전력산업 흐름

다음은 전력산업 흐름에 대한 정리이다.

전력산업 변화 방향

전력산업 시대적 변화

다음은 1980년대 이후 전력 산업의 주요 변화를 10년 단위로 요약한 내용이다.

• 1980년대: 중앙 집중화와 초기 환경 인식

- 중앙 집중형 발전: 화석 연료와 원자력을 사용하는 대형 중앙 집중형 발전소가 주를 이루었으며, 대부분의 지역에서 독점적 공급사가 이를 관리했다.
- 환경 인식의 시작: 초기 환경 규제가 시작되어 황산화물(SO₂)과 같은 오염물질의 배출을 통제하려는 노력이 있었다.
- 경쟁 제한: 대부분의 전력 시스템이 수직 통합되어 발전, 송전, 배전이 각 지역에서 단일 기관에 의해 관리되었다.

• 1990년대: 규제 완화와 시장 구조 개편

- 규제 완화와 경쟁 도입: 북미와 유럽을 중심으로 전력 산업에서 경쟁을 촉진하기 위한 구조 개편이 진행되었고, 유틸리티 독점이 해체되었다.
- 독립 발전 사업자(IPPs): 민간 기업이 전력을 생산해 판매할 수 있게 되면서 기존 유틸리티 모델이 변화되었다.
- 재생 가능 에너지의 시작: 풍력과 태양광과 같은 재생 에너지에 대한 관심이 생겼지만, 당시에는 높은 비용 때문에 도입이 제한적이었다.

• 2000년대: 재생 가능 에너지 정책과 그리드 현대화

- 재생 가능 포트폴리오 기준(RPS): 많은 정부가 유틸리티가 재생 가능 에너지의 비율을 일정 수준 이상 확보하도록 의무화해 풍력과 태양광 발전이 증가했다.
- 정전과 신뢰성 문제: 대규모 정전 사고가 발생하면서 전력망의 취약성이 드러났고, 신뢰성과 인프라 투자에 대한 관심이 높아졌다.
- 스마트 그리드의 시작: 스마트 미터와 초기 디지털 도구가 전력망 모니터링에 도입되며 스마트 그리드 개발이 시작되었다.

• 2010년대: 재생 가능 에너지의 급성장과 기술 혁신

- 재생 가능 에너지 유행: 풍력과 태양광 기술의 비용이 급격히 낮아지며 전 세계적으로 대규모 도입이 이루어졌다.
- 배터리 저장: 초기 배터리 저장 기술 투자가 재생 가능 에너지 간헐성 문제 해결에 기여하여 전력망 안정성 향상에 기여했다.
- 디지털화와 스마트 기술: 유틸리티들이 사물 인터넷(IoT), 인공지능(AI), 예측 분석과 같은 디지털 기술을 통해 전력망 운영 최적화와 자산 관리를 개선했다.

• 2020년대: 탈탄소화, 분산화, 회복력

- 탈탄소 목표: 정부와 기업들이 탄소 배출 감소 목표를 설정하면서 석탄과 석유의 의존도가 급격히 감소했다..
- 분산 에너지: 분산 에너지 자원(예: 태양광 패널, 마이크로그리드)이 증가해 지역 전력 솔루션과 회복력이 강화되었다.
- 에너지 저장과 회복력: 배터리 저장 및 기타 기술이 전력망의 안정성을 보장하며 재생 가능 에너지의 비중이 커지는 가운데 신뢰성을 유지에 집중
- 전기화: 전기차(EV)와 난방 및 산업 프로세스의 전기화가 확산되며 전력 수요가 증가하고, 이에 따른 전력망 관리 과제가 새롭게 등장

이러한 변화로 인해 전력 산업은 청정하고 디지털화된, 점차적으로 분산된 시스템으로 발전했으며, 지속 가능성과 회복력에 초점을 맞추고 있다.

3종 기술 비교

문제 해결방안으로 제시된 3개 영역.

소형 모듈형 원자로(SMR), 재생 가능 에너지, 에너지 저장 기술을 기술적, 환경적, 경제적 관점에서 분석해 보겠습니다.

소형 모듈형 원자로(SMR)

• 기술적 측면

안정성: SMR은 전통적인 원자로보다 소형화되어 있으며, 고도로 안전한 설계가 적용되어 비상 상황에서 자동으로 멈추거나 냉각되는 기능을 가지고 있습니다.
모듈화 및 확장성: SMR은 모듈형 설계로 대규모 건설이 필요하지 않으며, 필요에 따라 추가 설치가 가능하여 에너지 수요 증가에 맞춰 유연하게 대응할 수 있습니다.
고효율성: SMR은 고밀도 에너지를 생성하여 소규모 공간에서도 많은 전력을 공급할 수 있습니다. 이는 도시나 산업 중심지에 인접한 위치에서 전력 생산을 가능하게 합니다.

• 환경적 측면

탄소 배출 감소: SMR은 운전 중 탄소를 배출하지 않아 전통적인 화석 연료 발전소보다 환경에 미치는 영향이 적습니다.
방사성 폐기물 관리: SMR이 기존 원자로보다 적은 양의 폐기물을 생성하지만, 방사성 폐기물은 여전히 환경적 문제로 남아있습니다. 안전한 폐기물 처리가 필수적입니다.
지역 수용성: SMR이 대형 원자로보다 안전성이 높지만, 원자력에 대한 공포와 방사성 폐기물 관리 문제로 인해 지역 사회의 수용성 확보가 어렵습니다.

