을 최적화하는 것이다.

주거용 분야 에너지 활용 및 소비는 수입과 상관관계가 있다. 비 거주지역 건물은 더 많

은 분야를 다룬다: 오피스빌딩, 병원, 쇼핑몰, 기차역 등등. 몇몇 건물은 데이터 센터와 같

은 많은 양의 전력을 소비하는 곳도 있다. 사실, 거주 및 사무실에서 ICT 기기들의 사용이

폭팔적으로 증가하고 있다: 선진국에서는 한 가정에서 연간 1000kWh를 사용하며, 30%

정도는 대기모드로 소비되고 있다. 비거주 빌딩의 전력 소모에서 주요 이용은 난방과 같

은 분야의 제어이다(부록 G 참조).

거주 및 비거주건물에서 난방이나 다른 기기들의 향상으로 에너지 효율에 대한 뚜렷한

진척이 지난 10년간 있었다. 하지만, 더 높은 효율을 도달하기 위해서는 더 많은 노력이

필요하다. 이로 인하여, 전력은 에너지의 직접적인 활용뿐만 아니라, 에너지 사용에 대한

측정, 자동화, 그리고 지속적인 모니터링이다. 이미 검증된 기술이 있기 때문에, 이슈들은

이미 있는 빌딩들에 대한 실질적인 적용이다.


현재 전기 에너지 효율 향상을 위한 방법:

● 저소비-고효율 부하 기기 사용 (조명, 모터, 콘덴서, 변압기, 케이블)

● 지능적 자동화를 통한 부화별 사용 최적화 하기 (에너지 관리시스템)

● 시스템의 모니터링 및 관리에 대한 절차 및 도구 적용

자동화를 통한 효율 및 사용자 최적화:

에너지 관리 시스템은 근본적인 전체 솔루션이다; 이는 에너지 활용을 최적화 하고, 성

능의 신뢰성 및 지속성을 일반적으로 유지하기 때문이다. 저전력 소모 제품들이 필요하

지 않을 때에도 에너지를 소비한다든지(램프, 모터, 대기모드 전력기기 등), 섭씨 2도 온도 편

차로 설정된 난방 또는 냉방의 경우, 최대 10%의 추가 에너지를 소비하는 것과 같이, 작

은 편차가 큰 결과를 가져올 수 있다. 에너지 사용의 최적화에서 자동화와 제어가 필수적

이다.

● 무엇이, 언제, 어디서 필요할 때만 전력을 소비한다

● 이는 “악습관”을 고치고 행동을 향상시키도록 한다

● 이는 현재 있는 곳에서 쉽게 설치가 되고 현재 성능을 향상시킨다

● 에너지효율 최종 제품을 보완하여 전반적인 사용 성능 향상이 된다

- 이에 대한 예 : 사람/광 검출기, 타이머, 가변속도 드라이브, 전기모터 시스템 자

동화, 프로그램 가능한 논리 제어장치(PLC 들)

낡은 건물 개조를 통한 에너지 효율 향상 또한 중요하다. 건물의 수명은 길기 때문에,

있는 공간에서의 새로운 건물의 건축 진행은 매우 더디다(대략 매년 2% 미만의 빌딩들이 교

체되고 있다). 태양전지 또는 열 펌프와 같은 신재생 에너지원들이 주거지역이나 상업/서

비스 빌딩에 적응이 되어야 하며, 이와 관련하여 광범위하게 개발이 되어야 한다.

계통과 연계하는 방식은 관리가 되어야 한다. 더 많은 정보통신기술 기반 기기들이 상


업용 및 서비스용 건물에 적용하기 위해 개발되고 있으며 몇몇 적용처들(예로 병원내 건강

관련 기기와 같은 곳에)은 매우 중요하게 되어가지고 있다.

품질적, 신뢰도, 그리고 지속적인 공급을 통한 에너지 효율을 강화시키는 것은 매우 비

싼 폐기 및 재시작 비용을 피할 수 있다. 지속적으로 고품질 설치를 관리하는 방식은 최

적화된 소비를 보장한다. 이에 대한 해결책의 예이다: 보조전원, 보조발전 및 자동전환

스위치, 필터 등

측정 및 모니터링은 진단과 제어에서 가장 기본적이며, 내구적인 에너지 효율 및 CO2

배출 제한을 확보하기 위해서는 필요하다. 이에 대한 예는 다음과 같다: 스마트 미터기,

모니터링 시스템 및 서비스, 에너지 관리 시스템 및 서비스

오늘날 가장 현실적인 이슈는 모든 수단을 활성화하며 존재하고 입증된 기술들을 적용

하는 것이다. 위에서 설명한 바와 같이, 여기서 이슈들은 무엇을 해야 하는지에 대한 이

해나, 새로운 기술 및 해결책을 찾는 것이 아니다. 새로운 빌딩에 있는 해결책들을 활용

하는 방식은 이미 진전을 보고 있지만, 이미 있는 빌딩들에 대한 적용은 매우 저조하며,

이런 진전을 막고 있는 것은 낮은 건설률이다. 이는 왜 개조가 중요한지 나타내는 것이

다. (2020년에 존재하게 되는 건물들의 80%는 이미 건설이 완료되었다는 점이 중요하다)

｜ 3.8 산업에서 전력 활용 ｜

전력생산양의 반 이상을 산업에서 활용하기 때문에, 효율대책이 적용되어야 한다. 많

은 산업 분야는 에너지집약산업이며, 이미 에너지를 절약하였다(예로, 2005년의 조강과정


의 에너지 소비는 1960년 당시와 비교시 반으로 줄어들었다). 이와 같은 방식이 가능함으로써, 각

분야별 최적가용기술 (best available technology) 및 우수운영 방식을 확인하는 것이 매우

중요하며 절약 가능성을 넓혀야 한다. 하지만, 더 많은 절약에 대한 가능성이 존재한다 –

많은 산업 프로세스에서 이론적 사용법과 비교 시 50% 넘게 더 많은 에너지를 사용한다.

폐 에너지의 양을 줄이는 것 또한 필요하다(이 또한 에너지를 생산한다).

하지만, 이에 대한 커다란 장벽은 복잡한 비기술적 어려움이다: 존재하는 기술들도 대

다수 활용하지 않고 있으며, 이는 주로 구조적인 이유 (운영비용 대비 투자비용을 최소화하여

회사 내부 인센티브를 증가하는 것과 같은), 또는 정치적인 이유이다(인센티브 정책이 없거나 적절

하게 활용되지 못함).

벤치마킹은 어느 분야에 대한 에너지 효율이 향상될 수 있는지 확인할 때에 유용하나,

특히 전체시스템에 대해서는 이를 활용하기 어려우며, 이는 경쟁으로 확대될 수 있기 때

문이다. 하지만, 이런 참고 기준 (이와 같은 기준은 부록 H, 또 다른 기준은 Figure 6.4 참조) 및 우

수운영을 벤치마킹할 수 있도록 개발하고 이를 표준 또는 추천으로 공개해야 한다. 산업

에서 EEE (전기제품 설계)의 중요한 부분은 다른 방식의 에너지 활용을 모니터 및 통제하

기 위해 전기(와 ICT 기기들을)를 사용하는 것이다; 이들 다른 에너지들은 전기에너지와 함

께 표준 설계에 병합될 필요가 있다.

아마 70%의 산업용 전력은 전기모터를 구동하는데 들어간다고 추정되며, 모터 시스템

에 대한 구조적 설계는 가장 높은 우선순위를 가진다. 많은 기술적 방식 및 최적화가 이

미 존재한다; 이들에 대해 세계적이며 효과적인 적용이 시급하다. 검토가 필요한 기술들

에 대한 예는 영구자석, 매트릭스 변환기, 자기저항 모터, 장치에서의 실시간 계산, 공급

에서 재생과 조화(regeneration and harmonics in the supply) 등을 포함한다.


｜ 3.9 이동수단의 전화 ｜

이 특정분야에서, 에너지 효율은 전화를 통해 향상될 수 있다 – 세계적으로 수송 부문

에 전화를 시행하면 1%의 전기사용량 향상과 전체 에너지 소비 및 CO2 배출 감소 효과를

동시에 거둘 수 있다. 개별 자동차들이 전화에 대해 유망한 후보군들이다. 차세대 전기자

동자(Electric Vehicle, EV)는 리튬이온 배터리를 활용하여 개발되고 있다. EV는 가솔린 자

동차와 비교시 다음과 같은 장점이 있다.

현재 개발 상태에서, EV 확산을 가로막는 이슈들을 해결하기 위해서는 다음과 같은 기

술적 요소들에 대한 발전이 필요하다:

자동차들과 같이, 에너지사용 및 오염배출을 줄이기 위해 대중교통 및 화물교통에 대

해 전화를 확장시키는 것 또한 심각하게 고려해야 할 것이다.

교통의 전화는 계통 및 기반시설 설계에 영향을 미칠 것이지만, 또한 추가적으로 가능

성이 열릴 것이다; 이 중에는 부하 조정, 계량 및 충전 기반시설이 포함된다.

● CO2 배출 저감 : 전기가 유류에서 생산하는 경우에도 CO2 배출이 감소된다

● 도심 환경 향상 : 배출가스 없음, 낮은 소음

● 비싼 배터리 : 연구개발 및 대량 생산을 통한 원가절감

● 크고 무거운 배터리 : 연구개발을 통해 소형화 및 경량화


｜ 4.1 재생에너지(RE) ｜

재생에너지는 온실가스 배출 없이 무한적으로 작동하여 에너지를 얻을 수 있는 수단이

며, 에너지 효율과 이산화탄소 제거에 아주 중요하다. 많은 재생에너지의 설치는 분산전

원으로 분류되어진다. 분산전원은 단일 가정에서 전기를 생산할 수 있게 할 뿐 아니라 외

진 지역에서도 전기를 자급자족할 수 있게 해준다. 최신의 망 연계와 제어시스템이 에너

지 저장 시스템과 정부의 장려책과 결합되면 새로운 방식을 통해 전력산업의 변화를 이

끌어 냄은 물론 전기를 사용하지 않는 지역에서의 변화도 설득할 수 있을 것이다. 이산화

탄소의 배출을 추가적으로 감축하도록 하는 2차적 효과에는 도시에서의 전기차 사용과

외진 지역의 담수화 등이 포함된다.

IEA 보고서에 따르면, 중장기적으로 이 도전적인 목표를 달성하는 열쇠는 경제적 측면

이 아니라 기술적 측면에 있다. 현재 인기 있는 재생에너지 기술을 넘어서 넓은 범위의

발전이 필요하다. 그것은 새로운 반도체 전력소자(solid state power device)와 새로운 실

리콘 정제 기술과 같이 소재 단계로부터 고도로 집약된 디지털 전력 분배 시스템으로 확

장된다. 일단 이러한 R&D 활동이 적절히 일어나면, 450 정책 시나리오(1.7과 부록 B 참고)

4장

이산화탄소 방출 줄이기 - “탄소 제거”


의 달성이 가능하다.

4.1.1 수력발전

큰 규모의 수력 발전은 모든 재생에너지원 가운데 중요한 역할을 해왔고 앞으로도 할

예정이다. 선진국에서 수력발전 증가는 제한적일 것이다. 왜냐하면 수력발전에 적합

한 대부분 지역이 이미 이용되고 있기 때문이다. 그러나 대규모 체제전환국(transitional

countries)과 개발도상국들은 여전히 큰 잠재 가능성을 가지고 있고, 수력발전은 청정 발

전에 가장 많이 기여할 것이다. 소규모 수력발전 시스템은 많은 지역에서 긴 역사와 함께

안정적으로 운영되고 있다. 일부는 한 세기 전부터 가동중임이 보고된 바 있다. 환경부담

(environmental load)은 큰 규모의 수력 발전보다 작다. 게다가, 소규모 시스템은 외진 지

역이나 개발도상국에 유용하다.

4.1.2 풍력 발전

재생에너지 사이에서 풍력발전은 가장 성공적인 것이며 2006년 말 73.9 GW 이상의 용

량이 설치되었다. 풍력발전은 독일, 스페인, 미국, 인도, 이탈리아, 덴마크 등의 나라에서

확연한 인기를 보인다. 그 비용은 USD 0.10~0.14/kWh 정도이다. 계통연계는 비정규/비

제어 전력변환(non-regular and non-control converters)에 의한 출력의 주파수 변동과 계

통 용량과의 불일치와 같은 기술적 문제와 연계되어 있기 때문에 중요하다. 이러한 이슈

는 때때로 풍력 시스템의 넓은 개발의 장애물로 간주되어 진다. 유지와 안정적인 운전에

관련된 이슈들은 저장이 표준에 포함됨에 따라 표준 확장 영역에서 표준화 될 것이다.

4.1.3 태양열 발전

태양열 발전은 저렴한 전력을 제공할 것으로 기대되며, 상대적으로 큰 규모의 시스템

이 미국과 중동, 유럽에서 실증되고 있다.


4.1.4 태양광 발전

재생에너지원 중 태양광발전(PV)는 개발도상국 뿐 아니라 독일, 일본, 스페인, 미국, 이

탈리아와 같은 선진국 사이에서도 가장 효과적인 기술 중 하나로 기대를 모으고 있다. 태

양광발전의 도입은 발전 차액 지원 제도와 세금 공제, 정부 원조와 같은 다양한 동기들로

하여금 극적으로 증진된다. 전세계 설치된 용량은 2008년 말 기준 10 GW를 초과한다. 전

기 생산 비용은 USD 0.45/kWh로 감소되어야 할 필요가 있다.

4.1.5 지열 발전

지열 발전은 미국, 필리핀, 멕시코, 이탈리아, 인도네시아, 일본과 다른 여러 상업 밀집

지역에서 안정적으로 운전되며 많은 시험 규모 시스템이 여러 지역에서 입증되어 지고

있다. 세계적 설치 용량은 2005년에 대략 8900 MW정도이다.

4.1.6 히트펌프 시스템

히트펌프 시스템은 항상 재생에너지로 분류 되는 것은 아니지만 효율적인 에너지 사

용을 대표한다. 일본의 히트펌프 시스템은 빠르게 인기를 얻기 시작했고 60%가 넘는

효율을 입증하였다. 일본은 천연가스 공조 부문(gas air conditioning)에서 보유량이 높고

(possesses a very large stock) 정부 지원 정책으로 인해 설치 개소는 100,000 개소를 초과

한다.

｜ 4.2 원자력 발전 ｜

국제 환경 문제 측면에서 원자력 발전은 주도적 기술이다. 원자력 발전의 보급 능력은

화력발전과 비교할 만하고 또한 이산화탄소를 생산하지 않는다.


원자력발전관련 R&D는 발전 효율뿐만 아니라, 안전과 신뢰성의 향상에 강조점을 둔

다. R&D 의 결과는 원자력 발전의 가치를 증가시킨다: 발전 효율의 증가는 우라늄 자원

의 수명을 확장시키고, 안전과 신뢰성의 개선은 이용률을 증가시킬 수 있는데, 이것은 더

낮은 발전 비용을 의미하는 것이다. 따라서 현재 가동중이거나 건설 중인 Ⅱ,Ⅲ 세대의

후속으로 Ⅳ세대 원자로가 개발 중에 있다.

GIF(Gen-IV International Forum, 4세대 원자로 국제 포럼)는 “4세대 원자로”인 다음 원자력

발전을 위해 2000년에 설립되었다(부록 J 참조). 현재, 10개의 나라(미국, 영국, 프랑스, 일본

등)가 GIF 멤버로서 4세대 원자로 기초 작업과 2030까지 그것의 설비가 가능하도록 하기

위해 활동하고 있다. 4세대 원자로의 주된 목표로는 원자력 안전과 급증에 대한 저항을

향상시키고, 낭비를 줄이고 천연 자원을 사용하며 전주기 비용을 감소시키는 것이다. 최

근 GIF는 6가지 형태의 원자로에 대해 논의했으며 앞선 목표를 만족시키는 것으로 고려

되었다.

● 열 원자로

- 초고온 원자로(VHTR, Very-High-Temperature Reactor)

- 초임계압수냉각 원자로(SCWR, Supercritical Water-Cooled Reactor)

- 용융염로(MSR, Molten Salt Reactor)

● 고속로

- 가스냉각 고속로(GFR, Gas-Cooled Fast Reactor)

- 소듐냉각 고속로(SFR, Sodium-Cooled Fast Reactor)

- 납냉각 고속로(LFR, Lead-Cooled Fast Reactor)


4.3 이산화탄소 포집 및 저장

IPCC로부터 언급되었다시피, 이산화탄소 포집 및 저장(CCS)는 이산화탄소 배출에 상

당한 잠재력을 가진 수단이다. 주요한 잠재적 선택안으로는 해양저장과 지중저장이 있다

(부록 K 참조). 해양의 경우 기술적으로나 법률적 쟁점사항이 모두 확인되었다.

많은 나라에서 필드 테스트가 계획되어지거나 진행되고 있다. 영국, 미국 독일, 일본이

그 예이다. 발전에 CCS 적용의 가장 큰 문제는 비용이 많이 들고 열효율을 감소시킨다.

그러므로 미래에 CCS 기술이 적용된다면 기술적 혁신이 기대되어진다. 지역과 나라마다

상당히 다른 이산화탄소 저장을 위한 잠재적 공간이 필요하다는 사실을 유념해야한다.


3, 4장에서 다루었던 성숙 기술(mature technology, IGCC 및 CCS 등)들은 전기 에너지 생

산의 경제화 및 저탄소화에 기여할 것이다. 하지만 상기 방법들의 수행 여부의 기술적인

측면과는 별도로 해당 방법들이 실제 광범위하게 적용될 경우 글로벌 이산화탄소 저감

목표를 달성할 수 있는지의 확인이 필요하다.

｜ 5.1 현재의 추세대로 진행될 경우 ｜

매년 2.5%씩 전력생산량이 증가할 경우, 2050년의 CO2의 배출량은 2010년을 기준으

로 170%(10.8Gt→29.0GTt) 증가하게 된다.

｜ 5.2 3, 4장의 성숙기술을 활용할 경우 ｜

3, 4장에서 다루었던 기술을 활용하여 CO2를 저감할 경우 아래와 같은 4가지 가정을

5장

민감도 분석법을 활용한 미래의 전력수요량 및 CO2 배출량 예측


바탕으로 각종 지표(전력 생산량, CO2 배출량 등)의 변화량을 계산 하였다.

상기와 같은 가정을 바탕으로 계산한 결과 현재의 성숙한 기술들을 적극적으로 도입할

경우 2050년의 CO2의 발생량은 2010년에 비해 50% 증가(10.8Gt→16.1Gt, BAU 시나리오에

서는 170% 증가)하는 것으로 추산되었다.

위에서 언급한 네 가지 요소 중 최종 단계에서의 절약과 효율 향상이 감소의 주된 이유

이며, 신재생에너지도 상당한 영향을 끼치는 한편, 발전효율이나 송배전 손실은 상대적

으로 그 영향이 적었다.

｜ 5.3 전기 발전과 다른 분야에서의 더 강력한 전략 ｜

2050년을 가정하면:

● 전력 최종 사용 효율(efficiency)향상 및 절약(savings)을 통한 30% 효율 향상4

● 신재생 및 원자력 발전이 전체 발전량의 30%까지 차지

● 송배전 손실(T&D loss)이 전체 발전량 대비 9%에서 7%로 하락

● 발전효율이 5% 증가

● 전력 최종 사용 효율(efficiency)향상 및 절약(savings)을 통한 40% 효율 향상

● 신재생 및 원자력 발전이 전체 발전량의 30~50%까지 차지

● 송전 및 배전 손실(T&D loss)이 전체 발전량 대비 9%에서 6%로 하락

● 발전효율이 5~10%까지 증가

4. “효율(efficiency)”은 동일한 일의 수행에 있어 적은양의 전력을 사용하는 것이고, “절약(saving)”은 전기 수요가 낮아지도록 일

을 줄이거나 변경하는 것을 의미한다.


상기와 같은 가정을 바탕으로 계산한 결과 2050년의 CO2의 발생량은 약 20% 감소

(10.8Gt→8.9GT)하는 것으로 추산되었다. 하지만 전체 발전량의 50%(40%는 분산전원)를 신

재생으로 할당하는 것은 전력계통의 안정성의 측면에서 볼 때 매우 큰 모험이다. 그러므

로 해당 추세예측은 현재 개발 중인 관련 기술의 발전 여부에 크게 좌우된다.

이 경우 효율향상 및 절약이 CO2 배출량 저감에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났

다. BAU 시나리오로는, 효율향상 및 절약이 약 1/3의 감소를 이끈다. 반면에 신재생 발전

에서의 증가는 25%의 배출량 저감에 영향을 미쳤다.

｜ 5.4 민감도 분석 결과 정리 ｜

5.2에서 보인 바와 모든 성숙한 기술이 적용되고, 정치적으로나 투자적인 측면에서도

가장 긍정적인 상황을 가정할 경우에도 2050년까지 CO2 배출량은 증가한다.

CO2 배출량이 줄어드는 경우는 성숙한 기술들이 모두 적용되는 것에 더해, 현재 개발

중인 기술들이 완전히 활용되는 경우이다. 이러한 경우 CO2 배출량의 저감에 가장 큰 기

여를 하는 요소는 에너지 절약(energy savings) 및 효율(efficiency)의 증가이다. 이러한 내

용은 그림 5.1에 나타나 있으며, 6장에서 다룰 내용의 기본 전제가 된다.

⋮그림 5-1⋮ 다양한 기술이 적용될 경우의 CO2 배출량 예상치

2010

CO2 emission level

1

2

3

2050

29Gt

16.1Gt

8.9Gt

In a business-as-usual (i.e. “trend”)

scenario the emission level due to

electricity will approximately triple

A full application of mature

technologies will only limit

the increase

The rapid and full application of

innovative technologies is critical to

reducing the emission level


｜ 6.1 재설계의 필요성과 기준 아키텍쳐의 역할 ｜

5장의 민감도 분석은 3, 4장에서 소개된 개선된 에너지 사슬보다 효과적으로 CO2 배출

을 줄이면서 전력 생산을 늘릴 수 있는 새로운 기술이 필요함을 보여주었다. 이를 위해서

기존 사슬의 전체 구조를 크게 바꿀 것이며, 또한 최종 사용자와 에너지 생산 간의 관계

에도 큰 영향을 끼칠 것이다. (차후 서술되는 내용으로 기존에는 최종소비자가 일방적인 사용자였

지만, 이제는 에너지가 생산자가 될 수도 있음)

미래의 새로운 에너지 체인의 경향은 아래와 같이 나타낼 수 있다:

(에너지 체인은 생산부터 소비자에게까지 가기 위한 일련의 과정을 의미)

● 고용량 집중 발전 (DESERTEC 프로젝트5와 같은 신재생 발전을 포함하는)은 저용량장치의

분산 발전으로, 그러나 많은 수의 설치로 공존할 것이다.

6장

재설계 : 미래 에너지 체인

5. desertec.org 와 부록 M 의 표를 보라.


● 고용량의 발전소는 주로 에너지를 소모하는 대도시와 떨어진 곳(바다, 사막)에 주로

설치가 된다.

● 재생 에너지 발전이 전체 발전에서 차지하는 비중은 지속적으로 증가할 것이다. 대

표적인 재생에너지인 태양광과 풍력 발전은 에너지의 형태가 간헐적이기 때문에

(지속적으로 에너지를 공급받는 형태가 아님, 태양광의 경우 시간의 제약이 있으며, 풍력의 경우

날씨의 제약을 받는다) 전체 시스템을 안정적으로 운영하는 것은 더 어려워질 것이다.

● 에너지 및 전기 저장능력의 기술 개발은 앞으로 꾸준히 이루어질 것이다. 또한 전기

적 운송장치(전기차, 전기자전거)의 등장과 시장의 확대는 더 큰 용량의 에너지 저장

시스템 개발에 기여할 것으로 보인다.

● 전력의 최종소비자(일반 도시민)는 그리드 기술의 성장과 아래와 같은 요소들의 영향

으로 더 이상 일방적인 소비자가 아닌 생산자가 될 수 있다:

- 적절한 관리 시스템이 이용되는 상황에서, 관세가 CO2 배출과 사용자의 시간에 연

계될 것이다.

- 수요 응답과 부하 평준화(피크 저감)가 중요한 경제적 이슈가 될 것이다.

복잡한 형태의 디자인 업무와 마찬가지로 에너지 체인 또한 재설계과정이 필요하며,

내부적으로도 여러 가지 하부 디자인들이 구축되는 과정이 필요하다. 이는 우리가 흔히

빌딩을 설계하는 메카니즘과 매우 흡사하다. 현실에서 적용할 수 있는 디자인을 설계할

때에는 각각의 스텝별로 각 파트간의 디자인들이 어떻게 서로 영향을 끼치고, 각 파트

들이 필요한 요소에 효과적으로 사용될 수 있는 지를 파악하는 것이 매우 중요하다. 이

들 두 측면 - 전체적인 설계와 개별요소들의 실행 - 을 요약하기 위해, 우리는 표준설계

(reference architecture) 라는 표현을 사용한다.


｜ 6.2 그리드 아키텍쳐(Grid architectures) ｜

에너지 망의 설계는 분산 발전(기본적으로 PV와 풍력같은 형태의 재생에너지 발전)에 기반한

작은 형태의 에너지망들의 조합으로 이루어진다. 또한 대규모의 에너지망과 중앙 집중형

의 발전(화력, 원자력 발전)도 이러한 망에 반드시 포함된다. 이는 그림 6.1에 자세하게 표현

되어 있다.

1) 대규모의 에너지 연결망에서 각 요소들의 기능 향상과 각 요소들 간의 원활한 연

결은 기술의 핵심이다. UHVAC(Ultra high voltage alternating current)와 UHVDC(Ultra

high voltage direct current)는 위의 문제를 해결할 수 있는 유력한 기술로 기대되고 있

다. 위 기술들은 중국에서 장거리 전력 운송과 대규모의 에너지 송전 시스템 개발에

사용될 계획이다(UHVAC, UHVDC 사용 시, 중국 서부지역에서 대규모의 수력발전 운영이 가

⋮그림 6-1⋮ 미래 전력 시스템의 개략도

4. Enhancement of capacity, security, reliability of interconnection

Large-scale

Power Network

Large-scalePower Network

Large-scalePower Network

Small Power Network

Small Power Network

Small Power Network

2. Efficiency improvement in thermal generation

1. Expansion of CO2 free generation

(Nuclear & Renewable)

3. Enhancement of power network according to

increase of demand and CO2 free generation

6. Interactive communication & power system

5. Optimal control of power system including cooperation of demand e.g. Smart-Grid, Intelli-Grid, Ubiquitous-Power-Grid, ADAPS


능해진다). UHVAC의 일부 시스템은 현재 중국과 일본에서 미래 고용량 에너지 송전

에 필요하다고 생각하여 운영을 시작한 상태이며, 500kV 조건에서 운영 중이다. 인

도 또한 UHVAC와 UHVDC 개발 계획을 가지고 있다.

2) 소규모의 에너지 망에서, 수요 예측, 저장 및 분배, 생산은 최적설계에 있어 필수적

인 요소이다. 고로 위에 상기한 요소들을 성공적으로 수행하기 위한 여러 가지 컨셉

의 기술이 현재 개발 중이다(예를 들어 스마트그리드, 지능형 그리드, 유비쿼터스 파워 그리드).

3) 스마트 그리드의 컨셉은 아래의 요소들을 포함하고 있다.

a) 소비자 중심의 분산형 에너지 생산, 전력저장장치, 통합 센서, ICT의 설계

b) 고급 제어, 보호 기능을 가진 벌크 타입 에너지 생산시스템의 통합

스마트 그리드 기술개발의 핵심요소는 아래와 같다:

● 에너지설비와 최종에너지 소비자 간 양방향 커뮤니케이션을 가능하게 해주는 스마

트 전력계산 시스템(해당 시스템은 재충전 가능한 배터리 혹은 전기차에 들어가는 전력저장

능력 또한 포함하고 있다). 혹은 분산 발전 (DG)

● 수많은 DG 유닛이 통합된 환경에서도 정밀한 그리드 제어가 가능한 정보화 시스템

● 사용자가 전기 에너지를 가장 효율적으로 사용할 수 있게 만들어 주는 에너지 관리

시스템

● 크고 작은 스케일의 전력망의 보호와 보안을 향상시켜주는 제어 및 보호 시스템

스마트 그리드 기술은 주로 소규모 전력 시스템에 주로 적용되는 기술로 여겨졌지만,

스마트 그리드의 기술들인 정보화기술과 고급 보안 제어 시스템(스마트 기술의 기술들)은

대규모의 전력망과 그들 간의 망 구축에 또한 사용될 수 있으며, 신뢰성과 보안성도 향상


시켜줄 수 있다.

｜ 6.3 에너지 및 전력의 최종 사용 아키텍쳐 (구조) ｜

6.3.1 건물

(여기서 서술되는 end use는 전기차, 공장, 빌딩을 의미)

과거에 빌딩들은 단순히 난방, 환기와 공기조절(HVAC)을 위해 에너지를 사용하는 소

비자에 지나지 않았다. 빌딩 내 에너지 소비는 빌딩의 구조와 단열 수준에 따라서 결정

된다.

오늘날, 빌딩 내 에너지 소비는 급격히 증가하고 있다. 이에 따라 빌딩의 에너지 효율을

증가시킬 수 있는 모니터링 및 제어 시스템이 중요한 역할을 하게 되었다.

근 미래(이미 적용되고 있는 기술들도 있지만)에 빌딩은 단순한 소비자가 아니라 에너지를

생산하는 생산자의 역할도 맡을 것이다. 정보 통신 기술의 발달은 빌딩의 내부 조건 변화

(빌딩 내 전력 소모 메카니즘)의 자동화를 가능하게 해줄 것이다. 또한 빌딩 외부의 분산 전력

생산시스템과 스마트 그리드 에너지 수요에 맞춰 빌딩에 전력을 제공해 줄 것이다.

전기자동차는 각 빌딩으로부터 전력을 공급받을 것이며, 열펌프는 더 광범위하게 사용

될 것이며, 효율적 에너지 사용을 위하여 에너지 저장 장치들이 빌딩마다 설치될 것이다.

모든 빌딩의 설비들은 분산 및 링크 시스템을 통하여 하나의 통합 시스템을 구성하게

될 것이다. 또한 이러한 에너지 관리 시스템은 빌딩의 안전, 신뢰, 생산, 친환경적인 측면

에 지대한 영향을 끼치게 될 것이다.

신기술들의 통합(센서, 모니터링, 제어, 개방형 소통시스템, 에너지 생산)과 신기능(에너지 저장,

에너지 관리)시스템은 IEC의 도전을 통해 이루어질 것이다.


그림 6.2와 같이 가정의 에너지망 시스템은 단순히 에너지 소비에 그치는 것이 아니라,

태양광과 연료 전지 열펌프, 재충전이 가능한 배터리를 사용한 에너지 생산 시스템의 기

능도 가진다. 열펌프는 난방에 쓰이는 전기도 깨끗하고 안전한 방식으로 사용될 수 있음

을 보여줄 것이다. 일부 가정에서는 연료전지와 배터리를 연결하는 LVDC 와이어링 기술

을 장착하며 DC에 적합한 어플리케이션 또한 이러한 시스템에 통합이 될 것이다.

6.3.2 Vehicle to grid

집에서 전기차와 하이브리드 차량은 가정용 에너지 망의 새로운 관리대상이며, 그들의

배터리는 저장장치 어플리케이션에 활용될 것이다. 또한 이러한 장치는 에너지 저장과

대규모의 그리드의 부하조절에 활용된다. 그림 6.3과 6.4는 이러한 설비를 보여주고 있

⋮그림 6-2⋮ 미래 가정집 에너지망

Power station Trasformer

Photovoltaic

Hydrogen FC

HybridControl

SecondaryCell

LVDC24~48V

DC PLC

Heat pump

Waste heated water

AC 50/60 HzAC 100/200 Hz

Air conditioner

Heat pump

TV DVD/BD Audio set

Game machinePrinter

Microwave oven

PC

Induction heater

Fax

LED lighting Sensor Ventilation

Electric toothbrush

Electric shaver

Wireless chager

Bath

Kitchen

Wash basin

Refrigerator Washing machine


다. IEC는 이러한 시스템 구축의 중요성을 인지하고 EV(electric vehicles)와 시스템의 인터

페이스 개발을 하고 있다.

⋮그림 6-3⋮ 자가용 에너지망 컨셉 (V2G)

Enable net metering, discrete metering and

integrated energy management with solar panel

Home energy storage creates

opportunities for increased economies

Long-term opportunities throughplug-in electric vehicles

EMS

Upper layer system

Energy Balance Control

PowerStorage

Energy Management System

Heat / CoolStorage

Heat /CoolLoad

PowerLoad

CCHPCombined CoolingHeating and Power

DistributedGeneratorusing RES

Power flow control on tie line

Small Power Supply Network

Power Line

Heating / Cooling pipe

⋮그림 6-4⋮ 산업용 에너지 표준설계


⋮그림 6-5⋮ 전기에너지 저장 기술과 비용

Commercial Pre-commercial Demonstration phase Developmental

Pumped hydro FlywheelElectrochemical

capacitor

Lithium-ion

(grid applications)

Flywheels(local power quality)

Flywheel(grid device)

Hydrogen loopSuper-magnetic energy

(storage applications)

Compressed-airenergy storage (CAES)

Zinc-brominebattery

Lead-acid batteryVanadium redox

battery

Ni-Cd battery

Sodium-sulphur battery

Technology development status

Current Energy Storage Technologies Cost Estimates

3,500

0

2,000

1,000

3,000

500

2,500

1,500

CAES Li-ion Flywheel Pumped

HydroFlow

Battery

NaS

$/kW

• Source: Figure created for Bottling Electricity: Storage as a Strategic Tool for Managing Variability

and Capacity Concerns in the Modern Grid by EAC Energy Storage Technologies committee 2008


6.3.3 산업분야

공업 설비에서는 에너지 효율을 위하여 일반적인 전력사용 뿐만 아니라 다른 형태의

에너지 사용(예를 들어 열에너지)또한 고려를 해야 한다. 그러므로 다양한 형태의 에너지 사

용을 통합할 수 있는 설계가 에너지 관리시스템에 기본적으로 적용이 되어야 한다. 또한

어떠한 방식으로 에너지 측정 장비와 시스템을 배치할지 계획을 수립하는 것도 매우 중

요하다. 그림 6.4는 에너지 표준 설계의 예를 들고 있다.

｜ 6.4 에너지 및 전력 저장 ｜

에너지 저장 기술(에너지 분산 방식 및 에너지 시스템의 결합되는 저장장치)은 향후 핵심기술

로 떠오를 것이다. 에너지 저장 기술은 간헐적 형태의 전력 생산 방식(시간에 제약을 받는 태

양광, 날씨의 영향을 받는 풍력발전)의 단점을 보완해 줄 수 있으며, 에너지 소비자가 에너지

관리시스템을 통하여 에너지의 생산과 소비의 최적 포인트를 찾는 데 큰 도움이 될 수 있

다(간헐적으로 전력을 생산하는 태양력과 풍력에너지를 저장하고, 태양력과 풍력으로 전력을 얻을 수

없는 상황에서 저장장치의 에너지를 사용함으로써 에너지를 보다 유연하게 사용할 수 있음)

압축공기를 사용하거나, 플라이휠, 배터리를 사용한 다양한 전기 저장기술은 이미 사

용 중에 있다. 배터리의 경우 리튬이온, NaS 를 사용한 다양한 기술이 개발 중에 있다. 이

러한 기술들은 그림 6.5에 요약되어 있다.

전해 수소는 수송 가능한 수소 연료와 결합하여 개발 중에 있다. 이 기술은 전기와 수소

를 사용하여 시너지 효과를 낼 수 있다는 장점을 가지고 있다(수소는 물을 전기분해 하여 만

들어지며, 이 수소는 전기엔진이나 연료전지 내에서 대기 중의 산소와 혼합되어 다시 물을 만들어낸다.

일종의 순환 시스템).


｜ 6.5 Micro-grids ｜

마이크로 그리드는 DG(dispersed generation)와 같은 최적 제어 시스템을 통하여 다른

그리드와의 연계 없이 독립적으로 작동하는 전력망을 의미한다. 전기 저장 장치 또한 포

함된다. 마이크로 그리드는 예측 불가능한 DG(대부분 신재생 에너지)의 전력 생산 문제점을

해결해주는 방안으로 제시되고 있다. 또한 추가적으로 아래와 같은 장점을 가지고 있다.

많은 분야의 R&D, 예를 들어 전력생산, ICT, 제어, 송전, 배전 기술들이 마이크로 그리

드의 보급에 필요하다.

｜ 6.6 미래 에너지 사슬에 의해 제기되는 문제 ｜

6.6.1 기술적 문제

이전 장에서 묘사한 설비의 분산배치는 CO2 배출을 줄이는 효과가 있지만, 전체 시스

템의 안전도와 신뢰도, 안정성 혹은 아래와 같은 파트에 악영향을 줄 수 있다.

● 에너지 생산이 불안정하고 메인 그리드와 멀리 떨어진 지역에서도 마이크로 그리드와 연계

된 DG를 통하여 안정적인 전력생산이 가능하다.

● 백업기능의 전력 설비로 사용할 수 있으며, 블랙아웃에도 대비할 수 있다.


그림 6.6에서 6.8까지는 위와 같은 이슈들을 표현해주고 있다.

● 에너지 생산과 수요의 균형

● 에너지의 품질

● 안전하지 않은 독립운전의 방지

● 유틸리티의 그리드와 분산 에너지 생산 설비간의 불완전한 제어 시스템 (이는 심각할 경우

블랙아웃을 유발할 수 있고, 전력시스템 복구를 지연할 수 있다)

⋮그림 6-6⋮ 마이크로그리드 흐름도

Distributed generation (DG) Microgrid

Power managementsystem

Loads & storage

Lighting control

Batteries for EV

Photovoltaic

Variable speed drives:HVAC, Heat-pumps, ...

Main Gridconnection by

means of a powerfrequency converter

Wind

Hydro

Fuell Cells

•Reference:Ansaldo Sistemi Industriali


6.6.2 시스템적 접근 문제

3, 4장에서 에너지 체인의 각 요소들에 대한 시스템적인 접근의 필요성을 보여주었다.

(생산, 배전, 송전, 최종 소비자)

5장은 좀 더 향상된 에너지 체인의 필요성을 보여 주었으며, 이러한 기술은 앞서 서술

⋮그림 6-7⋮ 군집 PV 시스템에서의 MV/LV 배전망에 대한 기술적 문제

⋮그림 6-8⋮ 스페인에서 발생한 큰 외란, 2006년

•Source: Red eléctrica de España. www.ree.es


한 3가지 요소와 전자, 자동화, 제어 기술을 포함한 정보통신 기술 간의 보다 정밀한 조정

을 사용하여 이루어질 수 있음을 서술하였다.

예를 들어, 가정집들을 대상으로 한 전력 분산장치는 아래와 같은 요소들을 포함할 것

이다.

- 고급 계량장치

- 신재생 에너지(태양열, 풍력)

- 전기 저장장치

- 전기 자동차

- 가정용 에너지 관리 시스템

⋮그림 6-9⋮ 연계된 분산 시스템의 요소들

Substation


앞서 5.1절 및 5.2절 에서 설명했듯이 성숙한 기술만을 활용할 경우 2010년에 비해

2050년의 CO2발생량 증가율을 줄일 수는 있으나, 궁극적으로 CO2의 절대적인 배출량을

줄이지는 못한다. CO2 배출의 절대적인 양을 줄이기 위해서는 5.3 장과 같이 에너지 절약

(energy savings) 및 효율(efficiency)의 향상이 필수적이다. 해당 목적 달성을 위해서는 전력

망 자체에 대해 구조적으로 매우 큰 변화가 요구되며, 전력 생산자와 최종 사용자의 관계

도 재정립 되어야 한다. 이러한 변화는 마치 새로운 건물을 짓는 과정과 비슷하므로 6장

에서 “기준 아키텍쳐(reference architecture)”로 명명한 바 있으며, “그리드 아키텍쳐”, “에

너지 및 전력의 최종 사용 아키텍쳐” 등으로 나누어 살펴본 바 있다. “기준 아키텍쳐”는

간단하게 전기 에너지 효율 향상을 위해 필요한 새로운 모든 행위(규제, 새로운 제품의 개발

등)이라고 생각하면 된다.

1) 미래의 전기 에너지 효율 개선을 위해서는 기준 아키텍쳐가 필요하며, 이를 위해서

는 전기 분야(산업계, 학계)의 대규모 투자가 필요하다.

건물을 예로 들자면 다음과 같다. 기존의 건물의 에너지 관점은 주로 건물의 물리적인

구조 관점에서만 고려되었다. 예전의 건물은 단순히 에너지 소비의 주체(난방, 공기 조절)

7장

문제 해결을 위한 결정적인 성공 요소


로만 간주 되었고, 이러한 에너지 소비는 건물의 구조 및 외벽의 개수에 의해 영향을 받

으므로 단열이라는 물리적인 요소만 주로 고려되었다.

오늘날 건물의 에너지 효율은 위와 같은 물리적인 요소보다 소프트웨어적인 요소(건물

에너지 상태 모니터링 및 제어)에 의해 영향을 많이 받고 있다. 하지만 에너지 효율의 평가 시

이와 같은 요소를 고려하지 않고 있다. 전기 에너지 효율 향상 및 절약을 위해 이러한 부

분의 고려가 선행되어야 하며, 관련 기준 아키텍쳐의 개발이 필요하다. IEC는 이러한 기

준 아키텍쳐의 설계를 통해 전기 에너지의 계산과 평가를 합한 전기 에너지 성능평가 기

준을 개발함으로써 많은 부가 가치를 창출할 수 있을 것이다.

2) 표준화된 해결책은 개개 전력관련 상품의 효율증가 관점에서 벗어나 실제 응용적인

관점에서(시스템 전체를 고려한 것) 개발되어야 한다. 전기 에너지 효율 솔루션은 향후

개발 및 발전을 위해 IEC의 결과물 및 표준의 형태로 개발되어야 한다.

표준화된 도구를 개발하는 것은 전력산업의 가치 사슬에 위치하고 있는 많은 요소들에

영향을 주어 전기 에너지 효율화에 박차를 가하게 될 것이다. 1)과 2)가 없을 경우 효율과

탄소 저감과 관련된 많은 현재와 미래의 기술들이 실행될 수 없으므로, 앞서 언급한 2가

지 항은 실제적인 측면에서 매우 중요하다. 위와 같은 요소만이 단순 기술의 해결책의 역

할을 수행할 수 있도록 만들어줄 수 있다.

3) 전기 에너지 효율화는 정책적으로 추진하여야 할 뿐 아니라 사회적인 유인책이 있

어야 한다.

기후 변화 완화 및 에너지 효율화를 위한 정책적인 실행 결과로써 건물의 경우 관련 규

제가 수정되어왔을 뿐 아니라 각종 유인책(세금 감면, 각종 대출 등)이 현재 시장에 존재한다.

전기 에너지 효율 향상을 위해서도 각종 건물 및 산업 공장에 비슷한 정책이 필요하다.


4) 특히, IEC의 전기 에너지 효율화 대책을 정책적으로 실현시킬 필요가 있다.

3)과 4)항 각각은 에너지 효율화 목표를 이루기 위해서 매우 중요한 요소이므로, 사회

적인 합의를 통해 실제로 적용이 되어야 한다.


｜ 8.1 IEC 향후 발전 방향과 권장사항 ｜

보다 자세히 설명하자면, IEC는 이제 에너지 경쟁에 집중하려한다.

IEC는 새로운 기술위원회(Technical Committee, TC)를 구성해야할지 기존의 기술위원회

를 통합해야할지 불분명하며 이는 시장 전략 이사회(Market Strategy Board, MSB)의 소관

이 아니다. 여기서 확실한 건 시장 전략 이사회(MSB)의 과제로서, 표준화를 개발하는 경

8장

권장 사항

IEC는 역사적으로 안전성과 상용성을 지양하였다.

우리는 이제 이전과 다른 연구의 다양성을 통해 에너지의 효율과 생산성을 키우고 환경을 중

요시 하는 새로운 분야를 이끌어야 한다.

IEC는 오랫동안 전기 기술에 관한 규격의 통일과 조정에 집중하였다. 이제 우리는 응용 중심의

연구를 통해 세계적인 해결책을 이해하고 활동 중심으로 기반을 두려한다.


우에는 시스템을 중심으로 검토한 후 각 부분별로 해결해 나아가야 하는 것이지, 각각의

결과물(product)에서부터 시작하면 안 된다는 것이다. 만약 새로운 시스템의 표준서가 준

비되었다면, 기존의 제품 표준서(표준, 규격, 규격서: 같은 의미로 풀이하였음)를 포함하여 재검

토하여야 한다.

