문항1. 스마트시티의 필요성을 도시화로 인해 발생하는 다양한 문제점과 함께 서술하시오. (35점)

스마트시티는 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 모바일 등 최신 ICT기술들을 이용하어 다양한 도시문제를 해결하고 효율성과 안정성을 높여 시민들의 삶의 질을 향상시키는 신개념의 도시이다.

이곳에서는 스마트폰과 PC를 넘어 자동차, 냉장고, 세탁기, 시계 등 각종 기기에 통신 및 센서기능이 장착되어 스스로 데이터를 주고받고 이를 처리해 자동으로 구동하는 것이 가능해진다. 초기단계에 적용된 기계간 통신기술은 버스나 지하철을 탈 때 교통카드를 단말기에 대면 이들이 서로 통신해 정보를 교환하고 결제행위가 이뤄지도록 하는 것이었다.

아직 개발단계인 무인자동차 역시 사물인터넷의 산물인데, 차량 곳곳에 고성능 센서가 장착돼 교통신호는 물론이고 주변에 있는 장애물을 파악하며, 네트워크 기술을 이용해 탑승자의 목적지가 입력되면 가장 빨리 가는 길을 찾으며 자동으로 정지 및 출발할 수 있다.

건물 안팎에서 스마트폰으로 모든 기기들이 조정 가능한 스마트홈 내지 스마트빌딩들이 개발되고 있다. 다시 말해서 건물 안의 모든 가전제품과 설비들을 하나의 통신망으로 연결해 관리한다는 것인데, 예를 들어 스마트폰의 모바일 메신저를 통해 집 안에 있는 에어컨이 ‘30분 후 22도 실내기온’을 조성하도록 지시할 수 있다. 이들 이용자들은 터치 혹은 말 한 마디로 집안 혹은 건물 내의 모든 시설들을 조정할 수 있게 된다.

이미 삼성전자, LG전자, 구글 등 세계 각 분야의 기업들은 사물인터넷 서비스 개발·상용화에 나섰다. 구글은 스마트 온도조절기 업체인 네스트랩스를 인수해 스마트홈 시장에 뛰어든데 이어 최근에는 무인차 개발에 나섰다. 삼성전자·LG전자도 사물인터넷 기능이 들어간 생활가전제품들을 대거 개발해 시장에 선보이고 있다.

스마트시티는 스마트폰과 스마트센터 플랫폼을 통해 각종 시설과 에너지를 제어함으로서 개개인 일상생활의 편리함은 물론이지만 이를 크게 넘어서는 다양한 혁신적인 역할을 수행할 수 있다. 지금 세계는 인구와 경제활동이 대도시에 집중되면서 도시 인프라 부족 심화, 에너지 자원 부족, 차량 증가로 인한 교통 혼잡, 이산화탄소 배출량 급증에 따라 지구 온난화 현상이 생태계의 지속가능성이 위협받고 있다.

스마트시티는 1) 에너지효율성 제고, 환경오염 제거, 자원의 효율적 이용 등을 포함한 지속가능성, 2) 시민들의 공공안전, 교육, 의료 및 건강, 사회적 안정 등을 포함한 시민들의 웰빙, 3) 효율적인 투자, 기술혁신, 일자리 창출 등을 포함한 경제산업발전 내지 지역균형발전을 도모하기 위해서도 우리 사회에 꼭 필요하다고 생각된다.

하지만 문제들이 없는 것은 아니다.

1) 빈부 및 기술격차가 심한 현 세계의 현황, 스마트시티 인프라 구축 및 운영을 위한 기술과 재정이 문제이다. 센서네트워크, 통신플랫폼, 컨트롤시스템 등 인프라가 필요하고, 스마트정부, 스마트교통, 스마트빌딩, 스마트유틸리티 등을 추진할 산업기반이 필요하기 때문이다.

2) 테크놀로지가 발전하고 생활양식이 변한다하더라도 인간이나 인간사회의 속성상 잘 변화하지 못하는 부분이 있고 잘 적응하지 못하는 세대들이 존재한다는 것이 문제이다. 이로 인한 이중적인 사회구조는 지금도 미래에도 크게 존재할 가능성이 많다.

3) 전통과 문화의 파괴 가능성이 문제이다. 한국을 포함한 많은 새롭게 발전되는 나라들이 경제개발과 과학기술을 바탕으로 너무 쉽게 전통과 역사를 무시한 채 도시를 발전시켜가는 경향이 크다. 분명 우리 인간들의 도시에는 ‘문화’와 ‘장소성’이 요구된다고 생각된다.

국내 여러 기업과 기관들이 한국형신도시 내지 스마트시티의 수출을 큰 목표로 삼고 있다고 한다. 포항을 비롯한 국내 지자체들도 교통시스템 ICT적용뿐만 아니라 스마트시티의 건설을 꿈꾸고 있다. 포항의 경우 KTX역세권, 제2도청 지구, 자유경제구역 등이 시범적인 형태의 스마트시티로 기획되고 건설될 것으로 기대된다.