• 경제적 측면

초기 비용: 초기 건설 및 규제 승인에 높은 비용이 소요되지만, 기존 대형 원자로보다는 저렴한 편입니다.
장기 운영 비용: 장기적으로는 연료비가 낮고 안정적 전력 공급으로 인한 비용 절감이 가능합니다.
규모의 경제: SMR은 대량 생산이 필요하지만 현재 수요가 낮아 규모의 경제를 달성하기 어려운 상태입니다.

재생 가능 에너지 (태양광, 풍력 등)

• 기술적 측면

기술 발전: 태양광 패널과 풍력 터빈 기술은 최근 몇 년간 효율이 크게 향상되었습니다. 특히, 고효율 패널과 대형 풍력 터빈은 더 적은 설치 면적으로 더 많은 에너지를 생산할 수 있게 합니다.
간헐성 문제: 재생 가능 에너지는 날씨나 일조량에 따라 변동성이 크며, 이를 보완하기 위해 에너지 저장 장치가 필수적입니다.
분산형 전원으로의 가능성: 태양광이나 소형 풍력 발전은 가정, 산업 단지 등에 소규모로 설치 가능해 분산형 에너지 공급망 구축에 기여할 수 있습니다.

• 환경적 측면

무공해 에너지: 재생 가능 에너지는 전력 생산 시 탄소를 배출하지 않으며, 장기적으로 환경 보호에 중요한 역할을 합니다. 
자원 사용: 태양광 패널과 풍력 터빈은 설치에 광물을 필요로 하며, 이는 광물 채굴과 폐기물 관리 문제를 야기할 수 있습니다.
생태계 영향: 대규모 풍력 발전소는 조류와 같은 지역 생태계에 영향을 줄 수 있으며, 태양광 발전소는 토지 사용을 증가시켜 환경에 영향을 미칠 수 있습니다.

• 경제적 측면

비용 절감: 기술 발전으로 설치 비용이 지속적으로 낮아지고 있으며, 장기적으로 전력 비용 절감 효과가 큽니다.
정부 보조금 및 인센티브: 많은 정부가 재생 가능 에너지에 대한 보조금 및 세제 혜택을 제공해 초기 투자 비용을 낮추고 있습니다.
변동성 관리 비용: 전력망의 변동성을 관리하기 위한 추가 비용이 필요하며, 이는 경제적 부담으로 작용할 수 있습니다.

SMR의 제약

소형 모듈형 원자로(SMR)의 확산에는 여러 장애물이 있으며, 이를 해결하기 위해서는 신중한 계획과 문제 해결이 필요합니다. 다음은 SMR 확산의 주요 과제를 단계별로 설명한 내용입니다.

1. 규제 승인 및 라이선스

복잡하고 긴 절차: 핵 규제는 엄격하며, SMR은 안전과 환경 기준을 충족하기 위해 광범위한 문서 작업, 테스트, 검증이 필요합니다. 승인 절차는 느리고 국가마다 다를 수 있습니다.

제한된 규제 프레임워크: 많은 규제 기관이 아직 SMR에 특화된 가이드라인을 마련하지 않았습니다. 기존 규제는 대형 원자로를 기준으로 한 것이 많아, SMR에 맞춘 규제 개발이 진행 중인 상황에서는 승인이 지연될 수 있습니다.

2. 높은 초기 비용과 자금 조달 어려움

상당한 초기 투자 필요: SMR이 기존 원자로보다 비용 면에서 유리하게 설계되었지만, 설계, 건설, 규제 준수를 위해 상당한 초기 투자가 필요합니다. 자금 조달 장애: SMR 프로젝트에 대한 투자를 확보하기 어려운데, 이는 원자력 프로젝트에 대한 투자자들의 신중한 태도와 공공 인식의 위험 요소 때문입니다.

규모의 경제: SMR은 대량 생산을 통해 비용 절감을 추구하지만, 현재 수요가 제한적이므로 규모의 경제 달성이 어렵습니다.

3. 공급망 및 제조 제한

제한된 제조 역량: SMR에 필요한 고급 강철, 원자로 용기, 제어 시스템 등 특수 부품을 생산할 수 있는 제조 시설이 충분하지 않습니다.

복잡한 공급망: SMR 제작에는 다양한 국제 공급망이 필요하며, 이는 지정학적 요인이나 물류 문제로 인해 차질을 빚을 수 있어 생산 지연과 비용 증가로 이어질 수 있습니다.

4. 공공 인식과 수용성 문제 핵에너지에 대한 우려: 원자력의 안전성, 폐기물 관리, 환경 영향에 대한 공공의 회의적 시각은 SMR 확산을 어렵게 만듭니다.

폐기물 및 환경 영향: SMR이 기존 원자로보다 적은 양의 폐기물을 생성하지만, 여전히 방사성 폐기물이 발생하기 때문에 안전하고 공인된 폐기물 처리 방법이 필요합니다.