그림 8.1은 IEC가 시스템 중심의 어플리케이션(해결책)을 먼저 검토한 후 그 다음으로 서

비스와 결과물에 기준을 두고 나아가야 한다는 것을 보여주는 흐름도이다.

어플리케이션(해결책)은 필요에 따라 시장에 의해 결정되는 것이지 IEC의 능력 범위에

한정하는 것은 아니다. 다음은 시장 전략 이사회(MSB)의 업무이다:

⋮그림 8-1⋮ 시스템 중심의 표준화 개발 구조

Application (Solution)

Service

Technology

Pro

duc

t

Pro

duc

t

Pro

duc

t

Service

Technology

Pro

duc

t

Pro

duc

t

Pro

duc

t

Service

TechnologyPro

duc

t

Pro

duc

t

Pro

duc

t

● 첫째, 시장에서 요구하는 어플리케이션(해결책)을 이해하고 설명하기 위해 시장에 질문을

하고 들어라.

● 이러한 해결책은 IEC의 범위 내에서 결정한다.

● IEC는 해결방안을 얻기 위해 ISO 또는 이와 같은 표준화 설정 기구를 초청하여 협력하기를

추천한다.

● 마지막으로, 우선 시장의 설립을 위한 서비스의 표준화이며, IEC 내에서 결과물에 대한 솔

루션 제공이다.


본 책자에선 첫 번째와 두 번째 업무에 대한 에너지 효율과 이상화탄소 배출 저감문제

는 제3장, 제4장 그리고 제6장에서 이야기 하였다. 이번 제8장은 세 번째와 네 번째 업무

를 달성하기 위해 시작하고자 한다.

8.2와 8.3에서는 시장 전략 이사회(MSB)가 IEC 발전을 위해 권장하는 사항을 제시하고

자 한다. 8.4에서는 시장 전략 이사회(MSB)에게 미래의 기반이 되는 기술 목록들에 대해

제안하고자 한다.

｜ 8.2 일반적인 권장사항 ｜

권장 8.2.1 - 필수 연구 및 개발

시장 전략 이사회(MSB)는 IEC 및 IEC의장 직속의 이사회 그리고 전문가들에게 전기 에

너지 효율 또는 탈탄소 등의 유망한 첨단기술(Emerging Technology)을 포함한 모든 연구

와 개발 사업 진행을 장려하기 권한다.

권장 8.2.2 - 정치의식과 대중적 인지도

시장 전략 이사회(MSB)는 IEC의 에너지 효율 해결책이 정치적 선전과 대중을 위한 장려

계획으로 필수적이라고 생각한다. 이러한 목적을 위해 전 세계 IEC 커뮤니티에 연관되어

있는 관계자들은 정치의식과 대중적 인지도를 높이기 위해 IEC 규격 사용을 권장한다.

권장 8.2.3 - 국제적조직과의 관계

시장 전략 이사회(MSB)는 다음과 같은 특정 조직과의 긴밀한 협력 관계를 성장시켜야

한다고 권장한다.


권장 8.2.4 - 규제 기관과 정치권력의 협력

권장 8.2.2와 8.2.3에서 설명한 것처럼, 개발을 고려하기 위한 EEE (Electrical Energy

Efficient)의 해결방안을 촉진하기 위해 규제기관과 정치권력의 친밀한 협력이 필요하다.

권장 8.2.5 - Technology Watch와 표준화 로드맵

시장 전략 이사회(MSB)는 EEE(Electrical Energy Efficiency)와 이산화탄소 배출 절감

(Decarb)을 위한 영구적인 Technology Watch를 시행할 예정이다. 또한 이 기능을 이용하

여 수립 사례를 분석한 후 기술개발과 연계한 표준화 로드맵을 동시과제로 제안하여 체

계적인 접근방법과 EEE/Decarb를 위한 다양한 기술의 가능성을 현재와 미래를 보여주

는 표준화 로드맵을 촉진하여 표준화 활동의 기반을 마련하고자 한다.

권장 8.2.6 - 전기에너지 성능을 위한 기준 설계

시장 전략 이사회(MSB)는 IEC가 전기에너지 성능을 위한 기준 설계(Reference

Architecture) 규격을 향상시키기를 권장한다. 이는 건축, 서비스, 산업 등 여러 다른 분야에

서 필요로 하기 때문이다.

● 국제 에너지 기구(International Energy Agency, IEA)의 통계, 지표, 벤치마킹 정보 등

각 분야에 대한 관련정보는 4E(Efficient Electrical End Use Equipment)의 이행협약

(Implementing Agreement, IA)의 일환으로 수행하여야 한다.

● 기후변화 아시아-태평양 파트너십(Asia-Pacific Partnership on Clean Development and

Climate, APP)의 한 연구원은 깨끗하고 효율적인 발전방법의 개발, 전파 그리고 이전이 가

장 모범적인 사례라고 하였다.

● 세계 에너지 협회(The World Energy Council)

● UN 산하의 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)


권장 8.2.7 - EEE에 필요한 산업 개혁

산업의 거의 절반은 전기 제품을 사용한다. 즉 전기 제품에 대한 기준 설계(Reference

Architecture)는 매우 중요한 화두이며, 우수 운영 표준서는 최대한 빨리 개발되고 시행되

어야 한다. 이러한 표준서는 다음과 같은 메이저 영역에 널리 확산시켜 성장을 촉진시켜

야 한다.: EEE에 대한 규제와 금융 혜택에 대한 장려(전기 요금 등); 새로운 에너지 효율 또

는 탄소 효율 설비 투자시 보조금 또는 다른 혜택 지원; 모범사례에 대한 벤치마킹을 위

한 툴; 혁신적인 기술과 구현의 편의성.

권장 8.2.8 - 제품 중심이 아닌 어플리케이션 사용을 통한 접근 방법

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(SMB)가 간단한 산출 접근법을 포함한 실제

어플리케이션 중심의 전기 에너지 효율 해결책을 지속적으로 제공하도록 채택하여 효과

적인 표준서를 운영하기를 권장한다. 또한 EEE가 원하는 결과물이 실질적으로 통합된

시스템에서 제대로 작동하는지의 여부 그리고 일부의 경우, 현재 사용하고 있는 제품 표

준서의 재검토를 통해 체계적인 해결책을 포함한 새로운 표준서를 작성하여야 한다.

권장 8.2.9 - 전기 그리드의 연결, 안정성, 지능 및 효율에 대한 선택과 원칙

시장 전략 이사회(MSB)는 IEC가 그리드 사업에 대한 모든 옵션과 최소한의 이행 규칙을

포함한 보다 정확하고 자세한 규격을 제공하도록 CIGRE, NIST와 같은 해당 기관과의 긴

밀한 협력 관계를 성장시켜야 한다고 권장한다. 이는 스마트그리드 구축에 필요한 규격

을 구상하기 위한 첫 단계이기 때문이다.

표준서는 전기 그리드의 연결(특히 변동 전원)과 안정성 그리고 지능형 전력망(전력과 통신

IT의 융합)과 체계적인 측정 방법 등을 포함하고 있어야 한다. 이러한 표준서는 측면에 대

처하기 위해 전력의 수급균형, 전력품진, 고조파 전류 방출, 전압 플리커, 전압 변동과 단

독운전 방지를 포함하고 있어야 한다. 또한 다른 나라에서 만든 표준서와 비교하여 다른


부분이 존재하면 이를 고려하여 포함시켜야 한다. 그 이유는 표준이라고 생각한 방법 등

이 표준이 아닐 수 있기 때문이다.

또한 용이하게 구현하기 위해, 시장 전략 이사회(MSB)는 IEC와 해당기관이 스마트그리

드와 표준서의 중요성에 대한 공개 학술대회 개최를 제안하고자 한다.

권장 8.2.10 - 전기 에너지 관리를 위한 모범 사례

시장 전략 이사회(MSB)는 IEC가 전기 에너지 관리를 위한 모범 사례 표준서를 발전시켜

야 한다고 권한다. 이러한 표준서는 전기 에너지 관리의 기술적 측면을 명확하게 표기해

야 한다. 이때 주의할 점은 결과물이나 각각의 설비를 고려하는 것이 아니라 모든 시스템

에 대해 고려해야 하며, 에너지 효율과 온실가스 감축(GHG reduction)을 목표로 발전시켜

야 한다는 것이다.

｜ 8.3 세부적 권장 사항 ｜

아래의 권장 사항들은 시장 전략 이사회(MSB)에서 확인한 각 분야의 영역으로 나뉜다

(주로 잠재적인 기술을 포함).

권장 8.3.1 - 열병합 발전 환경에 대한 제품 표준서의 적합성

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(Standard Management Board, SMB)가 열병

합 발전 환경에 대한 모든 에너지 효율 제품표준화를 효과적으로 운영하기를 권장한다.

예를 들어, 전원부, 스위치부, 계량부 또는 제품에 공급되는 전력의 품질 등 각 부분을 효

율적으로 측정할 수 있는 것을 말한다.


권장 8.3.2 - 태양열 발전

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(SMB)가 태양열 발전 표준화를 개발하여야

한다고 권장한다.

권장 8.3.3 - 사무용 빌딩 에너지 설계

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(SMB)가 효율적인 전기 에너지를 사용하기

위해 제어기, 모니터링 시스템 그리고 rating methodology를 포함한 사무용 빌딩을 위

한 에너지 설계의 표준형을 개발하여야 한다고 권장한다.

권장 8.3.4 - 산업용 에너지효율 측정 방법

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(SMB)가 산업에서 필요로 하는 벤치마킹, 에

너지 감사, 적합성 평가 등에 사용되는 에너지효율 측정방법의 표준화를 개발하여야 한

다고 권장한다.

권장 8.3.5 - 전기 자동차의 충전 인프라 구조

시장 전략 이사회(MSB)는 표준 관리 이사회(SMB)는 전기 자동차의 충전 인프라 구조와

전원 케이블의 표준화를 개발하여야 한다고 권장한다.

권장 8.3.6 - 마이크로그리드

마이크로그리드에 관련된 각 분야의 표준화를 위한 시기가 적절하다고 판단하기 때문

에 시장 전략 이사회(MSB)는 신속히 로드맵을 수립해야 한다.


｜ 8.4 기술 목록 ｜

시장 전략 이사회(MSB) 연구원들은 각종 기술들을 명확히 할 필요가 있다는 것을 확인

하였으며, 데이터 수집과 데이터 분석에 대한 토의에 대한 과정이 중요하다는 사실을 알

게 되었다. 아직 해결해야할 많은 문제들이 끝나기만을 기다리고 있으나, 아래에 나열한

리스트는 이전 보다 훨씬 더 우선시 되는 사항으로써 이를 제안하고 있으며 이는 미래에

한발 더 앞서가기 위한 조언이다.

태양에너지

● 태양 기술

● 태양광 발전

● PV:나노소자의 3D 구조의 전지

● 태양열

● 나머지 PV

원자력

● 원자력 발전

● 고효율 차세대 원자력안전

● Extended-license(연장된 인허가) 원자력안전

해양, 수력 그리고 지열

● 파력/Ocean power

● 조력 발전기

● 파력 발전기


● 수력 발전

● 지열 발전

풍력

● 소형 풍력 발전

● 풍력 터빈

● 고출력 풍력 터빈

● 대규모 연안 풍력(송전&저장)

열

● 석탄 가스화

● 복합 발전

● 고효율 석탄 화력 발전

CCS

● 탄소 포집 및 저장 기술(CCS)

● 탄소 포집

● 탄소 저장

연료전지와 열펌프

● 고정형 연료전지, 실용규모

● 고정형 연료전지, 주거용/일반건물 규모

● 고체 산화물 연료전지 (위의 용도와 겹침)

● 융융 탄산염 연료전지 (위의 용도와 겹침)


● 고분자 전해질 연료전지 (위의 용도와 겹침)

● 열펌프

저장

● 전기에너지의 저장

● 고출력 배터리 기술

● 초전도체 코일의 자기 저장장치

● 커패시터

● 플라이휠 에너지 저장장치

● 압축공기 및 전기 저장장치

● 고출력 영구자석 전동기

● 전기자동차(EV)와 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV)용 배터리

에너지 송전과 배전

● 초초고압 교류(AC) 송전

● 초고압 직류(DC) 송전

● 새로운 형태의 전도체

● 가스 절연 선로(GIL)

● 대전류용 복합 전도체

● 고온초전도체

● 저전압 DC 공급 장치

그리드

● 마이크로그리드와 분산 시스템


● 그리드 인터페이스

● 스마트그리드

● 냉난방 장치를 내장한 스마트 홈

● 수요 응답

● Volt/VAR 최적화

분야별 접근방법

● 저에너지 소비 일반건물/빌딩 에너지관리 시스템

● 지능형 수송 체계

● LED에 의한 조명

● 효율적인 기기

● 효율적인 사무실용 설비

● 알루미늄 제련소를 위한 비활성 anode

● 자기 저항 전동기

에너지 저감 기술

● 부하 균형

● 고효율 인버터

● 고효율 고조파 필터

● 예비손실 감소

● 자동화 센서 및 제어


● 적응 유무 감지(Adaptive Presence Detection)

● 일기예보

● 전기부품의 재활용

하이레벨 검증

● 예측정비(변압기 등)

● 장비의 교정

관리 및 과정

● 혁신적인 기술의 로드맵

● 에너지 저감 장치 관리

● 백색 가전제품의 Top Runner 방법(JP)

● 교육 및 알림 활동(홍보)

● 각 분야별 에너지 보전 센터


그림 A.1(IEA 세계 에너지 전망 2008 참조)에 에너지를 생산하는 주요 자원들을 나타내었

다. 그림에 나타낸 미래의 예측치는 정부의 정책이 큰 변화 없이 기준 시나리오를 따라갈

경우의 값이다. (참고: IEA 세계 에너지 전망 2009는 다소 낮은 전망치를 나타내었으나, 이는 2009년

경기 침체에 의한 것으로 중요하고 새로운 변수들은 보이지 않았다.)

부록 A

기준 시나리오에 따른 연료 별 세계 주요 에너지 수요

⋮그림 A-1⋮에너지원 (연료) 1980 – 2030 (석유 환산 백만 톤 기준, Mtoe)

Mto

e 6,000

3,000

5,000

2,000

4,000

1,000

0

1980 1990 2000 2010 2020 2030

Oil

Coal

Gas

Biomass

Nuclear

Hydro

Otherrenew anles


온실가스 배출 감축에 대한 노력이 없다면, 상황은 더욱 악화될 것이다. 정책의 변화가

없다면, 전 세계 평균 온도 상승치는 6℃에 도달할 것이다. UN IPCC는 이러한 평균 온도

상승의 결과로 “삶의 모든 측면에서의 심각한 변화와 자연 환경의 돌이킬 수 없는 변화가

일어날 것이다.”라고 언급하였다.

부록 B

온실 가스 배출량과 온도 상승에 대한 시나리오

⋮그림 B-1⋮온실가스 배출 감축을 위한 정책 시나리오들

Energy CO2

F-gases

N2O

Methane

Industry CO2

Land use CO2

0

10

20

30

40

50

60

Glg

ato

nn

ets

of

CO

2-e

qu

ival

en

t

2005

Reference Scenario 550 Policy Scenario 450 Policy Scenario

2020 2030 2020 2030 2030


IEA 세계 에너지 전망 2008은 550 정책 시나리오(CO2 농도 550 ppm 기준 온실가스 농도가

안정화되는 수준으로 이는 온도상승치가 3℃와 상응)과 450 시나리오(CO2 농도 450 ppm 기준으로

이는 온도상승치가 2℃와 상응)를 통해 변화에 대한 에너지 분야의 노력에 따른 영향을 평가

하였다. 이러한 시나리오들을 그림 B.1에 나타내었다. (IEA 세계 에너지 전망 2009는 550 시나

리오를 생략하였다.)


그림 C.1에 기존 시나리오 대비 CO2 배출량 감축을 위해 이용 가능한 방법들의 효과를

시간 척도로 나타내었다.

부록 C

550과 450 정책 시나리오의 에너지 관련 CO2 배출 감축 방법들

⋮그림 C-1⋮550과 450 정책 시나리오의 이용 가능한 CO2 배출 감축 방법들

550 Policy

Scenario

450 Policy

Scenario

Glg

ato

nn

ets

45

40

35

30

25

202005 2015 20252010 2020 2030

Reference Scenario 550 Policy Scenario 450 Policy Scenario

CCS

Nuclear

Renewables & biofs

Energy Efficiency


그림 D.1에 나타낸 개념들은 발전 시스템, 지역 발전, 가정 발전, 자체 발전소, 송전, 배

전, 응용과 같은 모든 전기 에너지 시스템에 적용될 수 있다. 재생 에너지들에는 태양광,

풍력, 소수력, 지열, 태양열, 열펌프와 대규모 수력발전6이 포함된다.

부록 D

에너지 효율과 CO2 감축의 체계적인 평가

⋮그림 D-1⋮전기 에너지 효율을 측정 및 평가하는 도식

CO2/Energy

ElectricalEnergyEfficiency

Hydroelectric Thermal Nuclear Solar

Industry sector Office sector Residential sector Transpot sector

Generatingelectricity

Transmittingelectricity

Distributingelectricity

(Applications)

6. 4.1 장을 보라, Renewable energies (RE)


단계별 접근방법을 아래에 나타내었고, 3.2절에서 현재 전기 에너지 사슬을 다루었다.

｜ D.1 발전 ｜

CO2 배출량(온실가스 배출량)은 발전 방법에 크게 의존한다. 그러므로 그림 D.1의 크림색

타원부터 순서대로 전기 에너지 효율을 평가하고자 할 때, 발전 방법과 투입 에너지에 관

한 CO2 지표를 정의하는 것이 바람직하다(이 지표는 발전 후 모든 단계에 영향을 미칠 것이다):

발전에서 CO2 지표 = CO2/IE(투입 에너지)

발전의 효율은 CO2와는 별개로 투입 유닛 당 전기량으로 정의한다.

발전의 효율 지표 = GE(발전 에너지)/IE

IEA 보고서에서 증기 발전의 효율을 확인할 수 있다7.

｜ D.2 송전 ｜

송전 효율은 송전 손실에 의해 결정된다.

송전의 효율 지표 = TE(송전 에너지)/IE

7. Worldwide Trends in Energy Use and Efficiency, IEA


｜ D.3 배전 ｜

배전의 효율은 부하 변화를 조절과 그리드 시스템으로부터 최종 사용자까지의 구조 및

그리드 시스템의 관리(스마트 그리드 포함)에 의해 결정된다. 총 손실을 고려하면, 효율은

다음과 같이 정의된다.

배전의 효율 지표 = DE(배전 에너지)/TE

｜D.4 응용 ｜

응용은 본문에 언급된 모든 장에서 적절한 수준으로 상세히 다루어져야 한다(예, 건물/

서비스, 산업). 앞서 언급한 정책의 변화에 따라 최적가용기술(BAT)에 의한 전기 에너지 사

용의 개선 이외에 CO2 배출 감축을 위해 전력화는 더욱 중요하게 인식되어야한다.

D.4.1 산업

산업 영역은 철강, 시멘트, 발전, 화학, 펄프와 제지를 포함한다. 각각은 다양한 특징적

인 공정을 가지며, 이러한 영역의 개념을 이해하는 것이 전기 에너지 양상을 분석하는데

유용하다.

D.4.2 건물: 상업적이고 서비스 중심의 빌딩(예, 사무실)

건물들은 상업적이고 서비스 중심인 건물과 주거 건물로 나누어 생각되어야 한다. 상

업건물의 효율을 증진시키는 두 가지 방법이 있다. 첫 번째는 에어컨, 조명 또는 사무기


기들과 같은 장비들의 효율을 증진시키는 방법이고, 두 번째는 장비의 사용 스케쥴을 조

절하여 관리하는 방법이다.

D.4.3 건물: 주거

주거건물의 효율을 높이는 방법 중 일본의 톱-러너 방법이 널리 알려져 있다. 이는 최

적가용기술을 활용하여 사업자의 장비 효율 증진을 유도하는 방법이다.


부록 E

복합싸이클 발전

⋮그림 E-1⋮도쿄 전기 발전사의 복합싸이클 발전 개략도

■ Configuration of MACC

Combined Cycle generation

Reference: TEPCO


그림 F.1에 3.5절에서 언급한 현장 시험 중에 있는 IGFC 기술의 개략도를 나타내었다.

부록 F

석탄가스화 연료전지 복합발전, IGFC

⋮그림 F-1⋮석탄가스화 연료전지 복합발전 (IGFC)

GasifierCoal

Syngas Cooler

GGH

Slag

Incinerator

Fuel Cell

HRSC

Rectifier

Filter

AC ST

AC GT

WaterScrubber Limestone Absorber

Gypsum

Stack

MDEARegenerator

WATERTreatment

MDEAAbsorber

Reference: FEPC

COS Converter


주거 및 상업 건물의 에너지 소비량은 전체 소비량의 40% 가량을 차지하며, 향후 10년

내에 에너지 효율 향상을 통해 상당히 많은 양의 절약을 하고자 한다.

특정 국가의 주거 영역은 다양한 형태로 세분화할 수 있다(아파트, 개인 주택, 콘도). 그러

나 그럼 G.1을 통해 전 세계적으로 에너지 사용량과 소비량은 소득과 관련이 있으며, 소

득에 강하게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 소득이 증가할수록 전기를 에너지원으로서 더

욱 많이 사용한다.

부록 G

건물 내 소비 에너지 분석

⋮그림 G-1⋮수입과 주거용 에너지 사용량의 관계

Mod

ern

/ Adva

nced

high

Fuel

/ Ener

gy S

ervi

ce

Income

Tra

diti

onal

/ V

ital

low

Note: ICT in information and communication technology.Source: IEA analysis.

Lightning Lightning Lightning

Cooking Cooking Cooking

Waterpump

Refrigeration

Basic Appliances

RefrigerationBasic Appliances

ICT

Cooling

Other appliances

Transport Transport

Heating Heating Heating

Electricty

Electricty

Oil

Gas, Electricity, OilBiomass, Kero, LPGBiomass

Candles, batheriesBiomass, Coal

Kero, batheries, elec

Gas, Coal, Oil

Electricity

Electricty


비 주거 건물들은 사무실, 병원, 대규모 마트, 기차역 등 큰 범위를 포함한다. 이러한 비

주거 건물들 중 일부는 데이터 센터와 같이 전기 사용량이 큰 시설을 포함하기도 한다.

비 주거 건물의 유형에 따른 상대적인 에너지 사용량을 그림 G.2에 나타내었다. ICT 장비

의 사용은 가정과 사무실 모두에서 급격하게 증가하고 있다. 10년 전만 하더라도 ICT 장

비들은 주거용 건물에서 거의 사용되지 않았다. 이러한 ICT 장비 사용의 증가에 의해 선

진국에서는 대기 전력의 30%에 이르는 연당 1000 kWh의 전기를 사용하고 있다.

에너지 사용량의 분석은 에너지 사용량의 분류 체계를 만들 수 있도록 정보를 제공한다.

그러나 나라 별로 많은 차이가 존재하기 때문에, 그림 G.3에 나타낸 바와 같이, 해당 나라에

서 벤치마킹하여 사용가능하도록 소비 데이터를 가지고 있는 것이 중요하다. 기술의 진보

가 에너지 소비량의 경제적인 측정을 가능하게 할지라도, 이러한 측정은 거의 한 곳에서 이

루어지지 않고, 얻을 수 있는 정보는 실제 측정치보다는 추정치라는 한계를 가지고 있다.

생애주기 분석을 통해 건물의 수명에 따른 에너지 효율이 중요함을 알 수 있다(그림 G.4

참조). 에너지 사용의 최적화는 필요한 에너지를 건물의 전체 작동 시간 중 필요한 경우에

만 사용하는 것이 핵심이다.

⋮그림 G-2⋮건물의 유형에 따른 비 주거 건물의 상대적인 에너지 사용량

Sub Sector of Total Area of Total consumption

Retil 24 23

Office24 18 21

Sport Facilities 4 7

Education 20 13

Health Care 11 13

Hotel Restaurants 6 9

Residential Community Buildings 14 10

Transportation Buildings 3 4

Breakdowm of Surface and Energy Consumption

by Subsector of the Non Residential Sector


비 주거 건물의 전기에너지는 총 에너지 사용량의 50% 가량을 차지하며, 가열을 위한

연료 사용을 조절하는 핵심요소이다. 그림 G.5에 미국의 경우를 나타내었고, 그림 G.6에

프랑스의 경우를 나타내었다.

⋮그림 G-4⋮건물의 생애주기 동안 단계 별 에너지 사용량

Manufacturing, transportand construction, 12%

Use, 84%(heating, ventilation,

hot water & electricity)

Maintenance and renovation, 4%

⋮그림 G-3⋮건물에서 에너지 사용량의 나라별 비교

Residential, Kuwait

Commercial, India

Residential, India

Commercial, USA

Residential, USA

Rural residential, China

Urban residential, China

commercial, Australia

Residential, Australia

commercial, Canada

Residential, Canada

Heating

Cooling

Lighting

Water Heating

Other


⋮그림 G-5⋮ 미국의 상업 건물 내 에너지 사용량 분석: 전기는 최종 사용량의 50% 가량을 차지하며, 일차 에너지의

75% 이상을 차지한다.

⋮그림 G-6⋮1973-2005년 간 프랑스 가정 내 유형 별 전기에너지 소비량

B3•Evolution des consommations unitaires par logement

des residences principales(kWH/log, base 100en 1973)

300

250

200

150

100

501975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Bectricte specitique

Cuisson

Eau chaude

Chauttiage

Moyenne tous usages


산업에서 프로세스를 분류하는 방법에는 여러 가지 있다. EEE의 개발을 위한 하나의

접근법은 분류를 위한 기준으로 전기에너지를 다른 형태의 에너지로 전환하는 기계를

이용하는 것이다. 분류도의 요약 수준은 프로세스의 목록을 관리할 수 있을 정도로 충분

히 높아야 한다. 그러나 모범 사례를 공식화하거나 실용적인 지침을 줄 정도로 높을 필요

는 없다. 아래 그림에 나타낸 분류 체계는 하나의 예로써, 고체, 액체 및 기체 재료를 작업

하고 전달하기 위한 기계를 배치하는 것이다.

부록 H

물질 처리를 위한 참고 건축물의 예

materialtreatment

workingmachines

solid

conveyingmeans

liquid

pumps

gaseous(mixed)

fans andcompressors

indefiniteshape

plant equipment

well-definedshape

machinery

•hoists & cranes•roller conveyors•belt conveyors•elevators•excavators

•fans•blowers•compressors•air

conditioning

•mixers•stirrers•centrifuges•extruders•autoclaxes•crushers

•positivedisplacementpumps

•kinetic pumps

•cutting machine tools

•formingmachine tools

•rolling mills•printing, textile,

wood, paper•robots

processingapparatus

conveying, dosing,pressure-changing

apparatus

materialtransport


부록 J

원자력 발전 IV

⋮그림 J-2⋮핵에너지 생산을 위한 발전의 추이

Reference: Gen-IV International Forum

Gernaeration ⅠGernaeration Ⅱ

Gernaeration Ⅲ

Gernaeration Ⅲ+

Gernaeration Ⅳ

Early PrototypeReactors Commercial Power

Reactors AdvancedLWRs

Gen Ⅲ Gen Ⅲ+

2020200019901980197019601950 20302010

Gen Ⅳ

- Shippingport- Dresden, Fermi Ⅰ- Magnox

- LWR-PWR, BWR- CANDU- AGR

- ABWR- System 80+

EvolusionaryDesigns OfferingImprovedEconomics forNears-TermDeployment

- Highly Economical

- Enhanced Safety

- Minimal Waste

- ProlferationResistant

⋮그림 J-1⋮초임계수-냉각 반응기 (SCWR)

Reference: Gen-IV International Forum

ControlRods

ReactorCore

Reactor

Turbine

Pump

Generator

Heat Sink

Codenser

SipercrioicalWter

ElectricalPower

Supercritical - Water - Cooled Reactor


부록 K

이산화탄소

포집과 저장

⋮그림 K-1⋮이산화탄소 포집 및 저장을 위한 선택사항

Power Stationwith CO2 Capture

OCEANPipeline

Pipeline

UnminableCoal Beds

Deep SalineAquifier

Reference: IEA Greenhouse Gas R&D Programme

Depleted Oilor Gas Reservoirs


기준 시나리오에서는 표 L.1에 보이는 바와 같이, 전력 생산에 의한 CO2 발생량은 2050

년까지 거의 세 배가 된다.

첫 번째 시나리오는 2050년까지 CO2 배출량을 두 배 이하로 제한한다. 표 L.2와 표 L.3

의 녹색과 노란색 부분은 가능한 개선 방법들을 보여준다. 위에서 아래의 순서로, 30%의

최종사용 효율의 증진, 30%까지 재생에너지/핵에너지의 증가, 9% 에서 7%까지 T&D 손

실의 감소, 발전 효율의 5% 증가를 나타낸다. 각각의 개선 후 새로운 총계(에너지 사용량,

CO2 배출량)를 다른 새로운 줄에 표시하였다.

부록 L

CO2 배출 감축량 측정의 민감도 분석

⋮표 L-1⋮기준 시나리오에서 전기 사용량과 CO2 배출량, 2010-2050


CO2 배출량 감축에 있어 에너지 절약 및 최종 사용 효율이 가장 큰 역할을 할 수 있으

며, 재생에너지/핵에너지는 상당한 CO2 배출 감축에 기여할 수 있으나, T&D 손실 감축

및 발전 효율의 증가는 CO2 배출에 작은 기여를 한다.

전력 생산으로부터 CO2 배출량을 감축하기 위해 더욱 공격적인 시나리오가 필요하며,

⋮표 L-2⋮최종 사용 효율 상승의 효과, 30% 재생에너지와 2% T&D 손실 감축, 2030

⋮표 L-3⋮30% 최종소비자 효율 상승/재생에너지와 2% T&D 손실 감축의 효과, 2050


표 L.4에 10% 발전 효율의 증가 및 다른 요소들에 의한 영향을 나타내었다.

최종 사용에 있어 효율의 증가와 에너지 절약이 CO2 배출 감축에 있어 가장 큰 기여를

한다. 40%의 분산형 발전과 50% 재생에너지/핵에너지의 사용은 전력 시스템의 안정화

에 있어 도전적인 목표이다. 10% 발전 효율의 증가는 화석연료를 줄여인다는 관점에서

제한적인 효과를 나타낼 수밖에 없다. CO2의 배출 없이 50%의 전력을 생산하는 비전을

그림 L.5에 나타내었다.

⋮표 L-4⋮40% 최종 사용 효율 상승과 50% 재생에너지 사용, 3% T&D 손실 감축의 효과, 2050

⋮그림 L-5⋮ 2050년까지 50% CO2 청정 발전을 향한 개략도

100%

80%

60%

40%

20%

2010 2020 2030 2040 2050 vision

CO2-free

Fossil-fuel


부록 M

DESERTEC

프로젝트

CSP collector areasfor electricity

World 2005

EU-25 2005

MENA 2005

TRANS-CSP Mix EUMENA 2050

DESERTEC-EUMENA

Concentrating Soalr-ThermalPower Plants

Hydro

Biomass

Geothermal

Photovoltaics

Wind

미래 공장

– 07 –


전통적으로 제조는 원재료를 물리적 제품으로 바꾸는 과정으로 인식되었다. 분할

된 통신 프로토콜 및 자동화 사례를 관리하는데 있어 공장은 제조가 이루어지는 구조

에 해당한다. 오늘날, 기술과 지속가능성, 최적화, 고객의 수요를 충족시켜야 하는 필

요성 등이 다시 한 번 제조업계로 하여금 적응성과 완전한 연결성을 갖추고 전력 품질

까지 스스로 파악하도록 이끌고 있다. 이러한 변화는 조직 내 가치사슬의 세계화를 특

징으로 하며, 경쟁 우위 증대와 부가가치 창출 및 종합 소싱을 통한 비용 절감을 목표로

한다. 이러한 관점에서 가장 주목할만한 추세는 산업용 이더넷 및 산업용 무선 통신에

서 개선된 IT 솔루션 통신으로의 전환이다. 이러한 전환은 기존의 자동화에 사이버물

리시스템을 결합한 것으로, 통신, 정보통신기술(ICT), 데이터 및 물리적 요소, 기기연결

성등의 결합을 가리킨다. 이와 같이 각각 분리 되어있던 단위업무의 집합에서 접합점이

보이지 않을 정도로 매끄럽게 통합된 복합 시스템(System of systems, SoS)으로 제조공정이

변화시키고 있는 IT의 변화를 미래공장(factory of the future, FoF)으로 설명할 수 있다.

관련 업계에서 자동화 시스템 보유의 장점은 굉장히 신속하게 인지되었다. 20세기

후반, IT의 급격한 발전 덕분에 엔지니어들은 지속적으로 더 정교한 제어 시스템을 개

발하고 공장의 제조 공정을 통합 관리할 수 있었다. 자동차 업계는 자동화 개발로 급

격한 변화를 겪은 좋은 예다. 식품 업계와 제약 및 기타 제조업체도 시간이 지나자 더

많은 양을 더 낮은 비용으로 생산하기 위해 자동화에 크게 의존하게 되었다. 이는 종

종 조립 공정 전체에 걸쳐 더 높은 최종 품질과 신뢰성 확보로 이어져, 그 혜택이 고객

에게 돌아가고는 했다.

미래 공장의 궁극적인 목적은 제조 공정의 모든 단계를 상호연결하는 것이다. 제조현

장에서는 여러 부문, 계층, 지리적 경계, 가치사슬, 라이프 사이클 단계에 걸쳐, 이전과

비교할 수 없는 수준의 기술적인 시스템 통합이 이루어지고 있다. 이러한 통합은 기술

이 전세계적인 동의를 바탕으로 한 표준으로 지원되는 경우에만 성공할 수 있다. 특히

⋮요약⋮

215| 07. 미래 공장 | 215

IoT(Internet of Things)의 표준은 산업 자동화를 촉진하게 될 것이다. IoT 표준화에 관련

된, 여기에 열거하기에는 너무 많은 기술들이 현재 표준으로 채택되기 위해서 경쟁 중이

다. 기술 발전 속도를 따라 잡기 위해 제조기업이 디지털 기술과 고도로 숙련된 기술 인

재 모두에 투자해야만, 변화에 민감하게 반응하는 공장들에게만 주어지는 이점을 누릴

수 있을 것이다. 작업자 안전과 데이터 보안 또한 지속적으로 강조되어야 할 사안이다.

그렇다면 과연 미래 공장은 어떤 모습이며, 그 시작은 어떻게 이루어질 것인가? 본

백서는 전 세계 미래 공장에 관한 잠재적인 요구와 이점, 개념 및 전제 조건을 평가하

고, 관련 기술의 사업 추세와 시장 준비도에 대해서 논의한다.

2장에서는 현재 제조환경 및 수 세기 동안에 걸친 제조환경의 발전에 대해 검토한

다. 다중 양방향 가치사슬을 보유했을 때의 이점은 조직 경계 간의 정보 최적화 지원

이 주는 이점만큼이나 매우 중요하다.

3장은 제조 패러다임에 관한 간단한 역사적 배경 정보를 제공하며, 새로운 제조 정

책의 다양한 지역별 개념과 기반 기술, 전제 조건과 제조 부문의 여러 측면에 미치는

영향에 관해 논의한다.

4장은 미래 공장 개념을 구현하기 위한 핵심 기술을 검토한다. 필요한 기술의 이행

방법뿐만 아니라, 기술 과제와 전제 조건도 여기에서 같이 살펴본다. 많은 것들이 예

측되고 있지만 실현에는 시간이 필요하기 때문이다.

5장은 신기술 채택과 시장이 준비되기 위한 선결 조건 사이에서 균형을 모색한다.

6장은 기반 기술과 구체적인 관련 과제를 고려하여 미래 구조를 예측하고, 당면한

몇가지 문제들에 대해서 고찰한다.

7장은 미래 공장을 현실화하기 위한 데이터, 작업자, 기술 및 표준에 대한 권장 사

항 목록을 다루며 결론을 내린다.


본 백서는 IEC 시장전략이사회(Market Strategy Board, MSB)의 미래공장프로젝트

팀이 작성했으며, 프로젝트 파트너인 Fraunhofer Institute for Manufacturing

Engineering and Automation IPA로부터 큰 도움을 받았다. 프로젝트 팀은 2014년

10월 클리블랜드, 2015년 1월 슈투트가르트, 2015년 4월 피츠버그에서 총 3회 만났

으며 수차례 온라인 전화 회의를 실시했다. 프로젝트 팀의 구성원은 다음과 같다.

Mr. Daryll Fogal, 프로젝터 리더, IEC MSB 멤버, Tyco International

Ms. Ursula Rauschecker, 프로젝트 파트너 리더, Fraunhofer IPA

Mr. Peter Lanctot, 프로젝트 관리자, IEC

Mr. Andreas Bildstein, Fraunhofer IPA

Mr. Mark Burhop, Siemens

Dr. Arquimedes Canedo, Siemens

Mr. Kai Cui, Haier Group

Mr. Teruaki Ito, Mitsubishi Electric

Mr. Benoit Jacquemin, Schneider Electric

Mr. Kevin J. Lippert, Eaton Corporation

Mr. Andy Macaleer, SAP

Mr. Alec McMillan, Rockwell Automation

Dr. Youichi Nonaka, Hitachi

Mr. Noritaka Okuda, Mitsubishi Electric

Mr. Ken Sambu, Mitsubishi Electric

Ms. Veronika Schmid-Lutz, SAP

Mr. Haibo Shi, Shenyang Institute of Automation(중국)

⋮감사의 글⋮

217| 07. 미래 공장 | 217

Dr. Kazuhiko Tsutsumi, IEC MSB Member, Mitsubishi Electric

Mr. Chris G. Walker, Eaton Corporation

Mr. Chunxi Wang, Instrumentation Technology and Economy Institute(중국)

Mr. Yang Wang, Huawei Technologies

Ms. Shi Xiaonan, Mitsubishi Electric

약어 목록 221

용어집 223

1장 서론

1.1 본 백서의 범위 225

2장 현재의 제조환경

3장 미래 공장의 개념

3.1 개방형 가치사슬 233

3.2 유연한 생산 234

3.3 인간중심 제조 234

3.4 사업 모델 236

3.4.1 크라우드소싱 237

3.4.2 무엇이든 서비스로 239

3.4.3 공생 생태계 240

3.5 국가별 정책 241

3.5.1 고급 제조(미국) 242

3.5.2 e-공장(일본) 242

3.5.3 Industry 4.0(독일) 244

3.5.4 지능형 제조(중국) 245

⋮목차⋮

4장 핵심 기술

4.1 기술 과제/요구 246

4.1.1 연결성 및 상호운용성 246

4.1.2 원활한 미래 공장 시스템 통합 249

4.1.3 기존 시스템 통합 아키텍처 250

4.1.4 모델링 및 시뮬레이션 251

4.1.5 보안 및 안전 253

4.1.5.1 보안 253

4.1.5.2 안전 255

4.2 기반 기술 256

4.2.1 IoT 및 사물 통신 257

4.2.2 클라우드 기반 애플리케이션 인프라 및 미들웨어 259

4.2.3 데이터 분석 기술 260

4.2.4 스마트 로봇 공학 263

4.2.5 통합 제품-생산 시뮬레이션 265

4.2.6 적층 제조/3D 인쇄 268

4.2.7 기타 미래 공장 기술 269

5장 시장 준비도

5.1 시스템 관점 구현 270

5.2 전통적인 생산환경 내 “변화에 대한 저항” 극복 271

5.3 재정 이슈 272

5.4 이전 전략 273

6장 예측

7장 결론 및 권고

7.1 일반 277

7.2 데이터 278

7.3 작업자 280

7.4 기술 281

7.5 표준 282

부록 A 참고문헌 284

221| 07. 미래 공장 | 221


AI 인공지능(artificial intelligence)

AIM 애플리케이션 인프라 및 미들웨어(application infrastructure and middleware)

AM 적층 제조(additive manufacturing)

AVM 적응형 차량 제조 기술(adaptive vehicle make)

BOM 재료명세서(bill of materials)

CAD 컴퓨터를 이용한 설계(computer-aided design)

CAx 컴퓨터를 이용한 기술(computer-aided technologies)

CEP 복잡 이벤트 처리(complex event processing)

CNC 컴퓨터 수치 제어(computer numerical control)

CPPS 사이버물리생산시스템(cyber-physical production system)

CPS 사이버물리시스템(cyber-physical system)

DCS 분산 제어 시스템(distributed control system)

EDI 전자 문서 교환(electronic data interchange)

ERP 전사적 자원 관리(enterprise resource planning)

ESP 이벤트 스트림 처리(event stream processing)

FoF 미래 공장(factory of the future)

HMI 인간-기기 인터페이스(human-machine interface)

ICT 정보통신기술(information and communication technology)

IoT 사물인터넷(Internet of Things)

IT 정보 기술(information technology)

M2M 사물 통신(machine to machine)

MEMS 미세전자기계시스템(microelectromechanical system)

MES 제조실행시스템(manufacturing execution system)

NFC 근거리무선통신(near field communication)

약어 목록


PLC 프로그램가능 논리 제어기(programmable logic controller)

QMS 품질 관리 소프트웨어(quality management software)

R&D 연구 개발(research and development)

ROI 투자수익률(return on investment)

SCADA 감시 제어 및 데이터 취득(supervisory control and data acquisition)

SIM 가입자 인증 모듈(subscriber identity module)

SoS 복합 시스템(system of systems)

WBS 작업분할구조(work breakdown structure)

XaaS 무엇이든 서비스로(anything-as-a-service)

기구, 기관, 회사

AMO Advanced Manufacturing Office

AMP Advanced Manufacturing Partnership


IIC Industrial Internet Consortium

MSB (IEC 산하)Market Strategy Board

NCOIC Network Centric Operations Industry Consortium

SMLC Smart Manufacturing Leadership Coalition

VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau(German Engineering

Association)

ZVEI Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie

223| 07. 미래 공장 | 223

• 사이버물리시스템 CPS ｜ 실제 세상이 변화하는 상태를 감지하기 위해 원활하게 통합되어

긴밀하게 상호작용하는, 전산 구성품(예: 하드웨어 및 소프트웨어)과 물리 구성품을 포괄하는 스

마트 시스템

• IoT(Internet of things) ｜ 실제 세계와 가상 세계 사이의 차이를 메워주는 인프라와 기술 및

애플리케이션

• 적층 제조 ｜ 3D 인쇄 또는 유사 기술을 통해 가상 모델로부터 제품을 완전 자동화 생산하는

방식

• 수평 통합 ｜ 서로 다른 생산단계 사이에서 전체 IT 구조로 공급사슬의 통합, 그리고 가치사슬

을 따라 공장 내부와 여러 기업 간의 해당 자원 및 정보 흐름

• 수직 통합 ｜ 생산 및 유통 기술, 사업 수준 사이에서의 정보 통합과 시스템 상호 운용성(센서,

제어, 생산, 제조, 실행, 생산 기획, 관리 수준)

용어집


미래 사회의 생산환경은 과연 어떤 모습이 될 것인가? 사람과 기기는 어떠한 방식으로

서로 소통하게 될까? 작업 환경은 우리의 요구에 따라 변화될 수 있을 것인가? 미래의

공장에서는 작업자는 더욱 복잡해진 공정과 기기 및 구성품으로 이루어진 환경을 받아

들여야만 할 것이다. 따라서 작업자와 기기의 공조를 최적화하기 위해서는 새로운 작업

개념이 필요하다. 즉, 신속성과 적응성이 우수한 지능형 제조 공정이 바로 성공의 척도가

될 것이다. 가치사슬의 모든 요소를 총체적으로 파악하기 위한 “가상”과 “실제”의 결합을

통해 공장은 더욱 빠르고 효율적으로 생산할 뿐만 아니라 보다 적은 자원을 사용하여 더

많은 생산물을 얻을 수 있게 될 것이다. 또한, 기업은 개별 제품의 수요 증가를 충족시키

며 더욱 신속하게 시장에 대응할 수 있게 될 것이다.

전 세계 제조공장 및 생산시설 대다수는 현재, 적응성을 높이고 완전히 연결해주며 분

석적이고 더 효율적으로 개선되는데 도움을 줄 여러 시스템을 갖추어 나가고 있다. 이러

한 새로운 제조 시스템은 바로 미래 공장(factory of the future, FoF)이라는 새로운 산업 혁

명을 불러오고 있다. 제조 시설 내/외부에서 기술 및 현장 장비 사용의 증가와 완전 자동

화로 대표되는 이 모델은 제조업의 새로운 장을 열었다. 이는 산업 혁명으로 시작된 기계

시대와 엄청난 양의 정보를 저장한 다음 데이터뱅크를 통해 순식간에 검색하는 것이 가

1장

서론

225| 07. 미래 공장 | 225

능하여진 디지털 시대의 융합이라고 할 수 있다.

