소개
오늘날 빠르게 변화하는 산업 환경에서 에너지 소비 최적화는 환경 지속 가능성뿐만 아니라 비용 효율적인 운영을 위해 중요합니다. 공장 에너지 관리 시스템 (FEMS)은 이러한 균형을 달성하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 기사에서는 FEMS의 기능, 이점 및 데이터 테이블과 함께 작동하여 공장에서 효율성과 생산성을 극대화하는 방법을 탐구합니다.
FEMS 이해
FEMS란 무엇인가요?
공장 에너지 관리 시스템 (FEMS)은 산업 시설 내 에너지 소비를 모니터링, 관리 및 최적화하기 위한 포괄적인 솔루션입니다. FEMS는 실시간 데이터를 수집하고 분석하며 에너지 낭비를 최소화하기 위한 제어 전략을 시행하기 위해 ICT를 적극적으로 활용합니다.
에너지경제연구원에 따르면 국내 에너지 소비 현황은 산업 62%, 건물 21%, 수송 18% 순으로 공장 등 산업현장이 에너지 소비에서 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다.
현재 우리나라의 산업용 전력요금은 OECD 가입국 대비 약 55% 수준이나 전력사용량은 약 2배 수준으로 에너지 다(多)소비형의 비효율적 산업구조를 나타내고 습니다. 고효율 설비 교체 등 하드웨어 중심의 기존 에너지 효율화 방식의 한계를 획기적으로 뛰어넘어 선진국 수준으로 전환하기 위한 대안으로 소프트웨어를 활용한 FEMS가 주목받고 있습니다.
FEMS의 중요성은 무엇인가요?
FEMS는 공장에서 에너지 요금을 줄이고 탄소 발생량을 줄이며 전반적인 운영 효율성을 향상시키기 때문에 중요합니다. 에너지 소비를 적극적으로 관리함으로써 공장은 ESG가 강조되는 최근의 경영환경에서 경쟁력을 유지할 수 있게 도와 줍니다.
FEMS 구성 요소
센서 및 데이터 수집
FEMS는 공장 내에 전략적으로 배치된 센서 네트워크에 의존하여 전력을 소비하는 다양한 프로세스에 대한 데이터를 수집합니다. 이러한 센서는 연속적으로 데이터를 중앙 시스템으로 전송하여 분석합니다.
데이터 분석 및 모니터링
수집된 데이터는 실시간으로 분석되어 공장 관리자가 에너지 소비 패턴을 모니터하고 개선 가능한 영역을 식별할 수 있도록 합니다.
제어 및 자동화
FEMS는 데이터 분석을 기반으로 자동 조절을 수행합니다. 예를 들어 HVAC 시스템, 조명 및 기계 작동을 최적화하여 에너지 사용을 최소화할 수 있습니다.
FEMS 작동 원리
데이터 수집
FEMS 작동의 첫 번째 단계는 데이터 수집입니다. 센서는 전기 사용, 온도 및 생산 출력과 같은 매개 변수에 대한 데이터를 수집합니다.
데이터 분석
수집된 데이터는 추세, 이상 징후 및 에너지 소비 패턴을 식별하기 위해 분석됩니다. 이 분석은 시스템에게 개선 가능한 영역을 알려줍니다. 현황 분석은 에너지 소비, 제품 생산, 환경 현황을 다각적으로 분석해 원단위, 효율, 원가 등의 성능지표 결과를 신속하게 제공하고 낭비요소와 같은 문제점을 파악할 수 있도록 합니다.
최적화 및 제어
분석을 기반으로 FEMS는 에너지 소비를 최적화하기 위한 조치를 취합니다. 설정을 조정하거나 이상 징후에 대한 알림을 트리거하며 에너지 절약을 위해 비필수 장비를 중지할 수 있습니다. 특히 수요예측은 에너지 낭비를 최소화하는 조치를 사전에 취해 에너지 절감을 극대화 하는 기술입니다.
다양한 정보분석으로 일기예보를 하고 예보된 정보를 활용해 날씨변화에 미리 대비하는 것과 같은 개념입니다. 에너지 수요 공급 최적화는 에너지를 소비하는 제품생산공정이나 설비에서 필요로 하는 수요만큼만 에너지를 공급해 낭비를 최소화 하는 것으로, 설비 운전 최적화 가이드 및 제어 알고리즘 등의 기술을 활용합니다.
FEMS 구현의 이점
FEMS 에너지 절감
FEMS의 주요 이점 중 하나는 상당한 에너지 절감입니다. 공장은 에너지 소비를 효율적으로 관리함으로써 에너지 요금을 줄일 수 있으며 이는 경제적 이익에 긍정적인 영향을 미칩니다.