지역사회 참여: 지역 사회의 지지를 얻기 위해서는 투명한 소통과 교육을 통해 SMR의 안전성과 환경적 이점을 홍보해야 합니다.

5. 기술적 도전과 안전 고려 사항

설계 혁신 및 테스트: SMR은 용융염, 고온 가스 냉각 등의 새로운 설계를 사용하는데, 이러한 기술은 아직 완전히 입증되지 않았습니다. 안전 기준을 충족하기 위한 광범위한 테스트가 필요합니다. 안전 프로토콜: SMR은 안전하게 설계되었으나, 특히 도시 지역이나 산업 현장 근처에 배치될 경우 엄격한 안전 시스템과 표준화된 프로토콜이 요구됩니다.

6. 폐기물 관리 및 처리

방사성 폐기물 처리: SMR도 방사성 폐기물을 생성하며, 안전하고 지속 가능한 폐기물 처리 솔루션이 필수적입니다. 인프라 부족: 많은 국가들이 SMR에서 발생하는 핵폐기물을 다루고 저장할 충분한 인프라가 부족하며, 이러한 시설 개발에는 많은 시간과 비용이 소요될 수 있습니다.

7. 전력망 통합 및 배치 과제

전력망 호환성: 기존 전력망에 SMR을 통합하려면 안정성을 보장하기 위한 신중한 계획이 필요합니다. SMR이 생성하는 일정한 전력은 변동하는 수요 패턴과 맞춰져야 합니다.

배치 장소 선정: SMR은 대형 원자로보다 유연하게 배치할 수 있지만, 적절한 인프라(예: 수자원, 교통, 전력망 접근성)와 지역 사회의 수용성을 갖춘 장소를 찾는 것이 여전히 과제입니다.

8. 지정학적 및 정책적 장벽

핵 비확산 문제: SMR은 안전하게 관리되지 않으면 핵 비확산 문제를 야기할 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 엄격한 보안 조치가 필요합니다. 정책 지원 및 인센티브: 많은 국가의 재생 가능 에너지 정책은 주로 태양광 및 풍력에 집중되어 있으며, 핵에너지에 대한 정책이 미비하여 다른 에너지 기술에 비해 SMR 지원이 부족할 수 있습니다.

9. 상용화까지의 시간

긴 개발 시간: SMR을 개발하고 상용화하기까지는 시제품 제작, 테스트, 규제 준수, 대규모 생산 등에 수년, 심지어 수십 년이 걸릴 수 있어 보급이 지연될 수 있습니다.

시장 경쟁: SMR은 빠르게 발전하는 재생 가능 에너지 기술 및 에너지 저장 솔루션과 경쟁해야 하며, SMR이 완전한 상용화에 도달하기 전에 이러한 대안이 더 경제적일 수 있습니다.

• 요약

SMR 확산에는 규제, 경제적, 기술적, 사회적 과제가 있습니다. 이 장애를 해결하려면 정부, 산업, 지역사회 간의 협력으로 규제를 간소화하고 자금을 확보하며 기술을 발전시키고 공공의 수용성을 높이는 노력이 필요합니다. 이러한 문제를 해결한다면 SMR은 미래 에너지 믹스의 중요한 부분이 될 가능성이 큽니다.

에너지 저장 기술 (배터리 저장 시스템 등)

• 기술적 측면

배터리 기술 발전: 리튬 이온 배터리 외에도 다양한 저장 기술(예: 전력 흐름 배터리, 초고온 배터리)이 발전하고 있으며, 저장 용량과 효율이 향상되고 있습니다.
장기 저장 가능성: 대규모 배터리 저장 시스템은 장시간 에너지를 저장할 수 있어 재생 가능 에너지의 간헐성을 보완할 수 있습니다.
효율적 관리 시스템: AI 및 IoT 기술을 활용한 에너지 관리 시스템이 도입되어 배터리 저장 효율을 최적화하고, 전력 수요를 예측해 관리할 수 있습니다.

• 환경적 측면

자원 사용 및 폐기물: 리튬, 코발트 등의 희소 금속을 필요로 하기 때문에 자원 고갈과 폐기물 문제를 일으킬 수 있습니다. 특히, 배터리 폐기 시 환경에 유해할 수 있어 재활용 기술이 필수적입니다.
재생 가능 에너지와의 시너지 효과: 재생 가능 에너지와 결합하여 전력망에 탄소를 줄일 수 있는 강력한 수단이 될 수 있습니다.
폐기물 관리 문제: 배터리의 수명이 제한적이므로, 폐기된 배터리에 대한 관리와 재활용이 환경적으로 중요합니다.

경제적 측면

고가의 초기 투자: 대규모 에너지 저장 시스템의 설치는 초기 비용이 높지만, 재생 가능 에너지와 결합하면 장기적으로 전력 비용을 절감할 수 있습니다.
운영 비용 절감: 전력망에서 수요 변동을 관리하여 피크 시간대 전력 비용을 줄이고 전력망의 효율성을 높일 수 있습니다.

배터리 비용 하락: 배터리 제조 기술 발전으로 인해 장기적으로 비용이 낮아질 것으로 예상되며, 이는 저장 시스템의 경제성을 높입니다.

