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목차
제1장 주택용 전기제품에 대한 유형별 전력소비 패턴 분석 14
1.1. 선행연구 조사 16
가. 국내연구 17
나. 국외연구 27
1.2. 선행연구 분석 결과 37
1.3. 가전기기별 부하곡선 도출 가능여부 분석 38
가. 국가통계 38
나. 한국에너지공단 제공 데이터 44
다. 전력거래소 주택용 가전기기 보급 현황 분석 51
라. 국외 연구문헌에서 제공된 가전기기별 데이터 분석 60
제2장 전력수요절감을 위한 주택용 AMI 활용실태 조사 및 시사점 도출 64
2.1. 스마트미터링 기술 및 표준 66
가. 스마트미터 DLMS/COSEM 표준 66
나. 한전 및 스마트그리드사업단의 스마트미터 보급 68
다. 공동주택 민수용 전력량계 71
라. 국내 전력사 AMI 2.0 구성요소 및 시스템에 대한 시험 제도 및 체계 조사 75
마. 시험 제도 도입 연혁 및 경위 77
바. AMI 2.0의 기술적 구성요소 및 특징 81
사. AMI 2.0 구현을 위한 국제 표준 89
(1) DLMS/COSEM 91
(가) OBIS 코드와 객체지향적 모델링 구조 94
(나) DLMS/COSEM 기능성(Functionality) 96
(다) DLMS/COSEM 보안 및 프라이버시(Security and Privacy) 98
(라) DLMS/COSEM 효율성(Efficiency) 99
(마) DLMS/COSEM 상호운용성(Interoperability) 99
(바) DLMS/COSEM 표준화 프레임워크 100
(2) SML(Smart Message Language) 101
(3) IEC 61850 102
(4) M-Bus 103
2.2. 국내 AMI 보급 현황 106
가. 한전 AMI 보급 현황 112
나. 민간 공동주택 AMI 보급 사례 113
2.3. 해외 AMI 보급 현황 118
가. 캐나다: 온타리오 스마트미터 보급 프로젝트 118
나. 아일랜드 125
다. 이탈리아 130
라. 스웨덴 136
2.4. 해외 AMI 보급사업과 비용편익 효과에 대한 사례 및 선행효과 분석 143
가. Ameren illinois AMI 경제성 평가 사례 144
나. 버몬트 주 AMI 경제성 평가 사례 148
다. 유럽(EU)의 AMI 경제성 평가 사례 150
라. 일본의 AMI 보급 계획 158
마. 글로벌 AMI 데이터 기반 시장 전망 159
바. 해외 AMI 보급사업과 비용편익 효과에 대한 사례 및 선행연구 분석 162
사. 유럽 JRC의 AMI 비용편익분석(CBA) 방법론 연구 176
(1) AMI 보급의 비용편익 분석을 위한 가이드라인 176
(2) 시나리오 설정 177
(가) Guideline 0 - 시나리오 정의 177
(나) Guideline 1 - 가정과 핵심적인 변수를 설정 177
(다) Guideline 2 - 시나리오의 기술, 요소 및 목표을 서술하고 검토하는 단계(CBA step 1) 185
(라) Guideline 3 - 자산에 대한 기능으로의 맵핑(CBA step 2) 185
(마) Guideline 4 - 기능의 편익으로의 맵핑(CBA step 3) 186
(바) Guideline 5 - 기준선의 수립(CBA step 4) 186
(사) Guideline 6 - 편익과 편익의 수혜자에 대한 재무분석(CBA step 5) 187
(아) Guideline 7 - 비용 항목의 도출 및 정량화(CBA step 6) 188
(자) Guideline 8 - 비용과 편익의 비교(CBA step 7) 190
(차) Guideline 9 - 민감도 분석 수행 190
(카) Guideline 10 - 배포의 장점(성능 평가), 외부 효과 및 사회적 영향에 대한 평가 192
(3) 장점 분석 - KPI 기반 영향 평가 193
(4) 외부 환경의 정성적 평가 194
(5) SMD의 사회적 영향에 대한 정량적/정성적 평가 195
(6) 편익 산출에 대한 가이드 196
(7) 핵심성능지표와 스마트그리드 편익 206
