GA 건축물의 에너지설비*

1)고효율 변압기 선정

• 용량이 증가할수록 효율이 증가
• 동일용량의 경우 절연계급이 낮은 변압기가 효율이 증가
• 변압기 무부하 손실은 대부분 철손이 차지하므로 고자속 밀도와 규소강판을 사용하면 효율을 증가
• 기존의 규소강판 대신 아몰퍼스 합금을 사용하면 무부하손(철손)을 기존변압기의 1/5로 줄일 수 있다
• 하이브리드 변압기 사용 시 고조파 방지, 에너지 손실 절감

2)적정용량 선정

• 부하 변동을 고려하여 적정 용량의 변압기를 선정하여 과대 용량으로 인한 손실을 방지
• 변압기용량≥합성최대부하=(설비부하의 합계*수용률)/부등률
• 수용률=(최대수용전력/설비용량)*100[%]
• 부등률=(각각의 최대 수용전력의 합/합성 최대 수용전력)

3)변압기 운전방식을 고려한 전력 절약계획

• 운전대수 제어
  • 복수대의 변압기를 설치하여 부하의 변동에 따라 가장 효율이 좋게 되는 쪽(통합운전)으로 조합하여 운전하고 나머지는 차단하는 방식
• 소용량 변압기로 교체
  • 대, 소용량 변압기 2대를 설치하여 부하 상태에 따라 변압기 교체 사용

4)온도관리

변압기 주변 온도를 낮춰 손실을 줄이고 수명을 연장

5)무부하 손실 감소

운전하지 않는 변압기는 차단하여 무부하 손실을 최소화

1. 수요 반응 (Demand Response)

• 시간대별 요금제: 소비자들이 전력 사용량이 적은 시간대에 전력을 많이 사용하도록 유도하는 요금제입니다.
• 직접 부하 제어: 전력 공급자가 소비자의 전력 사용량을 직접 제어하여 첨두 부하 시 전력 수요를 줄이는 방식입니다.
• 간접 부하 제어: 소비자에게 전력 사용량을 줄이도록 유도하고, 이에 대한 보상을 제공하는 방식입니다.

2. 에너지 저장 시스템 (ESS)

• 첨두 부하 시에는 방전하여 전력을 공급하고, 경부하 시에는 충전하여 에너지를 저장함으로써 전력 수요의 변동을 완화시킵니다.
• 태양광, 풍력 등 재생에너지와 연계하여 활용하면 에너지 효율을 더욱 높일 수 있습니다.

3. 스마트 그리드

• 다양한 전력 소비자와 에너지 생산 시설을 정보통신기술(ICT)로 연결하여 실시간으로 정보를 교환하고 제어하는 시스템입니다.
• 수요 반응, ESS 등 다양한 부하관리 기술과 연계하여 효율적인 전력 시스템 운영을 가능하게 합니다.

4. 산업 부문의 부하 관리

• 대규모 전력 소비자인 산업 부문에서 시간대별 전력 사용량을 조절하여 첨두 부하를 완화시키는 방안입니다.
• 생산 공정의 유연성을 확보하고, 에너지 효율적인 설비를 도입하는 것이 중요합니다.

5. 건물 에너지 관리 시스템 (BEMS)

• 건물 내의 난방, 냉방, 조명 등 다양한 설비를 자동으로 제어하여 에너지 효율을 높이는 시스템입니다.
• 태양광 발전 등 재생에너지와 연계하여 활용하면 더욱 효과적입니다.

6. 전기 자동차 충전 관리

• V2G (Vehicle to Grid) 기술을 활용하여 전기 자동차 배터리를 에너지 저장 시스템으로 활용할 수도 있습니다.
• 전기 자동차 충전 시간을 분산시키고, 첨두 부하 시간대의 충전을 제한하여 전력 수요를 관리하는 방식입니다.

