MIT 학생들이 외딴 산간 지역을 위한 에너지 "미니 그리드" 소프트웨어 개발
MIT 전기 엔지니어인 레자 아마티아 박사 ‘12가 2015년에 르완다에 도착했을 때, 그녀는 한 마을로 안내되었습니다. 그녀는 디젤 발전기가 지역 보건소, 은행, 상점에 전력을 공급하는 것을 보았지만 대부분의 르완다 시골과 마찬가지로 카람비의 200가구에 전기가 공급되지 않았습니다. 아마티아는 언덕이 많은 지형 때문에 50킬로미터 떨어진 수도 키갈리에서 마을을 고압선에 연결하기 어렵다는 것을 알고 있었습니다.
전기는 인간의 필수적인 권리라는 믿음이 많은 사람들에게 널리 퍼져 있음에도 불구하고, 일부 지역에서는 아직 전등 하나 켜는 사치를 경험하지 못한 주민들이 존재합니다. 유엔의 지속 가능한 개발 목표에 따라 2030년까지 합리적인 가격의 신뢰할 수 있고 친환경적인 에너지원에 대한 보편적 접근성을 보장하는 것이 목표입니다. 안타깝게도 최근 연구 결과에 따르면 가장 외딴 고립된 지역에 거주하는 사람들과 연결해야 하는 복잡한 작업으로 인해 전 세계 전기화를 향한 진전이 저해되고 있는 것으로 나타났습니다.
MIT 에너지 이니셔티브(MITEI)와 마드리드 코밀라스 교황청 대학교의 연구원들이 Waya Energy Inc. 매사추세츠주 케임브리지에 본사를 둔 스타트업으로, MIT에서 개발한 계획 및 분석 소프트웨어를 상용화하여 정부가 모든 시민에게 전기를 공급하는 가장 비용 효율적인 방법을 결정할 수 있도록 지원합니다.
2015년 한 연구팀이 르완다로 여행을 떠났고, 4년 동안 수많은 전화 통화와 화상 회의에 참여하고 대륙을 횡단하며 1994년 100만 명 이상의 생명을 앗아간 끔찍한 대량 학살의 여파로 어려움을 겪고 있는 동아프리카 국가가 종합적인 전기화 계획을 수립하고 전력망 인프라를 확장하는 데 도움을 주기 위해 노력했습니다.
와야의 공동 설립자이기도 한 아마티아 사장은 카람비 및 기타 지역에 전기를 공급하면 고용, 학습 및 통신에 대한 새로운 전망을 창출할 수 있으며, 안정적인 전원이 없으면 비용이 많이 들고 번거로울 수 있는 휴대전화를 편리하게 충전할 수 있는 기회도 얻을 수 있다는 점을 인식했습니다.
아시아 개발 은행, 아프리카 개발 은행, 라틴 아메리카 미주 개발 은행, 세계 은행과 같은 저명한 기관의 자금 지원을 받은 Waya는 현재 여러 대륙에 걸쳐 22개국에 걸쳐 전 세계 정부가 전기화 전략을 수립하도록 성공적으로 지원했으며, 심지어 지속적인 분쟁으로 인해 약 3백만 명의 난민이 발생한 사하라 이남 아프리카의 불안정한 사헬 및 차드 지역에 위치한 난민 캠프까지 지원 범위를 넓혔습니다.
Amatya는 모델링 및 시각화 도구를 통해 요구 사항과 수요의 전체 범위를 분석하여 ‘가능한 최선의 접근 방식은 무엇인가’라는 질문을 통해 최적의 솔루션을 결정할 수 있다고 설명합니다.
MIT와 코밀라스의 대학원생과 연구원 15명 이상이 로버트 스토너 MITEI 임시 디렉터와 이그나시오 페레즈-아리아가 코밀라스 출신 MIT 슬론 경영대학원 방문 교수의 감독 하에 와야의 소프트웨어 개발에 기여했습니다. 페레즈-아리아가는 전기 사용 패턴의 변화로 인해 전 세계 유틸리티 업체들이 어떻게 구식 비즈니스 모델을 재고하게 되었는지 살펴봅니다.
우리 팀은 인구 밀도 지도, 위성 이미지, 인프라 데이터, 지리적 중요 지점 등 다양한 소스를 활용하여 전력망 확장이 가장 큰 재정적 이익을 가져올 수 있는 곳을 평가하고 대체 접근 방식이 더 적합할 수 있는 지역을 식별합니다.