(8) 합의된 공통 최소 AMI 기능(전기 부분) 208
2.5. 국내 AMI 비용편익 분석 사례 211
가. 에너지경제연구원 AMI 비용편익분석 주요 결과 요약 211
(1) 분석 시나리오 설정 214
(2) 경제성분석의 절차와 전제조건 214
(3) BCR 분석 방법론 및 적용상수 217
(4) 비용항목 218
2.6. 소비자 정보제공을 통한 소비자 반응효과 분석 221
가. 스마트미터링 실측 데이터에 기반한 소비자 유형 분석 221
나. 계시별요금제(TOU)에 대한 소비자 민감도 연구 224
다. 댁내 가전기기별 전력수요 패턴 연구와 시사점 233
라. 비재무적(사회적ㆍ유희적) 유인 관점의 접근 235
제3장 스마트온도조절장치의 수요관리효과 분석 241
3.1. 해외 스마트온도조절장치 적용 효과에 대한 연구사례 및 실증사업 효과 조사 242
가. 기존 온도조절기 설치 환경 및 구글 네스트(NEST) 설치 조건 243
3.2. 스마트온도조절장치를 통한 소비자의 행동변화 및 첨두 수요 이전에 대한 효과 분석 248
가. 구글(Google)의 네스트(NEST) 온도조절장치 248
나. HEMS 기반 확장 254
3.3. 스마트온도조절장치의 시범설치(5대 이내)를 통한 수요 관리 효과성 및 시사점 도출 261
가. 해외 스마트온도조절장치 적용 효과에 대한 연구사례 및 실증사업 효과조사 261
(1) 에너지허브(EnergyHub) 261
(2) 휘스커랩(Whisker Labs) 262
(3) OATI(Open Access Technology International) 262
(4) Oklahoma Gas & Electric의 파일럿 프로젝트 263
(5) 피터버러사의 스마트온도조절기 264
나. 실증 구현 방안 및 시나리오 268
다. 스마트온도조절장치 설치 사례 272
제4장 가전기기 중심의 서브미터링 기술 동향 278
4.1. 과금용 전력량계 외 가전기기 중심으로 적용되고 있는 서브미터링 기술 동향 279
가. 스마트홈 환경과 서브미터링 연계 이슈 279
나. 스마트홈 기반의 소규모 수요반응(DR) 자원 활성화 280
4.2. IoT 기반 홈에너지관리서비스의 소비자 수용성 분석 303
〈그림 1〉 가구 수 증가에 따른 부하곡선형태 15
〈그림 2〉 연평균 시간대별 부하패턴 18
〈그림 3〉 연평균 근무일 시간대별 부하패턴 19
〈그림 4〉 연평균 특수일(공휴일) 시간대별 부하패턴 19
〈그림 5〉 클러스터링 알고리즘 20
〈그림 6〉 기존 주택의 일부하곡선 21
〈그림 7〉 전기에너지주택의 일부하곡선 22
〈그림 8〉 LED TV[58㎐] 부하실험결과 22
〈그림 9〉 LED TV[60㎐] 부하실험결과 22
〈그림 10〉 2018년도 현충일 예측치 및 실제치 패턴 23
〈그림 11〉 2018년도 설날 예측치 및 실제치 패턴 24
〈그림 12〉 학습단계에서의 가전기기별 P-Q 평면 25
〈그림 13〉 학습단계에서의 각 가전기기의 에지변화 25
〈그림 14〉 가전제품별 일일 전력소비패턴 26
〈그림 15〉 일일 전력사용량 예측결과(2019. 12. 04.) 27
〈그림 16〉 각 세대별 가전기기 구성 28
〈그림 17〉 설문조사를 통해 수집된 여름 주말 부하곡선 28
〈그림 18〉 설문조사를 통해 수집된 여름 평일 부하곡선 29
〈그림 19〉 60W 백열전구의 시뮬레이션 및 실제 데이터 30
〈그림 20〉 1일차 전력소비패턴의 시뮬레이션 결과 및 실제 데이터 30
〈그림 21〉 2일차 전력소비패턴의 시뮬레이션 결과 및 실제 데이터 31
〈그림 22〉 (a) 활동이 없는 양문형 냉장고 부하곡선, (b) 제빙, 문열림, 제상에 따른 양문형 냉장고 부하곡선 32
〈그림 23〉 식기세척기 부하곡선 32
〈그림 24〉 1분 및 30분 간격의 일일 부하곡선 35
〈그림 25〉 가전기기 전력수요곡선 계층구조 36
〈그림 26〉 3수준 가전기기별 연구방법 유형 37
〈그림 27〉 연도별, 계절별, 월별, 요일별, 시간대별 그래프 비교 과정 39
〈그림 28〉 6가지 가전기기별 시간대별 그래프 비교 과정 45