1. 에너지 진단 및 효율화

• 정기적인 에너지 진단: 전문가를 통해 시설 내 에너지 소비 현황을 정확하게 파악하고, 에너지 낭비 요인을 찾아 개선합니다.
• 고효율 설비 도입: 노후화된 설비를 고효율 설비로 교체하고, 에너지 효율이 높은 신기술을 도입합니다. (예: 고효율 모터, 인버터, LED 조명 등)
• 공정 개선: 생산 공정을 분석하고 불필요한 에너지 소비를 유발하는 요소를 개선합니다. (예: 열 회수 시스템 도입, 공기 압축 시스템 최적화 등)
• 건물 에너지 관리 시스템(BEMS) 도입: 건물 내 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고, 최적의 에너지 사용 환경을 조성합니다.

2. 수요 관리

• 피크 시간대 전력 사용량 감축: 피크 시간대에 에너지 소비가 큰 설비의 가동을 줄이거나, 비피크 시간대로 전환합니다.
• 시간대별 요금제 활용: 전력 사용량이 적은 시간대에 전력을 많이 사용하여 요금을 절감합니다.
• ESS(에너지 저장 시스템) 도입: 잉여 전력을 저장하여 피크 시간대에 활용하고, 전력 요금 변동에 대응합니다.

3. 신재생에너지 도입

• 태양광 발전: 자체적으로 전력을 생산하여 에너지 자립도를 높이고, 전력 구매 비용을 절감합니다.
• 지열 발전: 냉난방에 활용하여 에너지 소비를 줄입니다.
• 연료전지: 고효율 발전으로 전력과 열을 동시에 생산하여 에너지 효율을 향상시킵니다.

4. 제도 활용

• 정부 지원 사업: 에너지 절약 투자에 대한 정부 지원 사업을 적극 활용합니다. (예: 투자 세액 공제, 저금리 융자 등)
• 에너지 절약 컨설팅: 전문 컨설팅 기관을 통해 맞춤형 에너지 절감 방안을 수립합니다.

5. 직원 교육 및 참여 유도

• 에너지 절약 교육: 직원들에게 에너지 절약의 중요성을 인식시키고, 실천 방법을 교육합니다.
• 에너지 절약 경진대회: 직원들의 참여를 유도하고, 에너지 절약 문화를 확산시킵니다.

대전력 수용가를 위한 에너지 절감 성공 사례

• 상업시설: LED 조명 교체, BEMS 구축, 자연 채광 활용으로 에너지 비용 절감
• 제조업: 생산 공정 개선, 고효율 설비 도입, BEMS 구축을 통해 에너지 소비를 30% 이상 절감
• 데이터센터: 냉각 시스템 개선, 서버 가상화, 친환경 냉매 도입으로 에너지 효율 향상

최대수요전력이란?

최대수요전력이란 일정 시간 동안 사용한 전력 중 가장 높은 값을 의미합니다. 전기요금은 이 최대수요전력에 기반하여 산정되는 경우가 많기 때문에, 최대수요전력을 낮추는 것은 곧 전기요금 절감으로 이어집니다.

최대수요전력 제어 방법

1. 첨두부하 억제 (Peak Clipping)

• 최대수요전력제어장치 활용: 전력 사용량을 실시간으로 모니터링하고, 설정된 최대 수요전력을 초과할 경우 자동으로 일부 부하를 차단하여 최대 수요를 억제합니다.
• 수동 제어: 운전자가 직접 비중이 낮은 부하를 수동으로 차단하여 최대 수요를 낮추는 방법입니다.
• 발전기 이용 부하 분담: 자가 발전기를 이용하여 일부 부하를 분담함으로써 외부 전력망으로부터 공급받는 전력량을 줄입니다.
• 신재생에너지 적용: 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 활용하여 자체 발전량을 늘리고, 외부 전력 의존도를 낮춥니다.

2. 첨두부하 이동 (Peak Shift)

• 심야 시간대 이용: 전기 요금이 저렴한 심야 시간대에 전력 소비량이 많은 작업을 미리 수행하여 피크 시간대의 부하를 줄입니다.
• 축열 및 축냉: 심야 시간대에 물이나 얼음을 이용하여 열에너지 또는 냉기를 저장해 두었다가 피크 시간대에 사용합니다.
• 에너지저장장치(ESS) 활용: 경부하 시간대에 전기를 저장하여 피크 시간대에 방출함으로써 부하 변동을 완화합니다.

