스마트그리드 보안

개념
스마트 그리드(Smart Grid)의 정의 - 전력망에 IT를 융합, 전력 공급자와 소비자간 양방향 정보교류로 발전소에서 생산한 전력소비의 효율성을 극대화하고, 사용자가 생산한 태양광, 풍력 등 신재생 에너지를 전력공급자에게 판매할 수 있는 지능형 전력망

I. 전력망과 IT의 융합으로 에너지 사용 최적화와 신재생에너지 수익모델을 실현하는 녹색성장 그린IT 핵심사업, 스마트 그리드의 개요

가. 스마트 그리드(Smart Grid)의 정의

전력망에 IT를 융합, 전력 공급자와 소비자간 양방향 정보교류로 발전소에서 생산한 전력소비의 효율성을 극대화하고, 사용자가 생산한 태양광, 풍력 등 신재생 에너지를 전력공급자에게 판매할 수 있는 지능형 전력망

나. 스마트 그리드의 필요성

- 온실가스 감축과 화석연료 고갈에 대비하기 위해서 신생에너지 발전, 전기자동자 보급 등의 확대를 위한 관련 인프라 구축 필요

- 전력사용의 분산을 통해 전력 소비의 효율성 극대화 필요

- 현 전력 시스템은 잉여 전력의 저장과 전력수요의 실시간 예측 불가능

- 전력망의 노후화로 재투자와 함께 스마트 그리드로의 전환 필요

설명: EMB000006e46680

* 스마트그리드 구축으로 에너지효율을 높이고 신재생에너지 생산 확대를 통해 발전소 건설을 감축함으로써 에너지 수입과 온실가스를 감축

II. 스마트 그리드의 구성도 및 구성요소

가. 스마트 그리드의 구성도

설명: EMB000006e46683

- (송배전망) 발전소의 전력을 배전소까지 송배전하기 위한 전력제어 망

- (정보통신망) 가정이나 오피스의 부하 제어를 하는 스마트미터의 정보를 주고받는 통신망

- (서비스) 정보통신망을 인프라로 활용한 애플리케이션이나 서비스

 

나. 스마트 그리드의 구성요소

영역

구성요소

세부 구성요소

소비자

영역

AMI

Advanced Metering Infrastructure

스마트미터기

양방향 통신지원, 수요반응통한 에너지 효율향상촉진

수요반응기기

자동화된 수요반응 기술, 예상요금 인지 후 의사결정

스마트 가전제품

에너지 사용량, 예상요금 인지 후 전력 사용

각종 기술

전력 저장장치, 수요자 전압조절

전력망,

N/W

기술

전력계통

자동화된 송배전 시스템, 분산발전, 변전소 자동화

통신

-광대역 전력선망(BLP : Broadband Power Line)

-지그비, PLC 등의 통신 인프라, 프로토콜

수요응답

전력 수요 실시간 수집 및 분석

실시간 요금제

전력수요 및 여분전력 비교를 통한 실시간 요금전송

인프라

전기 자동차 충전

플러그인 하이브리드 자동차, 충전 배터리 등

직류 전원공급

직류전원 공급, 고압 직류 전류 송전

스마트

계통

운영

영역

급전종합자동화설비(EMS)

발‧변전소를 포함 모든 전력계를 관장하는 시스템

원방감시제어설비(SCADA)

발전소 제외 송‧변전 설비를 관장하는 시스템

배전자동화시스템(DAS)

산재된 배전설비를 배전사령실에서 원격 감시 제어

에너지 종합사령실

보안 사전진단 및 분석, 모니터링 및 관리

 

 

III. 현재의 전력망과 스마트그리드 비교

구분

현재 전력망

스마트 그리드

통제시스템

아날로그

디지털

발전

발전소 중심 중앙 집중형

가정, 빌딩 등 신재생에너지 발전을 포함하는 분산형

송 ․ 배전

공급자위주(단방향)

수요.공급 상호작용(양방향)

전력공급원

화석연료 위주의 중앙집중형 공급체계

태양광, 풍력 등 신재생 에너지 중심의 분산형 곱급체계

고장진단

아날로그 방식으로 고장진단 불가능

AMI, AMR, SCADA 등 정보시스템에 의한 자가진단

고장제어

아날로그 방식으로 수동복구

디지털 방식으로 반자동복구 및 자기치유

설비점검

점검자의 현장방문에 의한 수동점검

AMI, AMR, SCADA 등 정보시스템에 의한 원격 자동점검

제어시스템

엔지니어에 의한 국지적 제어

SCADA, DAS 등 정보시스템에 의한 광범위한 제어

가격정보

제한적(월별 총액만)

실시간으로 모든 정보 열람

가격제

사실상 고정가격제

Peak time등을 반영한 실시간 변동가격제

전력수요

급변(수요에 의존)

Peak time 분산으로 거의 일정(가격에 의존)