〈그림 29〉 12가지 가전기기별 가동시간 및 가동률 분석정리 53
〈그림 30〉 홈-그리드 인터페이스이자 빅데이터 플랫폼으로서의 스마트미터링 65
〈그림 31〉 DLMS/COSEM의 구성 66
〈그림 32〉 OBIS 코드의 구성 67
〈그림 33〉 한전의 AMI 구축 현황 70
〈그림 34〉 개방형 차세대 스마트미터링 시스템 구성 72
〈그림 35〉 미터데이터 정보공유(한국형 그린버튼) 및 활용(한전/공동주택비교) 74
〈그림 36〉 ICT 표준기술을 적용한 스마트미터링 플랫폼 구성 예시 75
〈그림 37〉 스마트미터링 상호운용성 확보 방안 76
〈그림 38〉 스마트미터링을 통한 스마트시티 구성(안) 77
〈그림 39〉 법정계량기 12종 78
〈그림 40〉 스마트미터링에 기반한 소비자 참여 활성화 81
〈그림 41〉 에너지 정보 개인화 서비스 82
〈그림 42〉 사이버-물리시스템 인터페이스로서의 AMI와 보급 현황 83
〈그림 43〉 스마트그리드와 홈자동화 맥락에서의 스마트미터링 83
〈그림 44〉 DSMR의 미터링 설치 영역과 통신 포트 구분 84
〈그림 45〉 스마트그리드 구조에서 영역별 해당 표준 85
〈그림 46〉 수요관리에 대한 게이미피케이션 적용 개념 86
〈그림 47〉 AMI 데이터 기반의 게이미피케이션 연구 사례 87
〈그림 48〉 AMI+EMS 모델 기반 에너지 절감량 추정 88
〈그림 49〉 스마트미터 기능 모델 89
〈그림 50〉 NIST 스마트그리드 표준화 구조도 90
〈그림 51〉 유럽 스마트미터 표준화(European Smart Meter Standardization work) 91
〈그림 52〉 OSI 계층 구조에서의 DLMS/COSEM과 스마트그리드 내 적용 표준 체계 92
〈그림 53〉 DLMS/COSEM 표준 용어의 이해 93
〈그림 54〉 OBIS 구조 94
〈그림 55〉 COSEM - CIM 연동 규격(IEC 61968-9) 97
〈그림 56〉 DLMS/COSEM 종단간 보안(E2E Security) 98
〈그림 57〉 DLMS/COSEM 표준화 프레임워크(IEC 62056 1-0) 101
〈그림 58〉 IEC 61850의 모델링 구조 102
〈그림 59〉 중계기와 연결된 표준 M-Bus 104
〈그림 60〉 공동주택 통합원격검침 구성도 개요 108
〈그림 61〉 공동주택 통합원격검침에 적용된 DC-PLC 프로토콜 109
〈그림 62〉 LH의 공동주택용 5종 검침시스템 개념도 117
〈그림 63〉 AMI 통신 및 데이터 프로세스의 책임 영역 118
〈그림 64〉 IESO의 스마트미터링 비전 119
〈그림 65〉 온타리오의 전력산업 로드맵 120
〈그림 66〉 Privacy by Design 개념도 123
〈그림 67〉 TOU 시간대를 설명하는 고객의 냉장고 자석 127
〈그림 68〉 24시간에 걸친 TOU 요금제에 의한 소비 감소효과 128
〈그림 69〉 텔레게스토어(Telegestore) 인프라 131
〈그림 70〉 고객당 비용 및 서비스 품질 개선 133
〈그림 71〉 AMR/AMI 시스템의 Vattenfall 사례 137
〈그림 72〉 Vattenfall AMR 보급의 기능 증대 및 비용 감소 140
〈그림 73〉 스마트미터 및 소비자참여와 관련된 구조도 142
〈그림 74〉 해외 AMI 설치 현황 및 시장전망 143
〈그림 75〉 미국 5개 권역별 AMI 보급 현황 및 옵트아웃 시행 개요 144
〈그림 76〉 Ameren 유틸리티의 AMI 비용편익분석 결과 146
〈그림 77〉 Ameren 유틸리티의 AMI 보급에 따른 운용편익 146
〈그림 78〉 Ameren 유틸리티의 AMI 보급에 따른 고객 및 사회적 편익 146
〈그림 79〉 Ameren 유틸리티의 AMI 경제성 분석 결과(총비용/편익과 NPV비용/편익) 147
〈그림 80〉 Ameren 유틸리티 AMI 민감도 분석 147
〈그림 81〉 버먼트주의 AMI 경제성 분석 편익 모델 148
〈그림 82〉 버먼트주의 AMI 경제성 분석 비용 모델 148
〈그림 83〉 버먼트주 유틸리티사의 AMI 경제성 평가 결과 149
