[논문]전동기와 조명기기의 에너지사용 분석을 통해 효과적인 EERS 절감량 산정을 위한 주요인자 도출 연구

염지훈; 최한호; 이현웅; 박성우; 김창식; 한승희

doi:10.5855/energy.2019.28.3.034

전동기와 조명기기의 에너지사용 분석을 통해 효과적인 EERS 절감량 산정을 위한 주요인자 도출 연구
Study on Effective EERS Savings Calculating Method through Analysis of Energy Consumption of Electric Motor & Lighting Devices 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.28 no.3, 2019년, pp.34 - 41

염지훈 (한국에너지공단) , 최한호 (동국대학교 신재생에너지공학과) , 이현웅 (한국에너지공단) , 박성우 (한국에너지공단) , 김창식 (한국에너지공단) , 한승희 (한국에너지공단)

초록
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에너지절약보다 에너지절감이 강조되는 시대의 흐름에 따라 미국 및 주요 EU국가에서 도입하여 시행하고 있는 에너지효율향상의무화제도(EERS)의 국내 도입은 필수적이며, EERS제도의 안정적인 정착을 위해서는 정확하고 신뢰도 높은 절감량 측정이 수반되어야 한다. 특히 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하고 있는 전동기와 조명기기는 제도 시행에 있어서 뿐만 아니라 국가에너지 효울향상에 있어 가장 중요한 기기이다. 본 논문에서는 전동기, 조명기기의 정확한 사용실태 파악을 위해 계량전송장치를 400여개 사업장에 설치 수집 분석하여 EERS 제도 도입에 따른 절감량 산정시 활용할 수 있도록 가동율, 부하율 등 주요인자를 실측에 입각하여 도출, 제시하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is essential to introduce EERS (Energy Efficiency Resource Standards) according to the trend of the era in which energy saving is emphasized, and it is time to settle down in a stable manner. Electric motors and lighting devices, which account for more than 60% of the nation's electricity use, are the most effective items of the EERS. And accurate methods of calculating savings must be preceded. In this study, the operation rate and load rate are measured through the demonstration of energy use at 400 businesses and the measured rates are used for EERS savings calculation. The results imply that the proposed method can be successfully applied to calculate cost-effective and reliable energy savings.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하는 전동기, 조명기기 사용실태에 대한 대규모 실증을 통하여 가동율 및 부하률 등을 분석하였다. 이를 통해 실증에 기반한 연간전력사용량을 세부분석하고 EERS 제도 시행에 따른 합리적인 절감량 산정방법론을 제안하고자 한다.

가설 설정

데이터 분석은 설비형태, 건물용도, 세부유형(산업분류), 기업유형별 가동율과 부하율에 대해서 분석하였으며, 가동율은 동력기기가 ON되어 있는 비율, 부하율은 평균전력/최대전력이다. 분석의 고도화를 위해 최대전력의 3%이상의 데이터를 유효 데이터로 가정한 추가분석을 실시하였다.

