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글로벌 에너지 효율화 전쟁, 해답은 스마트팩토리 고도화
‘공급’ 중심의 에너지정책 한계 봉착, ‘수요관리’ 중심으로 변화

[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 기후변화 대응 등 세계적인 에너지 전환 흐름속에 국가기업차원의 에너지 관리의 중요성이 더욱 부각되고 있다. 산업부에 따르면 산업 부문은 우리나라 전체 에너지 소비의 62%를 차지한다. 2012년 이후 연평균 2.3% 씩 증가해 국가 전체 소비 증가를 주도하고 있다. 기존 공급 중심의 에너지 수급 정책으로는 역부족인 상황속에 국내 에너지 정책도 ‘수요관리’ 중심으로 변화하고 있다. 새로운 에너지 공급 보다는 기존 에너지 수요를 관리하는 것이 더 경제적이라는 취지다.

세계적인 ‘탈탄소화’ 흐름 속에 기업도 에너지 관리 능력의 중요성이 경영리스크에 편입되고 있다. [사진=utoimage]

세계적인 ‘탈탄소화’ 흐름 속에 기업도 에너지 관리 능력의 중요성이 경영리스크에 편입되고 있다. 이에 산업현장에서도 4차 산업혁명의 핵심기술로 꼽히는 IoT 기술을 적극 활용해 전력 수급 상황에 따라 불필요한 에너지를 줄이며 비용을 줄이는 경우가 늘고 있다. 실제 ‘디지털화’는 보다 적극적인 에너지관리를 가능하게 하고 있다. 에너지 데이터 수집과 인공지능 기반 데이터 융합을 통해 에너지를 효과적으로 관리하는 것이다. 구체적으로 시설장비의 데이터를 수집하고 에너지 수요를 예측함으로써 에너지 소비를 줄이고, 다양한 시스템과 상호 운용해 적용범위도 점차 늘려가고 있다.

필수화돼 가고 있는 에너지관리시스템

기술의 발전 속에 에너지 관리 시스템들이 보수적으로 잡아도 5~10%의 에너지 절감 효과가 증명된 만큼 대기업을 중심으로 대형 건물과 공장 등에는 에너지 관리 시스템이 적극적으로 도입되고 있다. 롯데푸드는 2021년 고등기술연구원, 롯데정보통신과 공장 에너지관리시스템 도입에 관한 MOU를 체결해, 식품업계 최초로 공장 에너지관리시스템을 구축중이다. 구체적으로 살균공정 스팀공급 최적화, 가열공정 생산 품질 연계 원단위 최적화 등 실증데이터를 축적, 시스템 운영기술을 고도화해 나가고 있다.

LG전자는 기존 연결성 중심의 스마트 IoT에서 벗어나 사용자의 생활방식과 주변 환경에 최적화된 솔루션을 선보이고 있다. 각종 작동 정보, 사용자 관련 데이터 등의 상황을 클라우드에 축적하고 데이터를 분석해 활용하고 있다. 네이버는 사람의 상환, 환경을 인지해 정보나 액션을 예측하고 필요 정보를 적시에 제공해주는 생활환경지능 기술인 AI ‘클로바(Clova)’와 이를 적용한 ‘웨이브(WAVE)’를 선보이고 있다.

하지만 중소형 건물, 공장 등의 상황은 다르다. 업계 관계자들은 ‘높은 초기투자금’을 이유로 꼽았다. FA저널 SMART FACTORY의 업계 시장조사 결과, 업계 관계자들은 에너지 관리 시스템 도입에 있어 가장 큰 장애요인으로 ‘높은 초기투자금’(53.2% 선택)과 ‘투자비 회수 장기화’(33.9%)를 꼽았다.

한 업계 관계자는 “현 상황속에 중소형 건물이나 공장이 자발적으로 에너지관리시스템을 구축하고 에너지 절감하기는 쉽지 않다”면서, “최소 페이백 기간이 3년 안으로 들어와야 하는데 중소형 규모에서 이를 달성하기는 불가능에 가깝다”고 말했다. 그는 이어 “규모에 맞는 적합한 솔루션들이 다양하게 나오는 것만큼, 정부 지원 정책의 확대도 필요하다”고 강조했다.

