Semantic Technologies in Practical Demand Response: An Informational Requirement-based Roadmap

전력망을 거대하고 분주한 고속도로라고 상상해 보십시오. 과거에는 차선을 더 많이 만드는 것(발전소 건설)으로 교통량을 관리했습니다. 하지만 오늘날에는 수백만 대의 자동차(태양광 패널, 풍력 터빈, 스마트 가전제품 등)가 도로에 합류하면서 고속도로는 너무 혼잡해지고 복잡해졌습니다. 이 문제를 차선을 더 늘리지 않고 해결하기 위해 전력 운영자들은 **수요 반응(Demand Response, DR)**을 사용합니다. 이는 마치 운전자들에게 출퇴근 시간의 교통 흐름을 원활하게 유지하기 위해 자발적으로 속도를 줄이거나 우회로를 이용해 달라고 요청하는 것과 같습니다.

하지만 여기에는 커다란 문제가 있습니다. 모두가 서로 다른 언어를 사용한다는 점입니다.

• 빌딩 관리자는 "HVAC(냉난방)"라는 언어를 사용합니다.
• 전력 운영자는 "시장 규칙"과 "입찰"이라는 언어를 사용합니다.
• 이들을 연결하려는 소프트웨어는 "코드"라는 언어를 사용합니다.

현재 이 그룹들이 서로 소통하는 방식은 마치 한 사람은 프랑스어를, 다른 사람은 일본어를, 세 번째 사람은 이진수(binary code)를 말하며 대화를 시도하는 것과 같습니다. 모든 연결마다 통역사가 필요하며, 이는 비용이 많이 들고 느리며 오류가 발생하기 쉽습니다.

논문의 핵심 아이디어: 보편적인 사전

이 논문은 모두가 사용할 수 있는 **보편적인 사전(Semantic Ontology라고 불리는)**을 만드는 것을 제안합니다. 모든 건물마다 맞춤형 통역사를 두는 대신, 이 사전은 건물이 "에어컨을 끌 수 있다"라고 말할 때 전력망이 그 의미가 정확히 무엇인지, 전력이 얼마나 절감되는지, 그리고 언제 일어날 일인지를 정확히 이해하도록 보장합니다.

저자들은 단순히 이 사전에 어떤 단어가 들어가야 할지 추측한 것이 아닙니다. 그들은 과정의 각 단계에서 정확히 어떤 정보가 필요한지를 파악하기 위해 탐정이자 설계자로서 행동했습니다.

"로드 트립"의 4단계

논문은 건물이 수요 반응 프로그램에 참여하는 여정을 네 가지 단계로 나누고, 각 단계에서 필요한 "정보 요구사항(데이터)"을 식별했습니다.

1. 등록 및 자격 검증 (운전면허 확인):

   • 무슨 일이 일어나는가: 건물이 참여하기 전에 자격이 있는지 증명해야 합니다. 충분한 전력을 절감할 수 있는가? 계량기가 정확한가?
   • 공백: 현재의 사전들은 "최소 자원 규모"나 "계량기 정확도"에 대한 명확한 정의가 없어 소프트웨어가 이를 자동으로 확인할 수 있는 방식으로 작동하지 않습니다. 이는 마치 도시마다 규칙이 바뀌고 서류는 투명 잉크로 쓰여 있어서 운전면허를 따기 어려운 상황과 같습니다.

2. 스케줄링 및 낙찰 통지 (교통량 예측):

   • 무슨 일이 일어나는가: 건물은 내일 전력을 얼마나 절감할 수 있을지 예측합니다. "온도를 2도 높이면 500와트를 아낄 수 있습니다."
   • 공백: 현재의 사전들은 건물의 구성 요소(팬이나 펌프 등)를 설명하는 데는 뛰어나지만, 미래를 설명하는 데는 매우 취약합니다. "기상 예보"나 "예측된 에너지 절감량"을 정확하게 말할 수 있는 어휘가 부족합니다. 이는 도로의 위치는 보여주지만 교통 정체를 예측할 방법은 없는 지도와 같습니다.