제안 방법

본 논문에서는 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하는 전동기, 조명기기 사용실태에 대한 대규모 실증을 통하여 가동율 및 부하률 등을 분석하였다. 350여개 사업장에 500여개 계량전송장치를 설치하고 LTE통신을 이용해 100% 실시간 데이터를 수집하여 분석을 실시하였으며, 이를 통해 연간 전력 사용량등을 도출․분석하였다. EERS 제도도입에 필수 조건인 절감량산정을 위해서 본 논문에서 제안한 분석결과를 활용하면 비용효과적이고 신뢰도가 높은 에너지절감량을 산정할 수 있고, 더 나아가 에너지기본계획, 전력수급계획 등 국가에너지 계획수립에도 활용될 수 있을 것으로 사료 된다.
계량전송장치는 G-type계량기와 LTE모뎀으로 구성되어 주로 건물 분전반의 전등부하에 연결하였으며, 별도의 전등부하로 구분되어 있지 않은 경우 전등부하를 별도로 분기하여 측정하였다.
계량전송장치는 G-type계량기와 LTE모뎀으로 구성하여 동력기기의 1차측에서 전력량을 계측하였다. 계량전송장치와 동력설비는 각각 1:1 측정 하였으며, 효과적인 분석을 위해 최대전력의 3% 미만인 측정데이터는 대기전력으로 가정하고 3% 이상의 측정데이터(이하 유효데이터)를 바탕으로 추가 분석을 실시하였으며, 통신조건은 조명기기 통신조건과 동일하다.
계량전송장치는 G-type계량기와 LTE모뎀으로 구성하여 동력기기의 1차측에서 전력량을 계측하였다. 계량전송장치와 동력설비는 각각 1:1 측정 하였으며, 효과적인 분석을 위해 최대전력의 3% 미만인 측정데이터는 대기전력으로 가정하고 3% 이상의 측정데이터(이하 유효데이터)를 바탕으로 추가 분석을 실시하였으며, 통신조건은 조명기기 통신조건과 동일하다.
계측 단말은 안정적인 데이터 전송이 가능한 한전 G-Type 계량기를 사용하였고, 계량기능 요구사항은 정밀도 1.0급(class 1.0) 이상, DLMS/COSEM 지원(한전 인증 필수), 15분 간격 90일 데이터 저장 (정전 시 보존), 외부 배터리에 의한 RTC 지원을 충족하였으며, 통신은 통신사 인증을 득한 LTE 망을 이용하였다. 날짜, 시간, 전력량(피상, 유효, 무효)등의 데이터를 15분 간격으로 대용량 서버를 통해 수집하였으며, 1년간(‘16.
날짜, 시간, 전력량(피상, 유효, 무효)등의 데이터를 15분 간격으로 대용량 서버를 통해 수집하였으며, 1년간(‘16.7.1~’17.6.30) 수집된 데이터를 바탕으로 분석을 실시하였다.
데이터 분석은 건물용도, 세부유형(산업분류), 기업유형별 가동율과 사용율에 대해서 분석하였으며, 가동율은 조명기기가 ON되어 있는 비율, 사용율은 평균전력/최대전력으로 정의하였다. 예를 들어 한 구역내에 있는 100대의 조명기기를 묶어 계측을 하였는데 60대의 조명이 24시간동안 가동되었을 경우 가동율은 100%, 사용율은 60%가 된다.
데이터 분석은 설비형태, 건물용도, 세부유형(산업분류), 기업유형별 가동율과 부하율에 대해서 분석하였으며, 가동율은 동력기기가 ON되어 있는 비율, 부하율은 평균전력/최대전력이다. 분석의 고도화를 위해 최대전력의 3%이상의 데이터를 유효 데이터로 가정한 추가분석을 실시하였다.
본 논문에서는 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하는 전동기, 조명기기 사용실태에 대한 대규모 실증을 통하여 가동율 및 부하률 등을 분석하였다. 350여개 사업장에 500여개 계량전송장치를 설치하고 LTE통신을 이용해 100% 실시간 데이터를 수집하여 분석을 실시하였으며, 이를 통해 연간 전력 사용량등을 도출․분석하였다.
본 논문은 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하는 전동기, 조명기기 사용실태에 대한 대규모 실증을 통하여 가동율 및 부하률 등을 분석하였다. 이를 통해 실증에 기반한 연간전력사용량을 세부분석하고 EERS 제도 시행에 따른 합리적인 절감량 산정방법론을 제안하고자 한다.
본연구의 실증결과와 대규모 조사를 통해 도출된 선행 연구자료를 활용하여 연간전력사용량 및 전력사용비중을 산정하였다. Table 11.
상시 운영되고 있는 동력기기(팬·펌프·블로워·컴프레서)에 인버터를 설치하고 개체 전후 동일하게 사용되는 장소에 실증사이트를 구축하였으며, 인버터 가동에 대한 안정성 제고를 위해 판넬, 리액터, 필터를 필수사항으로 구성하였다.
정확한 데이터 취득을 위해서 Fig. 1.에 주어진 계량데이터 확보 개념도와 같이 국내 주요 통신3사의 LTE통신에 기반한 데이터 전송 기술을 바탕으로‘설비→계량기→LTE모뎀→DB서버’형태로 계량 및 데이터 전송을 실시하였다.
조명기기와 동일하게 실증결과와 선행연구 자료를 활용하여 연간전력사용량을 산정하였으며, 냉장고․선풍기 등 가전제품에 주로 사용되는 소형전동기를 제외한 산업, 건물부분에서 일반적으로 사용 되는 전동기에 대해 산정하였으며 그 결과는 Table 12.에 정리하여 나타내었다.