다만 ‘디지털화’, ‘데이터화’ 흐름 속에 이를 활용한 에너지 관리 시스템 구축은 자연스럽게 이어질 것이란 게 중론이다. 다양한 스마트 디바이스의 연계 특성과 아울러 AI, 클라우드 등 기술의 발전으로 구독형 서비스가 속속 선보여지고 있는 만큼, 초기 도입 비용도 갈수록 낮아져 가는 추세 속에 있다.

에너지 관리 시스템은 IoT를 기반으로 건물, 공장 전체의 에너지를 최적화하기 위한 관리시스템으로 발전해 나가고 있다. [사진=utoimage]

IoT 기반 ‘에너지 관리 시스템’의 발전

에너지 관리 시스템은 IoT를 기반으로 건물, 공장 전체의 에너지를 최적화하기 위한 관리시스템으로 발전해 나가고 있다. 실시간으로 외부 환경을 관리한 정보를 무선 등 네트워크를 통해 원격으로 조작하거나 AI가 에너지를 관리하는 방식이다. 스마트팩토리화에 따른 센서 등 스마트 디바이스 등이 구축되면서 이를 보다 쉽게 가능하게 하고 있다. 시설 및 장비의 에너지 데이터를 수집하고 수요를 예측함으로써 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며, 다양한 시스템과 상호 운용이 가능해 매우 다양한 범위에 적용이 가능하다.

ICT 기술의 발전은 이를 현실화했다. 실시간으로 온조, 습도, 재실 여부 등 건물 내외부의 상태정보를 스마트센서가 감지한다. 건물 내부의 환경 데이터를 실시간으로 분석해 빅데이터화하고, 건물 내의 설비 에너지사용량을 스마트 미터링 기능을 통해 건물 내 설비의 에너지의 소비를 분석하는 방식이다.

글로벌 IT 기업들의 트렌드 주도 속 국내 기술도 주목

이는 전세계적인 기술 트렌드다. 최근에는 글로벌 IT 기업들이 주도하는 IoT 단말기들이 스마트 서비스를 지원하면서 급격한 확산이 기대되고 있다. 주요 글로벌 기업의 움직임을 살펴보면 먼저 구글은 2014년 스마트 IoT 디바이스 전문기업인 네스트랩스를 인수한 이후, 인터넷 카메라 업체 ‘드롭캠’과 스마트 IoT 네트워킹 기술을 개발하는 ‘리볼브’를 차례로 인수했다. 관련 생태계 및 기술에서의 주도권을 잡기 위한 움직임으로 해석된다.

MS도 디지털트윈과 IoT를 연계해 IoT 플랫폼이자 메타버스 솔루션인 ‘인텔리전트 엣지’를 제공하고 있다. 글로벌 맥주 제조업체 앤하이저부시인베브는 MS의 솔루션을 도입해 맥주 제조부터 유통과정 및 공장관리를 위한 설비를 IoT화해 모든 과정을 데이터화하고 메타버스로 구현했다. 프랑스 기업인 메트론(Metron)은 자체 개발한 AI 플랫폼을 통해 설비프로세스의 운전 데이터를 Ontologies에 저장하고, 머신러닝 알고리즘을 적용해 에너지 최적화 수준을 지속해서 업그레이드하고 있다.

이는 국내도 마찬가지다. 많은 관련 기술이 속속 등장하고 있는 가운데, 중소형 빌등을 대상으로한 ‘자율형 분산에너지관리시스템’도 개발됐다. ETRI, 한국표준과학연구원, 한국에너지기술연구원, 한국원자력연구원이 참여한 ‘KSB융합연구단’이 2021년 개발을 완료했으며, IoT 데이터를 기반으로 하는 AI를 사용해 제작한 자율형 에너지 수요관리 기술이다. 머신러닝 기술로 구역별 에너지 소비패턴을 분석해 구역별건물별커뮤니티별 에너지 수요관리에 효과적이다. 향후 스마트시티 구축에도 확대 적용까지 고려한 기술로, 현재 기업으로 기술 이전이 가능한 실증까지 완료했다.