3. 기타 방법

• 고효율 설비 도입: 에너지 효율이 높은 설비로 교체하여 동일한 작업을 수행하더라도 전력 소비량을 줄일 수 있습니다.
• 에너지 절약 캠페인: 직원들에게 에너지 절약의 중요성을 교육하고, 실천을 유도하는 캠페인을 진행합니다.
• 스마트 그리드 시스템 도입: 전력 사용량을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있는 스마트 그리드 시스템을 도입하여 에너지 효율을 높입니다.

최대수요전력 제어의 효과

• 전기요금 절감: 최대수요전력을 낮추면 전기요금의 주요 구성 요소인 기본요금을 절감할 수 있습니다.
• 피크 전력 부담 완화: 최대수요전력을 줄임으로써 전력 시스템의 부담을 완화하고, 안정적인 전력 공급에 기여합니다.
• 에너지 절약: 불필요한 전력 소비를 줄여 에너지 효율을 높이고, 환경 보호에도 기여합니다.

알루미늄 전해 콘덴서 개요

알루미늄 전해 콘덴서는 높은 정전용량을 얻을 수 있어 전력 제어 시스템에서 필터링, 커플링, 에너지 저장 등 다양한 용도로 사용됩니다. 하지만 다른 부품들에 비해 온도에 민감하여 사용 온도에 따라 수명이 크게 달라지는 특징을 가지고 있습니다.

사용 온도와 수명의 관계

• 온도 상승, 수명 감소: 알루미늄 전해 콘덴서는 온도가 상승할수록 내부 전해액의 증발이 가속화되어 수명이 단축됩니다. 일반적으로 온도가 10℃ 상승하면 수명이 약 절반으로 감소한다고 알려져 있습니다.
• 온도 하강, 수명 증가: 반대로 온도가 낮아지면 전해액의 증발이 억제되어 수명이 연장됩니다. 하지만 너무 낮은 온도에서는 전해액의 점도가 증가하여 성능이 저하될 수 있습니다.
• 정격 온도: 각 콘덴서에는 정격 온도가 명시되어 있으며, 이 온도를 넘지 않도록 사용해야 합니다. 정격 온도를 초과하면 콘덴서의 수명이 급격히 감소하고, 심각한 경우 폭발할 수도 있습니다.

사용 온도가 수명에 미치는 영향의 원리

• 전해액 증발: 고온에서는 전해액의 증기압이 높아져 증발 속도가 빨라집니다. 전해액이 감소하면 콘덴서의 정전 용량이 감소하고, ESR(등가 직렬 저항)이 증가하여 성능이 저하됩니다.
• 절연 파괴: 고온에서는 절연체의 절연 내력이 감소하여 누설 전류가 증가하고, 결국 절연 파괴가 발생할 수 있습니다.
• 재료 열화: 고온에서는 콘덴서 내부의 재료가 열화되어 수명이 단축됩니다.

전력제어설비에서의 고려 사항

• 냉각 시스템: 콘덴서의 온도를 낮추기 위해 충분한 냉각 시스템을 구축해야 합니다.
• 열 설계: 콘덴서 주변의 열 설계를 신중하게 진행하여 열 축적을 방지해야 합니다.
• 정기적인 점검: 콘덴서의 온도를 주기적으로 점검하고, 이상이 발견되면 즉시 교체해야 합니다.
• 여유 설계: 콘덴서의 정격 용량을 충분히 확보하고, 온도 상승에 따른 성능 저하를 고려하여 여유를 두고 설계해야 합니다.

1. 수동 제어 방식

• 개요: 사람이 직접 스위치, 컨트롤러 등을 조작하여 전력을 제어하는 가장 기본적인 방식입니다.
• 장점: 간단하고 저렴하며, 즉각적인 조작이 가능합니다.
• 단점: 에너지 효율이 낮고, 실시간 모니터링 및 제어가 어렵습니다.
• 적용 분야: 소규모 건물, 단순한 전력 시스템에 주로 사용됩니다.

