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태영 문
6 years ago
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2 EMS 정의 EMS BEMS Building Energy Management System FEMS Factory Energy Management System + ICT 기술 건물에너지절감 BEMS 는건물관리자가건물사용자의쾌적하고기능적인업무환경을효율적으로유지보전하기위해 ICT 기술을이용하여합리적인건물에너지사용이가능하도록구현하는건물에너지제어 / 관리 / 경영통합시스템 ICT 기술 공장에너지절감 산업에너지관리시스템은생산수요에적합하도록설비의에너지사용과낭비및비용을최적화하는것 (Wikipedia) 에너지경영시스템 (EnMS) 2

3 국내에너지소비현황 2013 년국내에너지소비현황 제조업촉진정책으로산업용전력 10 년간 14.4 조원지원 ( 연료 27% 원료 35%) 출처 : 한국전력 (2012.5) 출처 : 에너지경제연구원 (2013) 전력수급위기는총체적 ( 국가, 산업, 사회, 환경 ) 비상사태 일본원전사고 (2011) 한국대정전사태 (2011) 전력예보방송 (2012) 산업용전기 최근 1 년약 20% 인상 (2011 년 12.6%, 2012 년 6%) 원전제로 ( 전체 54 기중단, ) 중앙집중형전력공급시스템의한계 전력예비율비상절전규제 3

4 에너지절감은기업의사회적책임 자원절감외화절감환경보호 4

제조업에너지효율의현주소 에너지원단위추이 에너지원단위및부가가치국제비교 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 Toe/ 백만원 (2000 년가격기준 ) 0.423 0.341 1990 1995 2000 2007 2007. 상 2008. 상 상승률 (1995~2007) 음식료품 0.185 0.201 0.154 0.160 0.154 0.160-20.

5 제조업에너지효율의현주소 에너지원단위추이 에너지원단위및부가가치국제비교 Toe/ 백만원 (2000 년가격기준 ) 상 상 상승률 (1995~2007) 음식료품 섬유 가죽제품 제지 인쇄 화학 석유제품 ( 연료용 ) (0.359) (0.330) (0.224) (0.186) (0.190) (0.196) 0.9 (-43.6) 비금속광물제품 차금속 조림금속 제조업 ( 연료용 ) (0.384) (0.395) (0.313) (0.231) (0.238) (0.235) 전체소비연료용소비 (-41.5) Source : 산업연구원 2009 한국 일본 부가가치율 1 차금속 화학 석유제품 비금속광물제품 제지 인쇄 섬유 가축제품 단위 : %, TOE/ 천달러 수송기계 제조업합계 증가율 원단위 증가율 원단위 차금속 화학 석유제품 비금속광물제품 섬유 가축제품 제지 인쇄 제조업합계 한국 일본 단위 : % 에너지효율성증대를위한 20 년간의노력에도불구하고, 5

6 에너지경영필요성 생산성, 품질향상 에너지요금인상 비용절감 에너지경영표준 (ISO 50001) 기업경영핵심요소 + 목표관리제배출권거래제 기업의사회적책임친환경무역장벽 6

7 최신 ICT 융합기술 1. 에너지 ICT Trends Smart 실시간관리지능화 사물인터넷센서, 통신, 컴퓨팅 IoT 에너지 ICT Cloud 센서데이터분석비효율원인파악 Big Data S/W 비용절감중견중소기업 7

8 산업인터넷의에너지영향 The Future Of Energy Management is Energy Systems Integration (GE) Global Energy Flows & Savings (Source: GE, 2011) 8

9 스마트카벤치마킹 more 9

10 스마트카기술 ( 출처 : 교통신문, 2011) 10

11 스마트팩토리 Flow 1. Money ( 업무 ) SCM ERP PLM CRM Flow 2. Material ( 공정 ) QMS 연계및확대 MES EAM ( FEMS Flow 3. Energy ( 설비 ) PLC DCS HMI SCADA CMS Sensors Devices Network 설비 11

12 에너지관리혁신 기존 Silo 방식접근 전사적관점의접근 열에너지생산부서 전기에너지생산부서 에너지소비부서 설비관리부서 통합에너지절감계획수립 폐열회수, 응축수관리, 수질관리등.. 역률관리, 피크관리, 제한공급등.. 냉난방제한, 전등끄기등.. 조기진단대응, 고효율설비도입등.. 통합에너지실적관리 에너지효율향상의한계 혁신을통한전사차원의에너지관리프로세스필요 12

