ETRI 실험실내에 나노큐플러스 시험 환경모습. 25개 스마트미터기내에 통신모듈에 나노큐플러스를 탑재, 연동하여 기능 및 성능 시험을 하고 있는 모습

국내 연구진이 지난 2006년부터 자체 개발한 초소형 운영체제인 ‘나노큐플러스’가 국내 기업을 통해 지난해 4월, 25억원 규모의 인도 진출에 이어, 북유럽 노르웨이 시장까지 개척하는 쾌거를 이루고 있다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 ㈜누리텔레콤의 원격검침 상용제품에 ‘나노큐플러스’와 최신 무선통신 기술을 탑재, 지난해말 수주한 노르웨이 국제 프로젝트(SORIA Project)에 연구진이 대규모 현장 검증을 지원하기 시작했다고 12일 밝혔다.

노르웨이 국제 프로젝트인 소리아(SORIA) 현장에 설치할 ETRI 핵심기술이 탑재된 스마트 미터기를 대상으로 프로젝트 요구사항의 부합여부를 시험하기 위한 테스트 환경

 ㈜누리텔레콤이 수주한 금액은 8백억원 규모로 74만대 규모다.

현재 ETRI는 노르웨이 현지 프로젝트 실사단의 소규모 기능 검증을 통과한 상태다. 아울러 대규모 현장 구축을 위한 자체 시험 환경을 구축하고 다양한 검증 과정을 진행중이다.
 
㈜누리텔레콤은 ETRI의 초소형 운영체제인 ‘나노큐플러스’를 전기용 원격검침 솔루션에 탑재, 경쟁력을 확보, 대규모 원격검침 솔루션 수주의 성과를 이어가고 있다.

나노큐플러스는 노르웨이 각 집마다 설치된 전력미터기 내부 통신모듈 부분에 내장, 자동으로 전력소비량 데이터를 원격으로 전송, 전기검침이 가능해질 예정이다.

원격 전기 검침은 집마다 설치된 나노큐플러스가 내장된 스마트미터기를 통해 무선통신으로 네트워크를 구성, 나노큐플러스가 들어간 게이트웨이 모듈을 통해 서버와 연결되는 방식이다. 스마트미터기는 전기 사용량을 15분 단위로 측정, 네크워킹을 통해 중앙서버로 모아진다.

노르웨이 현장 테스트 전에 ㈜누리텔레콤에서 자체적인 시험을 위한 시험 환경 모습. 스마트 미터기는 전력 사용량을 측정하는 기기와 측정된 수치를 데이터화하고 전송하는 통신모듈로 구성됨. ETRI의 나노큐플러스는 통신모듈에 탑재되어 대규모 단말이 연동할 수 있도록 지원하는 핵심기술을 제공함

ETRI 연구진은 노르웨이 베르겐(Bergen) 시 현장의 1500여대의 단말이 시범 구축된 현장에서 직접 기술 지원도 하기 위해 사전답사도 마친 상태이다.

베르겐 시는 비가 많이 오는 지역으로 대부분 언덕에 층계를 이룬 집들과 많은  숲으로 되어 있다. 따라서 무선 전파의 송신이 어려운 환경임을 파악하였고, 이를 극복하기 위해 ETRI는 ㈜누리텔레콤과 함께 가상 환경에서 다양한 협력 시험을 수행중이다. 

지난달 15~17일 3일간 스페인 바르셀로나에서 개최된 유러피언 유틸리티 윅(European Utility Week) 2016 전시회에 ㈜누리텔레콤의 전시부스 모습. 제품 중 무선 환경(Wi-SUN, ZigBee) 단말에 포함된 통신 모듈에 ETRI 나노큐플러스 핵심기술이 들어가 있음

아울러, ETRI는 지난 15일부터 3일간 개최된 스페인 바르셀로나 ‘유러피언 유틸리티 위크’ 전시회에 참가, 연구진이 개발한 기술을 ㈜누리텔레콤의 원격검침(AMI) 솔루션 상용 단말기에 탑재, 일반에 공개했다. 