미래 공장은 가치사슬에 참가하는 모든 요소의 연결성을 통해, 관련 정보의 실시간 가

용성을 보장하고 개별 고객의 수요에 따라 최적의 가치사슬 공정을 끌어내는 능력을 제

공하는 데 중점을 두고 있다.

사람과 사물, 시스템 사이의 상호작용을 통해 동적이며 실시간으로 최적화된, 자체조

직화(self-organization) 특성을 갖춘 가치사슬이 발달할 것이다. 이러한 가치사슬은 멀티

벤더(multi-vendor)가 가능하며, 비용, 가용성, 자원소비 등의 다양한 목적을 위하여 조정

가능하다.

미래 공장은 글로벌 경쟁력을 높여 주며 다양한 부문, 계층 간 경계 및 라이프 사이클

단계에 걸쳐 매우 높은 수준의 통합을 요구한다. 미래 공장 구축에는 많은 요인들이 기여

하지만, 합의에 기반한 표준 채택은 이 과정에서 특히 필수적이다.

IEC 국제 표준은 공장 안전과 보안 및 가용성 개선에 도움을 주며, 제품 신뢰성 및 품질

향상의 기반을 구성한다. IEC는 기업, 산업, 정부가 필요로 하는 국제 표준을 준수, 협의,

개발할 수 있는 플랫폼을 제공하고 있다.

｜ 1.1 본 백서의 범위 ｜

이 백서는 제조자, 작업자 및 고객이 점차 복잡해지는 공정, 기기 및 구성품 환경을 어

떻게 받아들여야만 하는지 기술한다. 이를 위해서는 사람과 기계의 협업을 최적화하기

위한 새로운 작업 개념이 필요할 것이다. 효율 증가, 시장 대응 시간 단축 및 유연성 증대

는 공장의 경쟁력을 제고한다. 즉, 제조기업은 시장 대응 시간을 줄일 수 있어야 할 뿐만

아니라 운영비를 절감하고, 천연 자원 활용을 최소화하며 제품과 작업자의 안전을 개선

함으로써 효율을 높일 수 있어야 한다.


또한, 이 백서는 각 제조 요건에 필요한 모든 데이터를 생산 제품에 활용할 수 있는 복

합 시스템(system of systems, SoS) 접근방식을 미래 공장이 어떻게 이용하는지 설명한다.

그 결과로 구현되는 네트워크로 연결된 제조 장비의 조직에서는 전체 부가가치 사슬이

모두 고려되며, 현재 상황에 따라 유연하게 제조 공정이 결정된다. 하지만 사람이 공정의

창의적인 기획자이자 감독자 및 의사결정자로 필수적인 역할을 계속 수행하게 된다.

글로벌 스마트 공장 시장은 2014년부터 2020년까지 연복합성장률 6%로 증가하여

2020년이면 총 미화 670억 달러에 상당할 것으로 예상된다1. 통신과 자동화, 로봇 공학,

가상 시뮬레이션은 현재 우리가 알고 있는 제품 부문에 변화를 가져올 것이다. 미래의 생

산은 과연 어떤 모습이 될 것인가? 사람과 기기는 어떤 방식으로 서로 소통하게 되며 우

리의 생각은 어떤 역할을 수행하게 될까?

최근 몇 해 동안 개발도상국은 급격한 생산 증대를 기록하고 있는 반면, 선진국은 생산

수준을 더욱 유지하기 어렵게 만드는 경제 및 통화 제약에 직면한 상황이다. 그 결과, 계

속 경쟁력을 지키길 원하는 산업화된 국가들은 모든 재료명세서 계산에서 과거에 종종

간과하던 제품 생산에 사용된 에너지의 비용을 이제 핵심적 요소로 고려하게 되었다. 제

조에 있어 에너지는 사업을 영위하는 비용, 통제될 비용 그리고 간접비에 크게 기여하는

요소로 항상 간주되어 왔다. 예를 들면, 상당수의 생산 라인은 작업자가 아무도 근무하지

않더라도 휴일 및 주말 기간 중에도 계속 가동된다. 세계 에너지의 약 30~40%를 사용

하는 산업 부문은 급변하는 경제현황에 매우 민감하므로, 기업이 더 효율적으로 에너지

를 사용하도록 요구하는 규제 및 소비자 압력에 의해 도입된 비용 절감 대책을 준수하

고 있다.

이때, 상호운용성의 향상은 서로 다른 공급자 및 기술에 의해 제공된 부품들이 원활하

게 상호작용할 수 있도록 보장해주는 일관된 국제 표준의 수립을 통해서만 달성할 수 있

다. 지속적인 공통 표준 개발은 논리를 공통적으로 이해하지 못하는 경우, 데이터의 의미

를 해석하거나 변환하는 데 소모되는 고비용 없이도 자동화 시스템 사이의 원활한 데이

227| 07. 미래 공장 | 227

터 흐름을 보장할 것이다. IEC는 조직 및 기업이 효율적으로 소통 및 협력할 수 있도록 공

통 기술 및 절차를 제시하고 있다.

현재 스마트 제조, Industry 4.0, e-공장, 지능형 제조와 같은 많은 정책이 추진되고 있

지만 본 백서는 특정 프로그램을 다루는 것이 아니라 장기적인 미래의 글로벌 제조에 관

해 논의하고자 한다.

본 백서는 IEC가 국제 표준 및 적합성 평가 서비스를 통해 전기 공학의 글로벌 이슈 해

결에 지속적으로 기여하는 것을 목적으로 발간한 시리즈 중 일곱 번째 간행물에 해당한

다. 본 백서는 미래의 전략적 대면을 IEC가 준비할 수 있도록, IEC의 이해관계자 환경에

관한 분석 및 이해를 담당하는 IEC MSB가 작성하였다.

본 백서의 주요 목적은 다음과 같다.

● 전 세계 미래 공장의 잠재적인 요구 및 이점을 평가

● 가치사슬 등 관련 기술 및 시장의 여러 개념 및 추세 파악

● 핵심 기술 및 그 영향을 검토 및 평가

● 경우에 따라 대치되는 두 요인(시장 준비도 대 기술 성숙도)을 고려하여 제조업의 미래 구조 예측

● 미래 공장을 위한 기술의 광범위한 상용화에 필요한 국제 표준 이용을 독려


경제가 사회의 중요한 부문이며, 시간에 따라 경제가 발전하면서 사회도 함께 발전한

다는 것은 명백한 사실이다. 지난 천 년 동안 몇 가지 주요한 사회적 변화는 농업과 산업,

정보 및 서비스 혁신을 비롯한 인류 발전의 방향을 정하는데 결정적인 역할을 했다. 이

기간에 나타난 광범위한 변화로부터, 제조 수요가 항상 사회의 요구와 깊은 관련되어 있

기 때문에 새로운 산업 기반으로 이전이 발생하면 비즈니스 모델과 제조 시스템도 각각

이에 맞게 적응한 것을 확인 할 수 있다.

그 결과, 제조 패러다임 또한 수 세기 동안 발달했다. 그림 2-1은 수공업에서 대량생산

까지의 발전을 보여 준다. 즉, 다양한 사람들을 위한 폭넓은 종류의 제품을 생산할 수 있

었다. 이후 대량생산에서 다시 고객의 개별 요구를 반영하기 위한 전문화 및 다각화된 생

산으로 돌아가는 변화가 일어났지만, 이는 더욱 효율적이고 고급 기술에 의한 제조라는

점에서 차이점이 있다.

단, 제품에 대한 요구를 충족시키는 것만으로 제조기업이 경쟁력을 갖추는 것은 아니

다. 제조업은 세계화 및 생산 사슬 중 제조과정 전후 단계의 개발로 인해 급격한 변화를

겪고 있다. 그림 2-2의 스마일 모양의 그래프에서 알 수 있듯이 현재 제조는 제품 공급

과정에서 가장 작은 부가가치를 창출하는 과정이 되었다.

2장

현재의

제조환경

229| 07. 미래 공장 | 229

사람들이 기꺼이 돈을 지불하려는 부가가치뿐 아니라, 가치를 창출하는 일자리에 관해

서도, 가치 부가 전략과 사회 사이에 긴밀한 관계가 존재한다. 대표적으로 제조 부가가치

는 높아지고 있음에도 불구하고, 제조업의 고용이 전 세계적으로 비교적 감소하는 현상

을 예로 들 수 있다. 이는 특히 고임금 국가에 해당하는 사례로, 제조 자동화를 통해 고용

강도를 줄이고 작업자를 고역량 전문가로 바꾸어 제조 근로자의 생산성을 증가시킬 수

있다.

인구구성의 변화와 같은 사회경제적 추세 또한 고려해야 한다. 제조 부문에서 이러한

추세는 작업 환경도 적절하게 변화해야 함을 뜻한다. 예를 들면, 지능형 보조 시스템을

추가하여 작업자가 창의적이고 가치를 창출하는 업무에 집중할 수 있도록 하고, 반복적

이고 스트레스가 강한 작업을 줄일 수 있도록 하며, 작업자간, 또는 전체 제조 시스템과

의 지식 이전의 활성화를 가능하게 할 수 있다.

이러한 지식 및 기술의 중요성은 계속 증가한다. 제품과 시스템, 사업 환경은 점차 복잡

⋮그림 2-1⋮ 생산 방식의 발전2

종류

별 제

품 생

산량

제품 다양성

1913

1955

대량생산

맞춤형대량생산

수작업 생산

개인화 복잡도

지역화

세계화

1980

1850

2000


해지고 기술 집약적으로 변화하고 있기 때문이다. 이러한 변화는 가능한 한 성공적으로

정보를 활용하고 현재 지니고 있는 한계를 뛰어 넘기 위해 지식을 자본으로 인식하는 추

세로 이어지고 있다. 시장과 제품, 생산환경 관련 지식을 관리하고 이용하는 기업의 능력

은 경쟁력 및 혁신 역량에도 점차 영향을 미치게 될 것이다.

따라서 제조에서 적절한 IT 시스템의 활용은 매우 중요하다. 이러한 IT 시스템은 그 성

숙도에 따라 가치사슬 전체에서 지식 및 복잡도 관리, 즉, 시각화와 통합 및 연결, 생산 시

스템의 지능형 분석을 통한 여러 조직 단위에 걸친 생산 부가가치 활동에 기여한다.

오늘날, 세계화가 확대됨에 따라 다중적 가치사슬의 인식과 통합 없이는 기업이 생존

할 수 없다는 것은 명백한 사실이다. 모든 공급자 및 고객은 기업이 여러 사슬에서 연결

점으로 기능하기를 기대하고 있음을 인지해야한다. 또한 여기서 기업은 반드시 전 세계

적 관점에서 해당 사슬을 보아야만 한다.

또한, 여러 가치사슬을 다루면서 기업의 가치 사슬이 사업 성공의 초석임을 인지하는

것이 중요하다. 즉, 핵심 경쟁력을 판단하고, 효과적인 아웃소싱을 이행하며 벤치마크 비

⋮그림 2-2⋮ 생산 업계 내 부가가치의 스마일 모양 곡선3

생산사슬

더 높음

더 낮음

개념/R&D 판매/A/S

브랜딩

설계

제조

분산

마케팅

제조가 가장 낮은 가치를 창출

부가가치

231| 07. 미래 공장 | 231

교 및 우수 사례를 참고함으로써 다양성 및 기술 발전을 유지할 수 있다. 즉, 가시성, 협

력, 합성, 속도의 측면에서 공급사슬을 개선해 나가야 한다는 것이다.

현대 생산 생태계에서 가치사슬은 양방향이어야 하며, 모든 연결점이 제품뿐만 아니라

정보의 흐름을 지원해야 한다. 또한, 조직간 경계의 제약을 넘어 공급사슬 및 생산 공정

을 최적화하기 위해서는 내부적으로 뿐만 아니라 파트너 사이의 정보 경계선도 반드시

없어져야 한다.


오늘날 제조 방식은 빠른 통합과 피드백 및 제어 루프가 가능하도록, 물리적 환경과 디

지털 환경의 원활한 통합을 향해 움직이는 추세다. 글로벌 정보 회사 HIS의 선임 기술 분

석가 마크 왓슨(Mark Watson)은 다음과 같이 설명한다. “단독형 공장은 이미 클라우드 컴

퓨팅 및 IoT를 통해서 광범위한 산업 인프라를 통합하여 다른 공장 사이트와도 소통할 수

있다. 최종 결과물은 최종제품의 개별화와 자원 배분 최적화뿐만 아니라 구성과 조합, 생

산의 물리적 환경과 가상 환경 사이 원활한 인터페이스를 제공할 수 있는 자체제어기기

및 사이트의 복합적이고 역동적인 생태계다.”4

이러한 개념은 전체 제품과 생산 사이클에 걸쳐 분산된 데이터의 신뢰성 및 일관성을

필요로 한다. 이를 위해, 분산 제조 시스템의 디지털화 및 상호연결은 미래 공장 구현에

있어 핵심적인 요소다. 예를 들면, 생산 기기와 제품 자체로부터 발생하는 실시간 생산

데이터에 기초하여 새로운 형태의 의사 결정을 도우며, 서로 잘 연결되어 광범위한 자체

조직화가 가능한 새로운 종류의 생산 기기를 통합함으로써 구현할 수 있다. 미래 공장,

관련 사업 모델 및 기술에 연관된 이러한 새로운 제조 개념은 다음 각 세부 단원에서 검

토한다.

3장

미래 공장의

개념

233| 07. 미래 공장 | 233

｜ 3.1 개방형 가치사슬 ｜

개인화 제품 요구가 증가함에 따라 제품의 수명 주기가 점차 짧아지고 있다. 이러한 변

화에서 발생하는 요구에 대응하기 위하여, 가치사슬 시스템은 적응성, 민첩성, 탄력성을

더욱 높이고 자본 비용에 따라 최적화시킬 필요가 있다.

이에 따라, 공급자는 폭넓은 고객 기반에 투자를 분산할 수 있는 유연한 기기를 제공해

야만 한다. 또한, 기기들이 가치사슬에 유연하게 통합되도록 하여 가치사슬을 모듈화해

야 한다.

이는 구매자-공급자간의 상호작용을 매우 복잡하게 할 수 있지만, 전환 비용을 낮게

유지하고 거래특정투자를 제한한다5. 대규모 자본 비용의 투자, 수십 년의 경험 축적, 기

술 및 자본집약적 시장으로 진출하기에 필요한 확고한 명성이 필요했던 과거와 달리, 가

치 사슬 모듈화는 새로운 사람들에게 시장 진입문턱을 낮추어 준다6.

IT 발전 및 유통업에서의 IT 혁신 적용을 통해 거의 실시간 수치 시뮬레이션과 가치 사

슬 기획 및 실행의 최적화가 가능하다. 이러한 시뮬레이션 및 최적화는 고객 문의, 설계

작업, 생산, 유통, 설치, 활용, 유지보수로부터 취합하기 때문에 최종 제품 및 가치 사슬

구조, 제품 사양, 제품 디자인 모델 및 공정 매개변수와 작업 데이터 등 엔지니어링 데이

터를 나타내는 재료명세서(BOM) 및 작업분할구조(WBS)와 같은 정보를 활용하게 된다.

그 결과, 기기 및 IT 시스템이 향후 자체적으로 최선의 방식을 결정할 것이므로 제조 공

정, 생산 경로 및 자원 관리는 이제 더 이상 사람의 손을 필요로 하지 않게 된다. 가치사슬

은 자신을 스스로 제어하게 되기 때문이다. 이러한 과정에서 최적의 판단을 내리기 위해

서는 투명하고 공정한 의사결정을 도울 적절한 알고리즘이 필요하다.


｜ 3.2 유연한 생산 ｜

가치사슬 전체가 더욱 유연해져야 할 뿐만 아니라 각 단일 생산 시스템도 급변하는 고

객 요구에 적응해야만 한다. 그림 3-1은 변화하는 시장 환경에 적응하기 위해 제조 시스

템이 제공해야만 하는 유연성의 종류를 개략적으로 보여 준다.

개별 제품의 사양은 해당 설비로 배포될 생산 계획, 작업 지시사항, 기기 설정사항으로

전달되어야 한다. 미래 공장에서 이 공정은 관련 설계 및 제조 실행 시스템을 통합하고,

지능형 매핑 메커니즘을 통해 제품 사양을 기초로 해당 제조 설정을 조절하는 적절한 IT

인터페이스 및 기획 도구를 통해 자동으로 이루어진다.

단, 모든 변경 사항을 재료 또는 매개변수 조정을 통해 이행할 수는 없다. 일부의 경우,

기기 재설정도 필요하다. 이때 제조 장비의 설치, 구성, 가동 및 생산력 증대에 필요한 노

력을 최소화하기 위해 표준화된 기기, 전기 및 IT 인터페이스와 가상 가동 기법을 활용하

는 것이 매우 중요하다.

제품 구성을 평가, 개선하려면, 매장에서 받은 실제 및 최신 정보에 기초하여 관련 데이

터 분석 및 시뮬레이션을 실행해야 한다. 따라서 미래 공장은 거의 실시간으로 데이터를

제공하고 사용한 분석 모델이 제조 시스템의 실제 상태를 나타내게 하는, 다양한 센서 시

스템을 통합해야 한다.

｜ 3.3 인간중심 제조 ｜

IT 시스템은 작업자와 작업 환경 사이의 새로운 관계를 미래 공장에 제시한다. 그림

3-2는 사람과 공장 사이의 관계의 변화를 보여 준다.

과거에는 사람과 공장 사이의 관계는 상대적으로 고정되어 있었다. 공장에서는 사업

235| 07. 미래 공장 | 235

계획에 따라 제조 일정이 작성되었고, 작업자가 모였다. 작업자는 제조 일정에 맞추어 자

신의 일정을 조정했고 개인 일정과 경우에 따라 건강까지 희생했다. 또한, 생산성은 공장

의 정책에 작업자가 얼마나 잘 따라오느냐에 따라 결정되었다.

또한, 과거의 사람-공장 관계에서는 제조 지식이 공장 내부에 축적되었다. 따라서 취

득한 지식을 다른 공장으로 옮기기 어려웠고, 제조 유연성은 이러한 국부적인 지식 축적

으로 인해 제약을 받아 기업 생산성 둔화로 이어졌다.

미래의 사람과 공장 사이의 관계는 작업-시간 일정의 동적 조정을 지원하는 고급 IT 기

술 활용을 통해, 더 유연성을 갖추고 개인 일정을 존중하는 방식으로 바뀔 것이다. 또한,

플랫폼 간 지식 공유가 향상되며 데이터 저장, 시맨틱 기술(semantic technology) 및 작업

자가 회사의 경험을 병합 및 분석하는 능력 덕분에 학습 사이클이 단축된다. 게다가 스

마트 로봇 공학 기술은 생산 중 인체공학적 개선에 기여하여 작업자의 요구를 충족시키

고, 부하집약적이며 반복적인 업무 수행을 도와 작업자가 지식집약적 활동에 집중할 수

있는 기회를 제공한다. 고객별 또는 고객주도 제품 설계 및 공동 혁신 사이클을 가속시킬

유연성 종류 설명

생산량 기업이 경제적으로 제품을 생산할 수 있는 산출 수준 범위

제품/변형하는 시스템에 새로운 부품을 추가하거나 대체하는 데 걸리는 시간

신형 설계 제품을 설계하여 시스템에 도입할 수 있는 속도

시장(위치/시간) 시장 환경의 변화에 적응할 수 있는 제조 시스템의 능력

배송 배송 요청 변화에 대응할 수 있는 시스템 능력

공정 대규모 설치 없이 생산할 수 있는 서로 다른 부품의 수

자동화 제조 기술의 자동화(전산화)에 포함된 유연성 정도

⋮그림 3-1⋮ 제조 유연성 종류(발췌)7


고객 통합 또한 제조에서 사람에게 중점을 두는 개념으로 언급되어야 한다.

｜ 3.4 사업 모델 ｜

제조 부문에서 ICT(Information and communication technologies)의 채택이 점차 증가함

에 따라, 제품이 보다 효율적이며 기술적으로 정교해질 뿐만 아니라, 혁신적인 사업 모델

을 구현할 수 있게 되었다. 이러한 사업 모델은 서로 다른 기술 및 전문성을 가지고 신기

술을 활용하는 이해관계자들의 협력을 통해 주로 이루어진다.

⋮그림 3-2⋮ 과거 및 미래에서 인간과 공장 간의 관계

공장

공장

일정

공장 지식기업 지식

개인 지식 개인 지식

개인 일정

인력

제조 일정

과거 미래

237| 07. 미래 공장 | 237

혁신적인 비즈니스 모델을 뒷받침하는 신기술의 예로 마이크로 팩토리를 들 수 있다.

마이크로 팩토리는 비용 및 자원 절감의 장점을 가지면서 완전 자동화 방식으로 고정밀

도 소형 제품을 생산하는 능력을 창출하기 위해 계측, 재료 취급 및 조립과 통합된 미니

어처 단위 또는 하이브리드 공정의 창출을 포함하는 국제적인 개념이다.

이러한 관점에서 아시아, 특히 일본은 많은 마이크로 팩토리 활동을 추진하는 중이

다. 일본의 기계적 도구 및 기계 기술을 극소화한 미세전자시스템 (MEMS)이 전기 구성

품 생산, 유체 기기, 건축 구성품 생산 및 반도체 포장에서 이러한 기술의 적용을 재촉

하고 있다.

마이크로 팩토리의 주요 이점은 비용 효율성, 유연한 생산 솔루션 및 생산 과정의 용이

한 관리, 향상된 생산 속도, 인적 자원 육성이다. 이어지는 하위 단원에서는 생산 디지털

화로부터 일어날 수 있는 새로운 비즈니스 모델 일부의 개요를 제시하고자 한다.

3.4.1 크라우드소싱

크라우드소싱은 불특정 다수의 사람들을 대상으로 하는 주문 작업이다. 그림 3-3에서

나타난 것과 같이 공장 운영에 있어서 고객이나 공장 작업자가 크라우드소싱 서비스 사

이트에서 엔지니어링 지원, 임시 인적 자원 채용, 부품 및 시설 구매와 같은 주문 조건들

을 공개한다.

이에 대한 반응으로 크라우드소싱 플랫폼의 구성원이 견적을 포함한 주문 이행 계획을

제안하며 해당 계획을 고객 또는 공장 작업자가 만족하면 채택이 이뤄진다.

크라우드소싱이라는 용어는 대중을 뜻하는 크라우드와 아웃소싱 두 단어를 조합한 것

으로, 아이디어와 서비스 또는 컨텐츠를 전통적으로 명시된 직원, 계약자 또는 공급자로

부터가 아니라 대규모의 협력 그룹을 이루는 참가자들로부터 얻는 것을 뜻한다. 즉, 크라

우드소싱 활용의 핵심 동력은 위에서부터 아래로 내려오는 방식의 관리가 아니라, 서로

에 대한 관계자들의 협력에 있으므로 새로운 도구의 적용 분야에 대한 관리 정책의 변화


가 필요하다.

선두 제조업체들이 크라우드소싱을 지지하는 5가지 이유는 다음과 같다.

마지막의 동기는 3D 인쇄 및 기타 제작 기술로 전면으로 나선 DIY(do-it-yourself) 커뮤

니티 및 플랫폼에 기반을 두고 있으므로, 특히 (소규모) 기업가 정신의 원천인 메이커 운동

(maker movement)과 밀접하게 관련된다.

단, 크라우드소싱이 제조 부문의 주류 공정이 되려면 몇 가지 과제를 반드시 해결해야

만 한다. EU가 파악한 3가지 장애 요인은 다음과 같다. 크라우드소싱을 통한 제조 솔루션

을 채택하는 조직의 변화에 대한 두려움과 낮은 인지도, 지적 재산권 이슈, 설계공유 기

술 부재가 바로 그것이다8.

크라우드소싱 원리를 이미 활용하고 있는 기업 및 플랫폼의 예로, 전통적인 개발 과정보

다 약 5배 빠른 속도인 18개월이라는 기간 내 크라우드소싱을 통해 생산된 첫번째 차량을

제조한 Local Motors9, 또는 복합 방어 시스템 및 차량의 설계, 인증 및 제조에 혁신적인

접근 방식의 창안을 시도한 DARPA의 적응형 차량 제조(AVM) 프로그램을 들 수 있다10.

1) 기업 외부의 인재로부터 유입되는 새로운 관점과 아이디어를 통한 혁신 달성

2) 아이디어 및 개발 단계 중 회사의 제품을 사용할 가능성이 높은 사람들과 함께 새로운 개념

을 조사

3) 고객 요구를 더 잘 반영한 신제품 설계

4) 잠재 고객으로부터의 직접적인 피드백을 활용하여 시장에 출시되기 전에 제품의 설계와 개

념을 미세 조정

5) 자체 설비를 보유하고 있지 않은 고객을 위해 신제품 또는 프로토타입 생산을 목적으로 제

조업체들을 유연하게 통합

239| 07. 미래 공장 | 239

3.4.2 무엇이든 서비스로

크라우드소싱 비즈니스 모델과 유사하게 최근 서비스 지향성도 제조 부문에서 모습을

드러내고 있다. 서비스는 변화하는 시장의 요구에 더 빠르게 대응하여 실제 수요에 기초

한 방식으로 소비될 수 있으므로, 유연성을 증대시키기 위한 목적으로 제조 생태계에 서

비스 지향성이 뚜렷하게 나타나게 된다. 하지만, “무엇이든 서비스로(XaaS)”의 적용범위

는 크라우드소싱의 경우처럼 제품 설계 및 생산에 머물지 않는다.

즉, 제품 설계와 제조, 사용, 유지보수, 폐기 또는 재활용을 포함한 제품의 라이프 사이

클 전체에 적용될 수 있으며, 서비스 담당자 이외의 사람 뿐만 아니라 IoT 구성품을 통해

서도 서비스가 제공될 수 있게 되는 개념이다.

따라서 서비스 지향성은 사업 모델 옵션에 제품-서비스의 통합의 개념을 추가한다. 제

⋮그림 3-3⋮ 크라우드소싱

엔지니어링

크라우드소싱플랫폼

인적 자원

공장 A

공장 B

공장 C

재료 자산방식재료

자산

작업자

작업자

자산

재료

방식

작업자 재료

자산 방식

작업자 재료

자산 방식

작업자 재료

자산 방식


품-서비스의 통합은 산업용 혹은 소비자용 제품에 지능성 및 연결성을 탑재하여 자신의

제품 지식을 공급하거나 지능형 제품으로부터 추가 지식을 취득함으로 추가적인 부가

서비스를 제공하는 것이다. 또한, 고객과의 관계를 일회성 거래에서 지속적인 관계로 변

화시킬 수도 있다. 이는 애프터마켓 서비스 부문에서 중요한 신규 매출을 창출하거나, 성

능보장형 서비스, (반)자동 제품 유지보수, 혹은 이러한 서비스를 제품으로 판매하는 아예

완전히 새로운 사업 모델을 제공하기도 한다.

3.4.3 공생 생태계

크라우드소싱과 XaaS, 그리고 양측에 관련된 심층 통합 및 서비스화에 대해 더 깊게

고찰하기 위해서는, 에너지 및 스마트 시티와 같은 제조 생태계에 관련된 다른 부문에도

중점을 두어야 한다. 따라서 다양한 생태계가 서로에게 미치는 영향을 고려, 그에 따른

⋮그림 3-4⋮ 공생 생태계

협력형 XaaS 플랫폼

산업 생산

전력계통

도시 환경

공급, 물류, 작업자

일정 등을 조정

에너지 소비

최적화

241| 07. 미래 공장 | 241

시너지를 활용하는 방식으로 다양한 생태계를 통합하는 글로벌 플랫폼을 통해, 단순한

생산 시스템과 생산 네트워크 개념 이상으로 인프라 개선이 가능하다.

“공생”은 여러 유형의 생명체가 상호호혜관계를 유지하며 함께 살아가는 것을 뜻하는

생물 용어로, 이 개체들은 서로에게 해를 끼치지 않고 다양한 이점을 제공하면서 긴밀하

게 사는 것을 말한다. 분산된 공생 시스템은 외부 환경, 구조, 구성 요소의 지속적인 변화

가 불가피함을 받아들여, 환경의 내부 및 외부 변화뿐만 아니라 현지 및 글로벌 시스템의

목적에 따라 여러 자율 시스템 간 제한된 자원의 사용을 서로 돕는 환경을 제공한다(그림

3-4 참조).

여러 시스템 간 자원 분배를 안정적인 방식으로 유지하고 지속하려면, 자원을 제공하

는 시스템이 자신의 목적에을 달성하기 위해, 자체의한 능력에 큰 악영향을 주지 않고 자

원을 제공할 수 있는지의 여부에 따라 스스로 판단해야 한다. 이를 위해서는 분산형 의사

결정 및 협력 플랫폼과 같은 기술이 필요하다.

｜ 3.5 국가별 정책 ｜

미래 공장 개념을의 실현을 방해하는 문제들을 해결하기 위해서 국가별로 다양한 정책

이 존재한다. 이들 중 다수는 생산에서의 효율성 개선 및 개인화와 같은 공통적인 주제에

중점을 두고 있다. 해당 지역 또는 국가의 사회 및 산업 환경에 따라, 지속가능성 또는 품

질과 같은 다른 추가 핵심 측면도 중요한 역할을 한다. 모든 정책이 관련된 최종 목표를

달성하기 위해 IoT와 적층 제조 및 데이터 분석과 같은 기술을 활용할 것을 제안한다.

단, 모든 정책에서 추구되는 목표와 기술 접근방식 사이에는 상당한 정도의 공통점이

있지만 대상 그룹(예: 중소기업 또는 대기업, 사업 모델 혹은 제조 기술 등에 중점을 두고 있는지)의

자금조달 정책 및 표준화에 관련하여 지속적인 차별화가 나타난다. 그래서 IIC(Industrial


Internet Consortium), 일본의 e-공장, 독일의 Industry 4.0과 같은 여러 주체가 미래 공장의

전체적인 인프라를의 구축을 위한 참조 아키텍처 모델을 서로 각각 정의하고 있다. 다음

세부 단원은 미래 공장에 관련하여 현재 진행 중인 일부 주요 정책의 개요를 제공한다.

3.5.1 고급 제조(미국)

미국의 경우, SMLC(Smart Manufacturing Leadership Coalition)11 또는 IIC(Industrial

Internet Consortium)12 등 몇 가지 정책이 고급 제조의 개념을 촉진하고 있다. 고급 제조는

생산된 제품 및 제조 공정 개선을 위해 IoT와 같은 고급 신기술을 제조 부문에 통합하는

방식에 기초한다.

한편, 미국 PCAST(President’s Council of Advisors on Science and Technology)에 보고하

는 운영위원회인 AMP(Advanced Manufacturing Partnership)는 상당한 수준의 연구 및 작

업을 수행하였다. 이 위원회의 권고는 AMO(Advanced Manufacturing Office) 및 미국 주변

에서 설립되고 있는 다양한 혁신 허브가 후원하는 정책의 기초를 설명한다13.

고급 제조의 기저에 있는 개념은 종종 스마트 제조 또는 스마트 생산으로도 불리며, 생

산환경 내 스마트 제품 및 대상에 중점을 두고 효율 제고 및 제품 개별화가 가능하도록

공장 및 생산 네트워크 전역에 걸친 제품 설계, 일정, 배송, 공정 실행을 제공한다.

3.5.2 e-공장(일본)

일본은 제조 제어 및 데이터 분석에 관련하여 생산성 및 에너지 보존 최적화에 영향을

주기 위해서 e-공장 개념을 통해 산업 인터넷을 유용하게 사용하고 있다.

e-공장 접근방식은 신흥 기술을 활용하여 공장을 가시적이며 계측과 관리가 가능하게

발전시키는 데 도움을 준다(그림 3-5 참조).

장비, 기기, 센서, 기타 ICT 장비가 그 어느 때보다도 많은 데이터를 생성할 것이므로 빅

데이터 분석은 미래의 경쟁적 제조환경을 크게 변화시킬 힘을 보유하게 될 것이다. 즉,

243| 07. 미래 공장 | 243

산업 인터넷을 통한 제조 제어 및 빅 데이터 분석의 결합은 모든 제조 부문에서 광범위한

기회를 창출할 것이다.

현재 상황에서 창조적 미래 창조로 이동하면서 차세대 e-공장은 물리 시스템의 지속

적인 개선을 도모하고, 사람 간의 협력을 촉진할 뿐만 아니라 정보 기술을 고려하고 통합

함으로써 네트워크로 연결된 제조 공급사슬, 운영효율, 운영혁신을 대상으로 한다. 차세

대 e-공장 접근방식의 잠재적인 중요성은 실로 광범위하다. 기반 기술에는 감지, 스마트

로봇 공학, 지식 업무의 자동화, IoT, 클라우드 서비스, 3D 인쇄 등이 포함된다. 이들 기술

은 미래 시장 요구에 대응하고 새로운 사업 모델을 구현하기 위해 적용된다.

차세대 e-공장 접근방식을 실현하기 위해, 기업들로 구성된 그룹 간 협력이 가능하도

록 다기업 조직 구조가 형성되었다. 이 파트너 제휴는 전체 공급사슬을 위한 솔루션 혁신

뿐만 아니라 공동 제품 개발, 제조 및 마케팅 등을 목표로 한다. 한편, 정부 기관이 조사

및 연구를 수행하여 그러한 조직 구조 개편을 진행중인 기업을 지원하고 있다.

⋮그림 3-5⋮ e-공장 목표

생산성 에너지 보존신흥 기술의 장점

장비 대기 시간 단축,

생산 목표 시간 단축, 공장 실적 증대

리드 타임 단축가동률 개선 에너지 소비 절감

생산 시간 단축,

체계적인 운영에 기초한

최적 에너지 공급생산 효율 개선 에너지 소비 효율 개선

고효율 장비 도입,

전력 사용량 관리 증대생산비 절감 전력 절감 기술 촉진

재발생 빈도 및 사전생산 시간 소실 감소,

낭비(유휴) 및 불량 제거품질 손실 최소화 에너지 손실 최소화


3.5.3 Industry 4.0(독일)

4차 산업 혁명인 Industry 4.0은 원활하게 연결된 스마트 기기, 기술 및 공정으로 지원

되는 네트워크로 연결된 경제에 기초한다. 4차 산업 혁명의 비전은 유연성이 우수하고

네트워크로 연결된 생산환경을 지원하기 위해 디지털 표현, 지능형 서비스 및 상호운용

가능한 인터페이스를 제공하는 사이버-실제 생산시스템을 위한 것이다.

스마트 내장 기기들은 IoT와 같은 기술을 통해 원활하게 함께 작동하기 시작하고, 중앙

집중형 공장 제어 시스템은 사물 통신 (machine-to-machine communication)이 출시되면

분산형 지능 기술에 자리를 양보하게 될 것이다.

Industry 4.0 비전은 단일 생산 설비의 자동화에 국한되지 않고, 생산으로부터 재료 소

싱, 공급사슬, 보관, 최종 제품 판매 끝까지 전체 핵심 기능간 통합을 포괄한다. 전체 비즈

니스 프로세스에 걸친 이런 높은 수준의 통합 및 가시성은 신기술과 연결되어 더 높은 가

동 효율, 반응성이 우수한 제조 및 제품 설계 개선을 가능하게 할 것이다.

스마트 기기는 많은 측면에서 제조 최적화에 기여하지만, 동시에 제조를 훨씬 더 복잡

하게 만들기도 한다. 이는 각각의 단독 스마트 기기 뿐만 아니라, 다양한 여러 스마트 기

기, 기계, IT 시스템과 같은 각 조직간에 상호작용하는 전체적인 제조환경에 관련되기 때

문에, 그 복잡도의 수준은 매우 높다.

Industry 4.0 및 기반 기술은 기업의 기존 비즈니스 프로세스를 자동화 및 최적화할뿐

만 아니라 새로운 기회를 창출하며, 기업이 고객, 공급자, 직원 및 정부와 상호작용하는

방식을 변화시키기까지 한다. 용도와 계량에 기초한 신흥 사업 모델이 그 예이다.

Industry 4.0 적용을 촉진하기 위해 독일의 VDMA, Bitkom, ZVEI와 같은 산업 협회, 대

기업 및 연구 기관을 아우르는 광범위한 커뮤니티가 존재한다14. 이 커뮤니티의 주도하

에 관련 산업 기업들의 노력과 함께 국가별 또는 지역별 조사 및 연구 프로그램과 같은

정부 정책이 실시되고 있다.

245| 07. 미래 공장 | 245

3.5.4 지능형 제조(중국)

중국은 ICT, 자동화 기술 및 제조 기술의 병합을 통해 모든 제조 사업 실행을 견인할 지

능형 제조 정책을 추진하고 있다. 지능형 제조 뒤의 근간이 되는 아이디어의 핵심은 지능

형 최적화 의사결정과 자동 실시간 처리를 위해 센서 데이터의 유비쿼터스 계측을 통하

여 정보를 얻는 것이다. 지능형 제조는 기업 생산 네트워크에 걸친 수평 통합, 기업의 장

비, 제어 관리 계층의 수직 통합, 제품 설계로부터 생산, 판매까지 모든 제품의 라이프 사

이클 통합까지 이루어 낸다.

지능형 제조의 목표는 국가 제조업계 전체에서 제품 혁신 능력을 향상시키고, 신속한

시장 대응 능력을 확보하며, 자동화된 유연한 지능형 고효율 생산 공정과 접근방식을 더

욱 발전시키는 것이다. 나아가 이 정책은 고부가가치사슬 산업의 현대식 제조 모델로 제

조 방식을 변화시키는 데 중점을 둔다. 따라서 고급 제조 기술, 전통 산업의 변혁 및 업그

레이드, 전략적 신흥 산업의 육성 및 개발을 촉진하고 있다.

또한, 이 목표를 실현하기 위해 중국은 제조 부문에서의 혁신, 품질 및 효율 제고를 목

표로 하는 메이드 인 차이나 2015(Made in China 2015) 전략을 수립하였다.


미래 개념의 공장 구현에는 전체공장과 생산 네트워크에 걸쳐 정보 교환 및 최적화가

가능하도록 제조 시스템의 원활한 통합을 지원하는 적절한 기술이 요구된다.

｜ 4.1 기술적 과제/요구 ｜

미래 공장에 기술을 적용할 때, 이들 기술이 미래 공장 구현에 적용되는 다양한 전제 조

건을 충족해야 한다는 사실을 고려해야 한다. 다음 세부 단원은 이러한 전제 조건 중 일

부의 해결해야 할 과제에 대해 개략적으로 설명한다.

4.1.1 연결성 및 상호운용성

미래 공장이 촉진한 대로 효율, 품질, 개별화 특성 향상을 달성하기 위해 양방향 디지털

정보 흐름이 구현되어야 한다. 이 디지털 정보 흐름은 제조 생태계 내 다양한 구성품과

참가자 사이의 더 긴밀한 통합 및 연결성을 필요로 한다.

연결성 및 상호운용성은 예를 들면 인터페이스 맞춤 설정과 같이 특별한 통합 노력 없

4장

핵심 기술

247| 07. 미래 공장 | 247

이 다른 시스템과 상호작용할 수 있는 시스템의 능력으로 정의된다15. 이에 따라, 시스템

은 기계적 구성품 과 특성으로부터 전략적 목표와 비즈니스 프로세스까지 다양한 측면

과 관련된다.

생산 시스템의 용이한 통합이 미래 공장의 주요한 기반 기술이므로 다양한 수준에서

상호운용성을 구축해야 한다.

그림 4-1은 이와 같은 상호운용성 수준을 시각적으로 보여준다.

제조환경에서 상호운용성을 구축하는 경우, 다음과 같이 서로 다른 차원에서의 통합을

고려해야 한다.

이러한 통합은 제품을 개발하는 동안은 물론 기획 및 제조 구성 작업을 위한 정보를 이

용해야 할 때나 제품의 제조가능성과 관련된 지식을 설계 최적화에 활용할 수 있는 경우

● 조립과 연결, 장비 제조 또는 생산 시 물리적 수준에서 구축

● 정보 교환 또는 서비스 공유 시 IT 수준에서 구축

● 작업과 목표가 정렬되어야 하는 사업 수준에서 구축

● IEC 62264/IEC 61512에 정의된 대로 자동화 피라미드를 따른 수직 통합을 고려해야 한다.

여기에는 기기 내 센서 및 액추에이터로부터 ERP 시스템까지 공장 내부 통합이 포함된다.

● 가치사슬을 따라 생산 네트워크 전체에 걸친 수평 통합을 고려해야 한다. 여기에는 EDI 기

반 공급사슬 통합으로 달성된, 비즈니스 수준에서의 생산 네트워크 통합이 포함되나 미래

에는 거의 실시간으로 정보별 또는 공정별 정보가 교환되어 분산형 제조 최적화의 상세도

및 품질 수준이 높아지면 더 많은 요소가 포함될 수 있다.

● 용이한 지식 공유 및 제품과 서비스 개발, 제조 환경 사이의 동기화가 가능하도록 엔지니어

링 및 제품/생산 라이프 사이클 적용분야로의 통합(예: IEC 62890)을 고려해야 한다.


등 제조 시스템 구축에 도움을 준다.

전통적인 산업 가치사슬은 하드웨어 시스템(PLC, DCS, CNC 등) 및 소프트웨어 시스템

(MES, ERP, QMS 등)을 포함한 독립적으로 구현된 시스템들로 구성된다. 이들 시스템은 제

품 설계, 생산 기획, 생산 엔지니어링, 생산 실행 및 서비스를 지원하며 각각 자체 데이터

형식 및 모델을 보유하므로 통합이 용이하지 않다. 이때, 상호운용성은 이들 시스템과 활

동 사이 경계를 흐려지게 할 수 있다.

즉, 순차적이고 계층적인 시스템 통합 대신, 서로 연결된 사물과 공정 및 고객의 네트워

크가 존재하여 기업이 고객 및 공급자와 훨씬 더 빠르고 정확하게, 그리고 효과적으로 교

류하도록 도와 줄 것이다.

그 결과, 미래 공장 내 특정 솔루션 및 적용 분야의 구현은 시스템 인터페이스 및 맞춤

⋮그림 4-1⋮ NCOIC 상호운용성 프레임워크/상호운용성 계층16

협의

인력 & 공정

& 적용 분야

정보 서비스

네트워크

전송

통신

명령

및

제어

데이터

네트워크

정치적 또는 사업적 목표

조정된 절차

데이터/객체 모델 상호운용성

조율된 전략/원칙

조치(동작)의 지식/인지도

연결성 및 네트워크 상호운용성

조정된 작업

의미/정보 상호운용성

물리적 상호운용성

249| 07. 미래 공장 | 249

화에 중점을 두기 보다는 정보 접근 및 업무 흐름의 적용 분야별 구축에 초점을 맞출 것

이다. 서비스 지향 아키텍처 원칙을 제조환경에서 완전히 채택한다면 이를 지원할 수

있다.

4.1.2 원활한 미래 공장 시스템 통합

연결성 및 의미적 상호운용성 외에도 분산형 IoT 기반 시스템에서 성공적인 구현 및

사업 가치 달성을 위해서는 장치로부터 데이터를 취합하는 프레임워크 이상을 필요로

한다. 즉, 해당 기기들은 환경의 관리에 적용되는 비즈니스 환경을 매핑하는 능력이 필

요하다.

이러한 능력은 적용분야별 상황(예: 특정 주문, 제품 및 공정)에 맞게 기기 정보를 설정하는

각각의 정보 모델 분석 메커니즘과 장비의 작동 가시성으로 지원되어야 한다.

이러한 환경을 매핑할 때 주문 실행과 같은 단일 비즈니스 프로세스만 미래 공장 전체

에서 실행되는 것이 아니라 주문 관리, 재료 관리 등 다양한 비즈니스 프로세스가 서로

CAx

생산 설계 생산 설계 생산 실행 서비스생산 엔지니어

주문관리

기획 및일정 조정

소싱

제조실행

인도

적용분야별 통합 흐름

정적 시스템 통합

통합 개념의 변화

MES

ERP

SCADA

제어

센서 및 액추에이터

⋮그림 4-2⋮ 미래 공장 통합으로의 변화


통합되어야 한다는 점을 고려해야 한다. 이를 위해서는 아직 접근이 어려운 다른 시스템

의 정보를 원활하게 활용하기 위한 적절한 인터페이스와 이용 사례별. 통합 업무흐름도

및 관련 정보의 변화를 통해 달성되는 순수한 시스템 연결성의 변화가 필요하다. 이를 달

성하려면 특정 부문(예: 고객 및 주문 관리)의 시스템 및 기기만 연결해야 하는 것이 아니라

정보 소스와 고객도 제품, 생산 라이프 사이클 및 위치에 걸친 업무흐름에 상호연결해야

한다. 이는 모든 기기 또는 데이터 소스로부터 관련 정보를 거의 실시간으로 얻을 수 있

는 분야별 및 사용자별 가시성에 기여할 뿐만 아니라 신속하고 (반)자동화된 의사 결정도

지원한다. 따라서 기술 이슈 및 기기 지능만 해결되어야 하는 것이 아니라, 인간 작업자

와의 원활한 상호작용에도 주의할 필요가 있으며 작업자의 지식 및 경험의 활용이 보장

및 전개되어야 한다.