요약

SMR은 높은 안전성과 고밀도 에너지를 제공하지만, 초기 투자와 규제 문제가 있으며, 방사성 폐기물 관리가 환경적 과제로 남아 있습니다. 재생 가능 에너지는 무공해 에너지로 장기적인 비용 절감 효과가 크지만, 간헐성과 설치 자원의 환경적 부담이 있으며, 초기 투자 비용이 소요됩니다.

에너지 저장 기술은 재생 가능 에너지의 간헐성을 보완하여 전력망의 안정성을 높이지만, 자원 고갈 및 폐기물 문제가 존재하며 초기 설치 비용이 높습니다.

이 세 가지 기술은 상호 보완적으로 작용하여, 에너지 수요 증가와 탄소 감축 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

SMR 현황

AI 데이터센터와 전력기술

AI 데이터 센터의 수가 증가할 경우 전력 수요를 충족하기 위해 다양한 지속 가능 에너지 소스와 효율적인 전력 관리, 그리드 회복성을 통합하는 다각적 접근이 필요합니다. 아래는 이러한 수요와 공급 문제를 해결하기 위한 주요 전략입니다.

1. 재생 가능 에너지 통합 확대

현장 재생 가능 발전: 데이터 센터에 태양광이나 풍력 발전을 설치하여 전력망 의존도를 줄이고 지속 가능한 전력을 자체적으로 보충할 수 있습니다.

재생 가능 전력 구매 계약(PPA): 데이터 센터 운영자가 PPA 계약을 통해 안정적인 재생 가능 에너지를 확보함으로써 대규모 에너지 프로젝트를 지원하고 신뢰할 수 있는 녹색 에너지를 확보할 수 있습니다.

배터리 에너지 저장 시스템(BESS): 저수요 시간에 생산된 재생 가능 에너지를 저장하여 피크 부하 시에 사용할 수 있도록 하고 AI 작업을 위한 연속적인 전력 공급을 보장할 수 있습니다.

2. 에너지 효율성 향상 및 수요 반응

효율적인 냉각 시스템: AI 센터는 상당한 열을 발생시키므로, 액체 냉각과 같은 고급 냉각 방법을 통해 더 효과적으로 장비를 냉각시켜 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

AI 기반 에너지 관리: 에너지 사용 패턴을 예측하고 작업을 동적으로 조정하는 AI를 활용하여 불필요한 전력 사용을 줄이고 효율을 높일 수 있습니다.

수요 반응 프로그램: 데이터 센터가 수요 반응 프로그램에 참여하여 피크 전력 수요 시간 동안 전력 사용을 줄이거나 조정하고, 그에 따른 금전적 인센티브를 받을 수 있습니다.

3. 지역 마이크로그리드와 분산형 에너지 자원(DER)

재생 가능 자원이 포함된 마이크로그리드: 태양광 패널, 풍력 터빈, 에너지 저장소를 통합한 지역 마이크로그리드를 구축하여 AI 데이터 센터에 자급 가능한 전력 공급을 지원할 수 있습니다. 분산 발전: 데이터 센터 근처에 연료 전지나 소형 수력 발전 같은 분산 발전 시스템을 사용해 지역에서 전력을 공급하여 송전 손실과 전력망 의존도를 줄일 수 있습니다.

열병합 발전(CHP) 시스템: 지속적인 전력이 필요한 AI 센터의 경우 CHP 시스템을 사용하여 전기와 열을 동시에 생성하고, 폐열을 추가 냉각에 활용해 효율을 높일 수 있습니다.

4. 송전 및 전력망 인프라 개발 및 업그레이드

전력망 회복성 투자: 전력망에 높은 부하를 가하는 AI 데이터 센터를 수용하기 위해 유틸리티 회사가 회복성 있는 인프라에 투자하여 극한 기후 속에서도 안정적인 전력 공급을 보장할 필요가 있습니다.

초고압 직류(HVDC) 송전선: 원거리 재생 가능 에너지의 효율적 송전을 가능하게 하는 HVDC 송전선을 활용하여 데이터 센터에 신뢰성 있는 전력 공급을 보장할 수 있습니다.

대규모 그리드 배터리 저장: 대규모 배터리 저장 시스템이 재생 가능 에너지의 변동성을 관리하고, 수요가 높은 시기에 백업 전력을 공급할 수 있습니다.

5. 전략적 데이터 센터 입지 선정

재생 가능 에너지 자원 인근 위치: 재생 가능 에너지원(예: 태양광, 풍력, 수력 잠재력이 높은 지역) 가까이 데이터 센터를 위치시켜 장거리 전력 송전 의존도를 줄일 수 있습니다.

냉각 비용 절감: 추운 지역에 데이터 센터를 설치하여 냉각 수요를 자연적으로 줄임으로써 에너지를 절약하고 환경 영향을 줄일 수 있습니다. 기존 인프라와의 근접성: 기존 변전소나 발전소 가까이에 AI 센터를 설치해 별도의 대규모 인프라 구축 없이 전력 수요를 효율적으로 충족할 수 있습니다.