13 에너지 IT 융합 산업현장의현실 OT Operation Technology IT Information Technology OT 는 IT 에비해정보활용이 10~20 년뒤처짐 IT 는기업경영의의사결정에핵심적인역할담당 ERP PLM HMI DCS MES SCM SCADA EXCEL CRM 모바일 13

14 EMS 개요 기술정의 EMS 핵심기술 1 EMS (Energy Management System) - 정의 : 에너지사용특성을 ICT 기술을이용, 분석하고, 최적화하는기술 - 분야 : BEMS ( 빌딩 EMS ), FEMS ( 공장 EMS) EMS 핵심기술 2 Energy Normalization - 에너지사용에대한합리적기준수립 - 에너지사용변동요인보정으로비교분석 Energy Tracking - 패턴분석으로에너지낭비요소파악 과거정보에너지효율기준수립에너지효율평가벤치마킹비교잠재절감량도출절감량산출 현재, 미래정보현재상황분석에너지목표관리에너지예측최적화전략수립설비고장예방진단 운영실시간에너지효율분석낭비제거, 무부하차단설비최적화운영에너지수급최적화에너지경영체계수립운영 최종목표에너지절감 : 5~15 % 합리적에너지사용스마트설비운영 14

15 에너지관리프로세스 에너지소비및생산에대한다각적현황분석 개선점발굴및문제원인분석 종합정보기반에너지생산 / 소비량예측 전설비및센서계측데이터, 과거데이터, 환경변화, 조업계획등정보통합 실시간계측을통한공장전체에너지모니터링 이상상황에대한즉각적대응력강화 에너지비용및온실가스배출최소화 에너지생산 / 소비최적화 에너지관리시스템 생산일정계획변경, 설비교체개선활동에대한효과시뮬레이션 에너지소비변동에대한시뮬레이션 15

16 에너지관리방법론 거시적분석 : 문제점진단미시적분석 : 개선방안도출제어 ( 최적화 ) : 개선 대상분석방법대상분석방법제어방법결과 전사 Bench marking 유틸리티설비 Baseline 수동제어 ( 정보제공 ) 공정개선 유틸리티 Baseline 공정설비 Pattern 공정 Best Practice 지원설비 Multi variable 능동제어 ( 자동화 ) 운전개선 출처 : 대우정보시스템에너지관리방법론 16

17 에너지사용설비현황 제조산업과건물에너지사용현황비교 제조기계전기업종에너지사용현황 건물에너지사용현황 유틸리티공조 7% 압축공기 12% 조명 7% 기타 2% 생산설비 72% 제조산업은업종에따라부하원별에너지사용차이가매우큼 FEMS 에의한에너지절감요소는생산설비, 유틸리티가대부분 건물용도에따라부하원별에너지사용비율의차이가있음 BEMS 에의한에너지절감요소는냉난방, 조명이대부분 17

18 EMS 에너지절감방법 관리대상 에너지절감방법 성과관리 조직 / 사람 조직별목표할당 / 성과관리 간접적 관리 성능관리 유틸리티효율 공정에너지원단위 에너지소비효율기준수립 EMS 에너지절감 비용관리 손실관리 조직 설비 조직별원가배분 누설, 과잉, 공운전 직접적 시간제어 설비 스케줄제어, 조건제어최대수요전력제어 제어 효율제어 설비 효율알고리즘제어, 설정값자동조정 18

19 EMS 구축단계 계측자동화관리기준정의 에너지경영시스템구축및운영 에너지비용절감온실가스배출저감 에너지수급최적화 데이터취합자동화 실시간모니터링 전사적통제 데이터통합화 조직별책임경영 원가배분 부족발생 최적화 낭비발생 데이터정합성 전사적가시화 & 분석 통합 & 자동제어 19

EMS 기술구성 EnMS ( 에너지경영시스템 ) 모든업종에적용하는기본적관리기능 ISO 50001 국제표준규격활용 EMS 에너지효율분석시스템 설비최적제어시스템 EMS의가장핵심적기능, 에너지관리수준향상