4.1.3 기존 시스템 통합 아키텍처

미래 공장 개념을 도입하고자 하는 대부분의 제조기업은 이미 생산 시스템을 운영하

고 있다. 이러한 자동화된 생산 시스템에서, 대부분 혹은 모든 기기 및 기계가 PLC, MES,

ERP와 같은 다양한 자동화 피라미드 계층을 통해 제어 시스템에 연결된다.

고급 미래 공장 기술을 도입 및 통합하려면, 다시 말해서 분산형 및 IoT 기술, 상호운용

성 및 지능형 기술을 이용하는 생산 시스템으로 단계별로 이전하려면, 미래 공장시스템

의 단계별 구현 및 확장(각 솔루션의 모듈식 전개)을 지원하는 적절한 IT 시스템 아키텍처를

구축할 필요가 있다. 이러한 아키텍처의 구축을 위해서는 다음과 같은 몇 가지 요구 사항

을 고려해야 한다.

251| 07. 미래 공장 | 251

4.1.4 모델링 및 시뮬레이션

IoT 기술 기반의 기기, 기계 및 소프트웨어 시스템의 유연하고 원활한 통합이 중요할 뿐

만 아니라 비즈니스 환경 통합도 미래 공장의 최적화 달성을 위한 핵심 요소이다.

제품 및 생산 시스템 개발 및 기획은 구성품의 수, 시장 요구 변화 빈도 및 관련 혁신 요

구가 증가하면서 점차 복잡해지고 있다. 이러한 복잡도를 관리하기 위해, 제품 및 생산

기획은 개념적 아이디어로부터 세부 설계까지의 세부 수준이 높아짐에 따라 점증적으로

실행된다. 이때, 개념적 설계는 제품 총비용의 약 80%를 결정하며, 세부 설계는 제품 개

● 장치 관리 및 통합: 현재 자동화 시스템에서는 모든 센서, 기기 또는 기계가 디지털 통합에

관련하여 자신만의 언어를 보유하고 있다. 미래 공장에 구현될 IoT 솔루션의 핵심 기능은

시판 기기의 연결 및 관리이다. 일반적으로 상호운용성 구현을 위해 사전 정의되고 조율된

형식으로 명령, 이벤트 및 기타 데이터를 송신 및 수신하려면 기기 또는 기계에 부착되거나

근접해서 작동하는 구성품이 필요하다.

프로토콜 및 컨텐츠를 해당 통합 표준으로 바꾸어 해석할 수 있게 하는 기기 어댑터가 이 기

능을 지원할 수도 있다. 관련 전산 활동은 실시간 응답, 기기 간 데이터 상관관계 구성 및 기

기 간 공조가 가능하도록 가능한 한 밀접하게 실행되어야 한다. 일단 기기가 네트워크, 다른

기기 또는 클라우드에 연결되고 나면 해당 기기를 볼 수 있게 하고 적절한 관리 기능을 제공

함으로써 잘 활용될 수 있도록 해야 한다.

● 지속 메커니즘: 이전 과정 중 데이터 손실을 방지하기 위해, 기존 시스템에서 기존 시스템

을 대체할 수도 있는 새로 통합된 시스템으로 정보를 신뢰할 수 있는 방식으로 전송하는 지

속적 메커니즘이 필요하다. 더 나아가, 기기 및 미래 공장 시스템 사이에서 데이터 동기화가

지속적으로 이루어져야 한다. 이 양방향 정보 교환을 신뢰할 수 있게 구현하기 위해, 차지하

는 공간이 작고 관리 노력이 거의 필요하지 않는 내장 데이터 저장 또는 캐시 이용 메커니즘

을 기기에 배치할 필요가 있다. 이러한 데이터 저장 및 캐시 이용 메커니즘은 간헐적으로 연

결에 실패했을 때 장비 구성 및 연결성을 관리하고 데이터를 보존해야 한다.


발 기간 중 시간 및 자원 측면에서 핵심적인 경로를 구성한다. 부문별 전문가는 개발의

일부로 특정 모델링 및 시뮬레이션 도구를 이용하여 정밀한 엔지니어링 사양을 산출하

기 때문이다. 단, 이들 모델은 범위 및 도구 비호환성과 성능상의 이유로 시스템 수준의

분석 및 시뮬레이션을 수행하기 위해 필요한 결합이 쉽지 않거나 효과적이지 않다. 따라

서 현재까지는 제품 개발 중 생성된 소수의 모델 및 정보만 생산 개발에 전달된다. 미래

공장에서는 상호 운영이 가능한 모델 및 부문별 시점에서 시스템 수준까지, 그리고 개념

설계 스케치에서 초고수준 설계까지 제품 개발 중 여러 시점으로 조율된 관점을 제공하

는 도구가 지원 될 것이다.

마찬가지로 중요한 측면은 이들 모델 및 정보를 생산 개발 모델링 및 시뮬레이션 방식

으로 원활하게 전파하는 능력이다.

제품과 그 생산을 동시에 제작하기 위해 이 상호작용은 가능한 한 빨리 실행되어야 한

다. 일부 도구는 이미 이들 모델을 통합하고 제품-생산 정보에 기초한 시뮬레이션을 수

행하고 있지만, 도구 사이에는 기본적인 정보만 교환되며 연결되지 않는 지점이 아직 존

재한다. 이 문제를 해결하는 한 가지 유망한 방법은 생산 모델링 및 시뮬레이션 도구가

순수한 기하학적 정보가 아닌, 보다 높은 개념 수준에서 상호작용할 수 있도록 제품-생

산 의미 정보를 만드는 것이다. 생산 개발에서 극복해야 하는 다른 과제는 가상 모델로부

터 실제 생산으로의 전환이다. 이를 위해서는 가상 단계에서 취합한 정보를 지시, 프로그

램, 기획 및 사양으로 변환하고, 제품 생산을 위해 실제 생산 시스템으로 배포해야 한다.

이는 사이버물리운영시스템 또는 미들웨어의 개발이 촉진되어 자동화 구성품의 기능

적 개념을 제공한다. 이를 통해 다른 도구들을 보다 간단하고 효과적인 방식으로 상호운

용할 수 있다.

반대로, 설계될 제품의 제조 용이성 평가 및 개선에 기여할 수 있는 실제 생산 시스템

관련 지식의 피드백이 해당 모델 도구에 제공된다. 현재, 제품과 생산의 양쪽 모두 잘 알

고 이해하는 가정 하에서 만들어졌고 알려지지 않고 예상하지 않은 상황은 고려하지 못

253| 07. 미래 공장 | 253

하는 실정이다. 미래 공장에서는 모델이 지속적으로 교정되며 실제 작업 조건에 따라 최

적화된다.

이때, 분산 증가 및 실시간 요건을 고려해야만 한다. 개선된 소프트웨어 도구는 회사 내

부 및 외부에서 작업자와 시스템 사이의 실시간 분산 협력을 다룰 수 있을 것이며, 회복

력과 신뢰성, 사이버물리보안, 에너지 효율과 같은 추가 모델링 및 시뮬레이션 목표도 통

합할 수 있을 것이다.

이는 제품 및 생산 시스템의 전체 라이프 사이클 동안 전통적인 설계 결정의 영향 측정

을 목적으로 한다.

4.1.5 보안 및 안전

미래 공장 개념을 구현하면 시스템 경계가 확대되며 원격 시스템 인터페이스의 수가

증가한다. 따라서 외부로부터의 잠재적 위협이 가능한 접근 지점도 증가하게 되므로, 적

절한 IT 보안 및 안전 조치가 필요하게 된다. 나아가, 시스템 구성품 및 구성품 간 연결의

수가 증가함에 따라 시스템 복잡도가 증가하여 의도하지 않은 백커플링(back coupling) 효

과가 유발되거나 우발적으로 위험을 간과하게 될 수 있다. 이러한 이슈를 해결하기 위해

미래 공장 구현 시 보안 및 안전 문제에 특별한 주의를 기울여야 한다.

4.1.5.1 보안

미래 공장에서는 사이버 공간에 연결된 모든 물리적 공간은 물리적 안전에 대한 우려

가 있을 뿐만 아니라 사이버 공격의 잠재적인 위협에 노출된다. 피해 및 책임을 초래할

수 있는 이러한 공격을 방지하기 위해 보안 조치가 미래 공장에서 점차 중요해지고 있다.

일반적으로, 사이버 보안 보호는 정보 시스템 네트워크에 여전히 적용되는 기밀유지, 무

결성 및 가용성(C-I-A)의 경로를 따르는 것으로 정의된다. 단, 물리적 공간 및 사이버 공

간의 양측을 통합하는 미래 공장 시스템은 가용성, 무결성 및 기밀유지(A-I-C)의 경로를


따르는 보안 우선순위를 필요로 한다.

시스템 보안 설계를 해결하기 위해, 산업 제어 시스템에 관한 국제 표준의 IEC 62443,

산업 통신망 – 네트워크와 시스템 보안(Industrial communication networks – Network and

system security) 시리즈가 개발되었다. 미래 공장의 보안을 강화하기 위해, 그리고 정보

시스템 네트워크를 포함하는 미래 공장 시스템에서 일어날 수 있는 보안 이슈를 처리하

기 위해, 제어 시스템 보안을 확장하고 추가 보안 요건을 개발해야 한다.

공장을 장기간 가동하는 동안 예상하지 못한 위협이 발생할 수 있다. 따라서 미래 공장

은 해당 위협을 우수한 반응성으로 감지하고 적응하며 그에 반응한다. 나아가, 미래 공장

의 다양한 제어 시스템은 서로 의존하므로 하나의 보안 사고가 다른 시스템으로 전파되

지 않도록 방지하는 것이 중요하다.

⋮그림 4-3⋮ 제조 시스템 보안 총괄 개념

사이버 공격

테러리스트 공격

자연 재해

에너지행사

방어, 감지

대응책(피해 제한)

복구

시간

시스템 계층

사이버 공간

물리적 환경

작동 및 관리

물

조직

이동성

전력 또는 물 절도

인적 과실

장애

적응성

협력반응성

제조 시스템

지속적인 조치

조율된 조치신속한 대응

255| 07. 미래 공장 | 255

결론적으로, 현대의 모든 산업 시스템 기능은 취약하며 보안에 대한 단일하고 일관성

있는 접근방식은 없다고 주장할 수 있다. 현재 요건을 다루는 기존 보안 표준이 충분하지

않으므로 미래 공장의 보안 요건을 개발하려면 지속적인 노력이 필요하다.

미래 공장에서 지속적으로 신뢰할 수 있게 보안을 구현하려면, 미래 공장에 채택될 기

술에 적용할 프레임워크에 대한 정의가 필요하다. 이 프레임워크는 가능한 위협에 대비

하여 구비한 대책이 시스템의 수준 요구에 따라 데이터 거주성 및 프로그램에 대한 물리

적 및 사이버 공격을 방지하기에 충분해야 한다. 또한, 인간중심의 물리적 접근 옵션부터

메시징 시스템 및 데이터 거주성까지 다양한 측면의 고려 사항도 포함하도록 해야 한다.

적절한 보안 프레임워크를 참조 아키텍처 및 우수 사례 솔루션에 매핑하면 사용자가

보안 및 사생활 보호 수준이 명시된 최소 수준의 컴플라이언스까지 높이기 위해 어떤 단

계를 취해야 하는지 권고하도록 도울 수 있다. 따라서 사용자는 구현된 보안 및 사생활

보호 수준을 객관적으로 측정하고 문서로 기록할 수 있다.

4.1.5.2 안전

보안뿐만 아니라 작업자와 장비의 안전도 우발적인 제어 시스템 고장 또는 고의적인

사이버 공격 해결 시 주의를 집중해야 하는 중요한 주제이다. 지금까지 액추에이팅 시스

템은 제어 시스템에 관련하여 밀폐되어 있었다. 즉, 외부 ICT 메커니즘은 제조환경에서

기계 및 다른 액추에이터의 거동에 영향을 줄 수 없었다.

단, 산업 제어 시스템의 상호연결성 증가 및 정보 교환의 자동화로 인해, 이러한 보호는

더 이상 보장되지 않는다. 그 결과, 오랫동안 유효했던 형태의 시스템 경계를 따른 안전

고려 사항은 미래 공장에 충분하지 않다.

시스템 경계 관련 이슈 외에도, 지능형 요소 및 잠재적으로 자율적인 시스템의 네트워

크에서 의도한 또는 의도하지 않은 긴급 작동이 발생할 수 있다. 이 경우, 일반적으로 네

트워크로 연결된 시스템은 기능으로 이어질 뿐만 아니라 특이한 성분의 총 수를 초과하여


복잡도 및 위험에도 관여한다. 여기에는 의도적으로 또는 우발적으로 만들어진 피드백 루

프도 포함되며, 피드백 루프는 IT 관점에서 시스템 상호연결로 인해 구축되거나 구축된 물

리적 연결의 결과로 부각될 수 있다. 예를 들면, 환경을 인지하는 환경인지시스템이 있다.

단, 시스템뿐만 아니라 그 경계 및 상호작용도 안전 이슈에 관련하여 중요한 역할을 한

다. AM과 같이 일반 대중이 사용하던 새로운 제조 기술 도입은 책임 문제로 이어진다. 이

러한 예로 자동차와 같은 크라우드 설계 제품의 실패에 대한 보상 및 책임 문제뿐만 아니

라 총처럼 위험한 제품의 용이한 제조 방지가 포함된다.

｜ 4.2 기반 기술 ｜

앞에서 설명한 기술적인 과제는 미래 공장 개념을 구현하기 위해 특정 기술을 통해 해

⋮그림 4-4⋮ 기반 기술 하이프 사이클, 2014 17

시간

음성 인식

기업용 3D 기획

컨텐츠 분석

빅 데이터데이터 과학

스마트 로봇

스마트 작업공간

생물음향학 감지

소프트웨어로정의된 모든 것

규범적 분석(Prescriptive analytics)

뉴로비즈니스(Neurobusiness)

loT

인메모리 데이터베이스 관리 시스템

인메모리 분석

사물 통신 서비스

하이브리드 클라우드 컴퓨팅

클라우드 컴퓨팅NFC

혁신 촉발부푼 기대의

정점환멸 단계 계몽 단계 생산성 안정 단계

2년 미만 2~5년 5~10년 10년 이상•안정 단계는 다음 기간 내 도달한다.

257| 07. 미래 공장 | 257

결되어야 한다. 해당 기술을 적용할 때, 많은 경우 기술의 성숙도가 그 기술에 대한 요구

와 일치하지 않는다는 점을 고려해야 한다. 기술의 실제 산업 적용은 초기 프로토타입에

기초하여 가능성이 구축된 이후로 일반적으로 상당한 시간이 필요하기 때문이다. 그림

4-4는 현재 신흥 기술이라고 간주되는 기술의 성숙도 수준과 미래 방향을 보여 준다. 여

기서 기술의 미래 방향은 특별한 주의를 기울여 관찰하고 있는 기술이나 미래에 특별한

영향을 줄 것으로 생각하는 기술에 해당한다. 다음 세부 단원에서 미래 공장의 개념 구현

에 관련되는 것으로 여겨지는 신흥 기술의 일부 예시를 논의한다.

4.2.1 IoT 및 사물 통신

IoT는 인터넷에서 가상으로 나타나거나 존재하는 물리적 세상의 모든 종류의 대상을

연결하는 데 사용된다. 센서 가격 감소, 기술이 차지하는 공간 축소 및 유비쿼터스 연결

성으로 인해, 계속 수가 증가하고 있는 여러 “사물”로부터 데이터를 포착 및 통합하는 것

이 그 어느 때보다 용이하다.

IoT라는 용어는 점점 더 많은 지능형 사물들이 전 세계 사람들의 일상 생활을 변화시키

고 있는 최종 소비자 부문에서 주로 사용되며, 기계와 기기도 점차 지능형으로 발전하고

서로 연결되고 있는 산업 영역에도 이 용어가 전파되고 있다. 또한, 기능의 일부 또는 전

부가 인터넷 기술 기반의 서비스로 제시되는 사물은 사이버물리시스템(CPS), 그리고 특

히 생산 부문에 사용되는 경우 사이버물리생산시스템 (CPPS)이라고 지칭되며 두 시스템

모두 미래 공장을 구축하는 핵심 요소가 될 것이다.

사물(M2M) 통신 또는 통합은 기기가 상호 작용할 수 있도록 기기간 연결성 및 상호운용

성을 제공하는 기술 및 네트워크 모음을 지칭한다. 산업 적용 부문에서 M2M 통합의 개

념은 IoT와 많은 부분 유사하다. 두 용어 모두 상호연결된 기기가 산업 및 소비자 부문에

서 주는 영향에 관련되므로 종종 서로 바꾸어 사용할 수 있다.

IoT 및 M2M 기술 및 솔루션은 인터넷 기술 및 제조환경 개선을 위해 사용되는 지능형


기기의 증가와 함께 전통적인 제조 공간의 변화에 기여하므로 제조자의 작업 환경에 상

당한 영향을 줄 것이다. 다음 5가지 핵심 사항이 기반 기술과 해당 기술이 제조 공정에 주

는 직접적인 영향 사이의 연관성을 보다 명시적으로 설명한다18.

그림 4-5에서 볼 수 있듯이, IoT 솔루션에는 다양한 기술로 구성된 3가지 솔루션 구성

품이 필요하다. 사이버물리통합은 네트워크의 말단에서 일어난다. 말단에서는 센서로부

1) 스마트 기기(제품, 캐리어, 기기 등)는 제조의 모든 단계에서 공정 제어 시스템을 자동화 및 관리

하는 데 활용되는 원본 데이터, 분석 및 폐쇄 루프 피드백을 제공한다.

2) 이들 장비는 연결되어 있고, 내장형이며 폭넓게 사용된다.

3) 스마트 기기 확산의 파생물로서 제어 시스템은 훨씬 더 유연하고 복잡하며 넓게 분산된다.

4) 무선 기술이 컨트롤 시스템 구성품의 동적 재설정이 가능하도록 이들 분산 제어 모듈을 함

께 묶어 줄 것이다.

5) 제어 시스템이 반응할 필요가 있는 환경 변화를 모두 예상하고 설명하는 것은 불가능할 것

이므로 활용 가능한 지능 (actionable intelligence)이 점차 더 중요하게 될 것이다.

⋮그림 4-5⋮ IoT 솔루션 구성품

말단 핵심네트워크

사물

또는

사이버물리주체

사물

또는

사이버물리주체

클라우드 업무흐름｜예측

장비 작업 및 감독｜시각화｜분석

장치기기 통합｜애플리케이션

기반 기술

센서 저장｜위치찾기｜연관성

SIM 기반

인터넷 프로토콜

유선 또는 무선

259| 07. 미래 공장 | 259

터 클라우드까지 자연스러운 통합 계층 구조가 존재한다.

센서의 성능이 훨씬 더 향상되고 가격은 내려가고 있으므로 제조업체는 점차 더 많은

고급 기기 및 기계에 스마트 센서를 내장할 수 있다. 이들 기계 및 기기는 어느 때보다도

더 많은 정보를 취합 및 통신하고 있다. 과거에는 자동화된 데이터 수집은 예외에 해당했

지만, 현재는 오히려 표준이 되고 있다. 이들 데이터의 분석으로부터 생성될 수 있는 잠

재력을 활용하기 위해, 네트워크 계층은 모든 통합된 기기를 위한 연결성을 제공한다. 예

를 들면, 무선 기술은 하드웨어를 비례하여 늘리지 않고 연결된 기기의 수를 증가시킬 수

있으므로 IoT 솔루션의 확장성에 기여한다.

에너지 수확 기술은 다양한 주변 에너지원의 에너지를 사용가능한 전력으로 변환함으

로써 센서가 독립적으로 작동하게 한다.

4.2.2 클라우드 기반 애플리케이션 인프라 및 미들웨어

IoT의 다른 주요 구성요소에는 클라우드 및 포그 컴퓨팅과 같은 컴퓨팅 능력이 포함된

다. 기업은 어떤 정보와 처리 과정이 전산 인프라로 선택될 수 있는지와 내부 또는 외부

처리역량 중 어느 것을 선택해야 하는지에 대한 선택을 해야만 한다.

또한, IoT 네트워크의 말단으로부터 정보 처리 센터로의 데이터 전송은 (예를 들면, 고주파

수 펄스로부터 배치 업로드까지) 기기 통신의 다양성을 고려해야만 한다. 기기로부터 클라우

드로의 데이터 전송 방법은 지속적이고 안정적인 통신 채널 가용성과 무관할 뿐만 아니

라 간헐적인 중단이 있어도 기능할 수 있어야만 한다. 모바일 기기와 매칭된 클라우드 기

술은 어떠한 위치나 시간, 심지어 네트워크의 다양한 파트너 사이에서도 정보의 투명성

및 가시성을 제공한다.

계속 확대되고 있는 네트워크와 말단에서 취합된 데이터는 클라우드나 내부 코어 인프

라를 통해서 새로운 비즈니스 솔루션 및 애플리케이션을 제공하는 정보 처리 시스템으

로 전달되어야만 한다. IoT 솔루션은 대량의 이력 데이터 및 광범위한 데이터를 보관 및


처리할 수 있는 능력을 보유해야 하며 유입되는 데이터 흐름에 즉시 반응할 수 있어야만

하므로 클라우드와 포크 컴퓨팅이 IoT 구현의 적절한 구성요소가 된다.

이에 따라, 신흥 클라우드 기반 IoT 솔루션 및 공급업체는 애플리케이션 및 프로세스뿐

만 아니라 사물 및 센서도 통합하는 능력을 제공하고 있다. 이러한 시스템은 미래 공장

및 전체 공급사슬의 IT 네트워크의 중심 틀 역할을 할 수 있다. 특히 시스템이 원활한 공

장 간 및 공장 내 통합을 지원하고 제조자의 변화하는 요구에 따라 기기 통합 및 컴퓨팅

파워의 동적 확대를 촉진하는 경우가 그에 해당한다. 또한, 클라우드 기반 솔루션은 제조

기업이 필요한 핵심 전산 인프라를 축소하고, 제조환경의 요건 변화가 유발하는 인프라

요구 변화에 유연하게 대응할 수 있도록 지원할 것이다.

4.2.3 데이터·분석 기술

IoT 및 클라우드 기반 기술은 제조환경에서 데이터 생성 및 가용성을 증대시킨다. 예를

들면, 전체 데이터 생성은 연 40% 증가하여 2020년이면 35제타바이트에 도달하며19,

⋮그림 4-6⋮ 데이터 분석 기술의 상쇄효과

깊이조각난 데이터에 대한

복잡하고상호적인 질문

범위빅 데이터, 다수 데이터

유형

빠른 속도빠른 반응 시간상호 작용성

실시간최근 데이터, 실시간 선호

간단함데이터 준비 없음, 사전 집계 없음, 튜닝 없음

또는

깊이조각난 데이터에 대한

복잡하고상호적인 질문

범위빅 데이터, 다수 데이터

유형

빠른 속도빠른 반응 시간상호 작용성

실시간최근 데이터, 실시간 선호

간단함데이터 준비 없음, 사전 집계 없음, 튜닝 없음

261| 07. 미래 공장 | 261

약 250~500억 개가 연결되어 1조가 넘는 기가바이트의 데이터를 생성할 것으로 추정

된다20. 제조 부문의 경우, 이 데이터를 통해 기업이 훨씬 높은 수준으로 공정을 세밀하

게 모니터링하고 제어할 수 있게 된다. 즉, 공정 중 전에는 알려지지 않은 사건에 대해서

도 식별되어 예측 및 방지될 것이다.

이러한 대량 데이터의 특별한 ad-hoc 가용성은 신규 유형의 분석 및 시각적 표시에 새

로운 기회를 열어 준다. 일괄적으로 생성된 정적 보고서는 더 이상 첨단 기술의 산물이

아니다. 사용자가 거의 실시간으로 데이터를 보고, 차트를 만들며 유연하게 탐색할 수 있

고, 자동화된 추론 알고리즘이 제조 작업 및 최적화에 영향을 주는 결정을 제공하도록 적

용되고 있기 때문이다.

단, 각 IoT 시스템이 취합한 제조 관련 데이터만 분석에 관련된 것은 아니다. 공통 비즈

니스 관리 시스템뿐만 아니라 기업 간 수준이나 다른 생태계로부터의 조건 또한 고려해

야만 한다.

막대한 양의 가용 데이터로부터의 가치 추출은 이력 데이터로부터 특정 패턴을 찾아

내는 작업에 관련된다. 이 작업에는 대량의 데이터를 지원할 수 있고 기기 학습 알고리즘

을 데이터에 적용할 수 있는 인프라가 필요하다. 이벤트 중심 분석 기술을 이용하면 어떻

게 이러한 패턴을 검색하고 상황 분석에 필요한 적절한 정보를 취합할 것인지 결정하는

비즈니스 규칙을 수립할 수 있다. 이때 중요한 점은 기기, 장비 또는 작업으로부터 취합

된 모든 데이터가 아니라 필요한 정보와 적합한 정보만을 취합 및 저장하는 것이다. 그런

다음 이들 패턴을 기존 및 향후 작업에 관한 이해를 이끌어내는 데 이용할 수 있다. 즉, 결

과적으로 얻은 모델을 작업 흐름 속에 포함시켜 기기 데이터가 수신되면 모델이 예측, 전

망 및 현재 작업 상황을 개선할 방안을 생성하게 할 수 있다.

저장되는 IoT의 양을 고려하면 이러한 분석 시스템에 의해 제공되는 높은 성능이 중요

하다. 여기서 과제는 비즈니스 프로세스 개선과 최적화를 용이하게 하기위해 필요한 적

합한 데이터를 판단하는 것이다. 현재 IoT 데이터는 깊고 넓게 분석될 수 있지만 동시에


빠르게 분석될 수는 없다. 기존 기술로는 그림 4-6에 표시된 스파이더 다이어그램의 5가

지 차원 모두에 걸친 최적화는 가능하지 않다. 즉, 상쇄효과가 불가피하다.

인메모리 데이터베이스 컴퓨팅은 IoT 빅 데이터의 과제 해결에 도움을 준다. 기존 비즈

니스 인텔리전스 메커니즘의 제약을 제거하고 실시간으로 전략적인 운영상의 결정을 내

리는 데 필요한 정보를 실시간으로 전달하며, 데이터 준비나 구성 노력이 거의 또는 전혀

없이도 빠른 속도로 폭넓은 IoT 데이터를 깊게 분석할 수 있기 때문이다. 따라서 이 분석

은 질문에 답할 수 있는 능력을 제공한다. 즉, 경계나 제약 없이, 데이터 양이나 유형에 관

한 제한 없이 질문에 관련된 만큼 많은 IoT 데이터에 대해 분석을 실행한다. 여기에는 분

석될 데이터의 관련성 고려도 포함된다. 예를 들면 최근 IoT 데이터는 오래된 데이터보다

가치가 높을 수 있기 때문이다.

단, 인메모리 컴퓨팅의 비즈니스 가치는 다양한 종류의 데이터의 원활한 통합에 의해

생성되는 것뿐만 아니라 정보 및 요청의 사전 조작 없이도 이 데이터로부터 지식을 추출

할 수 있게 하는 기능도 있다.

이전에는 준비되지 않은 원본 loT 데이터에 대한 사용이 가능하게 되었으므로 취합, 요

약 및 변환요청을 하는 데 필요한 노력은 점차 사라질 것이다.

기타 최신 데이터 분석 기술 능력에는 이벤트 스트림 처리(ESP)와 복잡 이벤트 처리

(CEP)가 포함된다. 개별 IoT 데이터는 일반적으로 제조 또는 작업 환경에서 발생한 이벤

트를 나타낸다. 예를 들면, 기기 정지는 하나의 이벤트이다. 공정 내 온도 변화도 하나의

이벤트이며 제품이 한 곳에서 다른 곳으로 이동한 것도 이벤트에 해당한다. 복수의 이벤

트가 관련되고 상호연관될 수 있다. 예를 들면, 기기에 고장이 발생하는 정도까지 기기의

온도가 높아진 경우를 들 수 있다. ESP를 이용하면 취합된 IoT 데이터 및 이벤트 모두를

스트림, 처리, 필터 및 그룹으로 분류할 수 있다. 어떤 이벤트가 중요하고, 어떤 데이터를

필터로 제외해야 하며 어떤 데이터를 남겨야 하는지, 어떤 이벤트 상관관계 또는 패턴이

더 광범위한 비즈니스 이벤트, 경보 또는 결정을 촉발해야 하는지 결정하기 위해 ESP 비

263| 07. 미래 공장 | 263

즈니스 규칙이 생성된다.

ESP는 IoT 통합이 말단으로부터의 데이터를 처리를 위해 ESP 엔진으로 스트리밍하도

록 요구한다. CEP는 보다 정교한 기능으로 순서가 있는 이벤트 시퀀스에서 복잡한 패턴

을 검색한다. IoT로부터 이용가능한 새로운 유형의 분석 기술을 제공하는 것은 인메모리

기능이 지원하는 빅 데이터에서 실행되는 ESP 및 CEP이다.

이러한 데이터 분석으로부터 취합된 정보 및 지식을 활용하려면 IoT가 비즈니스 목표를

(반)자동으로 추진할 수 있는 의사 결정 메커니즘이 구현되어야만 한다. 이를 위해, 몇 가지

옵션을 비교해야 하며 현재 비즈니스 목표에 따라 최선의 옵션이 선택된다. 이용가능한 옵

션들은 IoT 데이터 취합 또는 데이터 분석 및 시뮬레이션 실행을 통해 얻을 수 있다. 해당

비즈니스 목표의 우선순위는 변화하는 제조환경 조건에 따라 실행 시 조정될 수 있다.

사람, 사물 및 기기로부터 이용가능한 대량의 IoT 데이터는 이벤트 및 의사 결정 처리

의 복잡도와 함께 단일화된 IoT 인프라 아키텍처 및 인터페이스에 대한 요구를 견인할

것이다.

이러한 인프라는 산업 적용 분야의 기초 역할을 수행할 수 있으며, 이를 통해 기업은 고

객 선호도 및 시장 다양성, 제품 및 서비스 생성 및 활용에 관련하여 또는 유지보수 주기

최적화 등을 위해 적용된 예측 분석 기능을 위해 추가 정보에 접근할 수 있다.

4.2.4 스마트 로봇 공학

제조 부문에 도입된 IT는 IoT 기술과 같은 새로운 솔루션을 이 적용 분야에 소개할 뿐만

아니라 특히 로봇 공학과 같은 기존 자동화 및 제어 시스템을 변화시키기도 한다.

예를 들면, 실시간 상황 인지 및 안전 메커니즘을 로봇 시스템에 통합시켜 구현되는 인

간-로봇 협력은 인간이 보유한 유연성을 로봇의 정밀성, 힘 및 성능과 결합한다. 현재 생

산 시스템에서는 셀 또는 라인 생산 방식이 일반적으로 단일 작업자 또는 소규모 팀이 잘

성형된 지그를 이용하여 제한된 영역에서 다양한 작업을 수행한다. 그러나 최근 시장의


요구인 민첩성, 효율 및 신뢰성의 동시 적

용은 작업자의 능력만으로는 혹은 완전 자

동화 라인으로 가동되는 이러한 시스템으

로는 충족되지 않는다. 이 이슈를 해결하기

위해 로봇이 생산 업무를 실행하는 작업자

를 지원하는 로봇 셀이 개발 중이다.

인간-로봇 협력에는 3가지 종류가 있다.

동기화된 협력, 동시 협력 및 보조 협력이

그에 해당한다. 그림 4-7은 가장 밀접한 유

형의 인간-로봇 협력으로 보조 협력을 보여 주며 동일한 구성품을 인간 작업자와 로봇

이 물리적 분리 없이 함께 작업한다. 따라서 로봇과 작업자가 매우 긴밀하게 협력할 수

있다. 예를 들면, 로봇이 제공하는 민첩성 및 신뢰성과 인간 작업자가 제공하는 유연성을

모두 활용하기 위해 제품을 공동으로 취급 및 처리한다.

단, 이러한 협력은 관련된 활성 로봇의 고장이 치명적인 사고를 초래할 수 있으므로 안

전 문제를 제기한다. 오늘날, 어떤 산업 안전 표준 및 규정도 이러한 유형의 인간-로봇 협

력을 다루고 있지 않으므로 시스템 통합 기술의 혁신과 새로운 안전 표준 및 규정 수립이

필요하다.

또한, 고급 센서의 통합과 인공지능(AI)의 적용으로 머신 비전(machine vision), 상황 인

지 및 지능을 이용할 수 있다. 이를 통해 특정 작업 영역에서 잘 정의된 업무 실행을 위해

제약 없이 인간과 상호작용할 수 있을 뿐만 아니라 필요한 보조 요구를 예상할 수도 있는

협력 로봇 활용이 가능하다. 한편으로는 로봇 공학을 이전에는 불가능한 용도에 적용할

수 있게 될 것이고, 다른 한 편으로는 부가가치를 창출하지 않는 활동에서 작업자를 제외

시켜 생산성을 더욱 높이게 될 것이다.

이러한 협력의 유연성은 인간-로봇 상호작용뿐만 아니라 로봇 시스템 간 협력을 위해

⋮그림 4-7⋮ 인간-로봇 협력

265| 07. 미래 공장 | 265

서 구현될 수도 있다.

고급 로봇은 M2M 통신, 머신 비전 및 센서를 이용하여 실시간으로 감각 인지, 기동, 이

동성 및 지능을 향상시킬 수 있다. 이를 통해 이러한 로봇이 훨씬 더 쉽게 서로 통신하거

나 상호작용할 수 있다. 주위 환경과 유연하게 연결할 수 있는 능력과 관련 생산 상황의

인지를 통해 고급 로봇은 협력하여 실행되는 업무를 비롯하여 새로운 또는 변화하는 생

산 업무에 쉽게 적응할 수 있다.

새로운 로봇 프로그래밍 패러다임 또한 새로운 생산 업무를 최소한의 노력으로 이행하

는 데 기여한다. 즉, 새로운 로봇 작동 엔진을 통해 로봇 프로그래밍에서 직관적인 로봇

교육으로의 이전이 가능하다. 궤적의 지점들을 수동으로 추적한 다음, 로봇이 이를 반복

한다. 나아가, 로봇 및 관련 도구의 기술은 (반)자동으로 생산 공정 요건에 관리 및 매핑된

다. 그 결과, 로봇프로그래밍과 엔지니어의 필수적 기술 세트에 소요되는 시간이 크게 감

소할 것이다. 이러한 결과는 유연성 부족과 프로그래밍 노력이 필요하다는 점으로 인해,

특히 이전에는 로봇을 활용하지 않은 제조기업의 로봇 채택 증가로 이어질 것이다.

로봇 시스템의 유연성은 3자가 적용분야별 하드웨어 및 소프트웨어로 로봇(로봇 플랫폼)

을 발전시킬 수 있는 개방형 로봇 플랫폼으로 더욱 높아질 것이다. 그 예로 특수 목적 그

리퍼 및 관련 제어 소프트웨어가 포함된다. 이를 통해 스마트폰과 비교할 수 있는 전체

생태계가 대두된다. 로봇 공학은 더 폭넓은 분야에 적용될 수 있으므로 유연성 증대는 제

조기업의 로봇 공학 채택률을 더 높이게 된다. 한편, 높은 가격과 같이 이전에 존재한 장

벽은 크게 축소될 것이다.

4.2.5 통합 제품-생산 시뮬레이션

IoT, 데이터 분석 및 스마트 로봇 공학과 같은 기술에 기초한 혁신만 미래 공장에 영향

을 주는 것은 아니다. 기획 및 최적화 목적을 위한 IT 시스템 내 생산 시스템을 나타내는

디지털 공장도 상당한 변화를 겪을 것이다.


디지털 공장 개념은 제품 및 생산 엔지니어링 공정 및 시뮬레이션의 향상을 위한 통합

접근방식을 지칭한다. 이 비전은 가치사슬 전체에 걸쳐 다양한 단계 및 수준에서 서로 다

른 유형의 시뮬레이션을 사용하여 제품 및 생산을 모든 수준에서 개선하려고 시도한다.

개별 이벤트 시뮬레이션, 3D 동작 시뮬레이션, 메카트로닉스 시스템 수준 시뮬레이션,

공급사슬 시뮬레이션, 로봇 공학 시뮬레이션 및 인체공학적 시뮬레이션이 포함하여 제품

및 생산의 가상 모델을 만들어 내는 몇 가지 유형의 시뮬레이션이 있다. 궁극적인 목표는

완전 가상 제품 및 생산 개발, 테스트 및 최적화를 실현하는 것이다.

전통적으로, 제품 및 생산 설계는 분리된다. 생산 기획 및 엔지니어링 단계가 시작되기

전에 제품 요건이 완벽하게 명시되어야 한다. 이에 어떤 변경이 추가적인 비용 및 지연을

유발하는 순차적인 프로세스로 이어진다. 동시 병행 설계를 디지털 모델에 대해 수행할

수 있으므로 통합된 제품 및 생산 시뮬레이션은 시장 대응 시간을 줄인다. 시각화 기술은

다른 시간대에 지리적으로 분산된 팀들 사이 통신을 개선한다. 이 통합 접근방식은 회사

⋮그림 4-8⋮ 가상 세계 vs 실제 세계

제품

설계

공장 및

플랜트 설계

통합된

제품 - 생산생산

공정

자동화

가상 세계

실제 세계

267| 07. 미래 공장 | 267

내부 및 파트너 기관 전체에서 모든 관련 정보에 대한 안전한 접근을 약속한다.

제품 및 생산 시뮬레이션 도구는 재료 경로 관련 물류, 사이클 시간 또는 버퍼 사이즈,

조립 또는 기계가공과 같은 공정, 소재의 경도 또는 열적 특성과 같은 다양한 세부 사항

에 집중한다. 통합 시뮬레이션 적용 분야에서 특정 모델은 특정 라이프 사이클 단계 및

부문 사이에서 지식을 전달하고 기획을 동기화하기 위해 공유 및 통합된다.

예를 들면, 로봇 배치 및 경로 기획과 같은 로봇 공학 측면은 제조될 제품의 3D 컴퓨터

를 이용한 디자인(CAD) 모델을 직접 평가하여 계산될 수 있다. 이와 같은 계산 결과를 이

용하여 생산에 대해 PLC 프로그램이 자동으로 생성될 수 있다. 이와 유사하게, PLC 프

로그램은 가상 시운전으로 종종 지칭되는 플랜트 수준 시뮬레이션을 이용하여 가상으로

직접 검증될 수 있다.

비록 설계에서 시운전까지 통합 제품-생산 시뮬레이션 역량으로 향하는 추세이지만,

시뮬레이션 도구를 최대로 활용하기 위해 구비될 필요가 있는 피드백 정보 루프가 존재

한다는 점에 유의해야 한다. 예를 들면, 현장 데이터를 이용하는 교정된 시뮬레이션 모델

은 보다 정확한 직관을 제공한다. 이와 유사하게, 플랜트 시뮬레이션은 유사 플랜트의 이

력 데이터를 활용하여 최적 가동 조건을 생성할 수 있다.

그림 4-8은 가상 세계와 실제 세계를 구분한다. 가상 세계에서는 제품, 공장 및 플랜트

설계가 양측의 최적화를 위해 먼저 정보를 교환한다. 이들 설계는 생산 업무 실행을 위해

상호작용하는 실제 세계 생산 및 공정 자동화 시스템으로 전달된다. 또한, 실제 세계는

제품 및 공장의 현재 또는 미래 설계를 최적화하기 위해 시뮬레이션된 세계에 정보를 제

공했고, 시운전을 위한 설계를 얻었으며, 시뮬레이션 도구를 최대로 활용하기 위해 구비

될 필요가 있는 피드백 정보 루프가 존재한다는 점에 유의해야 한다.

예를 들면, 현장 데이터를 이용하는 교정된 시뮬레이션 모델은 보다 정확한 직관을 제

공한다. 이와 유사하게, 플랜트 시뮬레이션은 유사 플랜트의 이력 데이터를 활용하여 최

적 가동 조건을 생성할 수 있다.


그림 4-8은 가상 세계와 실제 세계를 구분한다. 가상 세계에서는 제품, 공장 및 플랜트

설계가 양측의 최적화를 위해 먼저 정보를 교환한다. 이들 설계는 생산 업무 실행을 위해

상호작용하는 실제 세계 생산 및 공정 자동화 시스템으로 전달된다. 또한, 실제 세계는

제품 및 공장의 현재 또는 미래 설계를 최적화하고 실제 공정 자동화 및 생산 시스템의

개선 가능성 관련 피드백을 받기 위해 시뮬레이션된 세계에 정보를 제공했다.

디지털 스레드 개념은 통합 제품-생산 시뮬레이션을 전체 가치사슬로 확대한다. 이때

제품, 생산, 서비스, 유지보수 및 폐기(예: 전체 라이프 사이클)를 지속적으로 최적화하는 데

사용된 정보 피드백 루프를 통해 확장된다.

4.2.6 적층 제조/3D 인쇄

디지털 세상과 물리적 세상의 통합에서 주요한 측면 중 하나는 제품 사양을 실행가능

한 생산 공정으로 전달하는 것이다. 나아가, 기계가공 장비 또는 3D 프린터와 같은 유연

한 제조 자원은 관련 설정 노력을 최소화하는 데 도움을 주어 소규모 생산 또는 개별 제

품 생산도 지원한다.

전 세계 적층 제조(AM) 제품 및 서비스 시장은 2012년 29%(복합연평균성장률) 성장하여

2013년 미화 20억달러를 넘어섰다21. 최종 제품의 부품 생산에 AM을 이용하는 경우도

계속 증가하고 있다. 10년 동안 거의 미미한 수준에서부터 전 세계 AM 총 제품 및 서비스

매출의 28.3%까지 성장했다22. 산업용 AM에서는 프로토타입 제작(AM의 전통적인 주요 부

문)과 대조적으로 직접 부품 생산이 크게 증가했다. 직접 부품 생산에서 AM은 일반 소비

자용 전자제품, 의류, 보석류, 악기류, 의료 및 항공우주 제품 등 광범위한 제품 및 서비스

목록을 지원한다.

3D 인쇄를 이용하면 제품이 소량인 경우를 비롯하여 다양한 형태 및 기하 구조에 대해

경제적으로 제조가 실행될 수 있다. 이 기술은 제조업의 일부를 대량생산에서 개별 생산

으로 변화시킬 수 있는 잠재력을 보유하고 있다. 즉, ‘배치 사이즈 1개’의 제조 사례가 점

269| 07. 미래 공장 | 269

차 널리 전파될 것이다. 나아가, 제품 생산에 필요한 단계의 수가 감소되므로 보다 환경

친화적인 생산과 제품 특성을 개선하거나 안전한 소재 사용이 가능한 새로운 형태로 이

어질 수 있다. 또 하나 가능한 결과는 제조업체 역할이 제품 설계 및 생산에서 사양과 기

획 설계 및 판매로 바뀌는 것이다. 즉, 판매 후 실제 제조는 소매업자 또는 고객과 같은 다

른 사람이 실행할 수도 있다.

4.2.7 기타 미래 공장 기술

상기 기술 외에도 미래 공장에 관련 솔루션을 제공할 수도 있는 다양한 다른 분야

의 연구 및 개발이 수행되고 있다. 예를 들면, 인지 기계(cognitive machine), 증강 현실

(augmented reality), 착용식 컴퓨팅(Wearable computing), 외골격 로봇(exoskeleton), 스마트

재료, 고급 및 직관적 프로그래밍 기법 또는 지식 관리 시스템이 있다.


미래 공장 개념의 구현은 관련 이해관계자가 적절한 기술을 채택하려는 준비도에 크게

의존한다. 이 시장 준비도를 달성하기 위해서는 다음 세부 단원에서 설명한 바와 같이 몇

가지 전제조건이 먼저 충족되어야만 한다.

｜ 5.1 시스템 관점 구현 ｜

미래 공장 개념의 총체적 구현은 엔지니어링, 정보 기술 및 운영 그룹 사이의 전통적으

로 긴장된 조직 관계에 관련된 파트너십을 필요로 한다. 나아가, 이 부문 간 통합은 제품

및 생산의 라이프 사이클 전체(기획, 구축 및 가동)에서 구현되어야만 한다.