소비자 구매 선택

소비자에게 정보 미제공, 소비자의 전력시스템 참여 제한적

소비자에게 다양한 정보 제공. 소비자는 수요반응 및 신재생 등의 측면에서 적극적인 참여

IV. 스마트 그리드 추진과제 및 발전전망

가. 절차적 과제

추진과제

추진방안

광범위하고 복잡한 이해관계 조율

구축단계부터 발전업체, 장비업체, 소프트웨어 업체 등 여러 이해 관계자 들의 요구조율

단계적 추진

스마트 그리드의 편익에 대한 소비자 대상 홍보와 교육필요, 전력망에 대한 신뢰성, 안전성, 보안이슈에 대한 대비

보완대책 마련

법적차원 사이버 보안에 관한 규정마련, 침해사례에

대한 대응과 신속한 복구 훈련 등

상호 운용성

공식적인 스마트 그리드 표준관련 거버넌스를 구축하고, 공개적이고 공평하게 표준화를 추진

나. 기술적 과제

추진과제

추진방안

비용 효과적 장비개발

최첨단 스마트 장비비용에 대한 부담으로 보급확산 어려움 예상, 기술혁신을 통해 비용절감 필요

고속 통신시스템 구축

Wimax, Cellular, PLC, FTTH, Zigbee, WiFi, HomePlug 등 검토를 통해 효율적인 통신방식 채택

어플리케이션 고도화

서비스요구 증가에 맞는 어플리케이션 개발

데이터관리 기술 개발

전력사용량, 실시간 전력요금, 단위시간별 에너지

부하 등을 위한 데이터 수집, 분석, 저장 및 관리 기술개발

보안기술 개발

프로토콜 변경, 버퍼오버플로우, 루트킷, 코드증식과 같은 보안취약점에 노출, 기술적 대응필요

다. 스마트그리드의 발전 전망

- 내수시장은 ‘20년에 연간1.2조원, ’30년에 2.1조원의 시장이 형성 되고, 세계 시장은 ‘20년에 400억 달러, ’30년에 780억 달러의 시장이 형성될 전망

- 전력, 가전, 건설, 자동차, 에너지 산업 등과 연계하여 다양하게 발전 가능

 

Ⅴ. 우리나라의 스마트 그리드 추진동향

가. 주요 추진내용 및 계획

제주도를 스마트 그리드 실증단지로 선정하고, 2010년부터 본격적으로 기술 실증에 착수한 뒤 2011년부터 시범도시를 중심으로 대규모 보급을 시작하며, 2020년까지 소비자측 지능화, 2030년까지 전체 전력망 지능화를 완료할 계획

나. 우리나라의 스마트 그리드 사업 로드맵

설명: EMB000006e46684

다. 5대 분야별 실행 로드맵

- Smart Power Grid

- Smart Place

- Smart Transportation

- Smart Renewable

- Smart Electricity Service

 

Ⅵ. 스마트 그리드에서의 IT 인프라 역할

가. 스마트그리드의 계층적 구조

설명: EMB000006e4668a

나. 레이어별 IT인프라 역할

- (전력 레이어) SCADA, DAS 등 정보시스템을 통한 전력계통, 송배전 설비 제어

- (통신 레이어) LAN, WAN, HAN(Home Area Network, Gigbee, PLC 등)의 통신 인프라를 통한 스마트 미터기 제어, 전력계통 관리에 필요한 통신 인프라 제공

- (애플리케이션 레이어) EMS, DAS 등 전력계통의 효율적 운영

나. IT인프라의 역할강화를 위한 선결 요건

- 개방적인 IT와 전력망 융합으로 해킹, DDOS 등에 대비체계 구축

- 각종 보안성 침해위협에 대한 안정적, 지속적인 보안성 확보 “끝”

 

 

I. 전력망과 IT 융합, 스마트그리드의 보안위협과 대응방안

가. 스마트그리드 보안의 정의

- 전력망에 IT를 융합한 안전한 차세대 지능형 전력망을 위한 범 국가적인 법, 제도, 조직 및 기술적인 보안체계

나. 스마트그리드 보안의 중요성

- (전력망과 IT 융합) 개방적인 IT와 전력망 융합으로 해킹, DDOS 등에 대비

- (전력망 안전성) 각종 보안위협에 대한 안정적, 지속적인 보안방안 수립 필요

- (해킹방지) 해커가 전력망 통제권을 가질 경우 대규모 정전사태 유발 가능

II. 스마트그리드에서의 보안위협요인

가. 스마트그리드의 보안위협요인

구분

내 용

제어 시스템 위협

미터기에 대한 복잡하고 정교한 공격이 발생. 봇이나 웜 등의 악성코드를 이용한 분산 서비스 거부(DDoS) 공격 시 대규모 정전사태 발생 가능

네트워크 위협

인터넷과 연동될 경우 외부에서 인터넷의 취약점을 이용하여 제어시스템으로의 침투 가능성 존재

소비자 보안 위협

스마트 그리드에 저장된 각 가정의 에너지 사용 정보를 통해 소비자의 개인 정보가 노출됨으로 피해 발생 가능

 