20 EMS 기술구성 EnMS ( 에너지경영시스템 ) 모든업종에적용하는기본적관리기능 ISO 국제표준규격활용 EMS 에너지효율분석시스템 설비최적제어시스템 EMS의가장핵심적기능, 에너지관리수준향상 실시간에너지효율분석 EMS 투자에대한 ROI 목적, 3 년이내투자회수기준 업종별 / 용도별설비, 공정, 환경특성다양 에너지수요관리시스템 정부정책준수, 비용절감및인센티브효과 전력거래 ( 네가와트 ) 시장변화 20

21 엘리베이터 팬 펌프 공조기 냉동기 1 냉동기 2 냉동기 3 냉동기 4 보일러 1 보일러 2 보일러 3 보일러 4 보일러 5 보일러 6 BEMS 미터링시스템 ( 예 ) 한전 도시가스 BEMS 분류 WT DC FM Level 1 전기 (70%) 가스 (30%) 에너지원별 WT WT WT WT FM Level 2 부하원별 전열 (30%) 전등 (10%) 동력 (5%) WT 냉방 (25%) WT 난방 + 급탕 (27%) FM 취사 (3%) Level 3 설비별 FM,T P Level 4 수요처별 WT 층별공용 WT 층별공용 공용 고층부 저층부 지하 식당임대 WT 전력계 DC 최대수요전력 FM 유량계 T 온도계 P 압력계 21

BEMS 에너지관리단계 BEMS 는 IT 기술을활용하여건물전체의에너지분석으로부터세부설비공간으로들어가는 Top Down 접근방식채택 월 ( 月 ) 평균분석주 ( 週 ) 평균분석일 ( 日 ) 유형별분석 1 건물전체에너지분석 환경변수 ( 냉난방도일 ) 에따른절감량분석 Measuring and Verification 방식으로정량적분석 2 7 대부하원별분석 (

22 BEMS 에너지관리단계 BEMS 는 IT 기술을활용하여건물전체의에너지분석으로부터세부설비공간으로들어가는 Top Down 접근방식채택 월 ( 月 ) 평균분석주 ( 週 ) 평균분석일 ( 日 ) 유형별분석 1 건물전체에너지분석 환경변수 ( 냉난방도일 ) 에따른절감량분석 Measuring and Verification 방식으로정량적분석 2 7 대부하원별분석 ( 전등, 전열, 동력, 냉방, 난방, 급탕, 취사 ) 에너지원별 ( 전기, 가스등 ) 주요부하분석환경변수, 운전시간등을활용정량적분석 3 에너지다소비설비분석및최적화 주요설비 ( 냉동기, 보일러등 ) 에너지분석설비상태, 유량, 온도, 압력등을다각적으로분석설비이상상황진단 4 에너지다소비설비별 Zone 분석 해당설비의실제사용공간분석프로파일정보를바탕으로에너지사용량예측공간에대한실내공기질개선 22

23 BEMS 관리수준 에너지관리레벨은관리대상의범위설정과성과지표및목표수준을정의 연간월간일간 시간 관리수준관리범위 ( 측정 ) 성과지표 Level 1 건물전체 ( 에너지원별 ) Level 2 유틸리티 ( 부하원별분석 ) Level 3 에너지다소비설비 ( 설비별분석, 제어 ) Level 4 수요처별 ( 층별 ) 1 차에너지 / 외기온도, 면적 유틸리티사용에너지 / 외기온도, 면적 설비사용에너지 / 상태정보, 면적 Level 1~3 에대한수요처별에너지사용 * 1 차에너지 : 외부구입에너지 23

24 제조공장에너지손실요소 에너지생산정보제품생산정보에너지공급공급계통최적화에너지수요 1 차에너지 유틸리티공급계통공정 전기 변압기 전기 Process 1 가스 공기압축기 보일러 압축공기 스팀 Process 2 Process 3 A 공장 B 공장 C 공장 물 냉각탑 냉각수 Process 4 유틸리티설비 공급계통 공정설비 변환손실, 공운전손실경로 / 대기 / 누설 / 과잉손실관리손실, 수율손실 효율운전, 고효율설비교체 미흡 고효율설비교체, 폐열회수 24