이번 상용 제품에 포함된 ‘나노큐플러스’와 최신 무선통신(TSCH) 기술은 이전보다 고신뢰, 경량화 및 저전력화 되었다. 글로벌 경쟁력 제고를 위해 국제표준도 만족하고 대규모 현장에 적용 가능토록 개발되어 글로벌 경쟁력을 갖췄다는 평가다.

그동안 노르웨이를 비롯한 북유럽은 단독주택 형태 주거환경으로 일일이 전기 검침원이 방문, 전력소비량을 체크해야 했다.

또한, 주로 수력 및 풍력 발전을 통해 전력을 생산하기 때문에 정확한 전력 분배가 요구되지만 집마다 설치된 전력 미터기에서 나오는 정확한 실시간 전력소비 데이터의 수집이 불가능, 에너지 관리에 큰 불편을 겪고 있었다.

 대규모 현장에 적용이 가능한 ‘나노큐플러스’와 최신 무선통신(TSCH) 기술을 탑재한 ㈜누리텔레콤의 원격검침(AMI) 상용 단말기의 개발로 전기 뿐만 아니라 수도, 가스의 실시간 검침이 가능케 되어 원격검침 인프라(AMI) 시장 확산에 파란불이 켜진 셈이다.

ETRI는 향후 본 기술을 고도화해 고신뢰, 저전력이 필수로 요구되는 산업용 사물인터넷(IoT) 서비스에 개발 운영체제 탑재를 목표로 하고 있다.

이를 통해 공장 모니터링 및 공정 자동제어 기술로 까지 확대, 경쟁력을 높인다는 계획이다.

‘산업 IoT용 나노큐플러스’는 미래창조과학부와 정보통신기술진흥센터가 지원하는 IT·SW융합산업원천기술개발사업의 ‘경량 임베디드 디바이스용 저전력 OS지원 통합개발 솔루션 개발’과제에서 개발되고 있다.

노르웨이 베르겐 시 현장에 설치된 4개의 시범 사이트 중 한 곳에 설치된 데이터 집중장치(DCU) 장치 모습

ETRI 김선태 실시간SW연구실장은 “노르웨이에 단말기 1,500개가 설치 완료되는 내년 1월경, 연구진을 직접 베르겐에 파견, 핵심 기술의 사업화를 지원할 계획이다. 현지에서 발생하는 기술 애로점을 바로 현장에서 대처하고 최적 기술지원을 제공할 것이다”고 말했다.

한편, ETRI는 본 성과가 연구원이 추진하고 있는 『1실 1기업 맞춤형 기술지원』의 일환으로 시행되었으며 이를통해 대규모 해외 프로젝트를 수주한 대표적인 성공 사례라고 밝혔다.

ETRI가 지원하고 있는 ‘1실 1기업 맞춤형 기술지원’ 사업은 기업의 애로기술 해결 및 현장지원 등 밀접한 협력을 통해 국내 기업들의 해외시장 진출을 적극 돕고 있는 프로그램이다.