이를 위해서는 4.1.1 단원에서 설명된 대로 기술 수준에서의 시스템 상호운용성뿐만 아

니라 여러 부문에 걸친 프로세스의 실현이 필요하다. 즉, 엔지니어링, 정보 기술 및 비즈

니스 부문의 직원이 긴밀하게 협력하고 서로 일하며 교육까지 받는 과정이 요구된다.

이러한 부문 간 업무는 모델링 및 시뮬레이션 도구와 같은 적절한 IT 시스템 또는 사이

버물리시스템(CPS) 및 복합 시스템(SoS) 구성 및 통합 기법의 지원을 받을 수 있다. 이들

5장

시장

준비도

271| 07. 미래 공장 | 271

솔루션의 이점을 활용하고 제품 및 생산 기획, 생성 및 작업 중 시스템 관점을 지원하려

면 서로 다른 부문의 지식이 관련 적용 분야 목적을 위해 통합, 병합 및 활용되어야 한다.

또한, 잠재적인 상호의존성을 가장 잘 고려하고 추가 최적화 잠재력 또는 비즈니스 아이

디어를 활용할 수 있도록 해당 피드백 루프가 구현되어야 한다.

｜ 5.2 전통적인 생산환경 내 “변화에 대한 저항” 극복 ｜

부문 간 협력은 제품 및 생산 라이프 사이클 단계에서 더욱 효과적인 정보 교환 및 업

무 실행을 가능하게 하는 것에 그치지 않는다. 미래 공장 기술, 개념 및 이점에 관련하여

널리 알려진 지식과 인식은 새로운 솔루션 수용도 부족을 극복하는 데 도움을 주기도 한

다. 이러한 수용도 부족은 자동화 및 IT 시스템이 만들어낸 효율성 증가로 인한 잠재적인

해직 위험에 대한 우려에 기인한다. 높은 수준의 교육은 해직 위험을 낮추어 주기 때문에

지식과 인지도 제고는 이러한 우려를 극복하는 데 핵심적인 역할을 한다. 나아가, 고용

인원수는 감소하지 않을 수 있지만 그 대신 직무 내용과 스타일은 보다 양방향의 유연한

작업 모드로 변화할 수도 있다. 이러한 우려는 공장의 생산직뿐만 아니라 PLC 또는 로봇

프로그래밍 및 엔지니어링에 관련된 다른 업무에도 해당된다.

해직에 대한 두려움 외에도 변화에 대한 저항은 이해관계자 및 의사결정자 측의 불확

실성으로 인해 종종 유발된다. 이해관계자 및 의사결정자는 기술적 배경, 사업 모델 및

관련 이점에 대한 지식이 충분하지 않으므로 잘 알려진 전통적인 개념 및 솔루션에 제한

된 상태로 남아 있게 된다.


｜ 5.3 재정 이슈 ｜

“변화에 대한 저항”은 미래 공장 구현의 실제 이점에 관한 불확실성과 밀접하게 관련

된다. 제조 부문에서 새로운 미래 공장의 적용 기술이 통합되어야 할 생산환경의 요건에

확실히 부합되도록 하려면 가능한 한 빨리 실제 성능을 평가할 필요가 있다. 이상적으로

는 통합 결정을 내리기 전에 평가하는 것이 좋다. 기업의 특정 생산환경에서 특정 기술

및 생산 전략의 효율에 관한 신속하고 저렴한 평가를 확보할 수 있는 적절한 방법 및 도

구와 우수 사례 예시는 이러한 요구를 해결하는데 도움을 주므로 새로운 미래 공장 솔루

션의 제조 부문 구현에 대한 임계점을 낮추어 준다. 특정 의사결정의 이전 분석 또는 시

뮬레이션에 기초한 승인 및 특정 시스템 구성품의 가상 테스트로부터의 정보를 이용하

는 지식 기반 시스템도 이 측면에 기여할 수 있다. 단, 이러한 기술 조치는 반드시 미래 공

장 활동을 전략적인 회사 목표에 통합하고 시스템 성능 평가에 대한 조율된 제어 및 측정

방식을 설정하여 보완되어야 한다.

새로운 IT 기술의 제조 부문 도입 외에도 사업 모델은 비즈니스 혁신의 잠재력을 적절

하게 평가하고 관련 리스크를 줄이기 위해 반드시 비용 및 이점에 관해 평가되어야 한다.

기존 및 신흥 사업 모델의 결합을 통해 사업을 변화시키는 동안 사업 가치의 엔드투엔드

(end-to-end) 가시성이 필요하다. 이를 위해서는 결정 지원을 위해 표준화되고 공유된 고

성능 인프라가 필요하다.

단, 미래 공장 사업 모델과 기술의 이점이 각 평가에 의해 검증되더라도 기업의 재무 전

략이 관련 투자를 허용해야만 한다. 따라서 투자수익률(ROI) 추정 및 자본재투자률을 반

드시 고려해야 한다.

273| 07. 미래 공장 | 273

｜ 5.4 이전 전략 ｜

기존 공장에는 일반적으로 다양한 옛날부터 이어받아 사용하던 시스템(legacy system)

이 구비되어 있으며 이들 시스템에는 관련 이력 데이터가 저장되어 있고 맞춤형 인터페

이스를 통해 연결된다. 나아가, 반드시 필요하지 않을 수 있는 새로운 기능을 통합함으로

써 기존 생산 시스템의 견고성을 위협하지 않기 위해 “작동되는 시스템은 절대 바꾸지 말

라”는 슬로건이 산업 생산환경에 널리 적용되고 있다. 이러한 이슈를 극복하려면, 새로운

방식, 개념 및 기술을 공장에 도입하는 동안 적절한 이전 전략이 필요하다.

시스템 관점 및 네트워크로 연결된 유연한 조직 구조의 구현, FoF(미래공장) 구현 프로

젝트의 요구사항을 위해 설계된 특정 프로젝트 관리 지원 도구, 그리고 기획 신뢰성을 높

이기 위해 의사 결정을 지원하기 위한 적절한 규칙 및 도구는 미래 공장으로의 원활한 이

전에 기여한다. 이전 프로젝트의 복잡도 및 리스크를 줄이기 위한 추가 조치에는 (가동 능

력, 품질 및 효율의 지속적인 설계, 구성, 모니터링 및 유지보수를 가능하게 하는) 확장가능한(CPS)

아키텍처와 소프트웨어 개발의 산업화(독립적으로 개발된 소프트웨어 구성품의 빠른 구성, 변경

및 조립을 가능하게 하는 모듈화)가 포함된다.


4장에서 열거한 미래 공장을 위한 핵심 기술의 대부분은 아직 개발 중이다. 여러 산업

에서 이들 기술의 성숙도 및 적용성, 그리고 제조 산업에서의 기술 채택 준비도 수준이

그림 6-1에 표시되어 있다.

이 레이더 도표에서 특히 이전 전략 또는 시스템 관점 구현과 같은 비기술 과제가 아직

미성숙 단계에 있음을 볼 수 있다. 이는 지역, 국가 및 국제 수준에서 진행 중인 미래 공장

에서의 개발 활동의 다수가 기술 이슈에 집중하고 있다고 파악된 점과 일치한다.

핵심 기술의 채택은 산업 및 적용분야 사례에 따라 다양하다. 예를 들면, 적층 제조는

복잡한 기하 구조로 인해 일반적인 제조 기술을 이용한 제조가 불가능하거나 필요한 비

용이 큰 경우와 같이 맞춤형 생산 및 특수 부품 제조일 때 매우 유용한 것으로 평가된다.

한편, 이러한 적층 제조는 현재 대량생산에서는 이미 보유하고 있는 수준의 효율에 결코

도달할 수 없을 것이다. 이와 유사하게, 모델링 및 시뮬레이션 도구의 성숙도도 적용분

야 부문에 따라 다르다. 이들 도구의 경우, 제조 설정 최적화를 위한 거의 실시간으로 구

동되는 시뮬레이션 적용분야에서는 추가로 개선될 잠재성이 있지만 자동차 및 항공우주

산업 제품 개발 및 최적화에는 이미 널리 사용되고 있다.

IoT 기술, M2M 네트워크, 스마트 로봇 공학 및 클라우드 기반 AIM과 같은 다른 기술의

6장

예측

275| 07. 미래 공장 | 275

경우, 특정 적용분야에서는 상당히 성숙하고 독보적인 솔루션들이 존재한다. 단, 이러한

개발의 광범위한 적용성을 실현하기 위해서는 “변화에 대한 저항” 또는 이전 전략 부재

등 시장 준비도를 저해하는 이슈를 극복함으로써 추가적인 노력이 필요하다.

결론적으로, 세부 산업 부문과 적용 분야로 결정되는 수평 및 수직 제조환경 계층에서

의 위치가 미래 공장 애플리케이션의 시장 및 개발 준비도에 영향을 준다.

⋮그림 6-1⋮ 시장 준비도 및 핵심 기술의 기술 성숙도/적용성

보안 및 안전

데이터 분석 기술

스마트 로봇 공학

시스템 관점 구현

낮음 높음

낮음

높음

통합 제품-생산시뮬레이션

기존 시스템 통합을 위한 이전 전략 및 아키텍쳐

모델링 및 시뮬레이션

loT 및 M2M 네트워크

상호운용성 및 연결성

적층 제조

전개 준비 완료

수용도 제고를 위해 추가로 개선될 개발(비기능 요건 중점)

시장

준비도

기술 성숙도

미래 공장 개념/솔루션

기여 기술

틈새 시장 전개

시범 적용 장벽 극복클라우드 기반 애플리케이션인프라 및 미들웨어

기술 개발 필요


미래 공장은 규모의 경제의 이점을 여전히 누리면서 인간중심 고용을 제안하고 제조

방식의 미래를 실현하는 사이버물리시스템을 활용하며, 동시에 수요 기반 맞춤형 제품

을 우수한 품질로 생산할 수 있을 것이다. 또한, 새로운 제조 공정은 인간중심 제조 방식

의 지속가능성, 유연성, 혁신 및 품질 요건의 과제를 해결할 것이다. 미래 인프라는 특정

매개변수화(parameterization)를 설치할 필요 없이 언제 어디에서든 정보에 대한 접근을

지원할 수 있다. 생산 자원은 자기관리형(self-managing)으로 구성되며 서로 연결되고

(M2M), 제품은 자체적으로 생산 시스템을 이해한다. 바로 여기서 디지털 세상과 실제 세

상이 합쳐진다.

한편, 이전 장에서 논의한 고려사항에 기초하여 미래 공장에 관한 몇 가지 지침 및 권

장 사항을 제시할 수 있다. 관련 조치는 일반적인 성격의 조치이거나 데이터, 작업자, 기

술 및 표준에 특히 중점을 둔 조치에 해당한다.

7장

결론 및권장사항

277| 07. 미래 공장 | 277

｜ 7.1 일반 ｜

7.1.1 다른 생태계와의 상호작용

IEC는 IoT 시스템 등 모든 구성품을 포함한 스마트 그리드 등과 같이 공장과 다른 생태

계와의 상호작용에 중점을 둘 것과 산업 설비와 산업 자동화 시스템이 다른 생태계와 전

력 흐름, 공급 물류, 인적 자원 등과 관련 정보를 기획, 협상, 관리 및 최적화하려는 목적

으로 통신하는 데 필요한 표준을 확인할 것을 권장한다. 제조업체는 자신의 설비는 공생

네트워크에서 스마트 노드가 된다고 생각하기 시작해야 한다. 이를 통해 보다 적극적인

방식으로 수요 관리 요구를 예상할 수 있을 것이다.

7.1.2 제조 민첩성

시장 수요, 사업 모델 또는 제품 사양과 같은 변화하는 요건에 대한 제조 시스템의 적

응성은 미래 공장의 핵심 기능이다. 이 적응성을 구현하려면 다양한 조직 및 기술 차원의

조치를 취해야 한다. 여기에는 시스템 관점의 구현과 상호운용성 및 연결성, 확장성 등

생산 시스템 설정을 가능하게 하는 솔루션의 구현이 포함된다. 또한, 예를 들어 제품 공

정을 “처음부터 올바르게 하는 것(first-time-right)”을 가능하도록 돕는 고급 컴퓨팅 기능

도 이 측면에서 권장한다.

7.1.3 가치사슬 및 협력 공급 네트워크 최대화

생산 네트워크 파트너를 향한 네트워크 인프라의 확장은 제조업체가 실시간으로 전달

될 수 있는 공급사슬 정보를 더 잘 이해할 수 있도록 도와줄 것이다. 생산 라인을 공급자

로 연결함으로써 모든 이해관계자가 상호의존성, 재료의 흐름 및 공정 주기 시간을 이해

할 수 있다. 실시간 정보 접근은 제조업체가 잠재적인 이슈를 가능한 한 빨리 파악하여

문제를 방지하고, 재고비용을 낮추며 자본 요건을 잠재적으로 줄이는 데 도움을 준다.


7.1.4 독립적인 제조 커뮤니티 활용

“책상 위의 공장(desktop factory)” 추세는 새로운 것이 아니지만 오늘날 훨씬 더 강하게

부각되고 있으며 저렴하고 접근이 용이하며 사용자 친화적이다. 본 백서에서 기술한 바

와 같이, 이러한 추세가 제기하는 요건은 설계 및 제조를 분리하기 위해 새로운 사업 모

델(예: 크라우드소싱, 메이커 운동, 제품-서비스 통합자 및 로봇 생태계)을 활용할 필요성을 제안

한다.

7.1.5 전체 라이프 사이클 동안의 시스템 안전

우발적인 시스템 고장 또는 고의적인 사이버 공격에 대한 방지 및 회피를 위해서는 시

스템의 상호연결성 및 복잡도 증가를 고려해야 한다. 따라서 설계에서 생산력 증대 및 상

호연결까지, 전체 라이프 사이클에서 시스템 안전을 해결하고, 향후 네트워크로 연결된

시스템의 거동을 예측 및 평가하는 것이 중요하다.

7.1.6 지속가능한 보안 및 네트워크 솔루션

보안 및 네트워킹 솔루션은 제조 시설 내부의 가혹한 환경 조건을 견디고, 일반적인

“화이트칼라” 사무실 네트워크에서는 존재하지 않는 산업 제어 시스템의 요구 사항을 해

결할 수 있도록 엔지니어링되어야 한다.

｜ 7.2 데이터 ｜

7.2.1 서비스 지향 아키텍처

재설정이 가능한 미래 공장에서는 소프트웨어가 가치사슬의 모든 측면과 매장에서 주

요한 역할을 담당할 것이다. 따라서 관련 소프트웨어 구성품이 공장에 제공할 수 있는 잠

279| 07. 미래 공장 | 279

재적 이점을 모두 활용하기 위해 기업 또는 공장의 특정 요구에 적응할 수 있는 확장가능

한 서비스 지향 아키텍처를 생성하는 것이 중요하다. 여기에는 업무의 발견, 중개 및 실

행을 위한 메커니즘이 포함된다.

7.2.2 사이버 보안

자동화 시스템에서 제어 기능을 위한 인터넷 사용이 확대되면서 결국 현재 가동되고

있는 모든 산업 시스템이 취약하다고 간주할 수 있으며, 보안에는 하나의 일관된 접근방

식이 존재하지 않는다고 볼 수 있다. 따라서 적응성, 반응성 및 협력 모델을 이용하여 보

안 표준 요건(기업 및 개인 정보 보호, 구동 시스템 안전, 우발적인 피드백 루프 고려 등)을 심각하

게 받아들이고 사이버 테러 대비 보호 조치에 집중하는 것이 매우 중요하다. IEC는 사이

버 보안 이슈의 해결에 핵심적인 역할을 맡고 있다.

특정 데이터 세트의 소유자가 보호하고자 하는 보안 정도 또는 단계에 따라 우수 사례

및 비용효과적인 솔루션을 제공하는 적절한 보안 프레임워크가 구축되어야 한다. 특히

생산 사이트 또는 기업 사이에서 이러한 프레임워크를 설립하는 경우, 신뢰를 구축하고

생산 네트워크 구성을 가속화하기 위해 인증 조치를 이행하도록 권장한다.

7.2.3 데이터 해석

지속적으로 생성되는 다량의 정보가 유용하려면, 반드시 조율을 거친 일관성 있는 최

신 정보가 이용가능해야 한다. 이를 위해서는 빅 데이터와 시멘틱(semantic) 정보 기술의

통합과 제품 라이프 사이클 관리 및 생산 시스템에서의 해당 기술 적용이 필요할 것이다.


｜ 7.3 작업자 ｜

7.3.1 인간과 기기

인간중심 제조의 개념은 작업장을 작업자의 요구에 맞추어 구성하는 등 제조의 중심을

다시 직원에게 두는 방식을 말한다.

기업은 막대한 양의 데이터를 생성할 수 있지만 의사 결정을 위해서는 결국 사람에게

의지해야만 한다. HMI 및 인간중심 설계는 증강 현실을 자동화 공정에 도입하여, 작업자

가 데이터와 물리적 세상의 격차를 좁히기 위해 실제 세상과 같은 환경에서 데이터를 시

각화할 수 있게 한다. 인간-로봇 협력은 특히 복잡하거나 고부하 업무에서 작업자를 지

원할 것이다.

7.3.2 교육

작업자는 올바른 결정을 내리고 업무를 실행하는 데 도움을 주기 위한, 생산 장비 및 IT

시스템과 상호연결된 스마트 보조 시스템의 지원을 받게 된다. 이러한 변화는 당연히 작

업자의 새로운 기술 프로필로 이어지게 되며 그에 따른 적절한 교육이 필요하게 된다. 이

러한 교육은 직무 간 훈련으로 이루어질 것으로 예상된다. 즉, 직원은 자신의 일상 업무

를 수행하면서 동시에 새로운 기술을 학습하게 된다.

미래 공장 시스템 구축을 위해서는 제품 및 생산 라이프 사이클 단계에 관련된 모든 분

야에서 여러 구성요소를 구현, 통합 및 최적화하기 위한 여러 부문에 걸친 부문 간 교육

이 필수적이다.

7.3.3 작업자 이동성

더 작은 것으로 더 많은 것을 이루어 내려는 요구와 직원 근로 기간(근로 연령)의 증가 추

세에 직면하여, 직원의 모든 경력 단계에서 적절한 일터와 지속적인 이동성을 제공하는

281| 07. 미래 공장 | 281

것이 중요하다. 이에 따라, IEC는 편안하고 저렴하며 언제든지 기능적 활동이 가능하도록

도와주는 착용식 기기(wearables) 및 외골격 로봇(exoskeleton) 개발의 중요성을 강조하고

있다.

｜ 7.4 기술 ｜

7.4.1 제조 디지털화

제조 사이클의 모든 단계에서 수많은 출처로부터 데이터가 생성된다. IoT 및 CPS가 한

층 더 많은 데이터를 생성한다는 점을 고려하면 이 데이터의 실시간 분석 및 피드백은 기

기의 자체조직화(self-organization)와 의사결정 지원에 도움을 준다. 따라서 IEC는 제조

장비 설계자가 내부 및 외부 공급사슬 내 다양한 시스템과 직접 통신할 수 있는 기기를

개발하도록 권고한다. 이 통신을 통해 고객, 공급자, 부품, 도구, 제품, 교정 및 유지보수

일정에 관한 필요한 정보를 취합할 수 있을 것이다. IoT는 설비 내에서 수동 데이터 입력

이 자동화된 데이터 취합으로 대체될 수 있는 구역의 수를 증가시키고자 하는 제조 시스

템의 공통 목표 실현에 추가로 기여한다.

작업자와 CPS 사이 상호작용은 또 다른 중요한 요인으로 작업자의 노하우는 대량의

데이터 중 한 종류로 변환되어 디지털화되어야 한다. 이 경우 제조 사이클 전체에서 자기

인식, 자기예측, 자체유지보수, 자체재설정 등의 기능을 제조 시스템에 갖추어 주는 것을

목적으로 한다.

7.4.2 실시간 시뮬레이션

모델링 및 시뮬레이션은 R&D 활동일 뿐만 아니라 전체 가치사슬의 중요한 부분을 구

성하는 역할도 한다. 가상 시뮬레이션 모델과 작업으로부터 직접 얻은 데이터 기반 모델


을 결합하고 미래 공장의 모든 활동이 실시간 시뮬레이션을 이용할 수 있게 함으로써, 설

계에서 폐기까지 전체 가치사슬에서 새로 개선된 피드백 제어 루프를 구현할 수 있는 적

절한 기회가 제공된다.

7.4.3 사이버물리시스템 촉진

디지털 정보는 기업의 경계를 넘어 흐르며 가치사슬 내 정보에 민감한 활동에 관련하

여 보안 과제를 제시한다. 사이버 보안은 물리적 보안과 함께 미래 공장의 주요한 관심

주제인 동시에 핵심 성과 지표가 될 것이다. 또한, CPS 및 IoT와 같은 기반 기술은 산업

가치사슬에 보다 유연한 연결성을 채택하는 기반이 되는 역할을 수행한다. 따라서 미래

공장은 매우 높은 수준의 모듈식 구조와 연결성을 보유할 것이다.

｜ 7.5 표준 ｜

7.5.1 국제 수준에서 국가별 개념 병합

미래 공장의 하이라이트는 독립언어시스템(self-contained system)이 서로 통신하고 협

력적으로 제어한다는 점이다. 이를 가능하게 하려면, 기존 국가 및 지역 산업 자동화 표

준을 고려한 국제 컨센서스 기반 표준이 필요하다. 확고한 표준을 갖춘 더욱 광범위한 시

장은 반복 가능하며 보다 저렴한 기술의 전 세계적인 확대에 필요한 상호운용성을 지원

할 것이다.

7.5.2 시스템 수준 표준화

이전 IEC 백서인 에너지 과제에 대한 대응 (Coping with the Energy Challenge, 2010)과

지속가능한 스마트 시티를 위한 인프라 조성 (Orchestrating infrastructure for sustainable

283| 07. 미래 공장 | 283

Smart Cities, 2014)에서와 같은 맥락에서, MSB는 선호되는 산업 자동화 솔루션을 제

공하는 표준은 단순한 제품 접근방식을 넘어 실질적인 애플리케이션 관점을 지속적으

로 채택하게 할 것을 IEC에게 권장한다. 이러한 표준화 노력은 미래 공장, 스마트 제조,

Industry 4.0, e-공장, 지능형 제조 등에 요구되는 세계적인 영향을 고려하며 추진될 것

이다.

7.5.3 연결 프로토콜 표준화

모든 센서 및 액추에이터는 IoT에 참여한다. 각 기기는 IP 주소를 보유하며 네트워크로

연결된다. 미래 공장이 성과를 실현하려면 커넥터 및 연결 프로토콜의 포트폴리오를 모

든 기기에서 이용할 수 있어야 하며 각 기기와 커넥터의 고유 언어가 정보 손실 없이 변

환될 수 있어야 한다. IEC는 관련 업계가 이 부문에서 표준화된 프로토콜을 개발하도록

요청해야 한다.


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전력계통의

전략적 자산관리

– 08 –


전 세계 전력계통은 태양광 발전과 같은 분산전원의 대규모 출현에서부터 전력계통

에 사용되는 제어와 통신장비에 대한 현저한 변화에 이르기까지 일생일대의 도전에

직면해 있다. 선진국의 전력계통은 수명이 다해 가는 노후설비로 인해 어려움을 겪고

있으며, 개도국의 전력계통은 그들의 운전에 적용할 모델의 우수사례를 확보하고자

노력하고 있다. 이와 같은 도전과 더불어 전력계통 사업은 관리활동과 지출비용 결정

에 대한 타당성의 규제가 증가하고 있으며, 자금조달 압력이 강화되고 있다.

이러한 도전에 대응하기 위해 대규모 전력계통의 설계, 운전 및 유지보수에 대한 전

력회사의 접근방법이 전 세계적으로 큰 변화가 일어나고 있다. 특히 전력회사는 설비

를 시험하고, 수명을 결정하고, 유지보수에 대한 비용을 산출하고, 시스템의 성능을

평가하기 위해 다양한 방법으로 접근하고 있다. 이는 전력계통 자산관리를 실현하는

방법에 대한 국제적으로 인정된 표준 또는 지침의 부족에 기인한다.

전력계통 자산관리에 대한 국제 표준이나 지침의 부족은 전력산업의 신뢰도나 미래

성장에 중요한 영향을 미친다.

ISO 55000 시리즈와 같은 표준은 최적의 자산관리 절차에 대한 일반적인 지침을

제공하지만, 송배전 산업이 직면한 도전과 운영방법에 필요한 실제적인 지침은 제공

하지 않는다.

현재의 상황은 다음과 같이 요약할 수 있다.

● 전 세계의 전력계통 사업은 계통의 성능을 측정하고 평가하는데 서로 다른 기준

을 사용한다. 예를 들어, 고장률을 계산하는 방법에 대해 일반적으로 받아들일

수 있는 정의가 없기 때문에, 관련한 조직구성이나 관할권 설정에 대한 벤치마

킹이 어렵다.

● 설비의 건전도 평가에서부터 다양한 자산관리 방법에 대한 우선순위에 이르기

⋮요약⋮

291| 08. 전력계통의 전략적 자산관리 | 291

까지 최적의 방법에 대한 의견일치가 어렵다. 이는 이해관계자 상호간의 의사

소통을 어렵게 하고, 전력계통사업자가 문제를 해결하기 위해 각자의 방법을

개발함으로써 시간과 자원의 낭비를 초래하는 것을 의미한다. 특히 이러한 상

황은 선진국에서 개발한 우수사례를 단순히 적용함으로써 큰 효과를 얻을 수 있

는 개도국이나 비교적 작은 조직에서 더욱 두드러진다.

● 전력계통의 자산관리 절차 및 성능에 대한 측정/평가의 세계적 표준이 없으면,

많은 이해관계자가 관련 업무에 참여하기 어렵다. 전력계통사업자가 전력계통

의 성능에 대해 벤치마킹하거나 우수사례를 따르고 있다는 것을 증명할 수 없을

때, 규제기관이나 재정 지원기관과 같은 이해관계자가 미래에 다가올 도전에

대하여 깊이 이해하고 전력계통사업자의 의사결정을 신뢰하는데 많은 어려움

이 있을 수 있다.

본 백서는 국제 표준을 제시함으로서 효과를 볼 수 있는 자산관리의 범위를 설정하

고, 전력계통의 자산관리 사례 검토 등을 통해 상기 문제에 대해 심도 깊게 논의한다.

본 백서의 주요 내용은 다음과 같다.

● 자산의 사용연수와 상태를 평가할 때 공통된 표준이 있으면, 전 세계의 전력계

통사업자는 설비 연수와 개선 계획에 따르는 자금요청에 대해 규제기관이나 정

부, 그리고 일반인에게 믿음을 확보할 수 있으며, 관련 자금규모와 내용에 대해

신뢰를 확보할 수 있다.

● 자산관리에 대한 표준화된 실행방법이 있으면, 자산관리의 우수사례에 기반한

지침을 참고할 수 있으므로, 전력계통 사업에서 자산관리 및 투자결정에 대하

여 이해관계자의 신뢰와 투명성을 높일 수 있다.


● 자산관리에 대한 표준이 있으면, 다른 지역 또는 관할권의 전력계통사업자가 서

로 벤치마킹할 수 있다.

● 자산관리에 대한 표준은 선진국과 개도국에서 자산관리 우수사례를 서로 이해

하고 설명하기 위한 소통과 교육 도구로 사용할 수 있다.

이 백서는 전력계통사업자, 제작사, 연구기관 및 표준기관이 참여한 3번의 국제 워

크숍과 산업계의 광범위한 자문을 통해 작성되었다. 워크숍을 통해 전력계통 분야에

서 현재 채택하고 있는 자산관리의 실행방법을 확인하고, 표준이 기여할 수 있는 부

분에 대해 핵심 산업계 대표자의 의견을 청취하였다. 또한 2번의 설문을 통하여 전력

계통사업자의 현재 자산관리 현황(설비구성, 사용연수 등)과 관리방법을 조사하였다.

많은 선진국의 전력계통은 노후화된 자산으로 인해 심각한 도전에 직면해 있다. 많

은 국가의 전력계통은 1940년대 - 1980년대에 걸쳐 빠른 속도로 성장하였지만, 최근

에는 성장이 둔화되고 있다. 따라서 많은 중요설비는 예상 한계수명에 근접하거나 초

과하여 운전되고 있다.

특히 많은 선진국 자산의 사용연수와 현재와 같은 느린 교체율로 볼 때, 자산을 교

체하는데 수백 년이 걸릴 수도 있으며, 이는 전력계통의 신뢰도에 대한 중요한 문제

로 대두될 수 있다.

설비의 노후화는 단순히 설비의 열화만을 의미하는 것이 아니다. 이는 유지보수를

수행하기 위한 숙련되고 전문화된 인력, 또는 노후화된 설비를 자산관리 측면에서 처

리할 수 있는 경험 많은 인력이 산업계에서 사라진다는 사실을 포함한다.

노후화된 설비는 개도국 또는 최근에 설치된 전력계통에는 큰 도전이 아닐 수 있으

나, 최적 기술에 대한 이해, 관리방법의 선택, 그리고 해결할 수 없는 어려운 규제나

재원조달 환경은 개도국에게는 매우 어려운 문제일 수 있다.


｜시험 및 유지보수 절차｜

국제 표준이 기여할 수 있는 첫 번째 영역은 전력계통을 유지보수하기 위해 무엇을

시험하고, 어떤 후속 유지보수 업무가 따라야 하는지를 결정하는 것이다. 예를 들어,

변압기의 건전도를 시험하는 방법에는 다양한 접근방법이 있으며, 국제 표준을 통해

다양한 유지보수 전략(예를 들어, 시간기준 또는 위험기준 유지보수) 중에서 전력계통사업자

가 원하는 방법을 선택할 수 있다. 전력계통사업자는 그들의 환경에 맞게 운영해야

하기 때문에 표준이 특별한 방법을 규정하는 것은 적절치 않다. 그러나 표준은 다양

한 시험 및 유지보수 방법의 선택에 대한 우수사례를 제시할 수 있다.

｜성능지표 및 신뢰도 분류 정의｜

전 세계 전력계통사업자는 평균 계통 정전기간 지수(SAIDI), 고객당 평균 정전기간

과 같은 건전도 평가지수를 사용하지만, 이러한 지표는 나라마다 다르게 계산된다.

특히 고객만족도와 같은 비기술적인 지표의 경우에는 더욱 심각하다. 표준화된 계산

방법이 없으면 다른 전력계통이나 자산관리 사례를 벤치마킹하는 것은 매우 어렵다.

따라서 성능지표, 기술적/비기술적 지표를 정의하고, 이를 계산하는 방법을 제시하

는 것은 표준의 가장 큰 역할이다. 이를 통해 세계적으로 전력계통의 성능과 다양한

자산관리 사례의 효과를 측정하고 평가하는데 공통된 언어를 확보할 수 있다.

표준은 계통의 신뢰도를 다양하게 분류하고, 그러한 신뢰도를 성취하는데 필요한

유지보수 및 시험 방법을 정의하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 표준 레벨 1이 고신

뢰도 계통(병원이나 반도체 제조설비 등 예민한 부하에 적용되는)을 의미하고, 이것을 충족시

키기 위한 필요조건을 정의한다면, 이는 어느 정도 정전이 용인되는 레벨 3의 저신뢰

도 계통의 필요조건과는 많이 다를 것이다.

국제 표준을 통해 특정 신뢰도를 확보하기 위한 필요조건을 정의함으로써, 전력계

통사업자와 이해관계자가 자산의 성능 목표를 달성하기 위한 관리와 투자계획에 대

해 공통으로 이해할 수 있는 기틀을 마련할 수 있다.


｜자산관리 - 평가 및 우선순위｜

설비의 적절한 건전도와 이를 달성하기 위한 유지보수 방법의 선택을 위해, 관련 정

보의 확보는 자산관리에서 가장 중요한 부분이다. 이와 함께 자산관리의 또 다른 중

요한 역할은 재정자원, 설비 및 인력 등에 대해 다양한 방법으로 평가하고, 주어진 조

건에 따라 여러 방법 중에서 우선순위를 정하는 것이다. 설비에서 특정한 고장이 발

생할 가능성과 그 고장에 따른 영향을 분석하는 위험도 기반의 평가방법은 전 세계적

으로 자산관리에 있어 우선순위를 정하는 일반적인 방법이다. 우선순위를 정하는 일

반적인 접근방법은 서로 비슷하지만 구체적으로 들어가면 다른 점이 많다. 예를 들

어, 위험도 매트릭스의 계산에는 다양한 방법이 있고, 우선순위 결정에도 다양한 방

법이 있다. 정교한 방법으로(이력 데이터 기반) 설비의 잔여 예상수명을 평가하고, 미래

의 재정을 반영한 관리방법을 설정하기 위한 많은 접근방법이 있으며, 이와 관련한

정보도 다양하다. 여기서 표준은 특정 접근방법을 강요하는 것이 아니라, 사용 가능

한 방법에 대한 사례를 제공하고, 각 방법에서의 계산법 등을 표준화해서 전략계통사

업자와 이해관계자가 공통된 언어로 서로를 이해하는데 중요한 역할을 수행한다.

｜고장 데이터베이스 및 대응방법 선택 ｜

보다 정교하게 전력계통을 운영하기 위해서는 설비목록별 포괄적인 이력 데이터 및

설비별 고장유형과 빈도의 확보가 필요하다. 그러나 이러한 데이터베이스는 깊이와

넓이에서 매우 다양하고, 계통사업자가 타 기관으로부터 관련정보를 획득하기는 더

욱이 어려우며, 많은 소규모 사업자는 자신의 데이터베이스에서 통계적으로 유효한

정보를 확보할 수 있는 충분한 설비를 보유하지 못할 수도 있다.

따라서 전력설비의 고장과 성능이력에 대한 집중화된 국제적 데이터베이스는 이해

관계자에게 큰 이익이다.

이러한 이력 데이터로 고장을 장기적으로 추적하면, 설비의 사용방법에 따라 고장

경향을 파악할 수 있게 된다. 비슷한 예로 항공산업에서는 특정 부품별 데이터베이스


를 시스템적으로 확보하여 미래의 재난적 고장을 예방하는데 사용되어 왔다. 여기서

표준은 이력이 어떻게 유지되어야 하는지를 정의하는데 중요한 역할을 할 수 있다.

표준은 또한 특정 설비고장에 대한 대응방법을 제공한다. 설비 유지보수 기술이 변

하고 혁신적인 방법이 출현함에 따라, 전에는 생각하지 못했던 많은 대응방법을 전력

계통사업자가 사용할 수 있게 되었다. 공통된 고장을 분류하고, 이에 대한 우수 대응

사례를 제시함으로써, 표준은 전력계통사업자가 적절한 대응방법을 선택하고, 다양

한 이해관계자에게 이 선택이 효과적임을 설득할 수 있다.

｜새로운 표준에 대한 이해관계자｜

자산관리의 표준은 전력계통 산업에 연관된 많은 기관에 큰 이익을 줄 수 있다. 계

통사업자 및 관련된 자금조달/규제기관이 중요한 수혜자이며, 주요 제작사에게도 큰

이익이 된다. 전력계통 설비의 제작사와 유지보수 업체는 자산의 유지보수에 대한 많

은 도전에 직면해 있다. 때로는 수십 년이 지난 설비를 유지보수하고, 사용자가 설비

를 사용할 수 있도록 보증하기 위해 필요한 설비와 사람을 운용하거나, 심지어 관련

분야의 수요가 줄어들어도 빠르게 변하는 기술을 따라 가며 대응해야 한다. 이러한

어려움에 대응하기 위해서는 제작사와 고객이 긴밀하게 소통하여, 제작사가 미래의

수요를 예측하고 산업계에서 필요한 사업을 계획해야 한다.

표준과 국제적으로 인정되는 지침은 자산관리 패턴, 고장률, 설비 성능 이력에 관한

공통된 언어와 데이터를 통해 전력계통 설비 제작사에게 이익이 된다.

｜새로운 표준의 범위｜

본 연구의 여러 단계에 걸쳐 전력계통사업자, 제작사 그리고 전력산업 이해관계자

는 자산관리에 대한 표준의 세부내용 뿐만 아니라, 표준의 적용범위에 대해서도 열정

적으로 참여하였다. 전 세계의 전력계통은 운영측면이나 성능측면에서 크게 변하고

있다. 이런 상황에서 표준은 지나치게 규범적이지 말아야 하며, 계통사업자는 그들의


상황에 적합한 운영방법을 자유롭게 선택할 수 있어야 한다.

표준은 전력계통 자산관리에 대해 하나의 특정사례를 따르도록 강요하지 말아야 한

다. 또한 표준이나 지침은 계통사업자에게 잘 정의된 적용방법을 제공해야 하며, 그

들의 환경과 필요에 가장 적합한 적용사례를 선택할 수 있도록 하여야 한다.

전력계통 산업에서 자산관리에 대해 새로운 표준과 지침이 만들어 질 수 있으며, 이

런 표준과 지침은 다음을 포함한다.

● 주요 설비의 점검, 진단방법 및 기준

● 결함의 측정 및 고장 데이터

- 분석 방법, 주요 설비에 대한 일반적인 열화 모델이나 결함

- 교체에서부터 부분적인 교체 또는 개선에 이르기까지, 주요 설비 보수에 대한 우

수사례

● 주요 설비의 수명 추정방법

● 수명주기 비용 계산

● 위험도 평가 방법

● 주요 설비에 대한 건전도 지수의 계산

● 자산관리에 대한 우선순위 설정 방법

● 시스템 성능 지표(CAIDI, SAIDI, SAIFI 등)

전력계통 분야는 중요한 변화를 격고 있으며, 자산관리는 전 세계 대부분의 전력계

통사업자에게는 큰 도전으로 남아 있다. 자산관리에 대한 공통된 언어와 지표를 정의

하거나, 전력계통사업자와 이해관계자에게 우수사례를 제공하는 국제 표준이 거의

없다. 따라서 현재의 자산관리 방법이 크게 변하고 있음을 고려해 볼 때, 새로운 표준

을 제정하는 것은 길고도 도전적인 일이라 할 수 있다. 그럼에도 불구하고 본 연구를

통해 중요한 결과를 얻을 수 있었으며, 그 결과의 조속한 적용을 IEC는 권고한다.


본 백서는 IEC 시장전략위원회 산하 전력계통의 전략적 자산관리 연구팀에 의해

수행되었다. 연구팀은 전 세계의 전력계통사업자, 제작사, 연구기관의 대표를 포

함한다. IEC는 이해관계자로부터 다양한 의견을 수용하기 위해 Tokyo(2014.12.),

Washington DC(2015.2.) 및 Paris(2015.4.)에서 3번의 워크숍을 개최하였다. 이 워크

숍에는 전력계통사업자, 제작사, 연구기관 및 표준기관이 참석하였으며, 자산관리에

대한 현재의 접근방법과 전력계통 자산관리의 표준 또는 지침이 전력계통 사업에 가

져올 수 있는 이점에 대해 토론하였다. 마지막으로 IEC 연구팀은 2번의 설문조사를

실시하였다. 하나는 전 세계 전력회사의 자산에 관한 것이며, 다른 하나는 그들이 현

재 자산관리를 어떻게 수행하고 있는지에 대한 정보이다.

Workshop presenters and panelists

Ms. Edmea Adell, President, ASSETSMAN, Representative of ISO, France

Mr. Eric Andreini, Asset Management Senior Advisor, RTE, France

Mr. Jim Dieter, Head of US Delegation to ISO PC/251 for ISO 55000, US

Mr. Derrick Dunkley, New Technology Specialist, National Grid, UK

Dr. Hisatoshi Ikeda, Chairman of IEC ACTAD, Japan

Mr. Bernd Keller, Head of Solution Management, SAP AG, Germany

Mr. Rob Manning, Vice President Transmission, EPRI, US

Mr. Hirofumi Matsumura, Senior Director, SAP, Japan Co., Japan

Mr. John McDonald, Director, GE Digital Energy, IEEE Fellow, US

Mr. Michael Moy, Director, Asset Performance and Investing Strategy,

Commonwealth Edison, US

Dr. Tatsuki Okamoto, Executive Research Specialist, CRIEPI, Japan

⋮감사의 글⋮


Mr. Gerald Sanchis, French member of CIGRE WG C1.25, RTE, France

Dr. Yasuyuki Tada, Hitachi, Japan

Mr. Kyoichi Uehara, Chief Specialist, T&D Systems Div., Toshiba, Japan

Mr. Mark Waldron, Chairman of Technical Committee, CIGRE, UK

Contributors(설문조사 응답자 및 초안에 대한 의견 제시)

CLP Power, Hong Kong

Duke Energy, US

EDF, France

The Federation of Electric Power Companies of Japan

Fingrid, Finland

First Energy Corp, US

Portland General Electric, US

The Salt River Project, US

TenneT, Germany and Netherland

Terna, Italy

Project team members

Mr. Toshiro Takebe, Project Leader, IEC MSB Member, TEPCO

Dr. Glenn Platt, Project Partner, N.OGEE Consultants

Mr. Peter Lanctot, Secretary, IEC

Mr. Yoshiro Asami, TEPCO

Dr. Per Lund Christer, DNV GL

Mr. Achim Krueger, SAP

Dr. Bess Yi Fung Ng, DNV GL


Mr. Zoltan Nochta, SAP

Mr. Hiroki Shigetsugu, TEPCO

Mr. Alan Southall, SAP

Mr. Yoshimitsu Umahashi, TEPCO

약어 목록 302

용어집 304

1장 서론

2장 현황

2.1 시장 개요 309

2.2 수명 고려사항 313

2.3 재정적 고려사항 315

2.4 주요 자산관리 도전과제 316

2.5 전통적 자산관리와 미래 자산관리 317

3장 자산관리 지표

3.1 자산 모니터링 및 유지보수 322

3.2 고장 및 열화 모드 326

3.2.1 운전 수명 정의 327

3.2.2 대책 수립 331

3.3 수명주기 비용과 경제성 분석 332

3.4 설비 및 고장 데이터 기록 333

4장 위험도 분석 및 우선순위

4.1 위험도 분석 336

4.1.1 위험도 매트릭스(영향 평가) 337

4.1.2 위험도 매트릭스(빈도 분석)) 343

4.2 건전도 지수 344

4.3 계통 분석 345

⋮목차⋮

4.4 우선 순위 346

4.4.1 건전도 지수를 이용한 우선순위 346

4.4.2 위험도 매트릭스를 이용한 우선순위 347

4.4.3 위험도 점수를 이용한 우선순위 347

4.4.4 우선순위 및 표준 348

4.5 중장기 전략 및 기타 분석 349

5장 자산소유자의 결정

5.1 신뢰도 지표 352

5.2 재무 지표 356

5.3 안전 357

5.4 고객에 미치는 영향 358

5.5 직원에 미치는 영향 358

5.6 자산 공급 사슬을 위한 자산관리 표준 359

6장 기존 표준과 지침

6.1 ISO 55000 시리즈 및 PAS 55 361

6.2 기타 표준 362

6.3 표준화 - 배제하는 것 363

7장 결론 및 권고사항

7.1 주요 권고사항 367

부록

부록 A ⋮ 모니터링 및 유지보수 절차, 주기 369

부록 B ⋮ 전력계통 설비의 열화 모드 380

부록 C ⋮ 일반 전력계통 자산의 고장 및 고장률 385

부록 D ⋮ 전력계통 자산의 건전도 지수 390

참고문헌 395



ACRM alignment, capability, resources, motivation

APC availability percentage

CAIDI customer average interruption duration index

CBM condition-based maintenance

CIM common information model

CM corrective maintenance

EBITDA earnings before interest, taxes, depreciation, and amortization

FMEA failure mode and effects analysis

IROL interconnection reliability operating limit

NEL non-entry level

OHL overhead line

PAS publicly available specification

PCB polychlorinated biphenyl

RCM reliability-centred maintenance

SAIDI system average interruption duration index

SAIFI system average interruption frequency index

SOL system operating limit

TB technical brochure

TBM time-based maintenance

XLPE cross-linked polyethylene

약어 목록


기구, 기관, 회사

BCTC British Columbia Transmission Corporation

CEER Council of European Energy Regulators

CIGRE Conseil International des Grands Reseaux Electriques

(International Council on Large Electric Systems)

ComEd Commonwealth Edison

EDF Electricite de France

GFMAM Global Forum on Maintenance and Asset Management

IAM Institute of Asset Management


IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

ISO International Organization for Standardization

KEMA Keuring van Elektrotechnische Materialen te Arnhem

MSB Market Strategy Board (of the IEC)

NGET National Grid Electricity Transmission, Great Britain

OFGEM Ofce of Gas and Electricity Markets, Great Britain

SMRP Society for Maintenance and Reliability Professionals


• 자산 asset ｜ 회로 차단기(circuit breaker), 가공선 (overhead line), 변압기나 지중선과 같은 전기

네트워크 장치의 주요 품목

• 케이블 ｜ 전기 전송이나 배전용으로 지중에 배선되거나 가공선에 이용되는 고용량 전기 도선

• 회로 차단기(circuit breaker) ｜전기 단락에 의한 원인에 의한 손상으로부터 전기 네트워크

의 부분을 보호하는 자동적으로 작동되는 전기 스위치

주의, 회로 차단기의 일반적인 유형은 공기, 기름이나 가스 회로 차단인데, 이들 모두는 궁극

적으로 같은 기능을 가지나, 전기의 흐름을 어떻게 차단하는지에 따라 다르다.

