스마트 그리드에 적용하는 블록체인


INTEGRATION OF THE BLOCKCHAIN IN A SMART GRID MODEL

원문

전세계적으로 전기 소비량이 꾸준히 증가하고 있다. 이는 지속적으로 전기를 사용하는 장비와 IoT로 인하여 증가하는 경향이 있다. 오늘날, 인터넷에 연결된 물건 들은 단순히 시계에서 부터 집에 이르기까지, 일상의 필수적인 부분으로 자리잡고 있다.

전세계적으로 전기에너지의 48%는 화석에너지에서 비록되며, 화석에너지의 부족으로 인해 많은 문제가 발생하고 있다. 희소성 이외에도, 온실 가스 배출로 인해 대기와 물을 모두 오염시킨다. 에너지 소비는 해마다 증가하고 있으므로, 이를 잘 관리하는 것은 무엇보다 중요하다. 가능한 해결책 중 하나는 재생가능한 에너지를 1차 에너지 분야로 활용하는 것이다. 재생가능한 에너지는 좋은 계획이지만 문제가 없는 것은 아니다. 재생 가능한 에너지는 간헐적인 생산이라는 문제점을 가지고 있으며, 이는 날씨 (태양, 바람, 조수)에 달려 있다.

이러한 단점을 관리하고 최적화하기 위해서는 현재 생산 시스템을 체계적으로 최적화 하는 것이다. 이러한 관점에서 스마트 그리드는 탄생하였으며, 주택, 소비자 가전 제품 및 재생가능 에너지 발전소에 연결된 네트워크를 구축하고 있다. 그리고 이는 디지털 측면으로 보았을때, 소비의 최적화를 달성화 할 수 있는데 이에 필요한 것이 바로 블록체인 기술이다.

스마트그리드의 정의는 여기를 참조하자.

블록체인은 비트 코인과 함께 등장한, 거래기록을 가지고 있는 일종의 거대한 원장이다. 이 기술은 중앙 통제 기관이 필요 없는 P2P 통화거래를 가능하게 한다. 블록체인은 현재 시스템의 신뢰부분을 나타내고 있는 ‘중앙’을 제거 하기 위해 데이터의 분산을 기반으로 한다. 비트코인은 이더리움과 같은 다른 유형의 블록체인을 낳았다. 그리고 이 사이에는 다양한 규칙을 수립할 수 있는 스마트 컨트랙트라는 특징을 가지고 있다. 최근 지역 에너지 생산을 촉진하기 위해서 에너지 블록체인이 만들어 졌다. P2P 에너지 트랜잭션은 기존 그리드 시스템에서 필요한 전기 수요를 줄일 수 있으며, 블록체인은 트랜잭션을 안전하고, 거래를 기록할 수 있다.

현재 상황

Primary-energy-consumption

오늘날 에너지 생산의 증가로 이어지는 전력 소비 증가를 관리하기위해, 재생 가능 에너지에 기초한 지역 에너지 생산의 이행을 필요로 하며, 인구 증가에 비례하는 CO2 배출을 유도한다. 또한 과도한 수요가 발생한다면 전력선은 그러한 과도한 전력 흐름을 지원하지 못하므로 전력선에도 직접적인 영향을 미치고 있다. 즉, 풀타임에 최고 소비량을 기록하고 아닐 때에는 소비량이 감소한다. 전력선에 부담을 덜기 위해서는 소비곡선을 부드럽게 만들어야 하며, 이를 위해 지역 사회내에서 자체적으로 전기 생산을 하는 것이 흥미로운 아이디어로 자리잡고 있다.

지역 에너지 생산을 촉진한다는 것은 기존 네트워크 내에서 재생 가능 에너지를 통합한다는 것을 의미한다. 그러나 이러한 통합은, 바람이나 태양과 같은 이러한 에너지가 간헐적으로 전기를 생성하기 때문에 관리가 필요하다. 때문에 안정적인 전력 시스템을 만들기 위해서는, 디지털 적으로 관리가 필수로 보인다.