6. 탄소 상쇄와 그리드 밸런싱 재생 가능 에너지 인증서(REC): 직접적인 재생 가능 에너지 공급이 어려울 경우 REC를 구매하여 탄소 발자국을 상쇄하고 간접적으로 재생 가능 에너지 프로젝트를 지원할 수 있습니다.

가상 발전소(VPP): 여러 데이터 센터의 에너지 자원을 통합하여 수요가 높은 시간대에 전력을 전력망에 공급함으로써 실시간으로 공급과 수요 균형을 맞출 수 있습니다.

7. 에너지 기술 연구와 혁신 신기술 연구: 고밀도 전력을 안정적으로 제공할 수 있는 고급 원자로, 수소 연료 전지 등 혁신적인 에너지 기술 연구에 투자할 수 있습니다.

양자 컴퓨팅 및 효율 혁신: 양자 컴퓨팅이 발전하면 에너지 소비가 줄어들어 향후 AI 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있습니다.

초전도 케이블과 효율성 최적화: 초전도 케이블과 같은 새로운 송전 기술은 에너지 손실을 크게 줄여 AI 센터의 밀집된 위치에서도 수요를 충족할 수 있습니다.

• 요약

AI 데이터 센터의 전력 수요를 충족하려면 재생 가능 에너지 통합, 에너지 효율성 향상, 인프라 투자, 에너지 저장 및 관리 솔루션의 혁신이 필요합니다. 이러한 균형 잡힌 접근 방식이 AI 성장을 지원하는 동시에 지속 가능하고 회복성 있는 에너지 공급을 보장하는 데 필수적입니다.

토인비의 역사의 연구와 전력산업 변화

토인비의 역사의 연구

아널드 토인비(Arnold J. Toynbee)의 저서 *역사의 연구(A Study of History)*에서 그는 문명의 발전과 쇠퇴를 설명하기 위해 **도전과 응전(Challenge and Response)**이라는 개념을 제시하고 있다.

도전과 응전이라는 개념에서 컨버전스는 문명 간 상호작용과 융합을 통해 새로운 단계로 발전하는 과정을 설명할 때 중요한 역할을 한다고 볼 수 있다.

이러한 문명 간 상호 작용과 융합의 관점을 일반화 하여 전력산업 기술에서 도전과 응전의 개념으로 해석해 보자

도전과 응전의 역사

1. 근대 과학 혁명

• 컨버전스의 과정: 중세 유럽에서 축적된 철학적, 신학적 전통과 아랍 세계로부터 유입된 과학, 수학 지식이 융합되어 근대 과학 혁명이 일어났다.

• 다음 단계: 이 과정은 계몽주의와 산업 혁명으로 이어지며, 현대 서구 문명의 근간을 형성다.

- 해석 -
중세 유럽의 철학과 신학의 전통과 아랍세계로 부터 유입된 과학 수학 지식이 합쳐져서(컨버전스) 근대 과학 혁명이 일어났다.
과학 혁명으로 인하여, 자연에 대한 무지의 경외에서 자연에 대한 올바른 이해에 따른 활용으로 관점이 이동되었고, 이는 계몽주의와 산업 혁명으로 이어져, 서구 문명의 근간을 세웠다.

2. 현대 글로벌화

• 컨버전스의 과정: 20세기와 21세기에는 산업화, 정보화, 국제적 교류의 증가로 전 세계 문명이 점점 더 긴밀하게 연결되고 융합되었다. 이는 자본주의, 민주주의, 기술의 세계적 표준화를 가져왔다.

• 다음 단계: 현재 진행 중인 단계로, 기술 융합(예: AI, 생명공학, 재생 가능 에너지)과 새로운 문화적, 정치적 질서를 만들어가는 과정이 진행 중이니다.

- 해석 -
엘빈 토플러의 제3의 물결에서 설명한 것처럼, 정보통신 분야의 발전은 표준적 형태의 정보를 전세계에 더 빠르게 전파할 수 있게 되었다. (거시관점)
자본주위, 민주주의 및 기술의 표준화를 가져왔다. 
기술 정보의 표준화를 바라 보는 입장, 정보 통신의 교류가 부족하던 예전에서는 지역별 자생 형태가 있었다. 예를 들어 천주교의 한국에서 자생적 성장이 그 예일 수 있다. 즉, 오랜 시절 전달된 문물은 각기 다른 형태로 발달했다고 볼 수 있다.
비단, 천주교 뿐만 아니라, 중국의 상감 기술은 한국으로 들어와 상감 청자의 형태로 발달하였고, 한국의 백자 기술은 일본의 도자기의 백색 바탕에서 화려한 색감을 추가하는데 영향을 끼쳤다. 이처럼 같지만 다른 형태로의 발전을 가져온 역사의 결과는 빠른 정보통신의 역사에서 다른 의미를 같는 듯 하다.

생각해볼 문제

제3의 물결로 획일화 되는 것은 아닌가? 스스로 살필 시간이 없지 않는가?

정보통신 기술 자체를 생각해 보자. 인터넷을 통한 정보의 유통은 상당히 빠르다. 스마트폰 아니 아이폰 3에서 가져온 손안의 인터넷 (이전까지는 인터넷 접속하려면 컴퓨터라는 것을 거쳐야 했지만) 이젠 손가락질 몇 번으로 정보에 접근할 수 있다)

• 프로그래밍 언어 발전 역사

처음에는 이기종에서 제한이 있었다. 이걸 해결하기 위해 Java라는 언어가 등장하였고, 널리 쓰였다. 이젠 플랫폼이니 어쩌니 이런 이야기들 없어졌다.