25 FEMS 관리수준 에너지관리레벨은관리대상의범위설정과성과지표및목표수준을정의 관리수준관리범위 ( 측정 ) 에너지사용량 제품생산량 성과지표 Level 1 Level 2 Level 3 Level 4 전사 ( 시스템관리 ) 유틸리티 ( 부하원별 ) 공정 ( 조직 ) 에너지다소비설비 ( 설비별 ) 1 차에너지 1 차에너지 + 2 차에너지 전사생산량 ( 완제품 ) 공정별생산량 ( 생산품 ) Level 5 제품전사생산량 1 차에너지 / 전사제품생산량 유틸리티사용에너지 / 전사제품생산량 공정별에너지 / 공정별제품생산량 사용설비에너지 / 공정별제품생산량 1 차에너지 ( 환원 ) / 전사제품생산량 1 차에너지 : 외부구입에너지 2 차에너지 : 내부생산에너지 ( 유틸리티설비에서생산한에너지 ) 25

26 EMS 기능 EMS ERP MES 데이터취합모니터링조기경보 설비상태정보 SCADA PLC Data 데이터보정 분석 예측, 원인분석, 의사결정 제어 최적화 설비가동률향상설비고장예방진단에너지목표관리운전에너지비용원가배분 26

27 생산공정에너지수요관리 EMS 에너지수요관리 생산계획 ( 일간 / 주간 / 월간 ) 제조공정 FEMS 전기 원료입고 도장 MES 공정별에너지사용량 압축공기 스팀 절단및절곡건조 엔진용접주물제조공정조립 가공시운전 공정별생산현황 냉각수 표면처리 제품 시점동기화시점동기화 27

28 에너지분석 (Energy Intelligence) 분석통계 에너지분석화면 시계열 분석 실적분석 추세 ( 패턴 ) 분석 성과분석 성능분석 효율분석원단위분석공급효율분석 회귀분석 차이분석이상분석예측분석 기타분석 품질분석 비용분석 28

29 제조산업업종별에너지관리현황 29

30 분석예시 - 에너지원단위분석 기준을벗어나는일자에대한원인분석필요 시간및대상에대한상세분석필요 30

낭비되고있는에너지 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

31 전기에너지 - kwh 공급계통무부하운전예시 [ 일간에너지 Profile 분석 ] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 에너지 Profile 조업시간 시간대별전기사용 낭비되고있는에너지 시간 무부하차단기술 전력계통 스팀계통 에어계통 냉각수계통 5% 절감효과 31

32 설비운전최적화예시 Before After 3. 효율변동폭이큰수준을고르게낮추도록최적제어 에너지절감, 생산성향상, 품질향상 32

33 국내구축사례 (1) EMS 구축 절감효과 도장공장설비최적제어 공기압축기시스템최적화 EMS 기반 ISO 획득 공기압축기최적제어기술 공압기대수제어 수요관리 누기관리 구축범위 드라이어관리 냉각수계통관리 33

34 국내구축사례 (2) B 사 EMS 구축 국내 5개공장 ( 인천, 창원, 군산, 안산, 성주 ) 원격통합 FEMS 구축 (2011~2013) 회사데이터센터에서각공장통합관리 에너지원단위향상효과 1. 인천공장 6. Data Center EMS Local Systems Incheon Seoul EMS Main Systems 2. 안산공장 Ansan Yongin 5. 성주공장 EMS Local Systems Gunsan EMS Local Systems EMS Local Systems 3. 군산공장 4. 창원공장 Changwon EMS Local Systems 34

35 국내구축사례 (3) - 산업단지클라우드 FEMS 2. GEMS 구축사례 국가산업단지현황 35

36 EMS 경제적효과 에너지사용량 과학적효율관리 에너지절감량 지속적에너지효율관리 고효율설비교체 (5~10%) 최적화제어 (5~15%) 모니터링 / 분석 / 목표성과관리 (2~10%) H/W 방법 S/W 방법 (EMS 기능 ) 시간 36

37 결론 37

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1_cover Monitoring & Analysis Energy Saving Report Control Schedule Chart UI SICOMS SICOMS E n e rg y M an a g e m e n t S y s t e m To y o u r e f f i c i e n t an d s m a r t e n e rg y Our Service Network 구축