2. 자동 제어 방식

• 개요: 미리 설정된 프로그램에 따라 자동으로 전력을 제어하는 방식입니다.
• 종류:
  • 온도 기반 제어: 실내 온도에 따라 난방, 냉방 설비를 자동으로 가동합니다.
  • 시간 기반 제어: 시간대별로 전력 사용량을 제한하거나, 특정 시간에 설비를 자동으로 가동/정지시킵니다.
  • 조도 기반 제어: 외부 빛의 양에 따라 조명을 자동으로 조절합니다.
• 장점: 에너지 효율을 높이고, 사람의 개입을 최소화할 수 있습니다.
• 단점: 유연성이 부족하고, 복잡한 시스템에는 적용하기 어려울 수 있습니다.

3. 최적화 제어 방식

• 개요: 건물의 특성, 외부 환경 조건, 사용자의 요구 등을 고려하여 최적의 에너지 사용 계획을 수립하고, 이에 따라 전력을 제어하는 방식입니다.
• 종류:
  • 모델 기반 제어: 건물의 열적 모델을 기반으로 최적의 제어 전략을 수립합니다.
  • 인공지능 기반 제어: 머신러닝, 딥러닝 등 인공지능 기술을 활용하여 실시간으로 데이터를 분석하고 최적의 제어를 수행합니다.
• 장점: 에너지 효율을 극대화하고, 시스템의 적응력을 높일 수 있습니다.
• 단점: 초기 구축 비용이 높고, 전문적인 지식이 필요합니다.

4. 통합 시스템 제어 방식

• 개요: 빌딩 내 다양한 시스템(조명, 난방, 냉방, 환기, 보안 등)을 통합하여 하나의 시스템으로 관리하고 제어하는 방식입니다.
• 장점: 시스템 간의 상호 작용을 고려하여 에너지 효율을 높이고, 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
• 단점: 시스템이 복잡하고, 구축 및 유지보수 비용이 높습니다.

5. 스마트 그리드 연계 제어 방식

• 개요: 빌딩을 스마트 그리드에 연결하여 실시간으로 전력 수요를 관리하고, 에너지 효율을 높이는 방식입니다.
• 장점: 전력 시스템의 안정성을 향상시키고, 신재생에너지와의 연계를 통해 에너지 자립도를 높일 수 있습니다.
• 단점: 스마트 그리드 인프라 구축이 필요하며, 보안 문제에 대한 대비가 필요합니다.

6. BEMS(Building Energy Management System) 기반 제어 방식

• 개요: 건물 에너지 관리 시스템을 통해 빌딩 내 모든 에너지 사용 데이터를 수집, 분석하여 에너지 효율을 최적화하는 방식입니다.
• 장점: 에너지 사용 현황을 실시간으로 파악하고, 문제 발생 시 신속하게 대응할 수 있습니다.
• 단점: 시스템 구축 및 운영에 대한 전문적인 지식이 필요합니다.

1. 시간대별 부하 관리 부하 이동 (Load Shifting)

• 개요: 시간대별로 전력 사용량이 많은 설비의 가동을 조절하여 첨두 부하를 분산시키는 방식입니다.
• 방법:
  • 피크 시간대 회피: 냉난방, 조명 등 전력 소비가 큰 설비의 가동을 피크 시간대를 피해 운영합니다.
  • 탄력적 운전: 생산 공정의 유연성을 활용하여 부하를 조절합니다.
  • 시간대별 요금제 활용: 전력 사용량이 적은 시간대에 전력을 많이 사용하여 요금을 절감합니다.

2. 부하 제한 및 차단(Peak Clipping)

• 개요: 첨두 부하가 발생할 때 일부 부하를 제한하거나 차단하여 전체적인 전력 사용량을 줄이는 방식입니다.
• 방법:
  • 최대수요전력 제어 장치: 실시간으로 전력 사용량을 모니터링하고, 설정된 최대수요전력을 초과할 경우 자동으로 부하를 차단하거나 조절합니다.
  • 비필수 부하 우선 차단: 조명, 냉난방 등 비필수적인 부하를 우선적으로 차단합니다.