Java가 보여준 행동(?)들은 공유 혹은 공동 작업을 위해서 전부 다 바꿀 필요는 없다는 것을 깨닫게 하였다. HTML5로 표준화된 문서 모델이란 것을 정의하게 되었고, 이를 준수하면, 누구나 동일한 동작을 할 수 있게 되었다.

예전에는 machine 형태를 더 잘 이해하고 동작하게 해야 해서 C언어를 사용하였다. (어셈블리 보다는 쉬우니까..) 그 다음에는 Java, 단순한 기계어 코드가 아닌 기계어 코드의 집합들, 문장들을 처리하려면, 모든 플랫폼에서 좀더 복잡한 동작을 할 수 있도록 java가 사용되었다. 그 다음에는 과학기술적 함수, 포트란 등의 이전의 다양한 과학 함수를 정의해서 만들어 놓은 파이썬이 각광받게 되었다. 파이썬이 사랑 받는 이유는 우선 풍부한 함수(오랫동안 사용된 언어이므로)와 인터프리터 특징으로 컴파일 등의 작업 없이 즉시, 그 결과를 확인할 수 있다는 점이었다.

• 시대의 흐름 변경?

약간의 비약이 있지만, java, C 등의 언어적 특징이 있는데, 이러한 것들이 꽃을 피우기 보다는 빠른 정보 교류와 표준화로 인하여, 모두 다음 단계로 넘어가 버린다는 문제가 있는 것 아닌가?

• 내재화? 개성적 발전은 어디로?

모든 컴퓨터 언어들이 고유 특성을 가지고 있다. 즉 전문 영역이 있다는 것이다. 에를 들어 인터넷 초기, C나 C++로 인터넷 데이터를 처리하려고 덤빈 사람들은 다 떨어져 나갔다. 수백 줄의 C코드가 필요한 C언에에서 단순히 한줄 명령어로 그러한 기능을 처리하는 Java 앞에서는 상대가 되지 않기 때문이다.

물론, 새로운 것을 받아 들인다는 것은 기존에 안풀리거나 어려운 문제들을 미리 격고, 해결 방법을 찾아 낸 것들이 집합되어 새로운 해결책으로 등장한 것이 대부분이다. 따라서, 자연스럽게 해당 부분으로 진화(?)하고 이전 기술들은 그 설자리를 잃게 되는 것일지 모른다.

하지만, 고유의 영역에서 간과 된 것이 없지는 않은 것이고, 이러한 고유 영역의 특징을 지속적으로 발전 시킨 것을 소위 말하는 전문 분야라고 할 것이다.

• 발전이란 무엇?

그럼 발전이란 무엇이단 말인가? 새로운 것을 빨리 받아들이고, 그것을 재생산할 수 있도록 내게 맞게 확대하는 것이 발전인가? 아니면, 기존에 갖고 있던 것을 더욱 심화하는 것이 발전인 것인가?

그것은 관점에 따라 다를 수 있지만, 발전은 전자의 경우가 더 적절할 것이다.

흥선 대원국의 쇄국정책은 맞는 것이었을지도 모르지만, 결과적으로 개방과 수용이 더 나은 결과를 가져왔음을 우리는 역사를 통해 알 수 있다. 물론 극단적인 자기 정체성을 버리고자 하는 행위는 용서받을 수 없지만, 변화의 흐름이 필연적인 상황에서 어떤 것을 선택했느냐의 차이일지도 모르겠다.

• 표준화와 집중

결국 어떤 결과를 이끌어 내기 위해 모든 역량을 집중한다고 볼 때, 이를 한사람이 아닌 여럿이 이룬다고 보면, 표준이란 것은 필수적이다. 서로 같은 것을 이야기 해야 하는 데, 다른 것을 이야기한다면, 그만큼 응집되지 않기 때문이다.

하지만, 이러한 응집이 목적을 이루는 데는 효과적일지 모르지만, 개성, 개별적 특화를 가로 막는 것은 아닌가? 선택과 집중이라는 것은 목적에는 적절할지 모르지만, 개성과 다양성이라는 관점에서는 그렇지 못하기 때문이다.

목적에 맞지 않아 버려지는 매몰 비용이라는 것이, 실제로 해보지 않고, 다른 관점에서 매몰 비용이지, 그 자체에서는 상당한 크기의 비용일지도 모르기 때문이다. 마치 생물의 다양성이 중요한 것처럼, 목표라고 하지만, 과연 그것이 적절한 목표인지 알 수 없기 때문에, 생물의 다양성 보존을 가장 큰 가치로 삼는 것 아닌가?

참고: 도전과 응전의 결과

미리 보기 - 도전과 응전의 결과와 그 형태는 어떤 식인지 역사의 연구 관점을 보자.