Amatya는 전통적으로 지속적이고 신뢰할 수 있는 액세스를 보장하는 유일한 수단은 중앙 집중식 전력망이었기 때문에 자신들의 접근 방식은 기술에 대해 중립적이라고 강조합니다. 그러나 이러한 추세는 수많은 저개발 지역에서 일관된 서비스를 제공하는 데 있어 유틸리티 회사가 직면한 수많은 장애물을 고려할 때 진화하고 있습니다.
오프그리드 솔루션
이러한 점을 고려할 때, MIT 타타 기술 및 디자인 센터 설립의 선구자인 공동 설립자 스토너는 주택과 기존 유틸리티 네트워크를 직접 연결하는 것이 재정적으로 비현실적일 수 있다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 또한, 전력망이 구축된 지역에서도 규제 감독과 지리적 조건의 변화로 인해 일관성 없는 서비스 제공을 경험하는 경우가 상당수입니다.
MIT 에너지 이니셔티브 소속 연구원 안드레스 곤잘레스 가르시아(Andres Gonzalez-Garcia)와 코밀라스의 페르난도 데 쿠아드라 가르시아 교수로 구성된 와야의 창립 듀오는 페레즈-아리아가, 스토너와 협력하여 광범위한 지역 전기화를 달성하기 위한 일련의 지침 원칙을 수립했습니다. 이 단체는 혁신적인 상업적 패러다임 및 규제 프레임워크와 함께 효율적인 자원 할당 측면을 포괄하는 방법론을 통합 배포 프레임워크라고 명명했습니다. 스토너에 따르면 지속 가능하고 오래 지속되는 솔루션을 원한다면 이러한 요소들 간의 균형을 맞추는 것이 “매우 중요하다"고 합니다.
아마티아는 처음에 빈곤이 만연하고 인구 분포가 희박한 국가의 수요 정도를 파악하기 위해 REM을 고안했으며, 이후 이러한 지역에 적합한 방식을 구상했다고 주장합니다. 이 그룹은 모델을 만들 때 이 과정에서 얻은 상당한 피드백을 반영했습니다. 그 결과, 2019년에는 소프트웨어를 상품화하고 컨설팅 서비스를 포함하도록 서비스 제공을 확장하는 수단으로 Waya가 등장했습니다.
Waya는 전통적인 그리드 확장을 넘어서는 혁신적인 솔루션을 제공하여 풍력, 수력, 태양광과 같은 재생 에너지원으로 구동되는 미니 그리드, 개별 마을에 전기를 공급하기 위한 맞춤형 미니 그리드 또는 광범위한 지역에 적합한 포괄적인 미니 그리드 설정과 같은 대안을 제시합니다. 특정 상황에서는 메시 그리드라고 하는 분산형 접근 방식이 유리할 수 있는데, 처음에는 단독 태양광 패널로 여러 가구에 전력을 공급하지만 점진적으로 확대하고 궁극적으로 기본 그리드와 통합할 수 있는 잠재력이 있습니다.
REM 소프트웨어는 우간다, 페루, 나이지리아, 캄보디아, 인도네시아, 인도 등 다양한 국가의 외딴 지역과 언덕이 많은 지역을 위한 오프그리드 솔루션을 개발하는 데 성공적으로 활용되어 왔습니다. 인도 동부의 특정 지역에서 미니 그리드가 보여준 인상적인 성과에 힘입어 인도의 선도적인 통합 전력 회사인 타타 파워는 미니 그리드 전담 사업부인 타타 리뉴어블(Tata Renewables)을 설립했습니다.
아마티아는 케임브리지에 위치한 자신의 사무실에서 종합적인 국가 전기화 전략을 수립하는 데 있어 REM 소프트웨어의 기능을 강조합니다. 그러나 그녀는 기존 인프라에 대한 인사이트를 얻고, 고객과 소통하여 요구 사항을 파악하고, 관련 이해관계자를 파악하기 위해 현장을 방문하고 현지 파트너와 협력하는 것이 중요하다고 강조합니다. 예를 들어, 아이티에서 프로젝트를 진행하는 동안 에너지 컨설턴트를 통해 아이티의 전력망이 간헐적으로 작동하여 하루의 절반만 작동한다는 사실을 알게 되었습니다.마찬가지로 르완다 대학의 학생 그룹은 카람비에서 일하는 동안 200가구를 조사하는 등 마을의 주거 단위를 철저히 조사하고 마을
주민들 간의 집단 토론을 촉진했습니다. 아마티아는 “우리가 종종 밟는 길이기 때문에 정부 기관 및 추가 관련 당사자와 직접 소통할 수 있는 능력을 갖춘 지상 전문가 및 단체와 협력합니다.“라고 말합니다. “지역 에너지 부서, 유틸리티 제공업체, 규제 당국은 정책 변경에 대한 의지를 보여야 합니다. 또한, 이들은 화폐 기관 및 혁신 기술과 협력하려는 성향을 보여야 합니다.
