정부는 에너지 분야 온실가스 배출량을 감축하기 위한 비전으로 ‘2050 장기저탄소 발전 전략’을 발표했다.

내용을 들여다보면 에너지를 만들어 내는 공급 부문에서는 태양광과 풍력 등 재생에너지의 보급 확대뿐만이 아니라 불규칙적이며 간헐적인 발전(發電) 변동성 문제에도 집중하기로 했다. 이를 해결하기 위해 에너지 저장장치를 사용하게 되는데, 에너지 저장장치와 더불어 수소 연료전지도 활용하기로 했다. 또한 친환경적 교통수단인 수소차와 전기차의 배터리를 발전원으로 사용하는 V2G(Vehicle to Grid) 시스템을 구축, 효과적인 에너지 공급수단으로 사용하기로 했다.

여기에서, 발전, 송전, 변전 및 배전에 이르기까지 유기적으로 연결된 전력계통에 수소 및 전기차의 배터리를 의미 있는 발전원으로 연동시키기 위해서는 안정성에 대한 신뢰가 필수적인 조건이다. 예를 들어 승용전기차의 배터리는 약 60에서 100kWh의 에너지를 저장할 수 있다고 한다. 일반 가정의 1일 평균 소비전력량을 20kWh라고 한다면 100kWh 배터리 용량을 가진 승용전기차의 에너지로 다섯 가정의 하루치 전력을 공급할 수 있는 것이다. 만약 아파트단지 내의 승용전기차 100대가 동시에 전력공급자로서 역할을 하고자 한다면, 또는 400kWh급의 전기버스 수십대가 전력을 공급하고자 한다면 전력계통은 새로운 전력공급원을 안정적으로 받아들이는 동시에 기존 발전소의 가동률을 줄일 수 있을 것인가 하는 문제가 대두된다. 이를 확인하는 가장 순진한 방법은 모든 것을 다 연결해보고 전력계통의 안정성을 평가하는 것이겠지만 물론 불가능하다. 대량의 실험용 전기차 배터리를 마련하기 어렵다는 것보다는 전력계통의 안정성을 해치는 가능성조차도 용납할 수 없기 때문이다. 앞서 언급한 바와 같이 유기적 결합체인 전력계통의 불안정 요소는 발전을 비롯한 모든 부분에 파급돼 회복 불가능한 전력설비의 파괴가 일어날 수 있기 때문이다.

이를 해결하기 위해 고비용이 요구되는 실험체를 가상(Virtual)으로 마련하는 것과 동시에 전력계통에 실제로 연동했을 때의 영향을 실시간으로 종합 분석하게 하는 기술이 필요한데 그것이 바로 ‘디지털 트윈(Digital Twin)기술’이다.

디지털 트윈은 현실에 존재하는 물리적인 시스템의 동작 특성을 그대로 가상의 디지털 개념으로 구현한 것으로, 그 물리적 대상과 완벽하게 동일한 ‘ctrl+v’의 형태인 것이다. 대상에 대한 동적 모델링, 시스템 내에서의 인터페이스, 상호 작용 및 자율적 운용 등 많은 기술적인 도전과 함께 대규모 예산이 필요하지만, 다행스러운 것은 정부의 한국판 뉴딜사업에서 디지털 트윈이 언급됐다는 점이다. 비록 국토, 시설 등의 사회간접자본에 대한 것이었지만 탄소 저감과 재생에너지 사용 효율화를 추구하고 있는 에너지산업 분야로 확대돼 활력을 불어넣기를 기대해본다.

더불어 디지털 트윈기술은 대규모 설치나 실증 운용 등에서 접촉하는 인력(人力)이 필요하지 않다는 점에서 포스트 코로나 시대를 향한 또 하나의 일거양득 기술이 아닌가 싶다.

김영선 한국전기연구원 박사