• 토인비의 관점에서 다음 단계로 나가는 원리

토인비는 문명이 응전(Response)을 통해 발전하지만, 그 응전이 성공적이지 못하거나 내적 도전(예: 분열, 도덕적 쇠퇴)에 직면하면 쇠퇴할 수 있다고 보다. 따라서 컨버전스 이후의 발전 단계는 다음 두 가지 길로 나누어진다:

• 창조적 소수(Creative Minority)의 주도

새로운 통합적 비전을 제시하며, 문명을 다음 단계로 도약시킨다. 예를 들어, 글로벌화된 세계에서 지속 가능한 발전과 포용적 기술 혁신을 추구하는 모델이 될 수 있다.

• 분열 및 해체 - 사라짐, 도태

컨버전스 이후 새로운 응전을 제대로 수행하지 못하면, 문명은 내적 갈등으로 인해 쇠퇴하거나 사라질 수 있다.

전력산업의 도전과 응전

에너지 믹스(Energy Mix)에서 전기 분야의 새로운 응전은 현재와 미래의 에너지 수요, 환경적 지속 가능성, 기술적 혁신 등을 고려하며 발생한다.

토인비의 "도전과 응전" 개념에 따르면, 이러한 문제들에 대해 성공적으로 응전한다면 에너지 시스템은 새로운 단계로 발전할 것이다. 아래는 에너지 믹스에서 전기 분야의 주요 도전과 이에 대한 새로운 응전의 예를 구성한다.

1. 재생(Renewable) 에너지의 통합

• 도전:

태양광 및 풍력 발전은 간헐적이고 예측이 어려워 전력망 안정성에 도전(위협)이 된다.

재생 에너지 확산을 위해 기존의 화석 연료 기반 전력망 구조를 재설계해야 합니다.

• 응전:

스마트 그리드: IoT와 AI 기술을 활용한 실시간 전력 관리.

에너지 저장 시스템(ESS): 대규모 배터리, 양수 발전 등으로 잉여 에너지를 저장하여 수요가 많을 때 공급.

그린 수소: 재생 에너지를 이용해 생산된 수소를 에너지 저장 및 전기 생산에 활용.

2. 분산형 전력 생산 시스템

• 도전:

기존의 중앙 집중형 전력망에서 분산형 시스템으로 전환은 전력 관리 복잡성을 증가시킨다.

지역별 재생 에너지 발전 비율 차이가 클 경우 에너지 불균형 문제 발생.

• 응전:

마이크로그리드: 지역 단위의 자율적 전력망 구축, 독립적으로 전력을 생산하고 소비.

VPP(Virtual Power Plant): 소규모 발전소와 에너지 저장 장치를 네트워크화하여 하나의 발전소처럼 운영.

P2P 전력 거래: 블록체인을 활용한 개인 간 전력 거래 플랫폼.

3. 전기 수요 급증 및 전력망 부담

• 도전:

전기차(EV)의 보급과 산업 전기화로 전력 수요가 급격히 증가.

기존 전력망이 이러한 급증을 처리할 수 없거나 비용이 비싸질 가능성.

• 응전:

수요 응답(Demand Response): AI와 IoT를 활용해 실시간으로 전력 수요를 관리하여 피크 부담 완화.

초전도 케이블: 전력 손실을 줄이고 송전 효율을 극대화.

EV-그리드 연계(V2G): 전기차 배터리를 전력망의 에너지 저장 장치로 활용.

4. 탄소 배출 감소와 에너지 전환

• 도전:

화석 연료에서의 전환 속도가 느리면 기후 변화에 대응하기 어렵다.

전력 생산의 탈탄소화를 넘어, 산업, 난방, 운송 등 모든 부문으로 전기를 확대하는 과제가 있음.

• 응전:

CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage): 화석 연료 기반 발전소의 탄소를 포집하여 저장 또는 활용.

재생 가능 에너지 기반 전력화: 태양광, 풍력 등으로 생산된 전력을 다양한 산업 부문으로 사용 확대.

원자력의 재조명: 차세대 소형 모듈형 원자로(SMR) 등 안전하고 효율적인 원자력 기술 개발.

5. 국가 간 에너지 격차와 협력

• 도전:

일부 국가에서는 재생 에너지 발전 비율이 높으나, 다른 국가에서는 화석 연료 의존도가 여전히 높음.

에너지 공급망이 국경을 초월해 연결됨에 따라 국제 협력이 필요.

• 응전:

슈퍼그리드(Supergrid): 국가 간 초고압 직류(HVDC) 송전망을 연결해 잉여 전력을 공유.

에너지 외교: 기술 및 자원의 공유를 통해 글로벌 에너지 믹스 최적화.

지속 가능한 투자: 국제적인 금융 지원 및 기술 이전으로 개발도상국의 전력망 현대화 촉진.

6. 에너지 기술의 융합

• 도전:

기술 발전 속도가 빠르지만, 기존 시스템과의 융합 및 표준화가 어려움.

기술 비용 절감 및 대중적 수용 필요.

• 응전:

AI 기반 예측 및 제어: 전력 수요와 공급의 불확실성을 AI가 분석하여 최적화.

디지털 트윈(Digital Twin): 전력망의 가상 모델을 만들어 운영 효율성을 높임.

양자컴퓨팅 활용: 복잡한 전력망 시뮬레이션과 최적화를 위한 양자 알고리즘 개발.

