[논문]태양광 에너지를 활용한 블록체인 기반 P2P 이웃간 전력 거래 설계

김신; 오가인; 정경량; 김효나; 박성혜; 박철훈

태양광 에너지를 활용한 블록체인 기반 P2P 이웃간 전력 거래 설계
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김신 (한국교통대학교 항공기계설계전공) , 오가인 (전남대학교 전자정보통신공학전공) , 정경량 (전남대학교 전자정보통신공학전공) , 김효나 (전남대학교 전자정보통신공학전공) , 박성혜 (전남대학교 소프트웨어공학전공) , 박철훈 (아이존과학연구소)

국내 에너지 생산량의 고갈과 더불어 태양열, 풍력 등이 지속적 가능한 신재생 대체 에너지로 떠오르는 것과 더불어 가정에서 직접 전력을 생산하는 전력생산시스템이 주목을 받고 있다. 이를 위한 정부의 정책으로 태양광 패널을 이용하여 전력을 생산하고 이를 이웃 간의 전력 거래를 할 수 있는 실증사업을 실시하였다. 본 논문에서는 이 실증 사업에서 보안성과 안정성을 높이고 빠른 거래가 가능한 블록체인 기반 P2P 전자거래 시스템을 설계하고, 이를 통해 신재생 에너지 거래 시스템 개발 기술의 기술 사업화 과정에서 발생할 수 있는 경제적 리스크를 최소화할 수 있는 기틀을 마련한다.

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문제 정의

본 논문에서는 신재생 에너지인 태양광을 이용한 P2P 거래 시스템의 기술적인 요소에 대해서 조사하고, 아두이노와 라즈베리파이를 이용하여 스마트 미터기 설계하고 이를 통하여 배출되는 에너지를 이용한 전력 거래를 블록체인 기반으로 설계하였다.
본 논문에서는 에너지 관련 실증사업에서 한전의 중간개입과정 없이도 보안성과 안전성을 높이고 빠른 거래가 가능한 블록체인 기반 P2P 전자거래 시스템을 설계한다. 이를 통해 신재생 에너지 거래 시스템 개발 기술의 사업화 과정에서 발생할 수 있는 경제적 리스크를 최소화할 수 있는 기틀을 마련한다.

제안 방법

Dapp(Decentralized application)이란 공개되고 탈중앙화된 peer to peer 기반 서비스 위에 제공되는 웹 애플리케이션을 말하며 스마트 컨트랙트와 웹 사용자 인터페이스로 최소 구성되어 있다.[6] 본 시스템에서는 두 개의 우분투 기반 EC2를 실행시켜 블록체인을 구축하고 노드간의 접근허용과 통신을 테스트한다. 이후 truffle 개발 프레임워크를 통해 스마트 컨트랙트를 작성, 컴파일하고 테스트한다.
메타마스크는 구글 크롬 웹브라우저에서 플러그인 방식으로 사용하는 크롬 확장 프로그램이자, 이더리움을 보유하고 송금 및 관리할 수 있는 암호 화폐 지갑이다. 메타마스크 지갑에서 Test할 계정을 연결 할 수 있고 스마트 컨트랙트로 거래시 거래 관련 UI를 제공한다.
본 시스템에서 아두이노와 전류측정센서를 활용하여 태양광 패널을 통한 태양광 에너지를 송신할 수 있도록 스마트 미터기를 제작하였다. 태양광 패널로 전력을 생산하면 편의성을 위해 보조배터리에 에너지를 저장하고 전류 측정 센서와 릴레이모듈로 전류량을 확인한다.
[6] 본 시스템에서는 두 개의 우분투 기반 EC2를 실행시켜 블록체인을 구축하고 노드간의 접근허용과 통신을 테스트한다. 이후 truffle 개발 프레임워크를 통해 스마트 컨트랙트를 작성, 컴파일하고 테스트한다. truffle 틀 안에서 node.
js기반 웹 어플리케이션를 만들어 스마트 컨트랙트와 통신시키고, 웹에서 스마트 컨트랙트가 실행 될 때 연결된 metamask 지갑 UI 실행되며, 거래가 시작된다. 이후 두 개의AWS EC2에서 트랜잭션 검증활동을 하게 되고, 블록체인을 모니터링하면서 트랜잭션이 담기는지 확인한다.
AWS에서 블록체인 노드의 역할을 할 우분투 기반의 2개의 EC2를 생성한다. 첫 번째 EC2에서 geth를 클론, 빌드한뒤 geth 내에 설치되어 있는 puppeth이란 툴로 채굴 난이도, 블록체인의 종류를 설정해 블록체인을 네트워크를 구축하고.Genesis파일을 생성한다.
본 시스템에서 아두이노와 전류측정센서를 활용하여 태양광 패널을 통한 태양광 에너지를 송신할 수 있도록 스마트 미터기를 제작하였다. 태양광 패널로 전력을 생산하면 편의성을 위해 보조배터리에 에너지를 저장하고 전류 측정 센서와 릴레이모듈로 전류량을 확인한다. 이후 시리얼 통신을 활용하여 아두이노에서 측정한 값을 라즈베리파이에 전송하게 되고 라즈베리파이에서 웹 소캣을 활용해 node.
js와 연결하고 값을 주고 받게 된다. 프로그램은 C++ 언어와 Arduino Sketch를 이용해 코드를 구성하고, 파이썬 언어와 라즈비안에서 라즈베리파이에서 제어할 프로그램을 구성한다.

대상 데이터

블록체인에 참여하는 컴퓨터를 노드라 불리고 노드는 P2P 네트워크 안에서 거래기록이 올바른지에 대한 검증하는 과정을 거쳐 기여를 입증하고 보상으로 코인을 받는다. 이 방식은 합의를 통한 알고리즘으로 이루어져 있으며 블록체인의 참여 제한 범위에 따라 퍼블릭 블록체인 프라이빗 블록체인으로 나누어진다.

후속연구

[4] 디지털로 된 계약서는 조건에 따른 계약 결과가 명확하고, 계약 내용을 즉각 이행할 수 있다. 각자의 자산이 연결된 디지털로 양자 합의를 하고 계약서를 작성하고 실행하기로 한다면 계약을 이행하는데 복잡한 프로세스를 간소화될 것이다. 그러나 디지털로 된 자료들은 쉽게 복사되고 조작이 쉬워 1994년에 제안한 스마트 컨트랙트는 개념으로만 존재하고 구체적인 서비스에 이용될 수 없었다.
노드수의 확장과 블록체인 기술력을 향상시킨 시스템을 활용하여 마이크로 그리드를 공유하는 하나의 지역 내에서 뿐 아니라 지역을 넘어선 거래와의 확장도 가능할 것으로 예상한다.
향후 연구에서는 IoT 기술력과 융합한 스마트 컨트랙트에 연구로 사람의 개입 없이 사물들간의 실시간 자율적인 협업을 할 수 있는 시스템을 강구해 봐야 할 것이다.

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