FEMS 비용절감
에너지 비용 절감은 에너지 절감과 함께 간접적으로 이루어집니다. 에너지 사용을 최적화함으로써 공장은 자원 할당을 더 효율적으로 수행할 수 있습니다.
환경영향감소
FEMS는 탄소 배출을 줄이고 자원을 보존함으로써 환경 지속 가능성에 기여합니다. 이는 기후 변화 대응을 위한 전세계적인 노력과 부합됩니다.
FEMS 구축사례
사례 연구 : 코카콜라의 오스트리아 에델슈탈 공장 사례
코카콜라의 에델슈탈 공장은 탄소배출량을 줄이기 위해서 FEMS를 도입하였습니다.
코카콜라 는 이미 자체 에너지 모니터링 시스템을 통해 에델슈탈에서 에너지절약과 관련된 투자의 성공 여부를 추적해 왔습니다. 이 시스템은 생산 및 소비 데이터를 기록하고 개별 라인의 에너지 소비를 분석하고 비교할 수 있게 해주었지만, 담당자인 마틴 수르다 씨는 여전히 선택의 폭이 매우 제한적이라고 느꼈습니다.
에델슈탈의 코카콜라 공장은 생산 데이터를 시각화하기 위해 지멘스의 Simatic WinCC V7 시스템을 사용하기 시작했습니다. 새로운 분석 및 대시보드도 언제든지 적은 노력으로 만들 수 있다고 Martin Surda는 말합니다. “이제 한 시간 이내에 새로운 보고서를 생성할 수 있습니다. 예전에는 외부 프로그래머를 고용해야 했기 때문에 변경하는 데 일주일 이상 걸리기도 했습니다. 이제 모든 작업을 자체적으로 수행할 수 있습니다.”
이제 생산 현장의 직원들도 현재 에너지 소비량에 대한 정보를 확인할 수 있습니다. “이를 통해 문제에 대한 인식을 넓힐 수 있습니다. 직원 개개인이 에너지 효율성 향상에 기여하고 자신의 성공이 수치에 반영되는 것을 확인할 수 있습니다.”라고 테레사 플라이쉬버거는 말합니다.
“게다가 우리가 액세스할 수 있는 숫자는 훨씬 더 상세합니다. 각 개별 라인과 개별 제품에 대한 정확한 소비량과 비용을 파악할 수 있습니다. 저는 이러한 투명성이 새로운 시스템의 중요한 이점이라고 생각합니다.”
이러한 조치를 통해 에델슈탈에 위치한 코카콜라 HBC 오스트리아는 2019년 생산된 음료 1리터당 CO2 배출량을 2010년 대비 50% 감소한 17.5g으로 줄일 수 있었습니다.
출처: Siemens 2020
사례 연구 : 한국전자통신연구원의 FEMS 확장 플랫폼
한국전자통신연구원(ETRI)은 2030년 온실가스 40%감축과 2050 탄소중립을 돕기 위해 산업 현장의 에너지절감을 유도하는 에너지다이어트 선도기술과 공장에너지관리시스템(FEMS) 확장형 표준 플랫폼을 개발했다고 2023년 2월 발표하였습니다.
FEMS는 정보통신기술(ICT)을 활용, 공장의 에너지사용량을 실시간으로 모니터링·분석·제어해 효율은 높이고 에너지사용량은 절감해 주는 시스템으로 기후변화 대응 공감대 확산과 탄소규제 강화로 최근 그 중요성이 부각되고 있습니다.
하지만 중소기업은 도입 비용탓에, 대기업은 맞춤형 시스템 도입 한계로 아직 보급이 저조한 상태입니다. 이번에 ETRI 연구진이 개발한 FEMS 표준 플랫폼은 국내 제조기업이 쉽게 적용하고 활용 가능할 뿐 아니라 국내 최다 기능을 자랑한다고 합니다.
ETRI는 5개 확산모델별로 전자부품 제조사부터 건강식품 제조사까지 10개 주요공장 실증사이트를 구축해 플랫폼 기술검증을 수행했다. 표준화에도 노력을 기울였습니다. ETRI와 공동연구기관들은 무선 네트워킹 기술, 엣지 게이트웨이 기술, 실시간 시계열 데이터베이스 구축 및 데이터 연동 기술, 열에너지 관리 기술, AI· 빅데이터 기술을 통한 각종 에너지데이터 상관성 분석 기술 등을 기반으로 FEMS 표준 플랫폼 개발에 성공하였습니다.