6가지 테이블 정리

도전과 응전으로 테이블 정리

전력산업 도전과 응전

순번	분야	도전	응전	비고
1	재생에너지 통합(운영)	* 태양광 및 풍력 발전은 간헐적이고 예측이 어려워 전력망 안정성 해침 * 재생에너지 활용을 위해 기존 전력망 재구성 필요	* 스마트 그리드: IoT와 AI 기술을 활용한 실시간 전력 관리 * 에너지 저장 시스템(ESS): 대규모 배터리, 양수 발전 등으로 잉여 에너지를 저장하여 수요가 많을 때 공급. * 그린 수소: 재생 에너지를 이용해 생산된 수소를 에너지 저장 및 전기 생산에 활용.
2	분산형 전원(다양한 소스)	* 분산형에서는 전력망 복잡성 증가 * 지역별 다른 발전원(용량)은 불균형 초래	* 마이크로그리드: 지역 단위의 자율적 전력망 구축, 독립적으로 전력을 생산하고 소비. * VPP(Virtual Power Plant): 소규모 발전소와 에너지 저장 장치를 네트워크화하여 하나의 발전소처럼 운영. * P2P 전력 거래: 블록체인을 활용한 개인 간 전력 거래 플랫폼.
3	전기 수요 급증 및 기존 전력망 한계	* 전기차(EV)의 보급과 산업 전기화로 전력 수요가 급격히 증가. * 기존 전력망이 이러한 급증을 처리할 수 없거나 비용이 비싸질 가능성.	* 수요 응답(Demand Response): AI와 IoT를 활용해 실시간으로 전력 수요를 관리하여 피크 부담 완화. * 초전도 케이블: 전력 손실을 줄이고 송전 효율을 극대화. * EV-그리드 연계(V2G): 전기차 배터리를 전력망의 에너지 저장 장치로 활용.
4	탄소배출감소, 에너지전환(탈탄소)	* 화석 연료에서의 전환 속도가 느리면 기후 변화에 대응하기 어려움. * 전력 생산의 탈탄소화를 넘어, 산업, 난방, 운송 등 모든 부문으로 전기 사용 확대 과제	* CCUS(Carbon Capture, Utilization, and Storage): 화석 연료 기반 발전소의 탄소를 포집하여 저장 또는 활용. * 재생 가능 에너지 기반 전력화: 태양광, 풍력 등으로 생산된 전력을 다양한 산업 부문으로 확대. 원자력의 재조명: 차세대 소형 모듈형 원자로(SMR) 등 안전하고 효율적인 원자력 기술 개발. ||
5	국가간 에너지격차 해	* 일부 국가에서는 재생 에너지 발전 비율이 높으나, 다른 국가에서는 화석 연료 의존도가 여전히 높음. * 에너지 공급망이 국경을 초월해 연결됨에 따라 국제 협력이 필요.	* 슈퍼그리드(Supergrid): 국가 간 초고압 직류(HVDC) 송전망을 연결해 잉여 전력을 공유. *에너지 외교: 기술 및 자원의 공유를 통해 글로벌 에너지 믹스 최적화. 지속 가능한 투자: 국제적인 금융 지원 및 기술 이전으로 개발도상국의 전력망 현대화 촉진.
6	에너지 기술 융합	* 기술 발전 속도가 빠르지만, 기존 시스템과의 융합 및 표준화가 어려움. * 기술 비용 절감 및 대중적 수용 필요.	* AI 기반 예측 및 제어: 전력 수요와 공급의 불확실성을 AI가 분석하여 최적화. * 디지털 트윈(Digital Twin): 전력망의 가상 모델을 만들어 운영 효율성을 높임. * 양자컴퓨팅 활용: 복잡한 전력망 시뮬레이션과 최적화를 위한 양자 알고리즘 개발.

결론

새로운 문명을 향한 길

에너지 믹스의 전기 분야에서 이러한 응전들은 지속 가능한 에너지 체제로의 전환을 가능하게 한다. 재생 가능 에너지의 확대, 분산형 전력망의 정착, 기술 융합의 가속화 등이 성공적으로 이루어진다면, 인류는 기후 변화와 에너지 위기에 대한 도전을 극복하고 새로운 에너지 문명을 구축할 수 있을 것이다.

문제

기후 변화 - 환경변화 속도 늦추기

에너지 위기 - 기본적으로 석유 자원 고갈 기본 전제

해결

신재생에너지 - 탈탄소 = 재생에너지

급속한 탄소 경제 탈피 불가 인정

수소 에너지( = 신재생 에너지)로 전환의 과도기적 단계

에너지의 표준화 = 전기에너지리 대동단결? (산업, 난방, 수송) 전기화

탄소에너지 경제 --- (전환) ---> 수소(탈 탄소, Net-Zero Carbon, 탄소만 아니면 되)

• 전환 단계의 혼돈: 당연한 것으로 수용해야 하는 통과의례

중요사항:

• 하면 안되는 것은?

분열과 해체...
복잡하고, 헛갈리고, 이해하기 힘든 것은 당연한 현상임 

• 해야하는 것은?

통합적 비전제시 - 포용적 기술혁신 모델 확보