• 도선 ｜전기를 전달하는 전선

• 분산 발전 ｜전력을 공급하는 특정 부하에 가깝게 위치하는 소규모 발전

• 배전 ｜ 표준 사전적 정의를 적용할 때를 제외하고, 송전 공급 점들(일반적으로 변전소들)과 개

별 고객 사이의 전기의 전송

• 전기 망 ｜전기 소자들의 내부적 연결, 백서에서의 문맥으로는, 전기 네트워크는 발전소에서

가정, 건물과 공장을 연결하는 가공선, 케이블, 변압기와 회로 차단기와 같은 소자들의 시스

템이다.

• 고전압 ｜69 kV 와 230 kV 사이의 전압

• 망 ｜전기 망을 보라

용어집


• 망 운전자 ｜전력망의 유지와 작동에 책임이 있는 조직

• 정전 ｜발전, 송전 망이나 관련된 원천이 서비스할 수 없는 기간

• 가공선 ｜큰 타워나 기둥에 매달린 전기 도선으로 구성되어, 전기에너지를 먼 거리로 운반하

는데 이용되는 구조물

• 광발전 (PV) ｜태양으로부터의 에너지를 전기로 직접 전환하는 기술

• 전력시스템 / 전력망 ｜전기 망을 보라.

• (고압용) 개폐기 ｜회로 차단기와 같은 장치용의 일반적인 용어

• 변압기 ｜전기 망에 전기의 전압을 증가시키거나 감소시키는 장치

• 송전 ｜고전압 전기가 발생된 곳으로부터 배전용이나 고객용으로 낮은 전압의 지점까지 전

송하는 것

• Utility (전기, 수도, 가스 등 공익적 시설) ｜망 운전자를 보라.

• 전압 ｜전기 장치의 주요 요소중의 하나. 기준 전극과의 전기 전위차의 측정


서로 다른 특성, 복합적인 구성 및 분산되어 있는 자산을 관리하는 것은 전력계통 산업

이 직면하고 있는 주요한 도전과제 중 하나이다. 불행하게도 전 세계적으로 자산관리의

실행에 사용되는 용어나 지표가 서로 다를 뿐만 아니라 접근방법도 크게 다르다. 이러한

다양성은 자산관리 실행의 질과 사업에 미치는 이익에도 많은 영향을 준다.

이와 같은 현재의 자산관리 접근방법에 대한 다양성을 감안할 때, 표준화 작업은 전력

계통 자산관리 접근방법 및 결과를 개선시킬 수 있는 중요한 기회이다. ISO나 IEC와 같은

기관에 의한 국제 표준은 회사 경영진과 엔지니어가 동일한 용어와 지표로 자산관리 실

행을 논의할 때 사용할 수 있다. 또한 표준은 특정한 자산관리 접근방법을 최적화하는데

사용할 수 있으며, 이러한 새로운 접근방법을 다른 분야에 적용할 수 있도록 도움을 주

고, 조직 사이의 실행방법을 쉽게 비교할 수 있도록 한다.

ISO 55000 (2014)에 따르면 자산관리의 이점은 다음과 같다.

● 재무적 성과 향상

● 자산 투자 결정을 위한 정보 제공

● 위험도 관리

● 서비스 및 출력 향상

● 사회적 책임 입증

● 규정 준수

● 사회적 평판 향상

● 조직의 지속 가능성 개선

● 효율성 및 효과 증대

1장

서론


IEC에서 설문조사한 결과에 따르면 전력계통사업자의 자산관리 이점은 다음과 같다.

그림 1-1은 자산관리에 대한 개념적 모델을 나타낸 것이다1. 자산관리 전략 및 계획과

자산관리 의사결정(그림 1-1 가운데)은 자산관리의 핵심이며, 조직적인 전략적 계획과 자산

인식 시스템으로 활용한다.

그림 1-1과 같이 표준이나 지침은 자산관리 실행의 모든 단계에서 중요한 역할을 한다.

본 백서는 표준이나 지침이 전력계통에 어떤 이점을 주는지, 그들의 사업에 자산관리를

어떻게 적용하고 실행하는지를 검토하였다. 제2장에서는 전력계통의 현재 자산 현황과

계통에서 직면하고 있는 일부 심각한 위험에 대해 설명하였다. 제3장에서 제5장까지는

현재의 전력계통 자산관리 절차에 대해 설명하고 있으며, 참고 가능한 표준을 다루었다.

제6장에서는 기존의 표준 중에서 자산관리와 관련된 IEC 국제 표준을 검토하였으며, 제7

장에서는 결론과 권고사항을 제시하였다.

본 백서에서는 출처에 근거하여 정보를 제공하고 있다. IEC와 ISO 국제 표준에 존재하

는 자산관리 외에도 CIGRE 문헌을 참고하였다. 전 세계 이해관계자의 의견을 청취하기

위해 Tokyo(2014.12), Washington DC(2015.02), Paris(2015.04)에서 3번의 워크숍을

개최하였다. 이 워크숍에는 전력계통사업자, 제작사, 연구기관 및 표준기관이 참석하였

으며, 자산관리에 대한 현재의 접근방법과 전력계통 자산관리의 표준 또는 지침이 사업

운영적 재정적

• 자산에 대한 더 많은 지식

• 장기 투자 계획에 대한 지침 제시

• 장기 자원 요구 확인

• 목표 성능 도달

• 자산유지 계획 가능

• 비용 또는 자금 지출 근거

• 계획된 비용 증가

• 반응적 비용 감소

• 계획에 대한 투명성 향상


에 가져올 수 있는 이점에 대한 의견을 청취하였다. 마지막으로 IEC 연구팀은 2번의 국제

설문조사를 실시하였다. 하나는 전 세계 전력회사의 자산에 관한 데이터를 요청하였으

며, 다른 하나는 그들이 현재 자산관리에 어떻게 접근하고 있는지에 대한 정보를 요청하

였다. 이렇게 조사된 결과는 본 백서를 통해 설명하였다.

⋮그림 1-1⋮ 자산관리의 개념적 모델1

조직적인 전략적 계획

소비자

조직 및 개인조력자

자산 관리전략 및 계획

취득

운전

유지폐기자산 관리

의사 결정

자산 지식 조력자

수명 주기

위험도및

검토

법률 투자자 상업 환경


｜ 2.1 시장 개요 ｜

대다수의 선진국에서 전력망의 건설은 20세기 전반에 걸쳐 빠르게 성장하였으며, 전

력수요 증가와 확산으로 인해 지속적인 성장이 이루어졌다. 하지만 오늘날 다수의 선진

국에서는 수요 증가가 급격히 느려지거나 멈추었다. 또한 기존의 전력계통 사업은 태양

광과 같은 새로운 유형의 분산전원에서부터 최대 부하를 억제하거나 비용을 줄여야 하

는 규제까지 여러 압력을 포함하는 중대한 도전에 직면하고 있다. 이러한 변화는 전력계

통의 설비를 건설하는데 지대한 영향을 미치고 있다.

그림 2-1은 CIGRE TB 176(2000)2에 제시되어 있는 여러 전력계통 자산의 사용연수

분포이다. 1998년(가로축 0)을 기준으로 설비의 절반이 20~35년 전(1963~1978)에 설치되

었다. 21세기 초반에는 새로운 발전설비와 관련된 새로운 송배전 인프라 구축에 대한 요

구와 전력수요의 증가보다는 분산전원의 병합으로 일부 전력시장이 재성장하였다.

그림 2-23는 미국의 전력수요 성장이 1950년대 이후 둔화된 것을 보여 준다. 그림

2-34은 미국의 송전 건설을 보여준다. 1970년도부터 2000년까지 가파른 하락을 보이

고 있으며, 이로 인해 날씨와 관련된 정전빈도가 증가하였다고 백악관 보고서가 보고

2장

현황


⋮그림 2-2⋮ 미국의 전력수요 성장, 1950-2040 (%, 3-year moving average)3

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030 2040

-2

0

2

4

6

8

10

12History 2011 Projections

3-year moving average

Trendline

Pop

ulat

ion

0-5

0

6000

3000

9000

1000

7000

4000

10000

2000

8000

5000

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

자산 수명추정 범위

Gas CB

Transformers Indoor Gis E/mech Prot

Oil CB Air CB Bay Assets

⋮그림 2-1⋮ 변전설비의 사용연수 분포2


선로

거리

(mile

s)

년도

10,000

8,000

6,000

4,000

2,000

0

(2,000)

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

⋮그림 2-3⋮ 미국의 송전 건설4

설비

총합

계 비

율

Age

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%0~5 6~10 11~15 16~20 21~25 26~30 31~35 36~40 41~45 46~50 51~55 56~60 61~

⋮그림 2-4⋮ 개발도상국 전력계통 자산의 사용연수 분포


설비

총합

계 비

율

Age

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%0~5 6~10 11~15 16~20 21~25 26~30 31~35 36~40 41~45 46~50 51~55 56~60 61~

⋮그림 2-5⋮ 선진국 전력계통 자산의 사용연수 분포

설비

총합

계 비

율

Age

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%0~5 6~10 11~15 16~20 21~25 26~30 31~35 36~40 41~45 46~50 51~55 56~60 61~

⋮그림 2-6⋮ 신규 설비를 설치하고 있는 선진국 전력계통 자산의 사용연수 분포


하였다 5. 본 연구의 일환으로 IEC는 전력계통 자산의 사용연수 분포를 파악하기 위해 국

제 전력계통사업자에게 설문조사를 실시하였다. 미국, 호주 및 일본과 같은 선진국은 오

래된 자산을 보유하고 있으며, 개발도상국은 상대적으로 젊은 자산을 보유하고 있다.

그림 2-4와 같이 개발도상국의 전력용 변압기 사용연수는 상대적으로 젊은 분포를 나

타내고 있다. 그림 2-5와 같이 선진국의 자산은 최근 설치한 설비가 있음에도 불구하고

대부분은 아주 오래된 것이며, 업그레이드나 개선이 되지 않은 것으로 볼 수 있다. 그럼

에도 불구하고 그림 2-6과 같이 일부 선진국은 설비 업그레이드 및 개선이 빠르게 진행

되고 있다. 그림 2-4, 그림 2-5 및 그림 2-6은 연구팀이 전력계통 운전자의 설문을 통하

여 수집된 데이터를 기반으로 하였다.

｜ 2.2 수명 고려사항 ｜

2.1의 사용연수 통계를 보면, 대다수 국가의 설비 업그레이드 속도는 수명이 다해 가는

노후화된 설비의 수보다 현저하게 느린 것을 알 수 있다. 일부 나라에서는 노후 설비 교

체가 비교적 신속하게 이루어지고 있는 반면에, 다른 나라에서는 노후화된 설비를 전부

OHL wire Tower Cable Transformer Switchgear

Utility A 47 399 112 110 80

Utility B 68 178 278 93 45

Utility C 758 179 63 124 172

Utility D 276 327 n/a 59 41

Utility E 96 174 42 49 47

⋮표 2-1⋮ 노후화된 자산의 추정 교체연수(5개 전력회사)


종류계통전압

(kV)추정 평균 수명

(년)표준편차

(년)자산 수명 변동 원인

차단기Air

100-199200-275

≥345

41(30-50)41(30-50)40(30-50)

666

정격 요구, 결함 변화, 유지 보수 비용, 예비품 노후화, 기계적 마모, 안정성, 실링 문제

Oil110-199200-275

≥345

42(30-50)41(30-50)38(30-45)

666

정격 요구, 결함 변화, 유지 보수 비용, 예비품 노후화, 기계적 마모, 안정성, 실링 문제

Gas110-199200-275

≥345

43(30-50)42(30-50)42(30-50)

666

정격 요구, 결함 변화, 유지 보수 비용, 예비품 노후화, 기계적 마모, 안정성, 실링 문제, SF6 환경 규제

BayGS/접촉자CTs-OilCVT`s

≥110 ≥110 ≥110

42(30-50)39(30-50)39(30-45)

877

정격 요구, 유지 보수 비용, 부식, 기계적 마모 설계 취약, 실링 문제 수분 침투, 절연유의 PCB 오염

변압기 ≥110 42(32-55) 8설계 취약, 부하, 절연지 또는 절연유 열화, 시스템 결함, 예비품, 정격요구, 고온, 습도

전기, 기계적 방호

- 32(20-45) 9마모, 접점 침식, 신뢰성, 녹, 극한 기온, 숙련 기술, 예비품, 기능성, 시스템 설계 변경

ACSR-OHL일반환경오염과다

≥110 ≥110

54(40-80)46(30-70)

1415

기수, 환경, 부식, 도전체 그리스 농도, 연면방전, 기계적 피로, 애자고장, 바람, 설계, 얼음 적제, 오염 농도, 재료 품질, 케이블 접속부, 침전, 고온

각재 철탑 ≥110 63(35-100) 21기후, 환경, 부식, 유지 보수, 아연 도금 부족, 접지 조건, 콘크리트 조각, 격자 틀 부식, 철/콘크리트 접합

목주 44(40-50) 4 보존처리, 썩음, 딱따구리, 곤충, 바람, 침전

OF 케이블

≥110 51(30-85) 20환경적 문제(누유), 되메움, 시스(오일 보강 테이프) 부식, 전기적/열기계적 스트레스, 부하, 결정 리드 시스

⋮표 2-2⋮ 자산의 수명 추정2


교체하기 위해 수백 년이 걸린다. 표 2-1은 본 연구팀에 의해 수집된 전력 자산의 사용연

수에 기반한 데이터로, 설비 총 합계에 연간 교체된 설비 수를 나누어 추정 교체연수를

나타낸 것이다.

표 2-2는 CIGRE TB 1762에서 전력계통 설비의 사용수명을 조사한 결과이다. 전력계

통사업자의 교체율을 보면 설비의 대다수가 예상되는 운전수명 이후에도 오랫동안 교체

되지 못하고 있는 것을 볼 수 있다.

｜ 2.3 재정적 고려사항 ｜

노후화된 설비와 상대적으로 늦은 교체율은 기술적 문제뿐만 아니라, 매우 심각한 재

정적인 문제를 포함하고 있다. 자산의 연수를 신뢰도에 미치는 영향이나 정전 예측에 직

접적으로 환산하기는 어렵지만, 잘못된 자산관리는 결국 추가적인 정전에 영향을 미치

며, 이러한 정전은 상당한 비용을 초래한다.

Billions of 2012 USD

⋮그림 2-7⋮ 미국의 날씨 관련 정전 예상 비용5

10

20

30

40

50

60

70

80

02003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

예상 범위


예를 들어, 그림 2-7은 백악관 자료5에 언급된 미시적 분석을 참고하여 미국의 날씨

와 관련된 정전으로 인해 발생된 비용을 추정한 것이다. 다른 예로는 영국의 규제 기관인

OFGEM의 미시적 분석으로, 영국의 계통운영자인 NGET의 문서에 의하면 안정도 향상

에 대해 상세히 기술되어 있다. 이 문서에 의하면 “부하의 손실가치는 MWh당 16,000 파

운드”라고 명시하고 있다 (2009/2010 가격)6.

｜ 2.4 주요 자산관리 도전과제 ｜

전 세계의 전력계통 설비를 검토하면 자산관리에는 4가지의 중요한 도전이 존재한다.

이러한 도전은 전력의 품질과 안정적 공급에 대해 상당한 위험을 야기한다. 이러한 이

유로 오늘날 기업은 전력계통 사업의 거대한 도전과제 중 하나인 설비 개선과 유지보수

를 어떻게 실행할 것인가를 결정해야 한다. 이러한 문제는 전력계통사업자에게만 해당하

1) 대다수 설비는 20세기에 건설되었고, 여전히 운전되고 있으나 머지않아 설계 수명을 초과

하여 운전될 것이다.

2) 오래된 설비가 잘 운전된다 할지라도 기술지원이나, 수십 년 전에 설계되고 제조된 설비의

예비품을 구하는 것이 어려울 수 있다.

3) 대부분의 경우, 현재와 같은 교체 속도로는 노화된 설비를 전부 교체하기 위해 수백 년이 걸

릴 것이다.

4) 노후화된 설비가 대량으로 존재하기 때문에 동시다발적으로 심각한 고장이 발생될 수 있으

며, 이를 처리하기 위해 더 많은 전력계통 설비가 갖춰 있어야 한다.


는 것은 아니다. 이는 공급망, 생산능력 및 전문성을 유지해야 하는 설비 공급자와 이해

관계자에게도 큰 도전과제이다.

불행하게도, 접근방법, 용어 및 지표의 다양성으로 인해, 전 세계적으로 자산관리 절차

는 크게 다르며, 대부분의 전력계통사업자는 광범위한 산업 조건에서 거의 지침도 없이

자산관리를 스스로 결정해야 한다.

본 연구팀은 전력계통사업자의 현재 자산 현황과 관리방법에 대해 조사하였으며, 더

나아가 자산관리에 대한 주요 도전과제도 정리하였다.

｜ 2.5 전통적 자산관리와 미래 자산관리 ｜

전 세계 전력계통사업자가 간단하고 통일된 자산관리 절차를 구축하게 된다면, 큰 이

점을 얻을 수 있으며 자산관리 절차는 지속적으로 진보될 것이다. 워싱턴에서 개최된 자

산관리 IEC MSB 워크숍에서 시카고의 Commnonwealth Edison은 다음과 같이 기존

의 자산관리와 미래 자산관리를 비교하였다.

1) 유지보수에 대한 국제 표준의 미비

2) 산업 전반에 걸쳐 설비 교체 기준의 통일성 부족

3) 노후화된 설비의 관리 및 유지보수에 숙련되고 전문화된 인력의 확보 어려움

4) 노후화된 설비 관리

5) 어떤 우선순위로 투자할지의 결정


1) 전통적 자산관리

a) 직관과 경험을 바탕으로 과거 성능 데이터에서 고장 추정

b) 개별적인 자산의 상태나 위험도 및 중요도를 고려하지 않고, 전체 자산이나 부품의 분포

에 대한 자산관리의 편견

c) 시스템 및 부품의 건전도에 대한 제한된 견해 : 측정에서 일관되고 반복된 절차 없음

2) 미래 자산관리

a) 표준화되고 반복적인 절차에 따른 시스템 및 부품 상태에 대한 폭넓은 견해

b) 각 등급에 대한 개별 자산(예를 들어 변압기, 전주, 지중케이블)의 건전도 점수를 토대로, 입력

된 사실을 기반으로 개별 자산의 사고율 제공

c) 개별 자산의 건전도 지수 평가를 기반으로 유지보수 실행 - 예를 들어, 완화/느린 열화로

건전한 상태로 자산을 관리할 수 있는 기회 제공

d) 위험도 평가를 연결함으로써 시스템에 심각한 위험을 야기하는 개별 자산을 대상으로 특

화된 유지보수 가능성 증가


자산관리의 실행은 다음과 같이 3가지 기능으로 구분할 수 있다. CIGRE TB 4227와

CIGRE TB 597 8은 핵심 기능을 그림 3-1과 같이 구분하였다.

CIGRE TB 5419은 자산관리를 다음과 같이 분류하고 있다.

3장

자산관리 지표

1 ) 자산소유자 : 회사 전체의 가치를 확대하도록 목표를 설정하는 사람

2) 서비스 제공자 : 자산의 데이터 수집과 유지보수와 같은 현장 운영을 제공하는 사람

3) 자산관리자 : 위 2개의 그룹을 총괄하는 역할을 수행하는 사람

● 자산의 상태평가 및 모니터링

● 한계수명 문제

● 자산관리 의사결정 및 위험관리

● 전력망 개발

● 유지보수 절차와 의사결정

● 자산의 데이터와 정보 수집


자산관리를 위한 업무 흐름은 다음과 같다.

서비스 제공자는 자산관리자를 위하여 1)∼7)을 수행한다. 8)은 자산소유자의 요구에

따라 자산관리자가 수행한다.

⋮그림 3-1⋮ 자산관리 기능과 정보 교환

전략적 단계

전술적 단계

운영 단계

생산 설계

작업 명령

성과

자산 데이터집행 보고서

서비스 제공자 “일을 올바르게 하다”

자산관리자 “올바른 일을 하다”

자산소유자

· 전반적인 비즈니스 전략

· 목표설정(사업가치)

· 금융 : 관세설정 및 청구

· 규제기관과 고객과의 접점

· 투자 전략 및 프로그램

· 유지보수 전략

· 표준화

· 데이터 관리

· 프로젝트 관리

· 기술 상담

· 실현(유지보수 및 엔지니어링)

· 데이터 수집 및 처리

역할(예)

1) 설비 구성 및 운전

2) 설비 데이터베이스 준비

3) 설비 점검 및 진단

4) 설비 이상/사고 발생

5) 열화 모드 조사, 이상/사고 원인 규명

6) 비정상 데이터베이스 준비

7) 설비의 사용수명을 고려하여 조치 계획 작성

8) 재정 상태를 제한하는 요소를 고려하여 제한된 해결방법의 비교로 어떤 대책을 취할 것인

지 결정


현재 전력계통 설비와 관련된 IEC 국제 표준은 다음과 같다.

IEC 국제 표준은 일반적으로 제작사로부터 제품을 구입하거나 시스템의 설계시에 사

용된다. IEC 국제 표준에서 전력계통의 자산관리를 다루는 것은 거의 없다. 이 중에서 자

산관리에 초점을 맞추고 있는 것으로 잘 알려져 있는 유일한 IEC 국제 표준은 변압기 가

스분석을 다루고 있는 IEC 60599이다. 이 시험방법 외에는 자산관리의 기술적 측면에

대해 전력계통사업자에게 안내할 것이 거의 없다. 어떤 시험이 얼마나 자주, 어떤 기준

을 채택할지에 대해서는 스스로 결정하여야 한다. 뿐만 아니라 정부와 규제기관, 일반 대

중과 같은 이해관계자는 어떻게 그런 결정이 내려졌는지에 대해 그저 전력계통사업자를

믿을 수밖에 없는 실정이다.

● 고전압 시험에서 전압과 지속시간 - 예를 들어, 220~230 kV 케이블에 대한 전압 시험은

“30분 동안 318 kV” (IEC 62067)

● 시험방법 및 평가기준을 포함한 화학적, 기계적 및 전기적 특성에 대한 재질 시험 - 예를 들

어, XLPE 재질의 파단신율은 200% (IEC 62067)

● 물리적 파라미터 값 - 예를 들어, 단면적 1,000 mm2인 구리도체의 저항은 0.0178 W/km

이하 (IEC 60228)

● 송전용량 계산방법 - 예를 들어, 케이블 도체의 온도는 다음 방정식을 이용하여 계산한다. (IEC

60287 - 세부사항은 생략, IEC가 얼마나 정확하게 명시하고 있는지를 보여주는 목적임)


｜ 3.1 자산 모니터링 및 유지보수 ｜

자산관리 서비스 제공자의 주요 역할 중 하나는 자산의 상태를 감시하고, 유지보수를

실행하는 것이다. 대규모 전력계통사업자는 자산의 점검, 시험, 개선과 교체에 수억 달러

를 지출할 수도 있다. 그러한 자금이 어떻게 지출되는지, 어떤 시험절차가 뒤따르고, 어

떻게 시험 결과를 해석하는지, 그리고 어떤 유지보수 방법이 사용 가능한지는 전 세계 전

력계통사업자에서 다양한 형태로 나타난다.

CIGRE TB 4227의 5.2.1, 5.2.2에서는 그림 3-2와 같이 규칙적이고 신중하게 계획된 점

검의 장점을 설명하고 있다. 잘 계획된 유지보수를 위해 정기적인 점검이 실행된다. 이는

정기적인 점검이 이루어지지 않는 경우에 나타나는 수동적인 유지보수와는 상반되는 것

이다. 정기적인 점검이 커다란 가치가 있지만, 불행히도 이러한 점검이 행해지는 방법은

전 세계적으로 크게 다르게 나타나고 있다. 표 3-1은 전 세계 10개 전력계통사업자가 제

공한 케이블의 유지보수 항목을 보여 준다. (CIGRE TB 27910) 또 다른 예는 부록 A에 요약

되어 있다.

표 3-1과 같이 동일한 항목도 접근방식이나 빈도에 따라 장비와 점검방법이 많이 달라

질 수 있다. 예를 들어, 일부 계통사업자는 3개월마다 점검을 수행하는 반면, 다른 사업자

는 6년마다 점검을 수행한다. 다른 예로, 일부 계통사업자는 2개월마다 선로를 순시하지

만, 다른 계통사업자는 1년에 한번 순시한다. 마찬가지로 점검결과에 따라 유지보수가 필

⋮그림 3-2⋮ 유지보수 흐름7

유지보수 동안 발견

조치 / 대책열화진전에 대한

노하우


요한지를 해석하는 것도 전력계통사업자에 따라 상당히 다르다. 결국 상태 감시를 위한

국제 표준의 부족은 전 세계 전력계통사업자가 다양한 방법을 채택하고 있다는 의미이

며, 어떤 방법이 최선인지와는 거리가 멀다. 제작사가 자산관리자에게 유지보수 절차를

제공할 수 있어도, 이러한 제안은 제작사마다 매우 다를 수 있다. 제2장 - 제4장에서 언

급된 설문조사 결과에서 전력계통사업자는 이러한 것이 주요 도전과제로, “유지보수에

대한 국제 표준이 존재하지 않는다.” 라고 언급한 이유이다. IEC가 케이블 제작과 관련하

여 상세히 다루고 있는 재료에 대한 사양, 시험방법, 시험 주파수, 품질 측정 등의 표준과

비교할 때 이는 아주 놀라운 일이다.

자산의 모니터링 절차는 잘 확립되어 왔기 때문에 다음 단계는 제공된 데이터를 사용

하여 전력계통의 자산을 유지하는 방법을 결정하는 것이다. 자산유지에는 매우 다양한

방법이 있다. CIGRE TB 30911에 설명된 내용의 일부는 다음과 같다.

이러한 방법들은 매우 큰 차이를 보이고 있고, 이러한 방법들의 장단점은 여전히 논의

되고 있는 실정이다. 이러한 다양성은 모든 이해관계자에게 과제를 던져줄 수 있다. 왜

냐하면 자산관리자 또는 이해관계자가 서로 다른 자산관리 방식을 사용하여 조직전체의

● 고장정비(CM, Corrective Method) - 가장 간단한 유지보수 전략이다. 부품은 고장이 날 때까

지 사용된다. 고장 발생 후에 부품의 상태를 평가하여 수리할지 폐기할지를 결정한다.

● 시간기준 유지보수(TBM, Time Based Maintenance) - 현재까지 널리 사용되는 전통적인

접근방식이다. 정해진 일정마다 점검과 유지보수 작업을 시행한다.

● 상태기준 유지보수(CBM, Condition Based Maintenance) - 예상되는 상태가 한계점에 근

접하면 정비활동을 시행한다. 이러한 유지보수 방법은 적당한 보수비용으로 높은 가용성을

나타낸다.

● 신뢰도 중심 유지보수(RCM, Reliability Centered Maintenance) - 설비의 상태와 계통에서

설비의 중요성을 고려하여 최적의 유지관리 일정을 정하여 시행한다.


결과를 비교하는 것은 어려운 일이기 때문이다.

예를 들어, 서로 다른 유지보수 방법을 살펴보자. 대부분의 케이블 사고는 제3자에 의

한 도로공사 중에 발생한다. (CIGRE TB 35812) 이러한 문제 해결에는 두 가지 방법이 있다.

표준은 특정 상황에서“점검을 수행하라” 등의 특정한 조치를 하도록 의무화하지 않지

만, 대신에 특정한 목표를 달성하는데 사용될 수 있다. 자산관리 방법에 대한 다양성을

허용하여 해당 기업이 목표 달성에 필요한 방법을 결정할 수 있도록 하는 것이 중요하기

때문이다.

위의 예에서 실시간 알람 기능을 보유한 온라인 모니터링 시스템을 갖추고 있다면, 어

느 방법을 결정해도 비슷한 목표를 달성할 수 있으므로, 정기적인 점검은 필요치 않을 수

도 있다.

궁극적으로 표준은 모든 기업이 점검항목 및 빈도, 방법, 허용기준을 동일하게 사용하

지 않도록 함으로써, 모든 기업에게 큰 이익을 가져다 줄 수 있다. 왜냐하면 점검항목 및

빈도, 방법, 허용기준은 각 기업의 상황에 최적화되는 요소이기 때문이다. 예를 들면 표

준은 신뢰도의 수준을 결정하는데 사용될 수 있다. 신뢰도의 수준에 따라 다양한 점검 주

기나 방법이 규정될 수 있기 때문이다. 다양한 신뢰도 수준이 규정되면, 기업은 자신이

원하는 수준의 신뢰도를 선택할 수 있고, 동일한 신뢰도 수준에 사용되는 방법을 비교할

수 있게 된다.

1) 가장 좋은 예로 공사 예정인 도로를 따라 순시하고, 케이블 손상 위험을 어떻게 관리하는지

도로 굴착업체와 함께 합의한다.

2) 나쁜 예로는 동일한 상황에서 관련 업체는 케이블 손상을 방지하기 위한 어떤 적극적인 조

치도 하지 않는다. (CIGRE TB 27910)


No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 No.10

케이블

선로 순시

2개월

마다

전문가에

의해

케이블

제작사

육안점검

매년 매년6개월

마다

환경활동

에 의해

매달

경고표시

점검매년 매년 매년

경고표시

생략

행정절차,

하청업자에게 케이블 경로

에 대한 정보 제공

○ ○ ○

압력감시,

알람○ ○ ○ ○ ○ ○

압력 확인2개월

마다매달 ○ 2년마다 매달

3개월

or 6개월

마다

매년50kV: 6개월

132kV: 3개월

SCFF + GC

알람 게이지 확인

3년

마다

3개월

마다매년 매년

1,3년 or

6년 마다매년

50kV: 6개월

132kV: 3개월

부식 점검3년

마다매년 매년

매년

가스압력

케이블만

매년,

FF케이블

로 보호된

탱크 제어

가스 압력

케이블만

6개월

말단만

3개월

또는

6개월

Sheath 시험3년

마다매년 매년 ○

매년,

혹은 2년

마다

매년상태에

따라

열전대 검사 ○ ○

종단부 육안점검3년

마다

외부손상,

절연체, 오

일게이지,

가공선 연

결체크

매년

3개월 or

6개월

마다

매년50kV: 6개월

132kV: 3개월

옥외 종단부분 청소

및 보수○

오일탱크

육안점검

3년

마다

3개월 or

6개월

마다

매년

케이블

오일 분석

3년

마다

접지저항

시험

6개월

마다

⋮표 3-1⋮ 10개 전력계통사업자가 제공한 케이블 유지보수 항목


｜ 3.2 고장 및 열화 모드 ｜

전력계통 사업의 또 다른 중요한 부분은 설비의 고장과 중대한 사고를 관리하는 것이

다. 현대의 고장 및 사고 분석방법에는 비정상 모드의 식별과 설비의 수명에 따른 고장을

이해하고, 사고의 근본원인을 조사하는 주요 단계가 포함된다. 만약 이러한 접근방법을

가지고 있지 않다면, 중대한 고장이나 사고에 대해 근본원인을 찾지 않고 즉각 대처하기

때문에 장기적으로 큰 손실을 초래한다. 예를 들어, 수많은 고장을 일으키고 있는 케이블

의 예를 살펴보자. 상황에 대처하는 2가지 시나리오가 있다

예를 들어, 표준은 특정한 케이블 공사와 시공 동안 발생하는 공통된 고장 조사방법이

나 공통된 고장률을 명시하여, 이미 알려져 있는 고장에 대한 근본적인 원인을 찾도록 도

움을 줄 수 있다. 이러한 표준은 다양한 설비 운전회사 및 제작사를 위해 일반화될 필요

가 있으며, 그렇게 된다면 훌륭한 지침이 될 것이다.

1) 가장 좋은 예로, 그 상황을 관리함에 있어서 책임져야 할 전력계통사업자가 사고 원인을 조

사하는 것이다. 제작사는 시공 상의 문제로 인해 케이블이 손상된 사실이 확실하고, 다른

동일한 공사에서는 케이블이 손상되지 않았다고 주장한다. 이 조사에서 근본적인 원인은

시공 동안에 발생한 손상이 아니라 케이블 자체의 결함으로 판정되었다. 이러한 원인분석

으로 계통사업자는 선로의 모든 케이블을 교체하여 미래에 발생할 수 있는 중대 사고를 방

지하였다.

2) 나쁜 예로는 전력계통사업자가 케이블 결함의 근본적인 원인을 조사하지 않고, 문제가 발

생하면 굴착하여 즉각 대응을 한다. 많은 선로 구간을 케이블과 접속부 등의 고장으로 보수

를 하였고, 모든 보수 작업이 이루어지고 나면, 처음 시공된 케이블로 구성된 선로는 얼마

남지 않게 된다. 만약 처음부터 철저하게 케이블을 점검하고 결함을 확인했었다면, 정전과

유지보수 비용이 훨씬 더 적게 발생했을 것이다.


또한 표준은 일반적인 설비의 열화에서 발생하는 고장에 중요한 역할을 한다. 종종 설

비는 주요 부분의 열화 정도를 추정하고 예측하여 유지보수와 교체 계획을 세우고자 시

도한다. 이런 경우 표준은 큰 장점을 가져올 수 있다. 예를 들면, 설비의 열화(성능저하)율

과 열화속도를 사양에 명시함으로써, 전력계통사업자가 자산의 잔여수명을 추정할 수

있고, 다양한 유지보수 전략이 열화속도에 어떤 영향을 미치는지 상대적으로 비교할 수

있게 된다. 전력계통의 자산에 대한 다양한 열화모드의 상세한 예시를 부록 B에 나타내

었다.

3.2.1 운전 수명 정의

열화는 설비의 수명을 결정하는 하나의 중요한 요인이지만, 이것이 유일한 요인은 아

니다. 열화 외에도 수명에 영향을 미치는 다양한 고려사항이 있다. CIGRE TB 4227의 제

7장에는 그 중 일부를 다음과 같이 제시한다.

예를 들어, 여전히 운전되고 있는 어떤 설비는 운전수명이 다해간다고 판단할 수 있다.

왜냐하면 운전을 유지하기에 너무 비용이 많이 들거나, 이 설비에 익숙한 적절히 훈련을

받은 직원을 더 이상 구할 수 없기 때문이다.

궁극적으로 어떤 특정 설비의 운전수명을 측정 및 결정하는 방법에 대해, 자산소유자,

● 안전

● 신뢰도

● 유지보수 비용

● 용량 부족

● 부품의 소모

● 환경에 미치는 영향

● 인적자원

● 제작사의 지원

● 노후화

● 구식화


자산 카테고리

NGET KEMA

중앙값EOSU (2.5%)/LOSU (97.5%)

평균 표준편차

변압기 400/275 kV500 MVA - 750 MVA

45 30/70 50 (1.25) 7.5 (1.00)

변압기 400/275 kV1,000 MVA

55 40/80 50 (1.25) 7.5 (1.00)

변압기 400/132 kVGSP/GSP EE 240

55 40/80 50 (1.25) 7.5 (1.00)

변압기 400/132 kVGSP FER 240

50 35/75 50 (1.25) 7.5 (1.00)

변압기 275 kV 55 40/80 52.5 (1.25) 10 (1.00)

변압기 132 kV 55 40/80 55 (1.25) 10 (1.00)

분로 리액터 45 25/60 45 (1.25) 7.5 (1.00)

직렬 리액터 55 40/80 55 (1.25) 7.5 (1.00)

캐패시터 뱅크 30 20/40 35 (1.25) 7.5 (1.00)

정지형 무효전력 보상기 30 15/40 25 (1.25) 5 (1.00)

개폐장치 400 kV GIS outd 40 25/60 35 (1.25) 5 (1.00)

개폐장치 400 kV GIS ind 50 40/60 45 (1.25) 7.5 (1.00)

개폐장치 400 kV SF6 50 40/60 47.5 (1.25) 7.5 (1.00)

개폐장치 400 kV PAB R 50 45/60 47.5 (1.25) 7.5 (1.00)

개폐장치 400 kV PAB N 40 35/45 47.5 (1.25) 7.5 (1.00)

개폐장치 275 kV bulk oil 45 40/50 47.5 (1.25) 7.5 (1.00)

⋮표 3-2⋮ 운전수명 추정7


자산관리자 및 서비스 제공자 사이에 일반적인 이해를 갖는 것은 중요한 부분이다. 그

러나 불행히도 자산의 운전수명을 결정하는 접근방법은 매우 다양하고 다르다. 표 3-2

와 같이 CIGRE TB 4227의 5.1.4는 National Grid Electricity Transmission, Great

Britain(NGET)과 KEMA로부터 운전수명의 조사 결과를 비교하고 있다. CIGRE TB 1762

결과와 같이 일반적으로 설비는 수십 년의 운전수명을 갖는 것으로 추정되지만, 여전히

설비에 대한 잔여수명을 계산하기 위한 공통적인 접근방법은 없다.

설비의 특정 부품의 잔여수명을 추정하기 위해 사용되는 최신의 접근방법 중 하나는

과거 운전 데이터를 검토한 후 향후 잔여수명을 추정하는데 통계적인 방법을 사용하는

것이다. CIGRE TB 4227의 5.1.3에서는 앞서 언급한 방법을 적용하는 것이 얼마나 어려

운 일인가에 대한 좋은 예를 보여주고 있다. 그림 3-3과 같이 과거 데이터로부터 고장 확

률을 추정하는 것은 매우 어려울 수 있다.

이러한 결과를 감안하여, CIGRE TB 4227는 과거 데이터로부터 향후 수명 또는 고장

확률을 예측하고자 할 때에 다양한 접근방법을 권장하고 있다. 또한 잔여수명 모델을 만

전체 자산 클래스 데이터

⋮그림 3-3⋮ 수명의 Hazard 분포7

운전 수명(사용 연수)

0.2

0.15

0.1

0 10 20 30 40 50

0.05

0

누적

고장

률


들려고 할 때에 다른 접근방법이나 부적합한 통계적 방법을 사용하는 전력계통사업자는

상당한 위험도에 쉽게 노출될 수도 있다. 예를 들어, CIGRE TB 5978은 세계 전력계통사

업자가 예측하는 변압기의 고장률에 대한 다양한 보고서를 보여주고 있다. 각 기업마다

고유의 방식을 채택하고 있는 실정이어서 CIGRE TB 5978에서는 다양한 통계 방법이 수

명예측에 사용되었다. 그림 3-4와 같이 설비의 종류, 유지보수 접근방법, 심지어 사업 환

경을 서로 비교하는 것이 어렵기 때문에, 자산관리의 다양성은 이해관계자에게 어려움을

주고 있다.

여기서 표준은 자산의 수명 평가에서 다양성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 환경 및

부하 조건을 고려해서 주어진 데이터를 사용하기에 적합한 특정한 기능을 결정하는 방

법과 과거 데이터에 적합한 표준화된 기능을 규정할 수 있다. 이런 표준화는 전력산업 전

반에 걸쳐 운전수명 평가에 대한 정확도를 대폭 향상시키고, 다양한 접근방법의 비교를

가능하게 한다.

⋮그림 3-4⋮ 변압기 사용연수에 대한 Hazard 비율8

운전 수명(사용 연수)

0.4

0.25

0.35

0.2

0.3

0.15

0 10 20 30 40 50 60

0.1

0.05

0

고장

률(p

rob

./Y

ear)

변압기에 대한 산업계 데이터의 비교

(범례 (평균, 기준, 편차))

TB 309 Network (55, 11)

TB 309 GSU (40, 8)

TB 422 KEMA 400 kV Autos (50, 7, 5)

StuttgartGerman Data (64, 15)

TB 309 275 kV Network (52.5, 10)

TB 309 132 kV Betwork (55, 10)


3.2.2 대책 수립

결함 또는 자산의 유지보수에 대한 문제가 규정되면, 그 다음 단계는 이 상황을 관리하

기 위해 적용할 대책을 결정하는 것이다. 가능한 대책은 다음과 같다.

전 세계 전력계통사업자가 다양한 대책 중에서 어떤 대책을 선택하고 적용할 것인지에

대해서는 매우 다양한 방법이 존재한다. 국제 표준은 특정한 자산관리나 유지보수 문제

에 대한 공통된 대응방법을 알아낼 수 있으며, 더불어 근본원인을 파악하는데 도움을 주

는 역할을 할 수 있다. 또한 전력계통 사업이 직면한 문제를 단순화하여 특정한 관리대책

을 결정하는데 도움을 줄 수 있다. 일반적인 고장의 경우, 관련된 표준에서 문제를 확인

할 수 있게 되면 사업자는 고장에 대한 최선의 대책을 결정할 수 있을 것이다. 한 가지 예

로 케이블에서 많은 고장은 접속부에서 발생한다. 이 문제에 대하여 유럽의 연구를 살펴

보면, 이러한 고장에는 2가지 공통된 원인이 발견된다. 어떤 유형의 고장으로 영향을 받

은 케이블은 교체되어야 한다고 결정되는 반면에, 다른 유형의 고장으로 영향을 받은 케

이블은 낮은 온도에서라도 계속해서 운전할 수 있으며, 따라서 교체는 피할 수 있다고 결

정된다.

국제 표준이 자산의 유지보수와 관련된 다른 예에서와 같이 도움이 될 수 있긴 하지만,

설비의 주요한 부분에서 고장이 발생했는지에 대한 고려가 필요하며, 비록 설비의 작은

부품에서 고장이 발생한 것이라 해도 제작사는 전체 설비의 교체를 요구한다. 만일 상대

● 설비의 추가

● 설비의 개선/확장

● 설비의 업데이트(교체)

● 설비의 부분 교체, 개선 또는 수리

● 운전방법의 변경/추가

● 유지보수 절차의 변경/추가

● 예비품 제공

● 아무것도 하지 않음(위험 감수)


적으로 작거나 경험이 없는 전력계통사업자가 설비 소유자인 경우, 그들은 대체할만한

유지보수 방법을 찾는 것이 매우 어렵다는 것을 알게 될 것이며, 제작사의 계획대로 될

것이다. 따라서 국제 표준이 고장 조건 및 가능한 대응방법을 기술한다면, 전력계통사업

자가 선택 가능한 방법을 냉철히 조사하고, 선택한 방법을 실행할 수 있을 것이다.

｜ 3.3 수명주기 비용과 경제성 분석 ｜

가능한 유지보수 전략과 특정 자산의 예상수명이 결정되면, 다음 단계는 다양한 유지

보수 전략의 장기 비용을 결정하는 것이다. CIGRE TB 4227의 6.3에는 수명주기 비용이

요약되어 있다. 예를 들어, 일시불로 지급하는 금액(일례로 대체 자산의 구매)과 적은 금액을

오랜 기간에 나누어 지급하는 것(일례로 오래된 자산을 유지하며 정기적으로 유지보수를 시행)을

비교할 수 있게 한다.

이러한 방법을 비교하는데 있어 오랜 기간 분산된 비용은 인플레이션과 할인율을 사용

하여 현재의 가치로 환산한다. 앞에서 언급한 분석은 설비의 비용 외에도 고장과 운영에

필요한 사회적 인허가와 같은 외적 영향에서 초래하는 비용도 포함될 수 있다. 수명주기

분석 및 비용과 관련된 국제 표준은 다음과 같다.

즉, 전력계통에서 수명주기 비용 계산에는 다양한 방법이 존재한다. 본 연구의 설문조

사를 보면, 일부 전력계통사업자는 수명주기 비용 계산을 전혀 수행하지 않고 있으며, 하

● 환경 수명주기 평가에 관한 내용의 ISO 14040 시리즈, 예를 들면 ISO 14040, 환경 경영 -

수명주기 평가 - 원리와 체계

● IEC 60300-3-3, 신뢰도 경영 - part 3-3 : 응용 지침 - 수명주기 비용


고 있는 경우에도 계산 방법이 매우 다양하였다. 예를 들어, 일부 전력계통사업자는 비용

에 인플레이션 또는 할인율을 고려하고 있지만, 다른 사업자는 고려하지 않는다. 또한 모

든 사업자는 수명주기 비용 계산에서 매각비용은 고려하지 않는다.