대상 데이터

LTE통신 및 계량기에 이상이 없는 경우 1개 계측기에서 1년간 15분 간격으로 수집되는 LP(Load Profile)데이터의 35,040개이며, 본 연구에서는 2주 이상 수집된 LP데이터를 유효한 데이터로 판단하고 1,000개 이상의 LP데이터가 수집된 378개 계량기를 바탕으로 분석을 실시하였다.
은 조명기기에 대하여 산정한 결과를 정리해 놓은 것이다. 실증 대상이 아닌 가정부문과 가로등은 선행 연구자료를 활용하였으며, 연간전력판매량은 2016년 판매전력인 497,039GWh를 기준으로 하였다. 산업․ 건물 분야의 가동시간 및 사용율은 실증을 통해 분석된 평균값을 반영하였고, 분석결과 연간전력 판매량 대비 조명기기 사용비율은 18.
조명기기(LED) 데이터 확보를 위해 기존에 형광등․메탈할라이드 등을 사용하다 동일공간에 LED 로 교체를 실시한 사무용 건물․공장․마트 등 288개 사업장(가정 제외)을 대상으로 실증사이트를 구축하였으며 전동기 데이터를 확보하기 위해 기존에 인버터없이 사용하던 동력기기(팬․펌프․ 블로워․컴프레서)부하에 인버터를 부착하고 동일조건에서 가동되는 63개 사업장을 대상으로 실증 사이트를 구축하였다.정확한 데이터 취득을 위해서 Fig.

성능/효과

Table 5.는 일반건물의 용도별 가동율과 사용율을 보여주는데 물류센터 분야의 가동율과 사용율이 87.0%, 63.1%로 가장 높았고 학교의 가동율과 사용율이 50.4%, 11.1%로 현저히 낮음을 알 수 있다.
건물용도는 공장, 일반건물, 공동주택(주차장)으로 구분하였으며, 아래 Table 3.의 건물용도별 가동율과 사용율에서 보이는바와 같이 공장, 일반건물, 공동주택 지하주차장의 가동율은 각각 76.1%, 76.6%, 96.3%이며, 사용율은 각각 53.6%, 49.1%, 66.5%로분석되었다.
9% 차이를 보였다. 또한, 유효데이터를 바탕으로 분석한 결과는 연간전력판매량 대비 동력기기 사용비율은 50.3%로 선행연구 결과인 43.3%보다 +7.0% 차이를 나타내었으며, 같은 해 수행된 다른 선행연구 결과인 46.3%과는 4.0% 차이를 보였다.
분석대상이 되는 378개 계량기 전체의 가동율과 사용율은 각각 78.6%, 53.6%로 집계되었으며, 이중 상대적으로 가동시간이 높은 공동주택의 지하주차장 43개소를 제외할 경우 가동율과 사용율은 76.3%, 52.0%로 하락함을 알 수 있다.
실증 대상이 아닌 가정부문과 가로등은 선행 연구자료를 활용하였으며, 연간전력판매량은 2016년 판매전력인 497,039GWh를 기준으로 하였다. 산업․ 건물 분야의 가동시간 및 사용율은 실증을 통해 분석된 평균값을 반영하였고, 분석결과 연간전력 판매량 대비 조명기기 사용비율은 18.3%로 선행 연구 결과인 16.6%와 1.7% 차이를 나타냈다. 건물부문은 실증분석결과 11.
과 같다. 전체 데이터 기준 가동율과 부하 율은 각각 89.9%, 37.5%이며, 설비형태별로 구분 하였을 때 팬, 펌프, 블로워, 컴프레서의 가동율은 각각 92.0%, 89.5%, 73.8%, 90.4%이며, 부하율은 각각 32.0%, 39.5%, 52.5%, 42.6%로 분석되었다. 최대전력의 3%이상의 데이터로만 분석한 유효데이터 기준의 경우, 가동율과 부하율은 각각 59.
와 같다. 전체데이터 기준, 가동율과 부하율은 공장이 89.2%, 42.9%, 일반건물이 91.0%, 30.2%이며, 유효데이터 기준은 공장이 66.3%, 63.8%, 일반건물이 50.8%, 61.1% 이다.
과 같다. 전체데이터 기준, 가동율과 부하율은 대기업이 91.0%, 32.1%, 중소․중견기업이 88.9%, 43.0% 이며, 유효데이터 기준은 대기업이 53.0%, 60.4%, 중소․중견기업이 66.5%, 63.7%이다.
는 수집횟수 별 계량기 수를 보여준다. 전체데이터 기준으로 100일 이상의 LP데이터를 수집한 계량기의 비율은 74%, 50일 이상의 LP데이터를 수집한 계량기는 89%이며, 10일이하의 LP데이터를 수집한 계량기는 없었다.
전체데이터를 바탕으로 분석한 결과 연간전력판매량 대비 동력기기 사용비율은 45.4%로 선행연구 결과인 43.3%보다 +2.1% 차이를 나타내었으며, 같은 해 수행된 다른 선행연구 결과인 46.3%과는 –0.9% 차이를 보였다.
6%로 분석되었다. 최대전력의 3%이상의 데이터로만 분석한 유효데이터 기준의 경우, 가동율과 부하율은 각각 59.8%, 62.1%이며, 설비형태별 팬, 펌프, 블로워, 컴프레서의 가동율은 각각 53.2%, 64.2%, 65.8%, 65.5% 이며, 부하율은 각각 61.3%, 59.3%, 77.5%, 64.1% 로 분석되었다.
는 공장의 산업분류별 가동율과 사용율을 보여준다. 화공분야 공장의 가동율과 사용율이 91.4%, 65.8%로 가장 높았고 제지목 재분야 공장의 가동율과 사용율이 66.0%, 43.7%로 가장 낮음을 알 수 있다.