10억 명의 개인이 일관되게 에너지에 접근할 수 있도록 하기 위해서는 규제, 에너지 공급, 재정 지원, 정부 의사 결정을 담당하는 사람들의 목표가 항상 일치하는 것이 필수적입니다.
도전과제를 넘어서
아마티아의 어린 시절 경험은 공학에 대한 관심의 토대가 되었습니다. 그녀의 아버지는 네팔 텔레콤에서 전기 엔지니어로 일하며 네팔 전역의 전화선을 위한 케이블 시스템을 설계했습니다. 가족과 함께 시골로 여행을 떠났을 때 아마티아는 네팔의 여러 지역을 연결하는 복잡한 고압 케이블 네트워크에 매료되었습니다. 이러한 초기 경험은 그녀에게 송전의 기술적 측면에 대한 깊은 인식을 심어주었습니다. 오늘날 아마티아는 전봇대를 가리키며 지역 변전소에서 배전선을 통해 소비자에게 전기가 공급되는 복잡한 과정을 설명하면서 이러한 지식을 자신의 자녀들과 공유하고 있습니다.
스미스 대학에서 공학 과학 및 물리학 학부 과정을 마친 아마티아 박사는 2012년 매사추세츠 공과대학(MIT)에서 전기 공학 박사 학위를 취득했습니다. 그 후 얼마 지나지 않아 연구 과학자로서 인도의 오지로 여행을 떠나 기본적인 편의시설에 대한 접근성을 제공하기 위한 혁신적인 솔루션을 연구하기 시작했습니다. 하지만 연구 초기 단계에서 그녀는 예상치 못한 몇 가지 장애물에 부딪혔습니다. 그중 하나는 수많은 지역에 대한 디지털화된 지리 공간 데이터가 없다는 것이었습니다. 이에 대한 해결책으로 그녀의 팀은 모바일 장치를 사용하여 테이블 위에 펼쳐진 실제 지도의 이미지를 캡처하는 방법을 사용했습니다. 현재 이들은 Facebook, Google, Microsoft 등에서 제공하는 플랫폼을 비롯하여 다양한 디지털 플랫폼을 꼼꼼하게 스캔하고 있으며,
아마티아는 접근 방식을 고안하는 것이 중요하지만 실제 실행 및 적용에는 상당한 어려움이 있다고 강조합니다.금융 기관, 정책 입안자, 공공 서비스 제공업체, 영리 기업, 국내 규제 당국 등 수많은 이해관계자를 고려할 때 후속 조치에 대한 책임 소재를 파악하는 것은 당혹스러울 수 있습니다.
우리 그룹은 기술적 숙련도를 제공하는 것 외에도 정부 기관과 협력하여 재정 및 실행 계획을 수립한다고 Waya는 주장합니다. 궁극적인 목표는 이 계획이 국가의 종합적인 전기화 청사진으로 발전할 수 있도록 모든 노력에 적극적으로 참여하는 것입니다. 이는 다양한 이해관계자, 정부 절차를 둘러싼 모호성, 규제 구조가 없는 경우 처음부터 규제 구조를 수립해야 하는 필요성 등을 고려할 때 상당한 도전 과제입니다.
Waya는 르완다에서 전기 서비스가 제공되지 않는 지역을 분석하여 예상 수요를 예측하고 그리드 및 오프그리드 전력 솔루션을 혼합하여 제공하는 경제적인 방법을 제안했습니다. 르완다 당국은 Waya 팀이 수립한 전기화 전략에 따라 2024년까지 전국적으로 보편적인 전기화를 달성하겠다는 포부를 밝혔습니다.
놀랍게도 2017년 종합 계획을 제출하는 과정에서 팀의 예상보다 먼저 카람비에 전기가 도입되었다는 사실이 밝혀졌는데, 이는 아마티아가 지적했듯이 현지화된 계획의 영역에서 종종 마주치는 복잡한 복잡성을 보여주는 사례입니다.
실제로 아마티아는 어떻게 시작되었든 카람비의 200가구가 전기를 사용할 수 있게 되었다는 사실에 만족감을 표합니다. 서비스 확장과 외딴 지역 사회 연결에 대한 와야의 헌신이 카람비를 최우선 순위로 삼은 것으로 보입니다.