〈그림 84〉 버먼트주의 수요반응에 따른 비용 및 편익 분석결과 149
〈그림 85〉 유틸리티별 경제성평가에서 검침 회피 편익 비중 150
〈그림 86〉 EU 주요국 AMI 보급계획 및 예상이익 151
〈그림 87〉 유럽연합국가간 스마트미터당 비용 및 편익 156
〈그림 88〉 유럽국가의 AMI 편익 항목별 비교 156
〈그림 89〉 유럽 국가의 AMI 비용항목별 비교 157
〈그림 90〉 에너지 절감 항목에 대한 B/C비교 158
〈그림 91〉 피크 절감 항목에 대한 B/C비교 158
〈그림 92〉 SG Data Analytics 시장 전망(Pike Research) 160
〈그림 93〉 SG 빅데이터 시장전망 160
〈그림 94〉 글로벌 시장 연도별 변화 추이(SG 품목별) 161
〈그림 95〉 디지털법 시행에 따른 스마트미터링 기술 적용 부문 163
〈그림 96〉 스마트미터링 도입을 위해 EU가 고려한 공통 기본 기능 164
〈그림 97〉 독일 스마트미터링 시스템 예 165
〈그림 98〉 독일 스마트미터링 보급계획 및 경제성 분석 예 166
〈그림 99〉 미국 Con Edison 사의 TOU 요금제 168
〈그림 100〉 Southern California Edison 사의 TOU-D-4-9PM 요금제 169
〈그림 101〉 Southern California Edison 사의 TOU-D-5-8PM 요금제 169
〈그림 102〉 Southern California Edison 사의 TOU-D-PRIME 요금제 170
〈그림 103〉 호주의 TOU요금제 적용에 따른 비용절감 효과 170
〈그림 104〉 다양한 요금제별 편익 효과에 대한 비교 171
〈그림 105〉 다앙한 TOU요금제 파일럿 프로젝트 간 첨두부하 감축효과 비교 172
〈그림 106〉 온타리오의 TOU 파일럿 프로젝트와 전국 규모 프로젝트 효과 비교 173
〈그림 107〉 스마트미터링의 편익 효과 173
〈그림 108〉 AMI 데이터에 기반한 첨두부하 감축과 전기요금 절감 효과 174
〈그림 109〉 스마트미터링 빅데이터 기반의 부가서비스 사례(게이미피케이션과 광고 서비스) 175
〈그림 110〉 비용편익분석 가이드라인 절차도 176
〈그림 111〉 자산의 기능으로의 맵핑 예시 186
〈그림 112〉 기능의 편익으로의 맵핑 예시 186
〈그림 113〉 비용과 편익 비교 예 190
〈그림 114〉 민간도 분석 루프에 대한 플로우차트 191
〈그림 115〉 정책적 목적과 외부 효과에 대한 정성적 영향성 분석의 산출 벡터 결과 192
〈그림 116〉 스마트미터 보급시 장점 예시 193
〈그림 117〉 전체 고객의 평균 전력 사용패턴 221
〈그림 118〉 시간대별 극소점 극대점 비율 222
〈그림 119〉 그룹별 대표 전력 사용패턴 223
〈그림 120〉 소비자 페르소나(Persona) 도출 개념 236
〈그림 121〉 페르소나(Persona) → 소비자 참여를 위한 인터페이스 237
〈그림 122〉 소비자 정보전달 피드를 위한 동의서 238
〈그림 123〉 설문조사와의 연계 방안 239
〈그림 124〉 피드백의 종류 239
〈그림 125〉 미국 캘리포니아주 에너지 사이트 240
〈그림 126〉 네스트의 학습형 스마트온도조절기 242
〈그림 127〉 미국 기술별 스마트온도조절장치 시장 전망 243
〈그림 128〉 기존 온도조절기 패널 및 후면 배선 245
〈그림 129〉 온도조절기 구성요소 245
〈그림 130〉 2선식과 3선식 온도조절기 246
〈그림 131〉 스마트 온도조절기 설치를 위해 제작된 함체 시공 247
〈그림 132〉 고전압과 저전압 온도조절기 배선 방식 비교 248
〈그림 133〉 네스트 프로텍트(천장 설치) 249
〈그림 134〉 네스트의 배선작업 250
〈그림 135〉 신축 아파트(오피스텔)의 통합 제어 패널 250
〈그림 136〉 네스트 온도조절기와 보일러 연동 개념 251
〈그림 137〉 스마트홈 화면에서의 에너지 히스토리 열람 기능 252
〈그림 138〉 HEMS 문제 정식화의 구성 254