3. 에너지 저장 시스템(ESS) 활용

• 개요: 잉여 전력을 저장하여 첨두 부하 시 방출함으로써 전력 수요의 변동을 완화시키는 방식입니다.
• 방법:
  • 피크 시 방전: 첨두 부하 시 저장된 에너지를 방출하여 외부 전력 구매량을 줄입니다.
  • 밸런싱: 전력 수요와 공급의 불균형을 해소하여 시스템 안정성을 향상시킵니다.

4. 고효율 설비 도입

• 개요: 에너지 효율이 높은 설비를 도입하여 기본적인 전력 소비량을 줄이는 방식입니다.
• 방법:
  • 고효율 모터: 기존 모터를 고효율 모터로 교체하여 에너지 손실을 줄입니다.
  • LED 조명: 백열등이나 형광등 대신 LED 조명을 사용하여 에너지 소비를 줄입니다.
  • 고효율 냉난방 설비: 냉난방 효율을 높여 에너지 소비를 줄입니다.

5. 건물 에너지 관리 시스템(BEMS) 활용

• 개요: 건물 내 모든 에너지 사용 데이터를 수집, 분석하여 에너지 효율을 최적화하는 방식입니다.
• 방법:
  • 실시간 모니터링: 실시간으로 에너지 사용량을 모니터링하고, 이상 징후를 감지합니다.
  • 최적화된 운전: 실시간 데이터 분석을 통해 최적의 운전 조건을 설정합니다.
  • 예측 제어: 미래의 에너지 사용량을 예측하고, 사전에 에너지 사용을 조절합니다.

6. 스마트 그리드 연계

• 개요: 빌딩을 스마트 그리드에 연결하여 실시간으로 전력 수요를 관리하고, 에너지 효율을 높이는 방식입니다.
• 방법:
  • 수요 반응: 전력 수요가 높을 때 전력 사용량을 줄이고, 낮을 때는 전력 사용량을 늘리는 방식으로 전력 시스템의 안정성을 확보합니다.
  • 신재생에너지 연계: 태양광, 풍력 등 신재생에너지를 활용하여 에너지 자립도를 높입니다.

7. 인공지능 활용

• 개요: 인공지능 기술을 활용하여 빌딩의 에너지 사용 패턴을 분석하고, 최적의 제어 전략을 수립합니다.
• 방법:
  • 머신러닝: 과거의 데이터를 학습하여 미래의 에너지 사용량을 예측하고, 최적의 제어 전략을 제시합니다.
  • 딥러닝: 복잡한 패턴을 분석하여 더욱 정확한 예측과 제어를 수행합니다.

1. 전력설비 관리 개념 3단계

1단계: 계획 단계

• 장기 계획 수립: 시스템 확장, 노후 설비 교체, 예비력 확보 등 장기적인 계획을 수립합니다.
• 유지보수 계획 수립: 설비별 점검 주기, 예방 정비 계획 등을 수립하여 예상되는 고장을 미리 방지하고 시스템 안정성을 확보합니다.
• 투자 계획 수립: 설비 투자 우선순위를 결정하고 예산을 확보합니다.

2단계: 운영 단계

• 실시간 모니터링: 설비의 운전 상태를 실시간으로 모니터링하여 이상 징후를 조기에 감지합니다.
• 고장 진단 및 복구: 발생한 고장을 신속하게 진단하고 복구하여 시스템 가동률을 높입니다.
• 성능 평가: 설비의 성능을 정기적으로 평가하여 효율성을 향상시킵니다.

3단계: 개선 단계

• 데이터 분석: 운영 데이터를 분석하여 문제점을 파악하고 개선 방안을 모색합니다.
• 시스템 최적화: 시스템 효율을 높이기 위한 개선 작업을 수행합니다.
• 신기술 도입: 새로운 기술을 도입하여 시스템의 경쟁력을 강화합니다.