SaaS(Software-as-a-Service) 형태의 클라우드 서비스도 등장했다. 베텍(VETEC)은 올 상반기 국내 최초로 이 같은 형태의 에너지관리시스템을 공식 런칭했다. 베텍 최영준 대표는 “BOM CLOUD는 공장, 빌딩 등 산업현장 어디서든 사용이 가능한 에너지 통합 관리시스템”이라며, “클라우드 서비스가 갖춰야 하는 필수요건을 모두 갖춰 클라우드 서비스 확인서까지 취득했으며, 올해부터 본격적으로 클라우드 서비스 고객을 모집하고 있다”고 밝혔다.

기술 수준 상향 평준화 속, 에너지 관리 기술 전쟁 돌입

대동소이한 스마트기기와 상향 평준화된 기술 상황 속에서 업계는 조용한 기술 전쟁속에 있다. 산업부에 따르면 IoT 기반의 가공 공정 에너지 관리 시스템 기술의 지난 20년 간 특허 출원동향을 살펴보면, 2000년대에는 특허 출원 증감 추이의 큰 변화가 없었으나 2010년대 들어서 증가하는 추세를 보인다. 스마트 기기의 발전 수준과 일치하는 모양새다. 국가별로 살펴봤을 때 특히, 우리나라가 가장 활발한 출원활동을 보이고 있는 것으로 나타났다. 실제 국가별 출원비중을 살펴보면 우리나라가 전체의 57%의 출원비중을 차지하고 있었으며, 최다 출원국으로 IoT 기반의 가공공정 에너지 관리 시스템 분야룰 리드하고 있는 것으로 보인다. 한국에 이어 미국(30%), 유럽(8%), 일본(5%) 순으로 나타났다.

‘디지털화’, ‘데이터화’ 흐름 속에 이를 활용한 에너지 관리 시스템 구축은 자연스럽게 이어질 것이란 게 중론이다. [사진=utoimage]

글로벌 트렌드, ‘에너지 절감’

기후변화 위기에 대응하기 위해 전세계적으로 에너지 효율 향상과 온실가스 배출 감축을 위한 각국 정부의 규제가 강화되고 있는 추세다. EU는 그린딜 정책을 통해 배출 온실가스의 75% 이상을 차지하는 에너지 생산사용 분야의 탈탄소화를 목표로 명시한 정책안을 발표했다. 최근 2050년까지 탄소 순 배출량을 ‘0’으로 감축하는 것을 목표로 제시했다. 탄소중립 경제로의 전환을 ‘신성장동력’으로 삼아 국제적인 경제력을 확보하려는 목적으로도 해석된다.

영국은 에너지공급사에 가정 및 중소기업의 전력 및 가스 사용량을 확인할 수 있는 스마트미터 및 디스플레이 설치지원을 의무화했고, 중국도 건물 에너지효율 개선 프로젝트 실시, 친환경 건축물 기준 설계, 건물 등급 및 라벨 시스템 등을 시행했다. 일본은 에너지 절약법에 따라 일정규모 이상의 에너지 다소비 사업장에 대한 에너지 사용 및 절약 조치 신고 의무화를 시행중이다.

우리도 2020년 ‘제3차 에너지기본계획’의 수요 측면 하위계획인 ‘제6차 에너지 이용 합리화 기본계획’을 발표하며, 2024년까지 국가 에너지효율을 13% 개선하고 에너지 소비를 9.3% 감축예정이다. 국토부는 제로 에너지건축 의무화로 제로에너지건축물이 연면적 기준으로 2020년 전체의 5%, 2025년 76%, 2030년 81%를 차지할 것으로 전망하고 있다. 지구단위의 대규모 제로 에너지 시범사업도 준비중이다. 정책과 시대적 요구가 변하는 가운데, 디지털 기술의 발전이 이를 뒷받침하고 있다.

 

[최종윤 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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