후속연구

350여개 사업장에 500여개 계량전송장치를 설치하고 LTE통신을 이용해 100% 실시간 데이터를 수집하여 분석을 실시하였으며, 이를 통해 연간 전력 사용량등을 도출․분석하였다. EERS 제도도입에 필수 조건인 절감량산정을 위해서 본 논문에서 제안한 분석결과를 활용하면 비용효과적이고 신뢰도가 높은 에너지절감량을 산정할 수 있고, 더 나아가 에너지기본계획, 전력수급계획 등 국가에너지 계획수립에도 활용될 수 있을 것으로 사료 된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에너지효율향상의무화제도(EERS)가 필수적인 이유	광업․제조업 등 전력판매량의 50%이상이 산업 부분에 편중되어 있는 국내 에너지밸런스 구성에 따라 그간의 에너지정책은 RPS, 배출권거래제, 목표관리제등을 통해 발전사업자 및 일정규모이상의 사업장 등 산업계가 대상이 되어 중소규모 에너지 소비자 및 상업부문 에너지소비자는 에너지관리의 사각지대로써 존재하였다. 이에 주요선진국에서 도입하여 활성화되어 있는 EERS를 통해 이러한 사각지대에 에너지효율향상을 통한 관리가 수반되 어야 필요가 강조되고 있다.
	EERS제도의 안정적인 정착을 위해서 필요한 것은?	에너지절약보다 에너지절감이 강조되는 시대의 흐름에 따라 미국 및 주요 EU국가에서 도입하여 시행하고 있는 에너지효율향상의무화제도(EERS)의 국내 도입은 필수적이며, EERS제도의 안정적인 정착을 위해서는 정확하고 신뢰도 높은 절감량 측정이 수반되어야 한다. 특히 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하고 있는 전동기와 조명기기는 제도 시행에 있어서 뿐만 아니라 국가에너지 효울향상에 있어 가장 중요한 기기이다.
	전동기, 조명기기가 국가 총 전력사용량에서 차지하는 비중은?	본 논문은 국내 총 전력사용량의 60%이상을 차지하는 전동기, 조명기기 사용실태에 대한 대규모 실증을 통하여 가동율 및 부하률 등을 분석하였 다. 이를 통해 실증에 기반한 연간전력사용량을 세부분석하고 EERS 제도 시행에 따른 합리적인 절감량 산정방법론을 제안하고자 한다.

참고문헌 (8)

KEEI, 2018, Yearbook Of Energy Statistics
MOTIE, 2017, 8th Basic plan of power supply and demand
ATEE, 2015, Snapshot of Energy Efficiency Obligations schemes in Europe
EUROPEAN COMMMISSION, 2006, Directive 2006/32/EC on Energy End-Use Efficiency and Energy Services
EUROPEAN COMMMISSION, 2012, EU Energy Efficiency Directive (2012/27/EU) Guidebook for Strong Implementation
KEPCO, 2017, The Monthly Report on Major Electric Power Statistics
KEA, 2017, An Analysis of the current status and supply outlook of domestic power consumption by power usage device
KEA, 2017, A Study on the survey and analysis of motor technology, market and supply status and the activation of supply system

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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