“스마트팩토리가 고도화되면 에너지효율도 높아져”

[산업일보]
해외는 물론이고 우리나라 기업들도 에너지 절약시설에 대한 투자를 지속해 왔다. 4차 산업혁명, 스마트팩토리가 제조업의 화두로 떠오르면서 기업들은 공장 운영을 최적화하면서 가동에 필수적인 전력을 보다 낭비 없이 사용하고 전력손실에 따른 비용을 줄이는 부분에 주목하고 있다.

AI…기기별 정기시기까지 예측
절대적인 수치로 본다면 현재 우리나라의 전력비용은 다른 국가들에 비해 저렴한 편이지만 기업들의 입장은 조금 다르다. 2013년 산업용 전력요금 인상시 대한상공회의소, 중소기업중앙회 등 14개 협단체에 내놓은 ‘전기요금 인상에 관한 산업계 의견’을 보면, 철강·시멘트·제지·반도체·섬유 등의 산업에서 전기는 원자재로 작용해 전기요금이 오르면 자동차나 스마트폰, 각종 의류 등 소비재 가격을 상승시키는 원인이 될 수 있다고 지적하고 있다. 즉 기업에서의 전력은 기업의 이익과 연관돼 있다고 볼 수 있다. 이러한 중요 원자재인 전력을 낭비를 막아 효율적으로 사용한다면, 결과적으로는 수익의 플러스효과를 가져오게 된다. 최근 빅데이터와 딥러닝, 산업용 사물인터넷(IIoT) 등을 바탕으로 한 인공지능(AI)형 스마트팩토리에서는 이러한 기업과 공장 내외의 낭비전력을 찾고 노후 시설에 대한 적절한 유지보수 시기 및 기기수명이 정지하는 시기까지 알려줄 수 있는 단계로까지 발전하고 있다.


ABB 코리아 파워그리드 사업본부 정제욱 상무는 변전소 안에서는 “모터, 차단기 등이 작동하고 있는데 기기별 라이프타임을 알고 유지보수를 해주어야 365일 문제없이 작동할 수 있다. 이를 위해 기존에는 사람들이 변전소에 있는 기기들의 데이터와 기계이력 등을 기반으로 이상이 없는지를 판단해왔다. 그런데 ABB의 어셋 헬스센터(Asset Health Center) 솔루션은 기존에 해왔던 모니터링뿐만 아니라 기기별로 언제 교체를 하는 것이 가장 합리적이며 적절한 지까지 작업자에게 알려준다”고 말했다.

예를 들면, 한 공장, 또는 여러 공장, 발전소 등의 퍼포먼스와 투자비까지 고려하려 노후된 기기 중 가장 먼저 교체해야할 기기는 어느 것인지 판단해 정보를 알려준다는 것이다.

ABB 정제욱 상무는, “현재는 원자력발전소 안에서 감시할 수 있는 대상이 7개까지 가능했지만 몇 년 안에 21개 대상으로 확대할 예정이다”고 밝혔다.

기업의 투자여력에 따른 노후기계 중 우선 교체순위에 대한 정보를 작업자가 알 수 있게 됨으로써 빠른 시간 안에 노후 기기의 교체에 따른 의사결정을 내릴 수 있는 자료가 될 것으로 보인다.

인버터를 통한 모터 제어로 에너지 절감
노후 기기의 교체뿐만 아니라 전력손실을 줄이고 에너지 효율을 높이기 위한 다양한 방법 중 하나는 공장에서 사용하는 기기들의 효율을 높이는 것이다.


이에 대해 슈나이더 일렉트릭코리아 김율래 차장은 공장의 가장 하위레벨, 즉 현장에서 가장 많이 사용하는 펌프 등에 사용되는 모터를 인버터를 통해 제어함으로써 효율을 높이는 방법을 제안한다.

“스마트팩토리의 추진을 통해 얻을 수 있는 가장 큰 이점은 에너지 절감과 프로세스의 최적화로 볼 수 있다. 스마트팩토리가 고도화될수록 에너지 절감효과도 동반 상승할 것으로 보인다. 산업계에서 전기가 크게 소모되는 현장 중 70~80%가 공장으로, 이곳에서 소모되는 전기 중 모터의 전기소모량이 매우 크다. 때문에 실제 부하측에서 요구되는 만큼만 효율적으로 모터를 제어/운용하게 되면 손쉽게 에너지 효율을 높일 수 있다.”고 언급했다.

이어 “전기 모터는 전원 계통에 직접 연결돼 정격 속도로 구동된다. 이때 회로 차단기와 모터 사이에 인버터를 설치하면 운용 방법에 따라 10%에서 50%까지 전기 요금을 절감할 수 있다”고 말했다.