국내 연구진이 기존 형광등을 발광다이오드(LED) 램프로 전환하는 구동보드에 혁신적인 소자를 사용함으로써 고효율 및 소형화에 성공했다. 이로써 보드의 생산단가를 크게 낮춰 관련 조명시장의 패러다임이 바뀔 전망이다.
ETRI(한국전자통신연구원)는 지난 2005년 규명한 바 있는 금속 절연체 전이(MIT) 현상으로 스위칭 기술을 활용하여 기존 형광등 호환형 LED 구동보드 보다 훨씬 단순하고 광효율이 높은 LED 구동보드를 개발했다고 밝혔다.
본 기술의 특징으로는 MIT소자를 사용하여 광효율이 기존 상용제품 대비 14% 이상 상승했을 뿐만 아니라, LED 램프 구동보드의 소형화 및 단순화가 가능해졌다. 이에 따라 생산 원가의 획기적인 절감이 가능할 것으로 보인다. 또 기존 상용제품 구동보드 길이가 약 30㎝에 달하고 부품 수도 트랜지스터 등 약 50여 개나 됐는데 MIT기술을 활용한 시험용 구동보드는 최소 3㎝ 길이에 부품 수는 MIT 트랜지스터 등 8개에 불과하다. 이에 따라 구(球)형이나 LED 램프의 모양 응용도 가능하게 됐다. LED 램프에 구동보드가 일체형으로 개발, 보급되고 있는 상황에서 ETRI의 기술개발로 보다 저렴한 가격으로 고효율 소형 구동보드를 갖는 LED 램프의 보급 확산이 가능케 된 것이다.
아울러 ETRI는 구동보드에 들어가는 핵심기술이 20~60㎑로 고속 스위칭이 가능한 MIT 트랜지스터 스위칭 기술(NDR 스위칭)이라고 밝혔다.
연구원 측은 “기존 김현탁 박사가 개발한 바 있는 이산화바나듐(VO2)으로 만든 소자와 실리콘 기반 소자를 합쳐 하나의 칩으로 만들었다”고 설명했다.
이처럼 이번 MIT LED 램프의 개발은 실리콘 반도체 소자에서 MIT 현상을 일으키는 원리를 지난 2013년 논문에서 최초 발표한 후 끊임없는 연구를 통해 실용화가 가능한 응용제품으로 만든 것에 큰 의미가 있다.
한편 본 기술은 관련 핵심특허 2건을 출원 완료했으며, 핵심특허로는 전류가 일정하게 흐르게 하는 ‘정전류 회로기술’과 ‘음의 미분저항인 NDR MIT기술’로, NDR MIT기술이란 일정한 전류에서 MIT 현상이 일어날 때 저항감소로 전압이 작아지는 현상을 말한다.

ETRI, 리튬이차전지 고체전해질 제조기술 개발

- 전기자동차 및 웨어러블 기기에 안정적 배터리 제공가능

ETRI가 스마트폰 배터리의 안정성을 높이는 핵심소재를 개발했다. (사진. ETRI)

국내 연구진이 스마트폰 및 노트북 등에 배터리로 많이 쓰이는 리튬(Li) 이차 전지의 안정성을 크게 높였다. 그동안 전지내 전해질은 가연성 액체여서 외부의 충격이나 고온시 배터리 고장의 위험성이 있어 왔는데 이를 고체로 해결한 것이다.

이와 관련해 ETRI(한국전자통신연구원)는 연구책임자인 전력제어연구실의 이영기 박사와 서울대학교 강기석 교수 등 공동연구팀이 세라믹종류의 산화물계(LLZO) 고체 전해질을 개발했다고 밝혔다. 연구진의 이번 성과는 향후 안전성이 요구되는 전기자동차 배터리나 발전소, 군사용 대용량 에너지 저장시스템, 인체와 직접 맞닿는 웨어러블 기기의 배터리에 효과적으로 쓰일 전망이다.

ETRI 연구진은 리튬이온의 이동속도를 향상시켜 이온전도도를 높임과 동시에 이에 필요한 고온 열처리 시간과 공정비용을 대폭 감소시켜 시너지 효과를 내는 ‘다중원소 도핑 기술’을 적용했다. 연구진은 원래 원소인 LLZO(리튬, 란타늄, 지르코늄, 산소)에 이종의 물질(알루미늄, 탄탈륨)을 소량 첨가해 성질을 급변하게 만들었다. LLZO 결정구조 내에서 금속원소들의 도핑 위치를 제어해 이온 전도도를 향상시킬 수 있는 새로운 원리를 규명한 것이다.

그리고 연구진은 상호 시너지를 유발하는 두 종류의 원소를 LLZO에 도핑한 후 고온 열처리 시간을 기존의 1/12 수준인 2시간까지 대폭 줄였다. 이로써 도핑되지 않은 경우에 비해 3배 이상의 높은 이온 전도도를 확보하는데 성공했다. 연구진은 다중도핑 방식을 통해 그동안 밝히지 못했던 결정구조 내에서 도핑된 원소들의 위치분포를 분석, 성능향상의 근본원리를 규명하고 메커니즘을 학문적으로 밝힌 게 큰 성과라고 설명했다.