- 정책적 보안

구분

내 용

법/제도

- 정보통신기반 보호법, 정보통신망 이용 촉진 및 정보보호 등에 관한 법률을 준용하여 스마트 그리드가 정보통신망을 이용한 주요기반시설의 보안에 대해 규정할 수 있지만 정보통신망이 관련되지 않는 사각지대에 대해서는 관련법의 개정이 필요함

조직

- 단순 보안 위협이 아닌 안보와 관련된 부분이므로 국내에서 전력 분야에서의 보안을 전문적으로 담당하는 조직 필요

- 정부와 민간간의 협력적인 부분과 함께 조직 간의 체계적인 역할 분담 필요

 

 

- 기술적 보안 대책

구분

내 용

제어시스템 보안 기술

- 암호화 키 공유

- SCADA 보안: 유무선 통신보안, 프로토콜 보안, 암호화, 취약점 분석 및 진단

- 시스템 보안 : 임베디드 시스템 보안, 송전시스템 상태 감지, 시스템 감시 센서 보호

- 시스템 통합 보안 : 분산(전원) 시스템 연계 및 통합 보안, 어플리케이션 서버 및 DB 통합 보안

네트워크 보안 기술

- 유무선 통신 보안 : 보안키 관리, 네트워크 접근 제어, 실시간 양방향 통신 보안

- 통신 단말기의 인증 및 관리

- 네트워크 포렌식

- 통신망 보안 : 차세대 통신망 보안, 대규모 복합 통신망 보안

소비자 보안 기술

- 기기 보안 : 스마트미터기 보안, 스마트 가전기기 보안, 기기 인증 및 접근제어 기술

- 소비자 보안 : 사용자 인증, 사용자 접근 제어, 프라이버시 보호

- 에너지 관리 서비스 보안 : 인터페이스 보안

- 수요반응 프로그램 보안

보안 기반 기술

- 스마트 그리드 정보보호 체계: 보안 아키텍처, 스마트 그리드 보안 교육, 위험/취약성 보안정보 공유, HW/SW 보안성 인증 체계, 정보보호 협력체계

- 스마트 그리드 보안관제: 보안 사전진단 및 분석, 테스트를 위한 가상 시뮬레이션 기술

 

 

 

I. 스마트 그리드의 에너지 종합 사령실 EMS(Energy Management System)

가. EMS의 정의

- 전체 전력공급 계통에 대한 상시 정보수집 및 부하주파수 감시를 통하여 계통에 연계된 발전설비의 운전을 최적으로 제어하며, 전력계통의 효율적인 관리로 경제급전을 수행하는 대규모 전력계통제어 시스템

 

나. 에너지 관리 시스템의 필요성

1) 에너지 소비의 증가 : OECD 국가 중 1인당 에너지 소비량 증가률 1위

2) 현재 대부분 에너지 관리는 검침, 기록을 통한 수작업으로 정확성, 효율성 저하

3) 에너지관리 Tool을 통해 '에너지=수익'이라는 관점의인식 전환이 필요

4) 과학적인 에너지 절감, 효율 개선 활동 및 체계적인 성과·사후 관리를 통해 환경보호 및 비용 개선이 필요

 

다. EMS의 개념도

설명: EMB000006e46682

 

라. EMS의 주요 기능

구분

내 용

에너지 사용 및 절감계획 관리

- 설비별. 용도별. 종류별 에너지 사용 계획 관리

- 각 관리 단위별 에너지 절감 계획 관리

웹 브라우저 모니터링

- 주요 에너지 부하에 대한 실시간 원격 모니터링

- 이상 발생 시 SMS 또는 e-mail발송

- 각종 에너지 데이터에 대한 상태 표시

에너지 투입량 및 사용량 관리

- 한전 전력량 사용 금액 관리

- 용수, 가수, 유류 등에 대한 사용처 투입 관리

- 부하단에 대한 에너지 사용량 자동집계관리

- 사용량 웹 화면을 통한 입력 관리

에너지사용 분석 관리

- 전체 사용량 대비 Top-Down식 추적관리

- 에너지 투입 대비 사용 효율 관리

- 사용 계획 대비 실적 분석

원 단위 관리

- 원 단위당 CO2 발생관리

- 에너지 사용 금액 대비를 통한 원 단위 관리

 

마. EMS의 기대 효과

구분

내 용

운영 환경 측면

- Web시스템을 이용한 현장 정보 공유를 통해 정보, 관리의 통합

기능 측면

- 시설 전반에 걸친 에너지 분석 자료를 실시간으로 신속, 정확하게 제공 함으로써 관리 개선 및 업무 처리 능률 향상에 기여

관리 측면

- 분석 자료를 통한 합리적인 의사결정 지원 및 과잉 에너지 소비 방지

 

 

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