슈나이더 일렉트릭코리아 김율래 차장은 기본적으로 설비를 설계할 때 과설계하는 경우가 많은데 이를 인버터를 통해 낭비 없이 잡아주게 되면 효율이 높아진다고 전했다. 예를 들면, “기존 설비들은 수용가지가 ‘100’이라는 물이 필요하면 설비는 ‘120’으로 설계돼 있다. 기존의 단순한 제어 방법으로는 20에 대한 잉여부분이 전력소모로 이어지는 경우가 많은데 이를 인버터를 적용해 실 부하만큼만 운전될 수 있도록 변경하면 이러한 전력손실을 없애 주고 시스템의 효율을 높일 수 있다”고 설명했다.

기업들은 스마트팩토리의 효과적인 전력관리를 위해서 전기뿐만 아니라 설비 가동시 최대 효율로 작동시킬 수 있는 솔루션에 주목하고 있다. 한국전력공사(KEPCO, 이하 한전) 신사업기획처 류제영 차장은 스마트팩토리의 에너지 효율을 높이기 위해서는 모터뿐만 아니라 냉동기, 보일러 등 냉난방 열원설비, 가스 등에 대한 최적 운영 관리가 필요하다고 지적한다.

이어 “한전에서는 K-EMS(KEPCO Energy Management System : 한전 에너지관리시스템, 舊 스마트그리드 스테이션) 확산사업을 추진하고 있다”며 “K-EMS는 한전의 K-BEMS(KEPCO Building Energy Management System : 건물에너지관리시스템)에 TEMS(Total Energy Management System : 종합에너지관리시스템)의 장점을 최적화해 전기, 가스, 열 등 사용자의 모든 에너지 사용정보 및 설비를 실시간 모니터링하고 이를 분석 및 제어해 효율 향상 및 비용을 삭감하도록 개발된 에너지 관리시스템이다”고 설명했다.

올해 1월, 한전은 LG유플러스와 에너지신사업 분야 투자협력을 체결하고 에너지 다소비 공장, 뿌리기업 등의 중소공장, 빌딩 등을 대상으로 향후 10년간 5천억 원을 투자해 2천 개소에 K-EMS를 구축 계획을 밝힌 바 있다.

에너지 효율 개선…투자 및 제도 개선 검토돼야
스마트팩토리로 가면서 공장은 물론 기업의 전력효율을 높이기 위한 여러 가지 방법이 제안되고 있다. 이러한 제안을 받아들이고 에너지 개선을 검토하는 기업이 있는 한편에는 투자를 위한 여력의 부족으로 엄두를 못 내거나 꺼려하는 기업들도 있다.



한전 류제영 차장은 “에너지 효율화를 통해 기존 공장 사용량의 10% 절감을 목표로 하고 있고 ESS(에너지 저장 시스템) 설치시 특별할인 요금제도의 혜택으로 전기요금을 절약할 수 있는 등의 혜택을 주고 있다. 아직 사업초기 단계여서 인식이 낮은 상태이기도 하지만 중소기업들의 경우 투자여력이 부족하다고 소호하는 중소기업들이 많아서 좀 더 정부에서 적극적인 투자지원이 필요할 것으로 보인다”고 말했다.

슈나이더 일렉트릭 김율래 차장 역시 중소기업이 에너지 효율을 높이기 위한 투자에 망설이고 있다는데 공감을 나타낸다. “앞서 언급한 것처럼 스마트팩토리가 추진될수록 에너지 절감효과도 커질 것이다. 우리나라의 대기업들의 경우 자산규모가 크기 때문에 에너지 효율 향상에 대한 부분도 관심을 갖고 투자를 하고 있다. 이에 반해 중소기업들은 정부 주도로 스마트팩토리를 추진하고 있지만 아직은 초기단계이며, 자체적인 자금력이 부족하기 때문에 에너지 효율화를 위한 투자계획까지 염두에 둔 기업이 거의 없다”며, 기업 규모에 맞는 에너지 절감계획이 필요하다고 전했다.

공장의 유기적 연결…에너지 효율 향상의 지름길
스마트팩토리가 고도화되면 설비들간의 통신뿐만 아니라 시스템간에도 유기적인 연결이 이루어져 기존에는 분리됐던 오퍼레이션(Operation)과 매뉴팩처링(Manufacturing)의 융합을 통한 에너지 효율 극대화를 이룰 수 있을 것으로 보인다.

ABB 코리아 정제욱 상무는 “기존에는 유기적으로 연결돼 있지 않았기 때문에 공장, 또는 플랜트 안의 설비들이 이상이 있는지 없는지를 감시하는 정도에 그쳤지만 4차 산업혁명이 성숙기로 접어들면 재무, 인사, 품질, 고객관리, 투자, 조달, 사후관리 등의 매니지먼트 오퍼레이션과 매뉴팩처링이 함께 묶여서 가게 될 것으로 보인다. 이러한 방향이 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)에서도 적용될 것으로 전망된다. 이렇게 되면 기업은 전력관리에서 기업 전체의 고려사항들을 한눈에 파악하고 의사결정을 내릴 수 있기 때문에 결과적으로는 사용자의 이익을 높여주게 되는 것이다”고 말했다.