2. 전력자산 운영정책 입안 시 고려 사항

기술적 측면

• 설비 신뢰도: 설비의 고장률, 수명, 유지보수 용이성 등을 고려하여 신뢰성 높은 설비를 선택해야 합니다.
• 최신 기술 도입: 스마트 그리드, IoT 등 최신 기술을 도입하여 시스템의 효율성을 높이고 미래 변화에 대응할 수 있도록 준비해야 합니다.
• 안전성: 안전 기준을 준수하고, 안전 시스템을 구축하여 인명 및 재산 피해를 방지해야 합니다.
• 환경 고려: 친환경 설비를 도입하고, 환경 규제를 준수해야 합니다.

경제적 측면

• 투자 비용: 설비 투자 비용, 유지보수 비용 등을 종합적으로 고려하여 경제적인 효과를 높여야 합니다.
• 운영 비용: 전력 요금, 인건비 등 운영 비용을 최소화해야 합니다.
• 수익성: 투자 대비 수익률을 고려하여 투자 우선순위를 결정해야 합니다.
• 자산 가치: 설비의 가치를 유지하고 향상시켜 자산의 효율적인 활용을 도모해야 합니다.

부하율 과다의 문제점

• 온도 상승: 과도한 전류 흐름으로 인해 변압기 내부 온도가 상승하여 절연 파괴, 수명 단축 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
• 동손 증가: 동손은 전류의 제곱에 비례하므로 부하율이 높아질수록 동손이 크게 증가하여 에너지 손실이 커집니다.
• 효율 감소: 부하율이 낮을 때는 철손이 주요 손실이고, 부하율이 높을 때는 동손이 주요 손실이 되므로, 적정 부하율에서 변압기 효율이 최대가 됩니다. 부하율이 과도하면 효율이 감소하여 전력 손실이 커집니다.
• 변압기 수명 단축: 과부하 상태가 지속되면 변압기의 수명이 단축되어 자주 교체해야 할 수 있습니다.

변압기 효율적 관리 방안

1. 부하 분산:

• 여러 대의 변압기 병렬 운전: 부하를 여러 대의 변압기에 분산하여 단일 변압기의 부담을 줄입니다.
• 부하 이동: 피크 시간대의 부하를 비피크 시간대로 이동시켜 부하 곡선을 평탄화합니다.
• 부하 제어: 필요에 따라 특정 부하를 제어하여 전체 부하를 조절합니다.

2. 변압기 용량 적정화:

• 정기적인 부하량 조사: 변압기의 부하량을 정기적으로 조사하여 적정 용량의 변압기를 사용합니다.
• 과대 용량 변압기 교체: 과대 용량의 변압기를 적정 용량의 변압기로 교체하여 투자 비용을 절감하고 효율을 높입니다.

3. 변압기 유지보수 강화:

• 정기적인 점검: 절연유 상태, 온도, 소음 등을 정기적으로 점검하여 이상 유무를 확인합니다.
• 예방 정비: 예방 정비를 통해 고장을 미리 방지하고 수명을 연장합니다.
• 노후 변압기 교체: 노후화된 변압기를 신규 변압기로 교체하여 효율을 높입니다.

4. 최신 기술 활용:

• 스마트 변압기: IoT 기술을 활용하여 변압기의 상태를 실시간으로 모니터링하고, 고장을 예측하여 사전에 조치합니다.
• 에너지 관리 시스템(EMS): 전체 시스템의 에너지 사용량을 실시간으로 모니터링하고, 최적의 운영 방안을 제시합니다.

5. 효율적인 운전:

• 부하율 조정: 변압기의 부하율을 최대 효율점 부근으로 유지합니다.
• 무효전력 보상: 무효전력을 보상하여 역률을 개선하고, 전력 손실을 줄입니다.
• 온도 관리: 변압기 주변 온도를 낮춰 수명을 연장합니다.

4️⃣하절기 피크전력 제어 시 고려 사항

경제성: 초기 투자 비용과 운영 비용을 고려하여 경제적인 효과를 높여야 합니다.

건물 특성: 건물의 규모, 용도, 냉방 방식 등을 고려하여 최적의 제어 방안을 수립해야 합니다.

외부 환경: 기온, 습도 등 외부 환경 변화를 고려하여 제어 시스템을 운영해야 합니다.

사용자 편의: 제어 시스템 운영으로 인해 사용자의 불편함이 최소화되도록 해야 합니다.