3. 배치 및 실시간 통신 (초록불):

   • 무슨 일이 일어나는가: 전력망이 "출발!"이라고 명령하면, 건물은 즉시 시스템을 조정합니다.
   • 공백: 현재의 사전들은 도로 위의 새로운 유형의 "자동차", 즉 **전기차(EV)**를 설명하는 데 어려움을 겪습니다. 전기차의 배터리 잔량이나 충전 상태를 설명하는 표준화된 방식이 없습니다. 이는 교통 표지판이 자율주행차가 다가올 때 어떻게 대응해야 할지 모르는 것과 같습니다.

4. 측정 및 성능 평가 (영수증):

   • 무슨 일이 일어나는가: 이벤트가 끝난 후, 전력망은 확인합니다. "당신이 약속한 대로 실제로 전력을 절감했습니까?"
   • 공백: 이를 증명하려면 실제 발생한 현상을 "기준선(baseline, 원래 일어났을 상황)"과 비교해야 합니다. 현재의 사전들은 이러한 "만약의 시나리오(what-if scenarios)"나 계산에 사용되는 복잡한 수학적 모델을 저장하는 표준화된 방법을 갖추고 있지 않습니다.

조사: 기존 사전 검토

저자들은 현재 사용 중인 가장 인기 있는 네 가지 "사전"을 가져와서 자신들의 요구사항 목록과 대조하여 테스트했습니다.

• Brick: 건물의 물리적 부품을 설명하는 데 탁월합니다 (자동차의 상세 부품 목록과 같습니다).
• DELTA & EFOnt: 에너지 유연성을 설명하는 데 좋습니다 (효율적인 운전법에 대한 매뉴얼과 같습니다).
• CIM: 전력망과 시장 규칙을 설명하는 데 뛰어납니다 (고속도로 교통 법규와 같습니다).

결론: 그 어떤 것도 혼자서는 전체 작업을 수행할 수 없었습니다.

• Brick은 시장 규칙과 기상 데이터를 놓쳤습니다.
• CIM은 건물의 구체적인 장비에 대한 세부 사항을 놓쳤습니다.
• DELTA/EFOnt는 너무 개념적이었으며 실세계 자동화에 필요한 구체적인 세부 사항이 부족했습니다.

이들을 모두 합쳐도 여전히 빈틈이 있었습니다. 이는 부품 목록, 운전 매뉴얼, 교통 법규 책을 모두 가지고 있지만, 길을 잃지 않고 A 지점에서 B 지점까지 실제로 운전하는 방법은 알려주지 않는 것과 같습니다.

해결책: 더 나은 사전을 위한 로드맵

이 논문은 문제점을 지적하는 데 그치지 않고, 기존 사전들을 보완하기 위한 구체적인 "확장(extensions)" 방안을 제시합니다.

• "규제(Regulatory)" 챕터 추가: 다양한 전력 계통 운영자(ISO)의 복잡하고 변화하는 규칙을 처리할 새로운 섹션을 만듭니다.
• "미래(Future)" 챕터 추가: 소프트웨어가 현재가 아닌 미래에 대해 이야기할 수 있도록 "예측(forecasts)"과 "예측값(predictions)"을 위한 새로운 단어들을 만듭니다.
• "EV" 챕터 추가: 전기차와 그 배터리에 대한 표준 정의를 만듭니다.
• "기준선(Baseline)" 챕터 추가: 성능을 공정하게 측정할 수 있도록 "만약의 시나리오"를 저장하는 표준적인 방법을 만듭니다.

결론

저자들은 실제 건물의 데이터를 사용하여 프로토타입을 구축함으로써, 만약 이 사전들에 누락된 조각들을 추가한다면 소프트웨어가 매번 비싼 맞춤형 엔지니어링 없이도 건물 및 전력망과 드디어 소통할 수 있다는 것을 증명했습니다.

요약하자면: 이 논문은 미래의 전력망을 작동시키기 위해서, 모든 건물과 전력망 사이에 개별적인 맞춤형 다리를 놓는 것을 멈춰야 한다고 주장합니다. 대신, 어떤 USB 장치도 컴퓨터에 쉽게 연결되듯이, 어떤 건물도 전력망에 원활하게 접속할 수 있도록 하는 하나의 보편적인 언어(완전한 온톨로지)를 완성해야 합니다. 저자들은 그 언어에 어떤 단어들이 추가되어야 하는지에 대한 청사진을 제공했습니다.