그동안 리튬이차전지는 높은 에너지 밀도와 고수명의 우수한 성능으로 휴대폰, 노트북 등 휴대용 전원 뿐만 아니라 전기자동차, 에너지 저장장치 등의 중대형 전원으로도 활용이 확장돼 왔다. 이에 따라 전 세계적으로도 기존 리튬이차전지에서 사용하는 액체 전해질을 고체로 대체, 외부 충격에 의한 파손시 누액이나 폭발의 위험성이 없고, 고온이나 고전압 상황에서도 높은 에너지 밀도를 유지하는 차세대 전지 개발이 활발히 진행되고 있다.

이를 위해서는 핵심소재인 고체 전해질 개발이 관건인데, 황화물(Sulfide)계 소재는 전지의 충·방전 효율을 좌우하는 이온 전도도가 액체 전해질에 근접할 만큼 높지만 수분과 산소에 취약해 실제 생산에 적용하는데 있어 어려움이 컸다. 반면 산화물(Oxide)계 고체전해질은 안정성은 우수하지만 낮은 이온 전도도와 고온 열처리 공정 시간이 길다는 점이 문제가 되어 왔다. 향후 연구진은 고체 전해질을 기반으로 직접 작동하는 리튬이온 전지를 만들고 대량생산에 주력할 계획이라고 밝혔다. 상용화는 약 5년 후로 보고 있으며 액체 전해질 대비 성능을 높이는 것도 추진할 과제이다.

ETRI, 국제표준 기반 에너지 거래기술 개발
- 에너지 거래 가능 프로토콜 기술, 소비자간 전기 거래

대전광역시 유성구에 사무용 건물을 보유한 (주)에트리사는 건물 옥상과 벽면에 설치한 태양광 시스템과 전기실에서 운용중인 비상용 디젤발전기, 연료전지 그리고 에너지 저장장치를 이용, 건물 내 소비되는 에너지의 대부분을 자급자족하고 있다.

최근 에너지 거래 시장에 유휴 자원을 등록함으로써 저녁시간에 인근 오피스텔로 에너지를 판매, 수익금으로 지하주차장에 전기차 충전소를 설치키도 했다. 이렇듯 자신이 보유한 에너지 자원을 시장에서 거래할 수 있는 에너지 거래 기술이 개발됐다. ETRI(한국전자통신연구원)는 태양광, 풍력, 비상발전기, 연료전지, 에너지 저장장치 등을 보유한 소비자들이 그동안 규모가 작아 시장 입찰을 하지 못했는데 이젠 에너지 잉여자원들을 시장에 내다 팔 수 있는 에너지 거래 기술을 개발했다고 밝혔다.

ETRI가 개발한 기술은 전기 에너지를 소비자간 연결시켜 주는 일종의 에너지 중개시장 기반기술이다. 즉 에너지를 팔고 살 수 있는 거래 프로토콜 기술인 것이다. ETRI는 건물 내 전기의 소비 장치들의 예측 수요와 현황을 바탕으로 건물 내·외부에 태양광, 풍력, 에너지 저장장치 등 분산자원을 설치, 이들 간 수요와 공급 최적화를 이루기 위한 에너지 통합관리 기술과 더불어 잉여 에너지에 대한 거래 기술을 개발했다.

이를 통해, 최대 전력 피크시의 에너지 절감뿐만 아니라, 잉여에너지에 대한 거래 서비스를 제공할 수 있게 된다. ETRI 주관의 이 사업에는 (주)KT, (주)에이치투, (주)씨씨앤비, KAIST 등이 참여하고 있다.

이번 개발한 에너지 거래 핵심기술은 ▲에너지 정보 교환 프로토콜 기술 ▲개인과 개인이 직접 연결해 정보를 공유하는 P2P(Peer to Peer)기반 에너지 거래기술 ▲분산자원 에너지 통합관리 및 거래기술 등이다. 본 기술들은 정보 표준화관련 국제표준기구의 표준 정보모델 기반으로 구현 되었다.

따라서 본 기술은 발전량이나 가격, 스케쥴 등 거래 및 판매 대상이 되는 각종 분산자원에 대한 정보를 중개시장 서버에 등록, 분산자원 온라인 전력 거래를 중재하며, 계약된 분산자원의 발전 또는 수요 감축 이행 여부를 실시간 감시 및 감독함으로써 에너지 판매자와 구매자간 직접적인 에너지 거래를 가능케 하는 기술이다.