IEC나 ISO 국제 표준에서 전기산업에 관한 표준규격은 수명주기 분석에 도움을 줄 수

있다. 특히 전력계통 산업에서 정전비용과 지역사회 및 정치적 압력과 같은 외적 요인에

대한 수명주기 분석의 일반적인 접근방법을 제공한다.

｜ 3.4 설비 및 고장 데이터 기록 ｜

전 세계의 선진 전력계통사업자는 자산에 관한 포괄적인 데이터베이스를 보유하고 있

다. 데이터베이스에는 설비의 세부사항이 포함되어 있다. 이러한 데이터베이스에는 여러

제작사의 설비에 대한 고장의 종류와 빈도가 포함되어 있으므로, 특정한 설비에 얼마나

많은 부품이 있는지, 설비에서 발생해 온 고장의 종류와 빈도를 신속하게 확인할 수 있

다. 일반적인 전력계통 자산에 대한 고장률 예를 부록 C에 나타내었다.

사고 데이터와 기록 장치는 여러 제작사가 납품한 다양한 모델의 설비에서 발생하는

고장의 종류와 발생 빈도와 과거 이력에 대한 충분한 이해를 바탕으로 선제적인 유지보

수 계획과 같은 분석이 가능하다. 불행히도, 많은 전력계통사업자는 데이터베이스를 보

유하고 있지 않거나, 수집한 데이터에는 제작사나 고장의 세부내용과 같은 중요한 정보

가 부족하다. 그러한 데이터베이스는 흔히 재무 보고와 같은 다른 목적을 위해 만든 것이

다. 따라서 자산관리에 도움이 되는 상세한 기술 정보를 기록할 수 있는 기능이 부족하다.

예를 들어, 중앙 집중식 고장기록 데이터베이스는 설비의 특정 항목에서 주요 결함이

발생했을 때 모든 사용자에게 정보를 알릴 수 있다. 따라서 다른 사람이 설비의 고장 징

후를 주의 깊게 모니터링할 수 있게 한다. 이러한 데이터베이스는 시스템으로부터 통계


적으로 중요한 데이터를 도출하기 위함이며, 충분한 자산관리 기반을 갖추지 못한 소규

모 전력계통사업자에게 커다란 이익이 될 수 있다. 사고 데이터에 관한 문헌은 CIGRE TB

4227의 5.1에, 관련된 사례에 대해서는 CIGRE TB 5978의 제3장에 나타나 있다.

현대적인 자산관리 방법의 하나로 Failure Mode and Effects Analysis(FEMA)와 같

은 기술이 있다. 이러한 자산관리 방법은 자산의 성능이 나빠지는 다양한 모드와 이중에

서 어떤 것이 고장을 일으킬 수 있는지를 조사하고, 어떤 종류의 점검방법이 사용될 수

있는지를 알려준다. 전력계통의 다양한 설비와 고장 특성으로 볼 때, 이런 분석에는 많은

비용과 시간이 소요된다. 국제 표준은 전력계통 자산의 고장모드에 대한 기준과 고장의

판별방법 및 유지보수 절차를 제공함으로써, 전력계통사업자가 자산을 관리하기 위한 유

지보수 절차와 방법에 대한 부담을 완화시키는 중요한 역할을 할 수 있다.

또한 국제 표준은 설비에 대한 공통된 고장률과 고장모드에 대한 기준을 제공하는 목

적으로 사용될 수 있다. 즉 과거 운전이력과 고장 정보에 대한 전 세계적인 데이터베이스

는 특정 자산에 대해 예상되는 고장과 그 고장의 영향을 예측하는데 있어 매우 유용한 것

임을 증명하여 줄 것이다.


궁극적으로 자산관리에서 가장 중요하고 도전적인 과제 중 하나는 다양한 자산관리 방

법으로 위험도를 분석하고 우선순위를 선정하는 것이다. 연구팀은 이 부분에 대해 전력

계통사업자가 현재 사용하고 있는 방법을 조사하였으며, 조사결과는 대부분의 전력계통

사업자가 위험도를 분석하고 우선순위를 선정하는 방법을 사용하는 것으로 나타났다. 예

를 들면

4장

위험도 분석 및우선순위

● 거의 모든 전력계통사업자는 위험도 분석에서 설비의 고장을 고려하는 반면에, 응답자의

약 15%만이 지진이나 폭풍과 같은 자연재해의 빈도를 고려한다.

● 전력계통사업자의 약 15%만이 위험도 분석에서 인적 요소를 고려한다. (유지보수 중의 인적

실수에서부터 테러 공격까지)

● 전력계통사업자의 약 80%가 개별 자산에 초점을 맞춰 위험도를 분석하고 있으며, 나머지

는 전체 시스템을 고려하고, 그 시스템의 특정 부분이나 부품과 연관된 위험도를 분석한다.

● 응답자의 약 60%는 위험도 분석의 핵심 메커니즘으로 위험도 매트릭스를 이용하며, 나머

지는 양적인 방법에서부터 질적인 평가까지의 기술을 혼합하여 이용한다.


｜ 4.1 위험도 분석 ｜

조사 결과에서 나타난 것과 같이, 위험도 관리의 일반적인 접근방법은 특정 위험도의

의미를 분석하기 위해 위험도 매트릭스를 사용하는 것이다. 위험도 매트릭스는 일반적으

로 “영향도”를 표현하는 축과 “발생 빈도(가능성)”를 표현하는 축으로 구성되어 있다. 위

험도 매트릭스의 예는 그림 4-1 ~ 그림 4-3과 같다. (“영향도”는 “중요도”, “위험도”, “심각도”

로 나타내기도 한다)

CIGRE TB 422 6.2.37에는 네덜란드 계통사업자가 보유한 데이터베이스를 활용하여

위험도를 기록하는 사례를 소개하고 있다. 매트릭스를 이용하여 위험도를 기록함으로써,

자산관리자와 계통사업자는 공통된 언어로 위험도의 영향을 이해하고, 의사를 소통할 수

있다. 자세한 내용은 CIGRE TB 541 4.2 부록 B9를 참고한다.

⋮그림 4-1⋮ 위험도 매트릭스의 예 (IEC MSB 워크숍, ComEd 2015)

전형적인 송전망 유형

광역적인 영향(>25,000 고객)

낮은 발생빈도(>10년)

전형적인 배전망 유형

지역적인 영향(<5,000 고객)

높은 발생빈도(1~5년)

위험도 매트릭스 구성

영향도(중요도)

발생빈도(가능성)

High

HighLow

Low

4343

34

27

18

12

7

4

32

29

22

15

10

6

2

25

20

14

9

5

2

1

40

35

28

21

13

8

47

44

39

33

26

19

11

48

45

41

36

30

23

16

49

46

42

37

31

24

17

Funding Frontier


4.1.1 위험도 매트릭스(영향 평가)

일반적으로 위험도 매트릭스에서 영향도 축은 한가지만을 측정하는 것이 아니라, 다음

과 같이 여러 항목을 측정하게 된다.

이러한 항목은 그림 4-4 및 그림 4-5와 같이 영향의 심각성에 따라 평가되기도 하는

데, 네덜란드 사례에서는 다음과 같은 영향을 포함하여 평가한다.

● 사람의 안전에 미치는 영향

● 재정에 미치는 영향

● 신뢰도에 미치는 영향

● 환경에 미치는 영향

● 회사의 평판

● 법규 준수


⋮그림 4-2⋮ 위험도 매트릭스의 예 (캐나다, BCTC, 5×5)13


⋮그림 4-3⋮ 위험도 매트릭스의 예 (네덜란드, CIGRE TB 541 4.2장, 7×79)


⋮그림 4-4⋮ 위험도를 분석하기 위한 다양한 영향의 예 (CIGRE TB 422 4.37)

사고수준 안전 재정 신뢰도 환경

영향도

5등급사망 총 영향도≥10만달러

고객시간손실

≥7백만

검찰고발 and/or 완화가 필요한

환경적 사고

영향도

4등급영구적 장애

5백만달러≤총 영향도

<10백만달러

3≤고객시간손실

<7백만

규제벌금 부과나 완화가 필요한

환경적 사고

영향도

3등급

장기치료 부상/

일시적 장애

1백만달러≤총 영향도

<5백만달러

1≤고객시간손실

<3백만

장기간에 걸쳐 완화될 수 있는 환

경적 사고(>1년)

영향도

2등급

의학적 치료가

필요한 부상/병

0.5백만달러≤총 영향도

<1백만달러

0.25≤고객시간손

실<1백만

단기간에 완화될 수 있는 환경적

사고(<1년)

영향도

1등급

응급 치료가 필요

한 부상/병총 영향도 <0.5백만달러

고객시간손실

<0.25백만신고의무가 없는 환경사고

심각도

⋮그림 4-5⋮ 영향도 축의 예 (CIGRE TB 541 4.29)

최악 심각 위험 이상 요주의 주의 관심

안전많은

사상자

한명의

사상자

심각한

부상

입원이 필요한

부상

입원이 필요없

는 부상

응급치료가 필요

한 사소한 부상

응급치료가 필요

없는 사소한 부상

품질 표 참고 표 참고 표 참고 표 참고 표 참고 표 참고 표 참고

재정> 유로

100,000K

유로

10,000K

-100,000K

유로

1,000K-

10,000K

유로100K

-1,000K

유로10K

-100K

유로1K

-10K< 유로 1K

평판 관심 국가/정치국가/지방/

지역국가/정치

국가/지방/

지역국가 지방/지역/소지역 소지역

원인 고의/사기 고의/사기 과실 과실 불가항력 불가항력 과실

환경 형법제재 소송 벌금500m 이상의

혼란

500m 이내의

혼란

50m 이내의

혼란

회사경계내

방해

준법 형법제재 소송 벌금 배상금 부적합/경고 단체 불평 개별 불평


CIGRE TB 5419는 환경에 미치는 영향도 평가의 예를 설명하고 있으며, 다음과 같은 분

석이 필요하다는 것을 설명하고 있다.

세부적인 사항은 표 4-1과 같으며, CIGRE TB 38314를 참고한다.

● 에너지 사용

● 가공 송전

● 폐기물

● SF6 가스 누기

● CO2 가스 방출

● 기름 유출

⋮표 4-1⋮ 환경에 미치는 영향의 예14

에너지

EN3 1차 에너지원에 의한 직접적인 에너지 소비 3.1.1

EN5 1차 에너지원에 의한 직접적인 에너지 소비 3.1.1

(균형잡힌 환경을 위한) 생물의 다양성

EN11보호구역 밖의 높은 생물의 다양성을 가진 지역과

보호구역 또는 보호구역과 인접하여 소유, 임차, 관리하는 토지의 위치와 크기3.1.3

EN12보호구역 안팎의 높은 생물의 다양성을 가진 지역에서

활동, 생산과 서비스에 대한 중대한 영향도의 기술3.1.3

EN14 바뀐 환경에서의 생물의 다양성과 이전 지역의 생물의 다양성과 비교 3.1.3

배기, 배출과 폐기물

EN16 중량별 총 직간접 온실가스 배출 3.1.2

EN22 유형별/처리방법별 폐기물의 총 중량 3.1.4

EN23 중대한 유출의 총 수량 3.1.5

법규 준수

EN28 환경 법률/규정 불이행에 의한 벌금의 금융가치 및 비금융 제재의 총 수

EN30 유형별 환경보호를 위한 총 지출과 투자


위험도 분석에서 고려하는 대상은 시간에 따라 변화하게 된다. 과거에는 고려해야 할

문제가 아닌 것도 현대에서는 중요한 문제가 되기도 하는데, 그 예는 다음과 같다.

위험도 매트릭스가 폭넓게 사용되면서, 그에 대한 응용도 매우 다양해지고 있다. 예를

들어, 수용 가능한 영향의 정의를 세부적으로 표현하지 않을 수도 있고, 위험도의 잠재적

인 모든 영향을 고려하지 않을 수도 있다. 위험도 매트릭스를 사용하지 않으면, 위험도를

매트릭스에 의해 평가하기 보다는 직관에 따르게 되며, 결국 다른 평가방법을 통해 같은

위험을 다르게 평가하는 결과를 얻을 수 있다.

다양한 위험도 매트릭스와 그에 대한 응용을 감안할 때, 전 세계적으로 통일된 방식으

로 위험도 매트릭스를 표준으로 규정하는 것은 어렵다. 그러나 표준은 모든 위험도 평가

에 포함되어야 하는 최소한의 영향을 정의하는 것 등으로 큰 도움을 줄 수 있다. 즉 표준

은 위험도 관리를 3개 카테고리(그리고 각 카테고리의 지표)로 분류할 수 있다. 예를 들어, 평

가의 최소 집단, 선택 집단 및 우수사례 집단으로 나타낼 수 있다. 가령, 기름 유출은 일부

지역에서 선택적으로 고려되지만, 유도 간섭은 지중케이블 위험도 평가를 위한 필수 항

목으로 지정될 수 있다.

특수한 영향에 대해 만들어진 지표는 표준에서 만들어진 지표의 불확실한 문제점을 검

증할 수도 있다. 예를 들어, 일부 사업자는 다른 사업자가 재정을 중요하게 고려하지 않

는 것에 비해 중요 영향으로 10,000 달러의 재정 손실을 반영할 수 있다. 표준은 여러 지

● 전도로 하부에 설치된 기름으로 채워진 케이블에서 기름의 누출

● 단락/지락 고장전류에 의한 통신선 유도 전압

● 작업자 안전을 확보하기 위한 접근거리

● 가공송전선로에 대한 대중의 수용성


표를 해석하는 방법을 규정하지는 못할 수 있지만, 지표 자체를 확실히 규정할 수는 있

다. 예를 들어, 특정 통화의 관점에서 측정되는 경제적 영향 또는 장기적 치료가 필요한

부상, 사망과 같은 관점에서 측정될 수 있는 사람의 안전을 표준으로 규정할 수 있다.

특별한 위험도에 대한 영향을 측정하는 방법을 최대한 표준화함으로써, 전력계통사업

자는 위험도 관리 수준을 향상시킬 수 있으며, 전력계통사업자와 자산관리자는 상호간

의사전달을 더 쉽게 할 수 있다.

4.1.2 위험도 매트릭스(빈도 분석)

영향 분석과 같이 사건의 가능한 빈도를 고려할 때 다양한 요소가 사용된다. 일반적으

로 빈도는 “지정된 년 수당 한 번” 또는 “1년 이내에 발생할 가능성”으로 정의하며, 이러

한 지표 중 일부는 매우 드문 경우를 고려하기도 하는데, 그림 4-6의 우측에 보이는 것처

럼 10,000년에 1회 미만을 고려하기도 한다.

영향 분석과 같이 급격하게 변하는 특정 고장에 대한 빈도의 허용 가능한 수준을 표준

으로 규정하는 것은 적절하지 못하다. 그러나 표준은 최소(상대적으로 높은 빈도수)로부터

최고(상대적으로 낮은 빈도수)로 발생하는 고장의 범위를 지정할 수 있다.

1년 이내에 사건이 발생할 가능성≥90%




1년 이내에 사건이 발생할 가능성<1%

⋮그림 4-6⋮ 위험도 매트릭스의 발생빈도 축의 예 (캐나다(좌측)13, 네덜란드(우축)7)

매우 자주 1년에 10회 이상

흔히 1년에 1회 이상

잦은 1-10년에 1회

개연성 있는 10-100년에 1회

가능한 100-1,000년에 1회

드문 1,000-10,000년에 1회

거의 불가능 10,000년에 1회 미만

발생가능성


｜ 4.2 건전도 지수 ｜

설비가 운전에 투입될 수 있는지의 건전도를 평가할 때, 자산관리자의 핵심 과제는 설

비의 건전도를 향상시키는데 필요한 다양한 대책의 우선순위를 정하는 것이다. 위험도

매트릭스를 사용하는 좋은 접근방법은 건전도 지수를 사용하는 것이다. 그림 4-7은 전력

용 변압기의 건전도 지수를 산출하는 예를 나타낸 것이다. 건전도 지수에서는 설비의 상

태, 사용량, 수명, 열화 속도와 같은 파라미터에 가중치를 두고, 각 설비에 대한 건전도 점

수를 계산한다. CIGRE의 TB 422 5.47에서는 건전도 지수를 상세히 설명하고 있다.

건전도 지수를 계산하는 방법이 다양하다는 것을 감안할 때, 국제 표준으로 하나의 접

근방법을 정하는 것은 어렵다. 그러나 표준은 샘플로 사용될 수 있는 최상의 건전도 지수

계산방법의 예를 제공할 수 있다. 부록 D에 건전도 지수 계산에 사용 가능한 파라미터의

예를 나타내었다.

⋮그림 4-7⋮ 건전도 지수의 예 (IEC MSB 워크숍, ComEd 2015)


｜ 4.3 계통 분석 ｜

송변전 설비는 흔히 병렬 및 이중 선로로 구성되어 네트워크에 연결된다. 이러한 구성

의 복잡성을 감안할 때, 효율적인 자산관리 방법은 전체 전력계통을 고려해야 한다는 것

이다. 예를 들어, 특정 자산이 보수 또는 교체를 필요로 할 때, 계통사업자는 아직 유지보

수가 필요 없는 자산이 있다고 하더라도, 인접하는 설비에 대해 보수 또는 교체를 고려할

수 있다. 동일한 계통에서 동시에 여러 작업을 수행함으로써, 정전 횟수를 줄일 수 있고, 교

체 작업 동안의 계통 신뢰도를 향상시킬 수 있다. 이러한 계획은 일반적으로 자산관리자

가 계획정전을 줄이기 위해 특정 시설을 교체할 우선순위나 시기를 변경하는 것인데, 그림

4-8과 같이 설비상태나 위험도에 따라 각 계층별로 맵을 작성하는 것도 좋은 방법이다.

계획정전의 감소를 위해 인접 자산을 고려하는 것이 전력계통사업자에게 항상 필요한

것은 아니지만, 제한된 구역을 관리하는 자산관리자에게는 불필요한 계획정전과 비효

율적인 유지보수의 결과를 비교할 수 있도록 한다. 표준은 전체 전력계통을 고려한 자

산관리 기법을 제안할 수 있으며, 그렇게 함으로써 효율을 향상시키고 계획정전을 줄일

수 있다.

⋮그림 4-8⋮ 다양한 설비와 위험도 영향/요구조건을 나타내는 지도


｜ 4.4 우선순위 ｜

자산관리자는 운전(또는 정지)과 관련된 위험도를 분석하고 계통에 설치된 설비의 상대

적인 건전도를 평가함에 있어서, 적절한 대책의 우선순위를 선정해야 한다. 다양한 대책

을 우선순위화하기 위해서는 여러 가지 요소를 고려해야 한다. 연구팀은 전력계통사업자

에 대해 우선순위 접근방법을 조사하였다.

4.4.1 건전도 지수를 이용한 우선순위

우선순위를 선정하는 한 가지 접근법은 건전도 지수 결과를 바탕으로 우선순위를 결정

하는 것이다. CIGRE TB 541 제4장, 부록 C9에는 캐나다 전력계통사업자가 건전도 지수

를 이용하여 우선순위를 결정하는 사례를 설명한다. 여기서 건전도 지수는 설비에서 고

장이 발생할 수 있으며, 고장이 발생했을 때 상당한 영향을 미칠 수 있는 것을 가정하고,

● 계통사업자의 약 2/3는 정해진 순서로 대책의 우선순위를 매긴다. 이때 자본 대책, 운전 및

유지보수 대책을 필수적으로 고려한다. 나머지 전력계통사업자는 위험도 평가 및 대책의

적시성을 기반으로 우선순위를 선정한다.

● 모든 계통 사업자가 규제사항에 의해 발생되는 대책을 필수적으로 고려하는 반면, 약 33%

는 수요 증가에 의해 발생되는 대책을 필수적으로 고려한다.

● 대부분의 계통사업자가 자본 대책에 대한 주요 검토사항으로 수요 증가, 노후 설비 및 용량

증대를 검토하는 반면, 약 25%만이 안전문제를 고려한다.

● 상당수의 계통사업자는 자본과 운전 및 유지보수 대책 사이의 우선순위 선정에 위험도 분

석을 이용한다. 일부 사업자는 운전 및 유지보수에 따른 필수 자본 대책을 고려하는 반면,

일부 사업자는 우선순위에 대한 예상 재정 수익을 계산한다.

● 특정 자산이 얼마나 중요한 지를 분석할 때, 거의 모든 전력계통사업자는 연결된 부하(병원

과 같은 중요 부하가 있는지 여부)를 고려한다. 50%의 계통사업자는 자산이 연결된 전체적인

계통의 특성(주거 또는 산업 지역 등 여부)을 고려한다.


설비의 연수, 과거 고장이력 및 고장 데이터의 영향을 해석한다.

4.4.2 위험도 매트릭스를 이용한 우선순위

위험도 매트릭스를 이용하여 우선순위를 선정할 수 있다. CIGRE TB 541 5.29는 네덜

란드 전력계통사업자가 위험도 매트릭스를 이용하여 우선순위를 결정하는 방법을 소개

한다. 이 경우, 사업자는 각 항목의 결과 값에 가중치를 부여하여(우선적으로 경제적 분석으

로, 그렇지 않다면 양적 분석과 후속되는 수치적인 점수로) 최종 순위 점수를 결정하여 위험도 영

향과 발생확률을 평가한다.

4.4.3 위험도 점수를 이용한 우선순위

시카고의 Commonwealth Edison은 위험도 점수를 이용하여 우선순위를 결정한

다. Washington DC에 있는 IEC MSB 워크숍에서 발표된 바와 같이 Commonwealth

Edison은 다음과 같이 점수를 평가한다.

자금 지원이 필요한 모든 계획은 다음과 같은 관점에서 위험도를 평가한다.

● 안전

● 환경적인 영향

● 신뢰도

1) 시험도 평가를 수행한 후 시스템을 개선하기 위해 투자되는 항목의 범위가 지정된다. 예를 들

어, 가용 자금의 10%는 그림 4-9와 같이 위험도가 높은 자산을 교체하는데 사용될 수 있다.

2) Commonwealth Edison은 송배전계통에서 전체의 신뢰도를 향상시키도록 한 것이 아니

라, 위험도가 가장 높은 설비에 자금을 투자하여 효과를 최대화한다.

3) 또한 모델은 향후 몇 년 동안 교체가 필요한 항목을 미리 알 수 있도록 한다.


4.4.4 우선순위 및 표준

위의 3가지 예에서 보는 바와 같이, 전력계통사업자는 자산관리의 우선순위를 선정하

는데 다양한 방법으로 접근할 수 있고, 많은 대안적 접근방법이 존재한다. 즉 이러한 우

선순위 선정방법에 대한 기준의 확립 부족을 감안할 때, 국제 표준으로 우선순위 방법을

제시하는 것은 적절해 보인다. 그럼에도 불구하고, 다양한 대책의 우선순위는 전력계통

사업자의 중요한 업무이며, 만약 가장 좋은 방법이 도입되고 표준화된 접근방식을 참조

할 수 있는 경우에 전력계통사업자와 이해관계자 사이에 의사소통이 촉진될 수 있다. 이

경우, 표준의 역할은 전력계통사업자가 그들이 필요한 업무에 대해 참고용으로 사용할

수 있는 최상의 접근방법과 상세한 사례 연구를 제공할 수 있다.

⋮그림 4-9⋮ 장기계획과 우선순위 (IEC MSB 워크숍, ComEd 2015)

높은 위험도를 가지는

열악하거나 매우 열악한 상태인 자산을

교체하기 위한 추정 비용

열악해지거나 매우

열악해지는 것으로 확인된 자산을

교체하기 위한 추정 비용

교체를 위해 요구되는 누적 자본 투자

50Risk

High Risk

$ Millions

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0


｜ 4.5 중장기 전략 및 기타 분석 ｜

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

0

140

80

200

40

20

160

100

60

180

120

Annu

al C

apita

l Rep

lace

men

t Cos

t(mili

ons)

⋮그림 4-10⋮ 평준화되지 않은 교체 계획9

Annu

al C

apita

l Rep

lace

men

t Cos

t(mili

ons)

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

0.0

140.0

80.0

200.0

40.0

20.0

160.0

100.0

60.0

180.0

120.0

⋮그림 4-11⋮ 평준화된 교체 계획9


자산관리의 의사 결정에서 중요한 또 다른 요소는 안정적인 투자/지출 환경을 유지하

는 것이다. 예를 들어, CIGRE의 TB 541 4.1.3.39에서는 자산관리를 몇 년 동안 검토한 캐

나다 전력계통사업자의 사례를 보여 준다. 전력계통사업자가 앞에서 기술된 것과 같은

세부 항목에서 단순히 건전도 지수를 이용하여 자산관리 계획을 준비하게 된다면, 수행

해야 할 작업의 양은 그림 4-10과 같이 매우 편중되지 못한 결과를 나타내고, 회계 연도

에 따라 상당히 차이가 있을 것이다.

그림 4-11과 같이 수년에 걸쳐 교체계획을 평준화함으로써, 교체계획의 편중에 따른

경제적, 안전 및 환경적인 측면에서 일시적인 위험도의 증가를 회피할 수 있으며, 이러한

계획은 모든 당사자가 더 유용하게 사용할 수 있다.

CIGRE TB 422의 6.47는 수년에 걸친 목표의 평준화와 중장기 자산관리 전략을 요약

한 것이다. 참고문헌에서 장기에 걸친 안정적인 전략은 다음의 단계를 통해 수립된다.

또한 광범위한 고려 사항으로 전력계통사업자와 외부 이해관계자를 포함시킬 수 있다.

예를 들어, 어떤 계획에는 설비 공급업체와 가용 자료나 인력을 포함시킬 수 있다.

궁극적으로 자산관리 계획은 가용 소요인력에서부터 예산, 고객 성향의 장기적인 관점

을 포함해야 한다. 국제 표준은 이러한 계획을 전력계통사업자나 이해관계자를 위해 최

상의 방법으로 안내하는 역할을 수행할 수 있다. CIGRE TB 4227는 잠재적 표준의 예를

통해 사례 연구와 예시적인 방법을 제공하고 있다.

1) 각 설비의 현재 상태 평가

2) 각 설비의 열화 모델 작성

3) 인력이나 예산의 가용성과 같은 제약을 고려하여 다양한 자산관리 대책의 시뮬레이션

4) 직원, 고객 및 장기 재정에 미치는 영향 평가(그림 4-12 참조)

5) 시뮬레이션 결과 및 차후 의사 결정 분석


⋮그림 4-12⋮ 종합적 자산관리 전략7

직원

기술

인적 자원 재료 경비

운영 경비

총 경비

재정 결과 이익투자 경비

신규 투자

설비교체/서비스

활동계통 상태

소비

고객 성향

전력 품질

R&D

재정

기업

개인 경비

고객


대부분 자산관리는 계통 전반의 유지보수 및 개선에 대한 관리와 같이 단기적인 것인

반면, 자산소유자는 단기적인 자산관리의 실행과 제약에 대해 균형을 맞추고, 사업의 장

기적인 성공을 위한 투자 결정과 같은 장기적인 관점이 필요하다.

CIGRE TB 4227 제4장에는 자산소유자의 전형적인 의사 결정에 대한 개요가 나타나

있다. 이 참고문헌에는 일반적인 산업과 기술의 변화에 대한 전략적 투자 결정, 규제사항

에 대한 사업 수익률의 균형 등이 포함되어 있다. 이러한 분석의 장기적인 성격을 감안할

때, 자산소유자가 사용하는 측정 및 평가 기준은 매우 중요하다.

｜ 5.1 신뢰도 지표 ｜

장기적 관점에서 의사 결정을 위한 중요한 지표 중 하나는 전력계통의 신뢰도에 미치

는 영향이다. 신뢰도와 관련된 다양한 지표는 다음과 같다.

5장

자산소유자의 결정


CIGRE의 TB 367 1.3 및 2.415에 세계 각국의 신뢰도 지표가 제시되어 있다. 이 지표는

송전 또는 배전사업자에게 그들의 시스템 성능에 따라 인센티브나 페널티를 부여하는

규제 절차로 자주 사용되며, 조직간 벤치마킹을 제공한다. 성능은 사업자에 따라 상당히

다를 수 있다. 예를 들어, 그림 5-1은 유럽 국가에 대한 SAIDI 데이터를 보여 주며, 여기서

정전시간은 20 분보다 작거나 500 분을 넘는 범위일 수 있다16.

SAIDI, SAIFI 및 정전과 같은 지표가 일반적으로 전력계통사업자가 자신의 사업 성능

을 점검하고 다른 기업의 성능과 비교하는데 이용될 경우, 이 접근방법에는 심각한 문제

가 있다. 일반적으로 사용되는 이 지표에 대한 정의는 조직 및 규제 관할 구역에 따라 서

로 다르다.

예를 들어, 송전계통의 SAIDI인 “T-SAIDI”는

T-SAIDI = ∑ 고객 정전 기간 / 공급개소 총 수

한편, 배전계통에서 SAIDI는

SAIDI = ∑ 고객 정전 기간 / 고객의 총수

● 시스템/고객 손실시간, 호당 평균 정전시간(SAIDI), 호당 평균 정전빈도(SAIFI), 주요 이벤트

수, 공급 중단 이벤트 수, 공급 상실 이벤트 수, 공급개소의 총 수에 대한 비공급 전력 등으로

정전 실적 측정

● 가용/비가용(예를 들어, 연간 평균 가용성, 송전 연속성)

● 전력품질 성능 측정(예를 들어, 전압 크기/변동률, 전압 불균형, 정전압 비율, 전체 고조파 왜형)

● 장애 조치(예를 들어, 선로고장/사고/정전 수)


또한 SAIDI와 SAIFI에 대한 정의는 유럽의 국가별로 미묘하게 다르며 차이점은 다음과

같다.

정의는 각 국가 CEER 보고서17에 설명되어 있다.

● 지속시간이 짧은 정전은 포함되지 않을 수 있다.

● 예고된 전력공급 중단(정전)은 포함되지 않을 수 있다.

● 대규모 재해가 가끔 포함되지 않는다.

⋮그림 5-1⋮ 유럽 SAIDI 데이터15

고객이 연결되어 있는 배전망의 년 평균 정전시간

※LATVA: 2011년에는 944분, 2008년 이후 평균 853분

최근 년도(2012년이 아닌 경우 별도 표시)

•총 SAIDI: 저압고객에 대한 년간 평균 정전시간, 모든 정전 고려

•연간 평균 정전시간, 모든 정전 고려

저압 전력계통에서 사고로 발생된 정전은 고려되지 않거나, 연간 평균 정전시간은 중전압 고객과 평균 소비에 의해 가중됨

→ “총 DAIDI”에 비해 10~20% 과소평가 가능성 있음

2008년 이후 평균(데이터 유효 년도에 한함)

최근 년도(2012년이 아닌 경우 별도 표시)

2008년 이후 평균(데이터 유효 년도에 한함)

LUXEMBURG

DENMARK

GERMANY

THE NETHERLANDS

SWITZERLAND

AUSTRIA

UK

FRANCE

SPAIN-2011

SWEDEN

FINLAND

NORWAY

ITALY

IRELAND-2010

PORTUGAL

SLOVENIA

HUNGARY

CZECH REPUBLIC

MALTA

GREECE-2011

LITHUANIA

ESTONIA

POLAND

LATVIA-2011

50 150 250 350 4500 100 200 300 400 500 minutes


일반적인 산업 성능 지표를 정의함에 있어 다양성을 일치시키기는 어렵기 때문에, 송

전계통 및 배전계통의 성능을 정확하게 비교하기는 힘들다. 국제 표준은 이러한 다양성

을 해소하는데 중요한 역할을 한다.

미국 IEEE 136618에 SAIDI와 SAIFI 등의 지표가 정의되어 있다. 이 표준은 아시아의 일

부 지역에서 채택되었으며, 이 지역에서는 국제 표준의 제정이 유용한 지침이 될 수 있다.

이외에도 지표는 위에서 언급한 것과 같이 이미 다양한 산업에 제안되어 있으며, 다음

지표는 송전과 관련된 대형 전력계통에 관한 것으로, 연구팀은 세계 각국의 전력계통사

업자가 어떤 신뢰도 지표를 사용하는지에 대하여 조사한 것이다.

이러한 지표는 IEC에 의한 표준화가 검토되어야 한다. 이와 관련해서 산업계는 신뢰도

목표를 표준화하는 것이 아니라, 어떻게 목표를 달성하는지에 대한 방법이 정의되어야

한다는 의견을 제시했다. 예를 들어, 송전사업자는 종종 N-1 신뢰도를 목표로 하며, 이는

하나의 계통에서 고장이 발생할 경우 전체 계통은 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다.

● 이벤트 발생에 따른 부하손실

- 부하손실 50 MW 이상

- MW 손실

- 영향 받은 고객 수

● 접속 주파수 응답

● 주파수 저하에 따른 부하

● 시스템 전압 성능

● 접속 신뢰도 운영 제한/시스템 운영 제한(IROL/SOL) 초과

● 보호 시스템 오작동에 의한 송전 정지

● 구성요소의 가용 비율(APC)

● 송전계통 비가용 비율


그러나 일부 송전사업자는 전력공급 중단 없이 2개소 고장에 대해 대처하는 능력을 의

미하는 N-2 신뢰도를 목표로 하며, 반면 배전사업자는 어떠한 고장도 정전을 유발하는

N-0을 목표로 할 수 있다. 이러한 목표 중에서 전력계통사업자는 가능성이 가장 큰 목표

를 선택해야 하지만, 어떻게 목표를 달성하는지에 대해서는 표준화할 수 있다. 궁극적으

로 국제 표준은 세계 각국의 다양한 신뢰도 지표 및 산출 방법을 조화시키기 위해 IEC와

같은 조직의 실행력이 필요하다. 이러한 지표가 의미하는 바에 대한 공통된 언어와 이해

를 바탕으로, 전력계통사업자와 이해관계자는 전 세계적으로 전력계통의 성능을 비교하

고 참고할 수 있을 것이다.

｜ 5.2 재무 지표 ｜

재무 지표는 자산관리에 있어 전력계통사업자가 사용하는 하나의 중요한 장기성과 지

표이다. CIGRE의 TB 367 부록 B15에는 19개 송전 및 배전사업자가 사용하는 재무 지표

의 예가 나타나 있다. 연구팀이 세계 각국의 사업자를 대상으로 설문조사를 하였을 때,

재무 지표에 일반적으로 포함되어야 한다고 제시하는 것은 다음과 같다.

● 세금 전/후 당기 순이익

● 신용 등급

● 이자, 세금, 감가상각 및 상각 전 이익

(EBITDA)

● 영업 현금

● 운영, 유지보수 및 관리 비용

● 자기자본 이익률

● 현금 흐름(예측 정확성)

● 관리 가능한 단위 원가법

● 경제적 부가가치

● 영업 이익

● 이자 보상

● 부채 / 자본 비율

● 자본 조달 비율

● 순이익 비율

● 최소 지급 여력 비율


이 지표에서 가장 일반적으로 사용되는 지표는 세 전/후 순이익이다. 이러한 지표는 일

반 회계규칙, 회계규정 및 재무 분석 등 다양한 방법으로 계산한다.

｜ 5.3 안전 ｜

직원과 고객의 안전성은 전 세계 전력계통사업자 대부분이 고려하는 가장 높은 우선순

위이므로, 자산관리 실행이나 자산관리 프로그램의 계획과 실행에서 고려되어야 하는 안

전지표이다. 일반적으로 사용되는 산업 안전지표의 범위는 CIGRE TB 367 부록 B15에

제시되어 있으며 다음과 같다.

이러한 지표의 대부분은 비슷한 영향을 나타내므로 쉽게 전 세계 전력사업자의 지표로

일치시킬 수 있다. 또한 기업이 동일한 항목을 사용하는 경우에도 정의는 국가 및 조직에

따라 변한다. 표준은 배전 및 송전사업자가 건전도 및 안전도 측정을 구분하고, 이러한

계산 방법의 투명성을 제공하는데 중요한 역할을 할 수 있다.

● 재해 강도율

● 부상 손실시간 빈도율(또는 사고 손실

시간율)

● 재해빈도율

● 재해율

● 예방가능 차량 사고

● 보안관리 시스템 활동

● 총 재해율

● 장애 재해사고 발생률

● 장애 및 의료 조치 재해

● 빈도 심각도 지수

● 의료 설문조사

● 질병 직원의 평균 비율


｜ 5.4 고객에 미치는 영향 ｜

고객에 미치는 영향은 전력계통사업자가 성능을 측정하기 위해 자주 사용하는 장기 지

표 중 하나이다. 고객에 미치는 영향은 일반적으로 고객 만족을 측정하지만, 어떻게 계산

하느냐에 따라 크게 달라진다. CIGRE의 TB 367 부록 B15에 고객 만족을 해석하는 방법

에 대한 몇 가지 사례가 있다. 예를 들어, “고객”은 에너지 고객을 지정하거나, 또는 전력

계통사업자의 공개 혹은 비공개적인 이해관계자를 지정할 수 있다. 이러한 만족은 고객/

이해관계자의 회의, 상세한 설문조사 등의 몇 가지 측정 지표를 통해 평가할 수 있다.

분명히 고객 만족에 대한 이해는 전력계통사업자의 성능을 평가하는 중요한 지표이다.

하지만 고객 만족은 어쩌면 전력계통 사업에서는 가장 완성되지 않은 지표 중 하나일 수

있다. 이러한 지표는 평가 방법의 다양성과 고객이 무엇인지에 대한 정의에서 차이가 있

기 때문에, 표준은 전 세계적으로 사용할 수 있는 명확하게 규정된 정의와 더불어 주요

고객에게 미치는 영향에 대한 지표를 제공할 수 있다.

｜ 5.5 직원에 미치는 영향 ｜

직원은 전력계통 사업의 또 다른 핵심 이해관계자이므로, 전력계통 사업에서 직원에

대한 영향을 이해하는 것은 또 하나의 장기적인 지표가 될 수 있다. 연구팀이 지표와 관

련하여 전력계통사업자를 조사할 때, 4개 회사는 직원에 대한 영향과 관련하여 다음을

제시하였다.


전력계통 사업 전반에 걸쳐 직원 만족도의 이해와 복지 향상 추진에 있어, 일반적이고

표준화된 일련의 지표는 전 세계적으로 큰 도움이 될 것이다.

｜ 5.6 자산 공급 사슬을 위한 자산관리 표준 ｜

전력계통 사업에서 자산관리를 고려할 때, 반드시 명심해야 할 것은 설비 제작사 및 계

약업체 모두를 포함하는 광범위한 자산 공급망을 유지하는 것이다. 이 백서에서는 전력

계통사업자가 직면하고 있는 자산관리의 어려움을 설명하지만, 설비 제작사는 자신들만

의 어려움에 직면하고 있다. 제작사는 최고의 구매 패턴을 갖는 장기적인 사업전략을 운

영하려고 한다. 그들은 변화하는 기술을 추종하면서, 이전부터 이어져 온 설비에 대한 서

비스 능력을 유지하고, 자본집약적인 제작설비를 유지해야 한다. 게다가 제작사는 종종

고령 인력의 지식을 지속적으로 유지하기 위한 전략과 같은 인적 자원을 관리해야 한다.

이러한 어려움에도 불구하고 운영을 지속하고, 안정적으로 사업을 운영하기 위해 제작

사는 사용자 또는 구매자와 밀접한 관계가 있어야 한다. 고장률이나 현재의 기술적 요구

● 고용 계약 지표 - 긴밀한 제휴, 자

원, 동기 부여(ACRM)

● 직원 설문 지수

● 인당 연간 교육 일수

● 인당 평균 연간 병으로 인한 휴가

일수 - 병가

● 인적 자원 개발 전략 및 활동

● 승계 관리

● 직원 유지 전략 및 계획

● 인적 자원의 지속 가능성 지수

● 인종 평등

● 남녀 평등

● 직원 만족도 설문조사

● 회사 의료 설문조사

● 외부 지원자에 의해 채워진 비초

보 수준(NEL) 직책의 백분율

● 전력계통 사업장에 계획된 그룹

원의 비율


사항을 파악하고, 설비의 특정 항목(긴 제작기간이 소요되는 등)에 대해 가능성 있는 미래의

요구를 이해함으로써, 제작사는 그들의 내부제약에 대한 균형을 유지하면서 고객의 요구

수준을 만족시킬 수 있다.

전력계통 사업과 건전한 전력계통 자산관리 사슬의 핵심 요소인 설비 제작사 간의 정

보 공유를 위해, 표준은 의사소통 촉진에 중요한 역할을 할 수 있다. 이 백서의 앞 장에서

다루어진 거의 모든 표준은 설비 제작사뿐만 아니라 전력계통사업자에게 혜택을 줄 것

이다. 또한 본 연구에서 개최한 워크숍에서 설비 제작사의 적극적인 역할에 주목해야 한

다. 성능 지표와 용어의 공통적인 정의를 통해 의사 교환을 용이하게 하거나, 고장 및 고

장 특성의 국제적인 데이터베이스를 제공하는 등의 새로운 자산관리 표준은 송전 및 배

전 생태계 전체에 상당한 혜택을 가져올 것이다.


현재 전력계통 자산관리의 어려움은 국제 표준 또는 사양이 다양하게 존재하는 것

이다.

｜ 6.1 ISO 55000 시리즈 및 PAS 55 ｜

ISO 55000 시리즈(ISO 55000, ISO 55001 및 ISO 55002)는 잘 알려져 있는 일반적인 자산

관리 표준으로 2014년에서 제정되었고, 이는 영국표준협회에 의해 제정된 PAS 55 표준

을 참고하였다.

사실상 이 표준의 관리대상은 대형 물적 자산이다. 특히 정부와 민간 부분의 가스, 전

기, 물 이외에도 교통 및 항공시스템과 관련되어 있다.

ISO 55001의 최소 2개 절은 본 백서의 제안으로 상당한 혜택을 받을 수 있다.

6장

기존 표준과 지침

● 6.1절 : 자산의 고장과 고장 이후의 영향에 대해 조직은 위험을 해결하기 위한 활동을 계획

할 것이다. 본 백서의 제5장에서는 구체적으로 어떠한 것이 필요한지와 어떻게 표준이 계획


전력계통사업자는 ISO 55001과 관련된 규격의 적용에 있어 보다 많은 의견을 다음에

서 참고할 수 있다.

｜ 6.2 기타 표준 ｜

ISO 55000 위원회는 다음과 같은 표준과 상호 조합한 적용을 제안했다.

● 2.1절 CIGRE TB 5978, ISO 55000 시리즈의 전기부분 응용기술

● 4.1절 CIGRE TB 5978, TenneT와 ISO 55000

● 5.2.2절 CIGRE TB 5978, ISO 55000의 추천 ETCs 적용

● ISO 9001 품질경영시스템 - 요구사항

● ISO 14001 환경경영시스템 - 요구사항 사용을 위한 지침

● ISO 50001 에너지 관리시스템 - 사용에 대한 지침과 요구사항

● ISO 31000 위험도 관리 - 원리 및 지침

● ISO/IEC 17021 적합성 평가 - 감시 및 관리 시스템의 인증기관을 위한 요구사항

● ISO/IEC 19770 정보 기술 - IT 자산관리

● ASTM E53 자산관리 표준

● 유지 관리 및 자산관리 간행물에 대한 글로벌 포럼

● 유지보수 및 신뢰도 전문가 간행물을 위한 협회

● 연구소 자산관리의 지식단체

을 지원할 수 있는지, 자산관리에 대한 우선순위 등의 권장사항을 다루고 있다.

● 9.1절 : 감시와 측정이 수행될 때나 감시와 측정의 결과를 분석하고 평가할 때, 조직은 감시

를 위한 방법과 무엇이 감시되고 측정되어야 하는지를 결정해야 한다. 이 권장사항은 본 백

서의 제3장 및 제4장과 일치한다.


또한 다음의 여러 표준이 유용한 참고자료가 된다.

｜ 6.3 표준화 - 배제하는 것 ｜

연구팀은 표준 또는 지침이 자산관리 절차에 어떤 혜택을 줄 수 있는지를 조사하였다.

또한 연구팀은 전력계통사업자와 이해관계자에게 표준에서 배제해야 할 대상에 관하여

조사하였다.