〈그림 139〉 RTP(혹은 기온수준)에 따른 운전모드 결정 255
〈그림 140〉 문제에 대한 접근 개념도 256
〈그림 141〉 RTP에 따른 스케쥴링 원리 256
〈그림 142〉 효용함수 기반의 수요반응 곡선 모델링 257
〈그림 143〉 시장가격과 효용함수 258
〈그림 144〉 부하종류별 수요반응(demand response) 결정 258
〈그림 145〉 부하이전에 의한 효용감소 259
〈그림 146〉 수요반응에 의한 순효용의 정식화 259
〈그림 147〉 운전모드 및 에너지 스케쥴링 260
〈그림 148〉 에너지허브 플랫폼(Energyhub Platform) 261
〈그림 149〉 Whisker Labs Platform 263
〈그림 150〉 Oklahoma Gas & Electric은 파일럿 프로젝트 263
〈그림 151〉 캐나다 온타리오주 Peterborough Inc. DR Program 264
〈그림 152〉 스마트 온도조절장치 제품 종류 (1) 266
〈그림 153〉 스마트온도조절장치 제품 종류 (2) 266
〈그림 154〉 Honeywell 사의 Wi-fi 온도조절기 설치 267
〈그림 155〉 스마트온도조절장치 설치 구성도 268
〈그림 156〉 구글 네스트 스마트온도조절기 269
〈그림 157〉 구글 네스트 스마트홈 시스템 구성 예 270
〈그림 158〉 하니웰사의 LG U+ 스마트홈 연계 서비스 270
〈그림 159〉 LG전자 제품군/생태계를 활용한 시범 사업 271
〈그림 160〉 실증 설치 네스트 기기 272
〈그림 161〉 다양한 룸콘 제품 이미지 273
〈그림 162〉 자동중문 이미지 275
〈그림 163〉 스마트에너지허브 플랫폼 기반 스마트홈 EMS 기술개발 개념도 279
〈그림 164〉 연구기관의 서브미터링 기술 기반의 홈 환경 DR-EE 기술개발 개념도 제안 사례(한국에너지기술평가원 수행 과제) 281
〈그림 165〉 스마트미터링 2.0 기반의 스마트홈 서비스 개념도 282
〈그림 166〉 스마트 건물 & 에너지 융합화 동향 282
〈그림 167〉 스마트빌딩 & 스마트에너지 구축시 고려되는 표준 기술 등 283
〈그림 168〉 BIM 기반의 건물관리시스템 283
〈그림 169〉 KNX 기술 소개 284
〈그림 170〉 KNX외 다른 시스템 지원 284
〈그림 171〉 독일 에너지전환, 디지털인프라인 KNX + OMS + BSI 상호 연계 개념도 285
〈그림 172〉 유럽의 Guided Automatic Building 의 스마트건물의 아키텍처 291
〈그림 173〉 proSHAPE 프로젝트의 접근 방향 292
〈그림 174〉 표준 강국인 독일의 국제표준화 추진체계 292
〈그림 175〉 독일(유럽)의 스마트빌딩 & 에너지 표준 프레임워크기반 아키텍처 293
〈그림 176〉 스마트빌딩의 에너지디지털인프라 구축을 위한 목표시스템 294
〈그림 177〉 스마트시티/에너지 표준화를 위한 프로젝트 및 표준화 추진체계 295
〈그림 178〉 스마트빌딩 및 에너지성능 관련 표준 맵 295
〈그림 179〉 스마트에너지 게이트웨이기반 스마트 건물(주택/빌딩) 표준 인터페이스 296
〈그림 180〉 스마트건물 & 에너지 표준 모델 개발을 위한 스마트시티 유스케이스 예 297
〈그림 181〉 스마트홈 표준화 추진 현황도 298
〈그림 182〉 BEMS & FEMS 시장 성장률 299
〈그림 183〉 스마트건물 & 스마트에너지 산업에서 사물인터넷 시장 전망 300
〈그림 184〉 HEMS 개념도 303
〈그림 185〉 네스트 프로텍트 제품 304
〈그림 186〉 부가서비스 정보제공 기반의 소비자 참여유인 개선 사례 305
〈그림 187〉 에너지공단의 효율관리 프로그램 사례 306
〈그림 188〉 LG 스마트 전기료미터의 서비스 개념도 307
〈그림 189〉 아마존의 스마트온도조절기 에코비 308
〈그림 190〉 MS의 스마트온도조절기 글라스(GLAS) 309
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