이 디지털 관리는 스마트 그리드 그 이상일 수도 있다. 이웃 간의 P2P 에너지 거래가 좋은 해결책이 있다. 그래서 대규모 스마트 그리드 프로젝트에서 블록체인을 통합하는 아이디어가 나오고 있다.

bitcoin-diagram
비트코인의 간략한 개요

블록체인을 적용한 스마트 그리드

첫번째 접근법은 전력 공급 측면과 관련한 블록체인을 제공하는 여러 블록체인을 조합하는 것이다. 브루클린 지역의 경우와 마찬가지로 마이크로 그리드 전기 네트워크를 구축하여 동일한 마이크로 그리드의 주민들이 태양 에너지 뿐만 아니라 다양한 곳에서 생산된 모든 다른 에너지 (바람, 태양, 배터리 등)을 교환할 수 있도록 하는 것이다. 에너지 소비곡선을 완화하기위해 에너지 생산을 촉진하고 고 에너지 생산을 완화 한다. 분산적인 특성은 P2P 거래에서 유연성을 제공한다.

두 이웃이 에너지를 같은 마이크로 그리드 내에서 거래하는 모습을 생각해보자.

  • A는 8kWh 만큼의 에너지를 생산하고, 5kWh를 소비하고 3kWh을 보유하고 있다.
  • B는 4kWh가 필요하다.
  • 두 사람 사이에 스마트 컨트랙트가 생성된다. (거래를 위한 규칙)

energy-transaction-process

마이크로 그리드 관점

  1. 스마트 컨트랙트의 규칙에 따라 마이크로 그리드 두 사람 사이에서 A는 3kWh를 B에게 보내고 싶어 한다.
  2. 마이크로 그리드는 전기 라우팅 및 전력선을 기반으로 트랜잭션을 수행할 수 있는지 확인한다.
  3. 라우팅이 유효하다는 것이 밝혀지면, 트랜잭션을 가능하게 하는 전력선의 가용량을 고려하면서 A의 에너지를 B에게 전송한다.
  4. 마이크로 그리드는 부족한 1kWh를 충족시키기 위해 전력망에 해당 전기를 요청한다.
  5. 전력망은 나머지 1kWh를 마이크로 그리드에 제공하고, 마이크로 그리드는 이를 B로 보낸다.

채굴자 관점

  1. A와 B사이에서 발생한 스마트 컨트랙트 규칙에 따라, A는 3kWh를 B에게 보내고 시펑한다.
  2. 이 둘 사이의 거래는 다른 거래가 있는 블록에 저장되며, 마이너에의해 검증된다. PoS가 확인되면 블록이 유효성을 검사한다음, 가장 체인에 연결된다.

이 모델에 남겨진 숙제

  1. 사용자가 블록체인을 떠날 수 있는가?
  2. 블록체인 네트워크에 가입이나 탈퇴할 수 있다면, 이 절차는 무엇인가?
  3. 이웃이 다른 체인으로 전환할 수 있는가?
  4. 수익창출 모델이 있어야 하는가?
  5. 이 블록체인 내 통화를 다른 통화로 교환이 가능한가?
  6. 에너지 없는 소비자가 이 블록체인 내의 코인을 획득할 수 있는가?
  7. 이 코인은 이웃이나 기존 네트워크의 에너지에 대해서만 재판매 가능한가?
  8. 이 에너지를 소비자에게 돌려주고 생산과정에서 수익성을 얻는 것이 나은가?
  9. 장기적인 측면에서 보았을때, 별개의 블록체인 보다 기존의 블록체인에 합치는 것이 나은가?

smart-grid-blockchain-problem

결론

스마트그리드에서 블록체인의 중요성은 명확해보이지 않지만 사실은 중요하다. 에너지를 교환하는 이러한 방법은, 국지적으로 재생 가능 에너지의 생산을 촉진하여 전력선에서 발생하는 에너지 손실을 축소화 할 수 있다. 아직 몇가지 문제가 남아있지만, 직면한 문제를 해결할 수 있는 방법이 있다. 이 모델은 전기 수요를 분배하고 균일화함으로써 네트워크의 중단을 피하고자 같은 도시에 여러 블록체인을 설치하는 것을 기반으로 한다. 도시의 네트워크를 마이크로 그리드로 나누면 에너지 흐름 및 P2P 트랜잭션을 보다 잘 관리 할 수 있다. 이러한 모델에서는 금전적인 측면을 고려하지 않았다. 왜냐하면 생산된 에너지를 흥정하고, 에너지 트래픽을 발생시킬 수 있는 가능성을 암시하기 때문이다. 이것이 현실화 된다면, 세금의 기준을 마련해야 할 것이다. 그리고 에너지생산을 독려하기 위해서는, 블록체인에서 발생된 코인을 생산자에게 일정부분 주는 혜택을 부여하는 방법을 택할 수 있을 것이다.

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