● IEC 60300 신뢰도 관리

● IEC 60812 시스템 신뢰도를 위한 분석 기법 - 고장 모드 및 영향 분석 절차

● ISO/IEC 31010 위험도 관리 - 위험 평가 기법

● IEC 61025 고장 트리 분석

● IEC 61078 신뢰도를 위한 분석 기법 - 신뢰도블록도 및 연산법

● IEC 61649 와이블(Weibull) 분석

● IEC 60706 유지 관리 설비

● IEC 61850 전력회사 자동화를 위한 통신 네트워크와 시스템

● IEC 61968-11 전력회사에서 응용 프로그램 통합 - 배포 관리를 위한 시스템

인터페이스 - 11절 : 배포를 위한 공통 정보 모델 확장

● IEC 61970-452 에너지 관리 시스템 응용 프로그램 인터페이스(EMS-API)

- 452절 : CIM 모델 교환 사양

● IEEE 1366 전력계통 신뢰도 지수를 위한 IEEE 가이드

● 전력계통사업자는 그들의 사업과 특수한 여건에 대해 무료로 관리해 주길 원한다. 표준은

특수한 목표를 설정하거나 이러한 목표를 어떻게 측정하는지에 대해 정의할 수 있다. 그러

나 표준은 특정한 자산관리 실행을 요구해서는 안된다.

● 전력공급 신뢰도와 성능 지표는 세계적으로 매우 다양하다. 따라서 하나의 특정한 신뢰도


를 지정하면 안 된다. 전력계통사업자와 여러 이해관계자가 자신의 상황에 맞춰 선택할 수

있도록 신뢰도 지표의 범위를 제공하여야 한다.

● 반면 어떤 사업 업무를 설명함에 있어 표준이 과도하게 규범적이지 않도록 해야 한다. 예를

들면 그들은 특정 신뢰도 등급을 달성하기 위해 특정한 방법을 요구할 수 있다. 전력계통사

업자나 이해관계자는 그들이 노력하고자 하는 신뢰도 등급 결정을 위해서는 그들 자신의

계획에 따라야 한다.

● IEC에 의한 국제 표준은 송전 및 배전계통 자산관리의 도전에 대해 기술적인 사항에 중점을

두어야 한다. 자산관리를 위한 최적의 관리 절차에 대한 광범위한 고려사항은 ISO 55000

시리즈와 같은 일반적인 표준이 정하도록 두어야 한다.

● 전력계통 및 배전사업은 현재 스마트그리드 기술과 분산발전의 대량 흡수와 같은 새로운

기술 개발까지 놀라운 변화의 시기에 있으며, 표준화를 위해서는 변화하는 산업, 기술 및 사

업의 실행과 병행할 수 있는지가 중요하다.


전 세계적으로 전력산업은 매우 중요한 변화의 시기에 직면해 있으며, 이 중에서 전력

계통 사업 CEO가 제시한 첫 번째가 자산관리에 대한 것이다. 전력계통사업자와 이해관

계자는 예상수명이 가까워진 자산의 보유여부, 규제사항 또는 유지보수에 대한 자금조

달, 인력의 고령화 등의 자산관리에서 중요한 문제에 직면하고 있으며, 이는 전원공급 품

질과 신뢰도, 금융비용 및 미래의 사업에 깊은 영향을 미친다.

이러한 자산관리에 대한 광범위한 도전이 있지만, 전력계통의 자산관리를 위해 광범위

하게 수용 가능한 표준이나 실행방법은 아주 미흡하다. 자신들의 시스템 성능에 대해 평

가할 지표를 어떻게 계산할지, 노후자산의 고장 가능성과 다양한 자산관리 방법 중에 어

떤 것을 우선시할지, 전 세계적으로 전력계통사업자는 자산관리의 거의 모든 측면에서

매우 다른 접근방식과 실행방법을 채택한다. 이러한 다양한 방법 가운데 일부는 전력계

통사업자가 주어진 환경을 해결하는데 중요한 반면에, 통일되지 않은 현재의 방법은 자

산관리 절차에 대한 우수사례의 전반적인 부족과, 심지어 현재의 전력계통 사업 실행이

나 성능에 걸쳐 벤치마킹이 상당히 어렵다는 것을 의미한다.

IEC와 같은 조직에 의한 국제 표준이나 지침은 이러한 상황을 개선하고 전력계통 자산

관리의 도전에 대처하는데 긍정적인 영향을 미치는 중요한 역할을 한다. 국제 표준이나

7장

결론 및권고사항


지침은 전력계통사업자와 이해관계자에게 다음과 같은 많은 이점을 준다.

본 백서는 전력계통사업자가 자산관리에 대한 폭넓은 이해와 실행에 기여할 수 있는

광범위한 국제 표준을 제안했다. 새로운 IEC 국제 표준에 대한 구체적인 내용은 다음과

같다.

● 현재 자산의 상태와 연령에 대한 평가를 위한 공통된 표준이 제정되면, 전 세계 전력계통사

업자는 규제기관, 정부 및 대중의 믿음과 신뢰를 얻을 수 있다.

● 자산관리에 대한 표준화된 방법을 갖는 것은 자산관리에 대한 우수사례에 대한 지침을 참

조할 수 있게 되어, 전력계통사업자와 이해관계자 모두에게 자산관리 및 투자결정에 대한

신뢰와 투명성을 증가시킨다.

● 자산관리에 대한 표준화된 방법을 갖는 것은 전력계통사업자가 다른 지역이나 관할권의 회

사에 대해 벤치마킹할 수 있다.

● 자산관리에 대한 표준을 갖는 것은 선진국과 개발도상국에서 자산관리의 우수사례와 방법

을 이해하고 설명하기 위한 의사소통 및 교육도구로 사용할 수 있다.

● 주요 설비의 점검, 진단방법 및 기준

● 사고 및 설비 고장 데이터의 측정

- 분석방법 및 일반적인 열화 모델 또는 주요 설비의 고장

- 교체에서부터 부분적인 교체 또는 개선에 이르기까지, 주요 설비 보수에 대한 우수사례

● 주요 설비의 수명 추정방법

● 수명주기 비용 계산

● 위험 평가 방법

● 주요 설비에 대한 건전도 지수의 계산

● 자산관리에 대한 우선순위 설정 방법

● 시스템 성능 지표(CAIDI, SAIDI, SAIFI 등)


｜ 7.1 주요 권고사항 ｜

본 백서에서는 전력계통사업자를 대상으로 현재의 자산현황과 자산관리 실행방법을

설문조사하였으며, 이를 바탕으로 IEC와 이해관계자는 몇 가지 권고사항을 제시한다.

부록 A에서는 일반적으로 전력계통을 구성하는 자산의 모니터링 및 유지보수 항목과

주기에 대한 사례를 제공한다.

1) 전력계통 사업 전반에 걸쳐 현재 시스템의 성능에 관해 공통의 언어를 제시하기 위해 상세

한 국제 표준 또는 지침의 제정을 고려한다. SAIDI 및 SAIFI와 같은 지표는 전력계통 성능의

벤치마킹에 매우 중요하지만, 이러한 통계는 전 세계적으로 다르게 계산된다.

2) 중앙 데이터베이스 또는 관련된 시스템의 도입으로 주요 전력계통 설비의 유지보수 문서,

고장 정보 및 과거 성능에 대한 정보를 수집할 수 있다. 다양한 설비 고장(다른 제작사 등의 자

료)이나 보수의 사례, 예비품의 자료에 대해 공개적으로 접근할 수 있는 전 세계적 데이터베

이스를 갖는 것은 전체 전력계통 사업에(특히 수명이 다해 가는 설비) 도움이 된다.

3) 전력계통에 대한 성능 또는 신뢰도 목표를 등급화하기 위한 국제 표준의 도입을 고려한다.

이러한 표준은 전력계통사업자가 그들의 목표 성능 및 서비스 수준에 대해 의견을 교환할

수 있도록 하며, 어떤 성능 목표를 달성하는데 필요한 자산관리의 수준에 대한 지침을 제공

할 수 있다.

4) 전력계통사업자를 위한 자산관리의 절차의 표준이나 지침에 대한 폭 넓은 범위의 도입을

조사한다. 이는 다음과 같은 기능에 대한 국제 표준 또는 지침을 포함할 수 있다.

a) 주요 설비의 점검, 진단방법 및 기준

b) 사고 및 설비 고장 데이터의 측정

c) 교체에서부터 부분적인 교체 또는 개선에 이르기까지, 주요 설비 보수에 대한 우수사례

d) 주요 설비의 수명 추정방법

e) 수명주기 비용 계산

f) 위험 평가 방법

g) 주요 설비에 대한 건전도 지수의 계산

h) 자산관리에 대한 우선순위 설정 방법

5) 많은 경우, 위에 제시한 표준은 처음부터 또는 단독으로 개발할 필요는 없다. 자산관리를

위한 많은 지침이 이미 CIGRE와 같은 기관에 의해 관련된 기술적 문헌이나 자산관리 절차

가 제시되어 있다. 따라서 국제 표준이나 지침을 위해서는 이러한 문헌을 참고하는 것이 유


용하다. 반면 CIGRE와 익숙하지 않은 사람에게는 이러한 기술적 문헌을 파악하기 어려울

수 있다. 따라서 적절한 문헌과 그것으로부터 혜택을 누릴 수 있는 사람에게 도움이 되도록

IEC와 CIGRE가 협력할 것을 권고한다.

6) 전 세계적으로 전력계통의 자산관리 실행을 조화롭게 하기 위한 새로운 표준의 도입에 대

한 중대한 기회가 있는 반면, 이러한 조화가 많은 이익을 창출하고, 그들의 사업이나 운전

환경에 적합한 실행을 위해 충분한 자유를 보장하도록 주의해야 한다. 이러한 결과는 여러

가지 실행의 범위(예를 들어, 서로 다른 신뢰도 목표)를 제공하는 표준이나, 광범위한 산업에서

핵심적으로 참조할 수 있는 우수사례의 제공을 통해 실현될 수 있다.


부록 A에서는 일반적으로 전력계통을 구성하는 자산의 모니터링 및 유지보수 항목과

주기에 대한 사례를 제공한다.

｜ A.1 변압기 ｜

CIGRE TB 44519는 표 A-1과 같이 전력용 변압기의 전형적인 유지보수 항목과 주기를

제시하고 있다. 표 A-2는 변압기의 전기적 시험이나 가스분석으로 확인할 수 있는 일반

적인 고장 목록이다. 표 A-2와 더불어 절연지 중합도 저하, 권선 체결력 저하, 절연유 유

동대전 등은 전력용 변압기의 열화 모드로 잘 알려져 있다. 이러한 고장에 대한 진단 및

평가방법은 다음과 같다.

부록A

모니터링 및유지보수 절차, 주기


항목점검주기

비고보통 주의 요주의

순시 6개월 1개월 1일 활선

상세 육안점검 1년 3개월 2주 활선

가스분석 2년 1년 2개월 모니터링에 따라 주기 다름

절연유 시험 6년 2년 1년

냉각장치 청소 상태에 따라 상태에 따라 언제든 정전 필요

부속품 확인 12년 또는 상태 6~8년 1~2년 휴전작업

기본 전기적 시험 상태에 따라 상태에 따라 언제든 휴전작업

절연 시험(DF/PF) 상태에 따라 6~8년 2~4년

OLTC 내부점검 12년 6~8년 4년 동작횟수와 제작사 권고 고려

⋮표 A-1⋮ 전력용 변압기 유지보수 주기19

⋮표 A-2⋮ 전기적 시험과 가스분석 진단 매트릭스19

문제 유형

권선 형상

권선비

정전용량과 유전정접(DF)/절연역률(PF)

철심 접지 시험

주파수 분광기

자기회로 무결성

권선/부싱/OLTC 연속성

권선 저항

누설 리액턴스

표유손 주파수 응답

회복전압 시험

부분방전 측정(음향적)

자기회로 절연

권선 선간 절연

여자(자화) 전류

절연 저항

분극/분극소거 시험

주파수 응답 시험(FRA)

부분방전 측정(전기적)

부분방전 측정(UHF)

가스분석

진단 기술

기본

전기적

시험

향상된

전기적

시험


절연지 중합도 저하

절연지의 대략적인 강도는 절연지에 함유된 Furfural, CO, CO2, 아세톤 등의 총량을 측

정하는 중합도에 의해 추정될 수 있다. 또한 최근의 진단방법은 메탄올의 양에 기초한 강

도 추정이 제시되어 왔다.

권선 체결력 저하

CO와 CO2에 기초한 권선의 잔존 체결력을 추정하는 방법이 일본에서 연구되고 있다.

체결내력은 초기 체결력과 저하 진단의 결과에 의해 평가될 수 있다.

열화된 변압기 절연유에서의 유동대전

유동대전에 의한 변압기 위험도를 평가하는 진단방법이 일본에서 제안되었고, 표 A-3

과 같이 3등급으로 분류하였다.

등급 분류 개념평가항목

축적 가능 전하밀도 열화 조건

Ⅰ열화에 의한 위험이 증가되어 현재 또는 가까운 미래에 정전기적 방전 가능성이 잠재되어 있는 변압기

•60 nC/㎠ 미만• 60 nC/㎠ 이상 80 nC/㎠ 미만,

20년 이상 사용

•약간량의 C2H2 검출• 통전도가 제어 가능한 값을

상회

Ⅱ현재는 정전기적 방전 가능성이 낮지만 미래에는 가능성이 있는 변압기

• 60 nC/㎠ 이상 80 nC/㎠ 미만, 20년 미만 사용

Ⅲ현재에는 정전기적 방전 가능성이 없으며 미래에도 낮은 변압기

•80 nC/㎠ 이상

⋮표 A-3⋮ 유동대전에 대한 변압기 등급 분류


｜ A.2 가스차단기 ｜

CIGRE TB 16519와 같이 차단기에 대한 대부분의 유지보수는 시간 기준에 따른다.

CIGRE TB 38123에 보고된 전형적인 유지보수 활동을 그림 A-1과 표 A-4에 나타내었다.

점검 및 유지보수 방법

(시간경과 또는 마모에 따른) 비 고

기간 마모

육안점검(8년 경과)• 차단기 운전상태 유지; 공급 Bay는 다른

설비와 격리되어야 함• 구획 개방 불필요

육안점검(16년 경과) • 차단기: 기계적 동작 3,000회 이상• 차단기 운전상태 유지; 공급 Bay는 다른

설비와 격리되어야 함• 구획 개방 불필요

주요 점검(24년 경과)

• 차단기: 기계적 동작 6,000회 이상• 고속 접지개폐기 및 접지개폐기: 기계

적 동작 2,000회 이상 • 단로기 및 접지개폐기 모듈: 기계적 동

작 2,000회 이상

• 차단기 운전상태에서 제거; 작업에 포함된 양에 따라 부분적 또는 전체적 휴전

• 가스 구획 개방 필요

접점 점검

• 차단기: 4.1에 따른 고장전류의 허용 차단회수에 도달한 경우

• 고장전류 차단 6,000회 이상• 고속 접지개폐기: 활선부 접속 2회 이상

• 모듈 격리 필요• 가스 구획 개방

육안점검(32년 경과) 점검 유지보수 일정 반복

⋮표 A-4⋮ 전형적인 차단기 유지보수 및 점검

Time based55%

Condition based8%

Run to failure0%

Combination37%

Other0%

⋮그림 A-1⋮ 차단기 유지보수 방법


｜ A.3 절연케이블 ｜

CIGRE TB 35812은 케이블에서 발생하는 일반적인 결함의 종류를 A-5와 같이 분류하

였으며, 이와 관련된 유지보수 방법은 CIGRE TB 27910를 참조하여 표 A-6에서 표 A-9

에 나타내었다.

결함종류유입

케이블고압

유입케이블가스

압력케이블

압출케이블(XLPE)

1 제3자에 의한 케이블 손상 X X X X

2제3자에 의한 방식층 손상으로 비틀림, 외부 절연유, 솔벤트, 역청의 오손

X X

3 제3자에 의한 금속시스 손상으로 부식 또는 약화 X X

4 절연체 내부 수분 침투 X X

5교통 밀집/하층토 불량/불안정한 대지에 의한 케이블 거동에 따른 외부 손상

X X

6대지변화, 열 수축/팽창, 부적절 클램핑에 의한 외부 기계적 스트레스

X X

7중간 및 종단 접속함에 국부적 전계 증가를 초래하

는 조립 불량X X X X

8 종단 접속함 절연유 누유 X X X X

9 열주기 또는 부적절한 클램핑에 의한 케이블 거동 X X

10 링크박스 내 수분 침투 X X

11 강제 냉각 시스템 고장 X X X X

12 부식에 의한 누유 또는 스틸 파이프 손상 X X

13급유관, 오일 저장탱크, 오일펌프 시스템, 압력 게이지 고장으로 인한 가스 주입 및 압력장치 고장

X X

⋮표 A-5⋮ 절연케이블 형태에 따른 가장 공통적인 결함


진단방안 방법 결함 원인 성능온라인/오프라인

1) 케이블 루트 조사 (제3자의 작업 관측)

케이블 루트 주변 제3자 작업 관측을 위한 케이블 루트 육안 조사

제3자에 의한 케이블 손상 예방

확립 온라인

2) 절연유 압력저하 측정

오일압력 연속 측정 또는 압력 저하 알람

금속시스 손상종단 접속함 누유

확립 온라인

3) 방식층 내전압 시험내전압 시험에 의한 방식층 절연저항 측정 결함 위치 추정 및 복구

외부 방식층 손상 확립 오프라인

4) 온도 측정광섬유에 의한 케이블 구간 분포온도측정(DTS)

온도상승에 의한 열적 열화 냉각 시스템 고장

확립단, 시스템 설계에 광섬유 설치 필요

온라인

5) 부분방전 측정 케이블 시스템 방전 측정절연체 손상 및 절연체 성능저하

개발 중시스템 설계에 따라 유효성 차이 있음

온라인/오프라인

6) 절연유의 화학 및 물리적 분석

케이블 시스템으로부터 절연유 샘플 채취 시험항목- 유중 가스분석- 유전정접- 수분함유량- 이물 등

절연체 열적 열화(다양한 원인있음)

확립(정기적인 시험 시행)

오프라인

7) 접속함의 X-ray 점검

접속함 X-ray 점검케이블 거동에 의한 접속 플러그 오류접속부 불안정 조립

확립단, 인체 유해성, 안전성 문제, 제한적 적용

오프라인

8) 케이블 시스템 점검손상, 누유, 부식 등에 대한 케이블 시스템의 모든 요소의 육안 점검

손상, 누유, 부식 등 확립 온라인

9) 급유관 수축에 대한 종단 접속함 점검

내부 점검 및 관 변동 측정

관 분리에 의한 케이블 거동

확립 오프라인

10) 정기적인 게이지 유지보수 및 교정 게이지 경보 기능 정기 시험

수압 게이지/센서경보 접점제어실 장치를 위한 압력 경보시험

경보 시스템 고장 예방경보 알람 오동작 예방

확립 오프라인

11) 시스 전압 제한기 시험

시스 전압 측정 SVL 고장 건전성 시험 오프라인

12) 본딩 시스템 시험절연저항, 순환전류 측정에 의한 본딩 시스템 건전성 확인

크로스 본딩 기능 상실 확립 오프라인

⋮표 A-6⋮ 압출 케이블 진단방안10




케이블 루트 주변 제 3자 작업 관측을 위한 케이블 루트 육안 조사


확립 온라인

2) 절연유 압력저하 측정

오일압력 연속 측정 또는 압력 저하 알람

단말 스틸 파이프 손상, 누유

확립 온라인

3) 파이프 코팅에 대한

전기시험케이블 자켓 절연저항 스틸 파이프 손상 개발 중 오프라인

4) 음극 방지 시스템 점검

파이프 대지전위 측정 스틸 파이프 손상

음극 방지 설치 및 적절한 운영경향 분석시 더욱 효과적임

온라인


온도상승에 의한 열적 열화냉각 시스템 고장


온라인

6) 되메움재 열특성 조사케이블 부근 되메움재의 열저항율 측정

과부하, 단락, 핫스팟에 의한 절연물의 열적 열화

의심 개소에서 효율적임 온라인

7) 함침지의 화학 및 물리적 분석

측정 항목- 내절 강도- 인열 강도- 파열 강도- 중합도- 파괴 범위- 인장 강도

절연체 열적 열화(다양한 원인있음)

확립단, 케이블 수명이 확실치 않을 경우 시험결과 해석은 명확치 않음

오프라인

8) 접속함의 X-ray 점검 접속함 X-ray 점검케이블 거동에 의한 접속 플러그 오류접속부 불안정 조립

확립

단, 인체 유해성, 안전성

문제, 제한적 적용

오프라인

9) 케이블 시스템 점검손상, 누유, 부식 등에 대한 케이블 시스템의 모든 요소의 육안 점검


10) 급유관 수축에 대한 종단접속함 점검

내부 점검 및 관 변동 측정관 분리에 의한 케이블의 변동

확립 오프라인

11) 펌핑 시스템 점검유압 경보시 펌프, 급유관의 기계적, 육안점검

오일 펌프 시스템 고장 매우 효과적 오프라인

12) 정기적인 게이지

유지보수 및 교정 게이지 경보 기능 정기 시험

수압 게이지/센서 경보

접점제어실 장치를 위한 압력 경보시험

경보 시스템 고장 예방

경보 알람 오동작 예방확립 오프라인

⋮표 A-7⋮ 고압 유입 케이블 진단방안10






확립 온라인

2) 가스 압력저하 측정가스 압력의 연속 측정 또는 저압경보

단말 스틸 파이프 손상에 의한 누기

확립 온라인

3) 파이프 코팅에 대한 전기시험

케이블 자켓 절연저항 스틸 파이프 손상 개발 중 오프라인

4) 음극 보호 시스템 점검

파이프 대지전위 측정 스틸 파이프 손상

음극 보호장치 설치 및 적절한 운영경향 분석시 더욱 효과적임

온라인




온라인

6) 되메움재 열특성 조사

케이블 부근 되메움재의 열저항율 측정

과부하, 단락, 핫스팟에 의한 절연물의 열적 열화

의심 개소에서 효율적임 온라인

7) 함침지의 화학 및 물리적 분석

측정 항목- 내절 강도- 인열 강도- 파열 강도- 중합도- 파괴 범위- 인장 강도

절연체 열적 열화(다양한 원인 있음)

확립단, 케이블 수명이 확실치 않을 경우 시험결과 해석은 명확치 않음

오프라인



오프라인

9) 케이블 시스템 점검손상, 누기, 부식 등에 대한 케이블 시스템의 모든 요소의 육안 점검

손상, 누기, 부식 등 확립 온라인

10) 가스관 수축에 대한 종단접속함 점검

내부 점검 및 관 변동 측정관 분리에 의한 케이블의 변동

확립 오프라인

11) 정기적인 게이지 유지보수 및 교정 게이지 경보 기능 정기 시험

수압 게이지/센서 경보 접점제어실 장치를 위한 압력 경보시험

경보 시스템 고장 예방경보 알람 오동작 예방

확립 오프라인

⋮표 A-8⋮ 가스 압력 케이블 진단방안10






확립 온라인

2) 방식층 내전압시험내전압 시험에 의한 방식층 절연저항 측정결함 위치 추정 및 복구

외부 방식층 손상 확립 오프라인

3) 유전정접 측정 역률증가 측정 절연체 내부 수분침투

개발 중유전정접 측정은 배전케이블 대상으로 개발 초고압 케이블에 적용 불가

오프라인




온라인

5) 부분방전 측정 케이블 시스템 방전 측정절연체 손상 및 절연체 성능저하부속품 오조립

개발 중시스템 설계에 따라 유효성 차이 있음

온라인/오프라인

6) 종단접속함 절연유의 화학 및 물리적 분석

케이블 시스템으로부터 절연유 샘플 채취 시험항목- 유중 가스분석- 유전정접- 수분함유량- 이물 등

절연체 열적 열화

(다양한 원인있음)

확립개별적인 가스분석결과 해석이 명확치 않으므로 정기적인 시험 필요

오프라인



오프라인

8) 케이블 시스템 점검손상, 누설, 부식 등에 대한 케이블 시스템의 모든 요소의 육안 점검


9) 배관 단부 수축에 대한 종단접속함 점검

내부 점검 및 관 변동 측정

배관 분리에 의한 케이블의 변동

확립 오프라인

10) 시스 전압 제한기 시험

시스 전압 측정 SVL 고장 건전성 시험 오프라인

11) 본딩 시스템 시험절연저항, 순환전류 측정에 의한 본딩 시스템 건전성 확인

크로스 본딩 기능 상실 확립 오프라인

⋮표 A-9⋮ 압출케이블 진단방안10


｜ A.4 가공전선 ｜

CIGRE TB 23024은 표 A-10과 같이 철탑의 유지보수 방법과 한 가지 중요한 차이점을

갖는 가공전선에 대한 유지보수 방법에 대하여 요약하였다. 또한 이 문헌에서는 점검에

대한 특별한 공구 리스트를 나열하였다.

CIGRE TB 230의 송전선로 철탑 유지보수에 대한 주요 항목은 다음과 같다.

가공선로 철탑 점검을 위한 특별한 공구는 다음과 같다.

● 지지물 부근의 식물

● 미세한 부식

● 도장 열화

● 지지물 부재의 변형

● 볼트 풀림

● 아연도금 두께 측정기

● 도장 두께 측정기

● 지지물의 편향/비틀림(예, 기울기)

● 지지 장력 측정

● 철탑각 부식 측정기

● 철강 부식 계측기

● 버팀줄/지선 부식 측정기

● 형상(사진 측량)

● 내시경 장치


⋮표 A-10⋮ 가공전선 유지보수 위한 주기 및 샘플 수24

점검장소

일반선로(가공전선) 중요선로(가공전선)

기간(년) 시료량(%) 기간(년) 시료량(%)

중앙값 평균 중앙값 평균 중앙값 평균 중앙값 평균

차량 1.0 1.4 49 57 0.8 0.8 65 66

대지 1.0 1.4 100 87 1.0 1.3 100 90

승탑 2.8 4.2 33 53 1.0 3.0 68 60

헬기 1.0 1.5 100 94 1.0 1.5 100 95


부록 B에는 다양한 전력계통 설비의 열화모드에 대한 예를 나타낸다.

｜ B.1 변압기 ｜

절연지 중합도 저하

누적된 가열에 의한 절연지의 중합도 저하는 절연지 강도의 저하에 이르게 된다. 그림

B-1은 절연지의 중합도 저하와 CO2+CO의 양, 열화에 의해 생성되는 푸르푸랄(Furfural)

의 관계를 나타낸다.

권선 체결력 저하

프레스보드(그림 B-2 참조)와 같은 절연지는 열적 열화에 의해 크기가 축소되어 권선

체결력의 저하로 연결된다. 이런 현상은 최근에서야 설비의 노후화로 인식되기 시작하

였다.

부록 B

전력계통 설비의 열화 모드


열화된 변압기 절연유에서의 유동대전

프레스보드의 열화와 더불어 절연유에 포함된 황(S)의 변화는 정전하의 대전경향을 증가

시키는 원인이 될 수 있다. 이것은 변압기 수명에 영향을 미칠 수 있는 인자 중 하나이다.절

연지

프루

프랄

생산

량(m

g/g)

100 1

80

10-1

60

10-2

40

10-3

20

00.1 00.5 1 205 4010 6050 80100 100

절연지 중합잔량(%)CO+CO2 발생량(ml/g)

⋮그림 B-1⋮ 절연지와 CO2+CO양의 중합도 잔량의 관계(왼쪽),

푸르푸랄 양과 중합도 잔량의 관계(오른쪽)25

⋮그림 B-2⋮ 프레스보드의 수축과정

시간

compacting(압축)

plastic flow(소성유동)

aging(노화)

프레

스보

드의

크기


｜ B.2 가스차단기 ｜

가스차단기에 대한 일반적인 열화 모드는 다음과 같다.

동작 횟수와 차단전류의 축적된 에너지는 아크소호 챔버의 수리와 교체의 기준이 될

수 있다. 반면 가스 차단부의 가동부를 외부에서 진단하는 것은 제작사와 제작유형에

따라 메커니즘이 다르기 때문에 어렵다. 또한 차단기에 가스 기밀 성능은 O링의 재료와

밀폐구조에 따라 크게 의존한다. 실링의 수명은 압축 설정 비율이 80%가 될 때를 기준

으로 하며, 재료에 따라 21년에서 91년까지 범위가 다양하다.

｜ B.3 절연케이블 ｜

그림 B-3과 같이 CIGRE TB 358에서는 압출 케이블의 열화요인을 요약하였다. 수

막이 없는 XLPE 케이블에서 가장 일반적인 고장모드는 수 트리(water tree)이며, 상태는

Bath-tube 곡선의 우발고장 기간에서 마모고장 구간으로 전이단계에서 발생하는 것으

로 설명된다. CIGRE TB 358에서는 예상되는 고장의 수는 시간에 따라 증가하는 지수함

수의 선형화로 보고되고 있다.

● 아크 소호 챔버의 열화

● 가스차단기 가동 부품의 마모

● 열 열화에 의한 가스실링 성능의 저하


｜ B.4 송전선로 철탑 ｜

강철의 부식이 송전선로용 철탑의 주요한 이상의 원인으로 CIGRE TB 230에 보고되어

있다24. 이 브로셔에 부식의 유형과 원인은 다음과 같이 설명한다.

송전선로용 철탑의 일반적인 부식의 유형과 원인은 다음과 같다.

⋮그림 B-3⋮ 압출 케이블의 열화요인12

전기적

- 용량 필드의 분포

- 결함의 분포 위치

- 액세서리의 접속점

- 고유 절연파괴 전압이 매우 높음

- 특정 온도에서의 낮은 유전 손실

- 수트리(중전압 케이블)

- 결함에서의 기하학적 전계 강화

- 공간전하의 필드 강화

- 맥스웰 변형력 텐서(~E2)는 항복응력 초과가능

- 표면상태 또는 부속품 접속부 부분방전 발생

- 강한 온도 의존도

- 다양한 요인 : 케이블 구조, 재료(알로이), 환경

- 특히 기름의 충진 단자

- 지역결함에서 맥스웰 변형력에 기여

- 덕트에서의 게이블 변위로 인한 엑서사리에서의

순환 휘어짐과 과도한 스트레스

- 부하순환에 따른 스트레스 완화가 액세서리의

계면압력 또는 수축생성을 감소할 수 있다. 기계적

- 응력

- 온도 팽창에 따른 열역학적

스트레스

- 피로 및 환경 스트레스

재료 구조의 변화

- 결정 및 산화

- 부식

- 일치성

화학적

물리적

압출 케이블과 부속품의 열화 요인

● 일반적인 풍화작용

● 산업공해

● 소금에 의한 부식(해변지역)

● 갭 부식(부분 부식 발생)

● 온대 지역의 거대한 식물의 성장

● 온대 지역의 높은 습도

● 재료 결정간 부식

● 열대 지역의 높은 습도

● 열대 지역의 거대한 식물 성장


송전선로 지지 철탑의 부품은 일반적으로 부식에 영향을 받는다.

● 지반 부분

● 볼트 및 너트

● 강철 격자 보조 부재

● 보조 지지선

● 강철 격자 주 부재

● 볼트의 샤프트

● 볼트의 와셔

● 바 사이의 연결

● 보강판(노드)

● 보강판의 크기

● 인장케이블(케이블)

● 인장케이블 접속점(접지, 보조)

● 용접층


부록 C에서는 전력계통의 주요 자산에 대한 고장과 고장률에 대한 정보를 제공한다.

｜ C.1 변압기 ｜

표 C-1은 CIGRE A2.37에서 보고한 전력용 변압기의 고장률을 나타낸다26. 이러한 고

장의 원인을 조사하여 그림 C-1에 나타내었다.

부록 C

일반 전력계통 자산의 고장 및 고장률

⋮표 C-1⋮ 전력용 변압기 고장률26

고장과점유율

설비 최고 전압(kV)

69≤kV<100 100≤kV<200 200≤kV<300 300≤kV<500 kV≥700 all

고장수 145 206 136 95 7 589

변압기-년 15077 46152 42635 29437 219 135491

고장률 0.96% 0.45% 0.32% 0.32% 3.20% 0.43%


｜ C.2 가스차단기 ｜

또한 CIGRE에서는 가스차단기의 제작년도와 주요 고장 주기를 설문조사하여 그림

C-2와 같이 나타내었다27. 그림 C-3과 같이 고장주기는 활선과 사선 차단기에 따라

다르다.

권선 45%

기타 1%

인출 7%

절연 1%

부싱 17%철심/저화 회로

3%

탭체인저26%

⋮그림 C-1⋮ 전력용 변압기 고장 부위26

⋮그림 C-2⋮ 차단기 제작 주기에 따른 고장주기27

1.20

1.00

before 1979 1979-1983 1984-1988 1989-1993 1999-20031994-1998 2004-2007

0.80

0.60

0.40

0.20

0.00

All Countries

All Countries - upper limit

All Countries - lower limit

Without prevailing country

Without prevailing country - upper limit

Without prevailing country - lower limit

MaF

freq

uenc

y (M

af /

100

CB ye

ars)


｜ C.3 절연케이블 ｜

CIGRE TB 379에 절연케이블의 고장률 조사 결과를 보여준다. 그림 C-4는 지상케

이블의 내부고장 경향을 나타낸 것이다28. 표 C-2에 전압별, 케이블 종류별, 부속품의

유형별 고장 비율을 분류하였다.

⋮그림 C-3⋮ 외함 유형에 대한 주요 고장 빈도27

Estimated intensity

Failure intensity - lower limit

Failure intensity - upper limit

Estimated intensity

Failure intensity - lower limit

Failure intensity - upper limit

1,4000

1,4000

0,8000

0,8000

0,2000

0,2000

1,2000

1,2000

0,6000

0,6000

0,0000

0,0000

before 1979

before 1979

1984 -1988

1984 -1988

1994 - 1998

1994 - 1998

1979 - 1983

1979 - 1983

1989 - 1993

1989 - 1993

1999 - 2003

1999 - 2003

2004 - 2007

2004 - 2007

1,0000

1,0000

0,4000

0,4000

MaF

freq

uenc

y (M

af /

100

CB ye

ars)

MaF

freq

uenc

y (M

af /

100

CB ye

ars)

MAJOR FAILURE for Live Tank

MAJOR FAILURE for Dead Tank

AC 내부 고장 경향 – 그 외 케이블

AC 내부 고장 경향 – SCOF 케이블

AC 내부 고장 경향 – PILC 케이블

⋮그림 C-4⋮ 지상케이블의 부품 연한에 따른 내부고장의 경향28

AC 내부 고장 경향 – XLPE 케이블

20

15

10

5

0

10

5

0

10

5

0

15

10

5

0

Num

ber o

f fai

lure

sN

umbe

r of f

ailu

res

Num

ber o

f fai

lure

sN

umbe

r of f

ailu

res


전압레벨

[kV]케이블 종류 부속품 종류

부속품 수량

[2005년]

내부고장총

수고장률

60

~

219

압출형

(XLPE,PE,

EPR)

몰드형 직선 조인트 16995 13 0.028

현장제작 진선 조인트 127711 13 0.002

연가 조인트 1336 2 0.035

옥외형 단자-오일형-자기 46226 7 0.003

옥외형 단자-오일형-복합 화합물 2619 2 0.019

옥외형 단자-드라이형-자기 1954 2 0.024

옥외형 단자-드라이형-복합 화합물 1353 0 0

옥외형 단자-기타 0 6

옥외형 단자-합계 52152 17 0.007

GIS/M.Tr 단자-오일형 4222 0 0

GIS/M.Tr 단자-드라이형 20771 15 0.015

SCOF

직선형 조인트 48843 1 0

단선 조인트 2949 4 0.028

연가 조인트 202 0 0

옥외형 단자 자기 13262 2 0.003

옥외형 단자 복합 화합물 22 0 0

GIS/M.Tr 단자- 오일형 3306 2 0.012

HPOF

직선형 조인트 1359 4 0.06

단선 조인트 56 0 0

3단자 직선형 조인트 45 0 0

3단자 단선 조인트 0 0 0

옥외형 단자 자기 796 0 0

GIS/M.Tr 단자- 오일형 38 0 0

GC

직선형 조인트 1194 1 0.017

옥외형 단자 자기 380 2 0.105

GIS/M.Tr 단자 99 1 0.202

연가 조인트 41 0 0

⋮표 C-2⋮ AC 지상케이블 부속품 고장률28


220

~

500

압출형

(XLPE,PE,

EPR)

몰드형 직선 조인트 2212 4 0.044

현장제작 진선 조인트 2780 2 0.015

연가 조인트 7 0 0

옥외형 단자-오일형-자기 1493 2 0.03

옥외형 단자-오일형-복합 화합물 61 0 0

옥외형 단자-드라이형-자기 0 0 0

옥외형 단자-드라이형-복합 화합물 53 0 0

옥외형 단자-기타 0 13

옥외형 단자-합계 1607 15 0.215

GIS/M.Tr 단자-오일형 2447 2 0.016

GIS/M.Tr 단자-드라이형 637 2 0.071

SCOF

직선형 조인트 13425 1 0.002

단선 조인트 1272 6 0.097

연가 조인트 13 0 0

옥외형 단자 자기 4142 5 0.024

옥외형 단자 복합 화합물 0 0 0

GIS/M.Tr 단자- 오일형 2682 1 0.005

HPOF

직선형 조인트 923 1 0.022

단선 조인트 16 0 0

3단자 직선형 조인트 38 0 0

3단자 단선 조인트 8 0 0

옥외형 단자 자기 244 3 0.246

GIS/M.Tr 단자- 오일형 109 0 0

GC

직선형 조인트 0 0 0

옥외형 단자 자기 0 0 0

GIS/M.Tr 단자 0 0 0

연가 조인트 0 0 0


부록 D는 전력계통 자산에 대한 건전도 지수를 계산할 때 고려되는 몇 가지 파라미

터를 나타낸다.

부록 D

전력계통 자산의 건전도 지수

요소 설명

경과연수 변압기 사용연수

DGA결과변압기 내부 상태판정을 위한 지표

총량과 용존 가스의 종류에 따라 평가

중합도메탄올, CO+CO2, Furfural 측정값의 합으로 평가되는

절연지의 열화 판정 지표

절연유 분석 결과 산도, tan∂, 유전정접 값으로 평가되는 값

수분률 절연유의 수분함량으로 평가되는 값

동종 설비의 고장 경험같은 종류의 변압기 고장 경험을 근간으로 분류

같은 사양, 같은 제작사, 생산번호, 제작년도로 분류

절연유 누설 존재 절연유 누유 유무

PCB 포함 PCBs의 유무

부싱의 열화 진단 부싱의 상태와 종류로 분류

OLTC의 동작횟수 OLTC의 상태와 종류로 분류

사고 고장율 고장율의 통계분석으로 평가

⋮표 D-1⋮ 변압기 건전도 지수를 위한 파라미터


｜ D.1 변압기 ｜

D-2 가스차단기

가스차단기는 흔히 비정상적인 상태를 검출하고 진단하는 것이 어렵다. 이 부분에

대해 향후 검토나 진전이 예상되지만, 표 D-2에 나열된 항목 중 일부는 가스차단기의

건전도 지수를 산출하기 위한 파라미터로 계산될 수 있다.

D-3 절연케이블

절연케이블의 건전도를 평가하기 위한 예로서, CIGRE TB 35812에서는 “잔존수명”

이라는 개념과 사례연구가 제안되었다.

요소 설명

경과연수 차단기의 사용연수

차단기 동작특성 진단결과 차단기 동작시간과 스트로크 측정결과로 평가

마모상태그리스의 수명과 동작 메커니즘의 책무를 기본으로 평가

(다빈도 스위칭 동작의 유무)

기밀성 O링과 접속부 구조에 따른 실링 성능(가스 누설 위험)을 기본으로 평가

동종 설비의 고장 경험같은 종류의 변압기의 고장 경험을 근간으로 분류

같은 사양, 같은 제작사, 생산번호, 제작년도로 분류

그리스의 변질 그리스의 변질(그리스의 경화와 슬라이딩 성능)

⋮표 D-2⋮가스차단기의 건전도 지수 파라미터


질문 설명 가능한 답변 답변

기술적인 질문

T1 케이블의 고장률이 현저히 증가하고 있다고 생각되는가? N=0,Y=6

T2 위의 케이블의 고장률만 현저히 증가하고 있는가? N=0,Y=2

T3 부속품의 고장률이 현저히 증가하고 있다고 생각되는가? N=0,Y=3

T4 위의 부속품의 고장률만 현저히 증가하고 있는가? N=0,Y=6

T5 시스템의 경과연이 40에서 60년 사이인가? N=0,Y=1

T6 시스템의 경과연이 60년 이상인가? N=0,Y=1

T7 접속부에서 기름/가스의 누설이 있는가? N=0,Y=2

T8 시스(sheath)의 보존이 의심되는가? N=0,Y=2

T9 케이블이 부하시 혹은 과부하시 열이 높은가? N=0,Y=2

T10 이 접속부에 부식의 위험성이 증가하는가? N=0,Y=1

T11 고체절연케이블 : 케이블에 수막이 없고 물기가 없는 환경인가? N=0,Y=1

T12 케이블이 진동이나 큰 기계적인 힘이 주어지는가? N=0,Y=1

총 기술점수:

T=(T1+T2+…+T12)/N, N: 케이블 종류에 따른 사용가능한 최고 점수0<T<1

경제적인 질문

E1신규 케이블과 유지보수 비용을 비교

케이블 교체가 경제적으로 최고의 선택인가?N=0,Y=1

선택 가능한 경제적 질문

E2 케이블 운영과 유지비용이 용납될 수 있는가? N=0,Y=2

E3 전력을 전송하지 않는 비용이 용납될 수 있는가? N=0,Y=6

E4 선로를 강화하는 기회의 경제적 창구가 있는가? N=0,Y=1

E5 보수비용이 용납될 수 있는가? N=0,Y=1

총 경제적 점수:

E=E1 또는 (E2+E3+E4+E5)/70<E<1

전략적인 질문

S1 안전하지 않은 상황에서 중대한 위험이 있는가? N=0,Y=1

⋮표 D-3⋮절연케이블의 잔존수명 추정을 위한 대한 질문


S2 케이블 시스템의 사용 불가능한 환경적인 위험이 있는가? N=0,Y=2

S3 전력계통에서 이 회로가 치명적인가? N=0,Y=1

S4 케이블 종류가 더 이상 유지할 수 없거나 적절히 교체될 수 없는가? N=0,Y=1

S5 선로를 수리하고 설치하는데 소요되는 시간이 받아들일 수 없는가? N=0,Y=1

S6 이 선로에 대하여 비용을 쓰는 정치적인 기회 창구가 있는가? N=0,Y=1

총 전략적 점수:S=(S1+S2+…+S7)/11

0<S<1

가중치

기술적, a 0<a<5

경제적, b 0<b<5

전략적, c 0<c<5

총 합계점수:X=(a.T+b.E+c.S)/(a+b+c)

점수 권장조치

X>0,4

적색 : 시스템이 한계수명에 근접

- 간단한 방법으로 적색을 황색이나 녹색으로 변경하는 직접적

인 조치(예: 부속품만 교체, 안전문제의 완화, 기술적 문제 해결

- 7장 참조)

0,1<X<0,4

황색 : 시스템의 부분적인 수리 필요

- 황색에서 녹색으로 변경하기 위해 무엇을 해야 할지 찾는다.

- 케이블의 데이터를 수집하고, 적합한 유지보수를 수행한다.

- 교정 유지보수 작업 후 1~3년 후 케이블의 동작/성능/설치의 주

요 변화에 대한 상세한 분석을 반복한다.

X≤0,1

녹색 : 시스템이 즉각적인 조치를 필요로 하지 않는다.

- 케이블 데이터를 계속 수집

- 3-5년 후 케이블 동작/성능/설치에 큰 변화의 경우, 단순화된

접근 방식을 반복한다.

⋮그림 D-1⋮ 설문지의 점수와 점수 분류

점수 분류

총합계 점수

점수

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0


설 비 품 목 설 명

철 탑

경과연수 철탑의 사용연수

열화도(육안점검) 육안 점검로 평가된 각 성분의 부식도를 포함한 전체 철탑의 열화 정도

아연 도금 두께 두께 측정기로 측정된 잔여 아연도금 두께

신뢰도최신 지식을 바탕으로 내력을 다시 확인하는 방법으로 내력위험도를 설계한다. 부식으로 인한 철탑의 강도 저하 위험

전 선

경과연수 전선의 사용연수

잔여 교차 단면적 철심과 알루미늄선의 잔여 교차 단면적

잔여 인장강도 교차 단면적의 직접 측정이나 추정으로 평가된 가닥 선의 인장강도

발열 압축 조인트 튜브의 발열의 유무

⋮표 D-4⋮가공선로의 건전도 지수 산출을 위한 변수


참고문헌

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• 발행일 2016년 7월

• 발행인 김동섭

• 지은이 IEC(International Electrotechnical Commissin) 산하 MSB(Market Strategy Board)

• 옮긴이 한국전력공사 전력연구원

• 발행처 한국전력공사 전력연구원

• 주 소 대전광역시 유성구 문지로 105

• 전 화 042-865-5134

• 팩 스 042-865-5128

• 홈페이지 www.kepri.re.kr

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