하지만, 이를 실행함에 있어 첫 번째 극복해야 할 어려운 점은 재정과 사업성 부족이고, 아직은 다른 형태의 선택들이 가능하다는 것이다. 두 번째 극복해야 할 어려운 점은 이 신개발지들이 자체의 기능성뿐만 아니라 정주성면에서나 도시 전체의 브랜드화 차원에서 성공이 필요하고, 이를 위해 차별화된 문화 창출과 장소성 형성이 필요하다는 것이다.

문항2. 스마트시티가 도시를 어떻게 스마트하게 만드는지 5가지 내용을 각 설명과 함께 서술하시오. (65점)

도시가 한 가지 요소로만 이루어져 있지 않듯이, 스마트시티를 이루는 분야도 굉장히 다양한데, 이를 다음과 같이 크게 5가지로 나누어 볼 수 있다.

1) 운송 – 도시 혼잡을 줄이고 사람과 상품의 이동을 최적화

2) 연결성 – 무선 네트워크 인프라를 통한 데이터 수집 및 분석

3) 사이버 보안 – 사이버 위협으로부터 데이터 및 시스템 보호

4) 지속가능성 – 환경을 보호하고 에너지 및 자원을 효율적으로 관리

5) 정부 및 사회 – 시민들의 건강과 안전 증진을 위한 인프라 구축

스마트 시티는 정보통신기술이 발전하면서 그 개념이 정립되었다. 도시의 기반 시설과 개인들이 네트워크로 연결되어 도시가 유기적으로 기능을 하게 되는 것인데, 산업혁명 이후 인구가 도시에 집중되면서 도시는 경제, 교육, 후생, 문화 등의 다양한 기능들이 유기적으로 얽힌 공간이 되어 왔다. 이렇게 도시는 오늘날의 전세계 인구의 절반이 생활하는 공간, 지구에서 생산되는 에너지의 2/3가 소비되는 공간으로 변화해 왔다. 이러한 과정을 거쳐 오면서 다양한 문제점들도 나타나게 되었는데 교통체증, 환경오염, 쓰레기 문제 등이 바로 그것 들이고, 이러한 문제점들에서 공통적으로 말해 주는 것이 지속 가능한 발전을 위해 환경오염을 최소화하는 에너지 생산과 효율적인 에너지 소비의 필요성이다.

또한, 최근 에너지 기반시설은 어느 도시에서나 가장 중요한 요소이다. 만약 에너지가 충분히 공급되지 않는다면 다른 모든 기능은 정지될 수밖에 없다. 이러한 측면에서 스마트 그리드는 크게 세가지 역할을 수행하는데 첫째, 자기치료 설계, 자동화, 원격 모니터링 및 제어, 마이크로 그리드를 통해 전력망을 현대화 한다. 둘째, 전력 소비자들에게 그들의 에너지 사용, 비용, 대안들을 알려 줌으로써 이용을 효율화한다. 셋째, 분산되고 재생 가능한 에너지 자원을 안전하고 신뢰성 있게 통합하는데 기여한다. 이러한 역할을 수행 하기 때문에 스마트 그리드는 스마트 시티의 핵심에 해당한다고 말 할 수 있다.

즉, 전력망의 현대화를 통해 불필요한 전력을 제거하고, 에너지의 낭비를 최소화와 이를 재 활용 함으로써 스마트 시티 내 전력이 필요한 곳곳에 공급하여 스마트 시티의 구현에 핵심적인 인프라를 제공하게 되는 것이다. 신재생 에너지로 생산 된 전력을 ESS(Energy Storage System)에 저장했다가 전력이 필요할 때 사용하게 되는데, 예를 들어 가정에서 태양광 발전을 통해 전기를 ESS에 저장해 두었다가 소비하고 남는 에너지를 전력이 필요한 전력회사나 주변의 상업시설에 판매를 할 수 있게 되고 이를 위해서 생산자와 소비자간의 전력데이터를 주고 받을 수 있는 네트워크는 물론 ESS, 스마트 미터 등의 기술도 필수적이게 된다. 이를 통해 스마트 그리드는 스마트 시티 내의 다양한 인프라를 연계 하고 자율적인 도시 생태계를 구성 할 수 있는 축으로써의 역할을 수행 하게 되며, 도시 곳곳의 전력이 필요한 곳에 지능적인 인식을 통해 자율적으로 전력의 공급과 소비를 조절하게 될 것이다.

스마트 에너지 시장은 2010년 18억 달러에서 지속적으로 높은 성장률이 예상된다. 2013년 조사에서, 유럽에서 진행되고 있는 스마트 시티 프로젝트 가운데 스마트그리드, 스마트 빌딩 등 에너지 관련 프로젝트가 가장 많은 것을 설명하면서 스마트 그리드의 중요성을 강조했다.

이는 에너지 효율화를 위한 스마트 그리드가 부상하면서, 많은 글로벌 기업들이 신재생 에너지, 스마트 그리드 사업 등에 투자를 집중하고 있는 것으로 해석이 되고, 이를 통해 스마트 시티의 글로벌 시장 선점과 효율적인 도시 건설을 위해 노력 해오고 있는 것을 보여 준다.

국내도 이러한 흐름에 부응하기 위해 산업통상자원부((구)지식경제부)에 의해 2010년 1월 25일 ‘스마트그리드 국가 로드맵’을 확정하여 발표하였고, 민/관 공동분담을 통해 2030년 까지 27.5조원을 투자하기로 했으며, 정부 분담액 2.7조원, 민간이 자발적으로 24.8조원을 투자 하기로 하고 2014년에 스마트그리드 확산 사업을 발표, 초기 47개의 사업을 29개로 축소하여 스마트 그리드 단위 사업을 구상 하였다. 또한 ‘지능형 전력망법’ 에 따라 스마트 그리드 거점기구를 지정하는 법/제도 개선을 통해 규제완화를 통한 산업 육성에도 발 벗고 나서고 있는 상황이다.

정부의 이러한 주도적인 지원 아래, 한전(한국전력공사)은 2013년 제주 스마트 그리드 실증 사업으로 검증된 스마트 기술을 적 그리드 스테이립 하였다.

한전이 개발한 스마트 그리드 스테이션은 건물 내 전력, 가스 물 등의 소비를 효율적으로 관리할 뿐만 아니라 태양광발전(PV), 에너지저장장치(ESS), AMI, 전기자동차 등의 스마트그리드 기술들을 ICT 기술로 서로 유기적으로 연계 운영하는 지역단위 스마트그리드 제어센터이다.

스마트그리드 스테이션을 기본으로 하는 통합운영시스템은 스마트 플랫폼의 역할을 하게 되고 도시에 설치된 센서, CCTV 등과 ICT로 연계하게 되면 유용한 정보와 스마트서비스를 제공하는 서비스 플랫폼으로 그 기능이 확장되게 된다.

스마트시티의 궁극적인 목적은 도시의 지속가능성 확보, 도시의 안정성 제고, 시민들의 삶의 질 향상, 기후변화 대응이라 요약할 수 있다. 이를 위해 도시의 문제들을 해결할 수 있는 여러 분야의 기능적인 솔루션이 있을 수 있는데 이를 통합하고 관리할 수 있는 시스템인 서비스 플랫폼이 필요하다. 앞에서 기술한 것처럼 도시문제의 핵심이라 할 수 있는 에너지공급과 빌딩의 에너지 소비를 관리하는 접점에 있는 유틸리티를 중심으로 스마트그리드 기반의 스마트시티 구축은 도시문제를 해결하는 효율적인 방안이 된다.

앞서 언급한 도시문제의 해결을 위한 스마트 시티 솔루션은 시민들의 삶의 질 향상과 도시의 지속가능성 확보를 위해 중요하다. 도시자원과 공간의 제한으로 도시문제 해결을 위한 인프라 구축은 초보적인 해결책으로 효율적이지 못하다. 전력수요관리, 스마트그리드 구축, 전기자동차 보급, 스마트폰 등을 이용한 스마트서비스 제공 등 도시자원 활용의 효율성 제고와 자원분배 최적화를 위한 부가서비스 개발이 필요한 시점이다. 스마트 그리드 기반의 스마트시티 구축은 에너지플랫폼을 기반으로 한 여러 기능들의 통합과 많은 사업자들의 참여를 촉진해 국가단위 스마트 그리드 완성으로 미래의 발전 가능한 지속가능성을 담보하는 해결책이 될 것이다.

지금까지 국내뿐만 아니라 해외의 주요 스마트 그리드는 정부의 주도하에 구축이 되어 온 경향이 크다. 전 세계적으로 에너지의 절감과 효율적 활용이 이슈로 부각된 이후부터 정부주도적 사업의 성격을 띄고 있는 경우가 많으며, 일부 기업들이 IoT등과 연계하여 다양한 서비스를 출시하고 있지만, 소비자 보다는 공급자 입장에서의 보급이 이루어지고 있다고 판단할 수 있다. 따라서 소비자 Needs 충족을 위해서는 소비자 중심적 사고가 필요하며, 특히 과정에서 고려되어야 할 부분은 생산성 확보이다. 결국 생산성을 고려한 소비자 Needs 충족을 위해서는 저렴한 가격으로, ICT, IoT 등 부가가치를 제공해 줄 수 있는 분야와의 융합을 통해 고도화된 서비스를 추구해야 할 필요가 있다. 이를 위해서는 IT 및 IoT와 결합하여 사용자 편의성을 높이고 풍부한 데이터를 활용할 수 있는 시스템이 구축되어야 할 것이다.