에너지를 리소스로 활용하는 법!
로크웰 오토메이션
Green Print - 산업 에너지 최적화: 높은 수익성을 위한 에너지 소비 관리
앞서나가는 제조사는 에너지를 생산을 위한 인풋으로 간주, 정확히 어디에서 어떻게 사용되고 있는지 추적하고 있다. 이에 로크웰 오토메이션은 Green Print -‘산업 에너지 최적화: 높은 수익성을 위한 에너지 소비 관리’ 패러다임을 제시, 제조 리더들이 더 쉽게 에너지를 컨트롤 할 수 있게 한다.
전 세계의 많은 제조사들은 에너지 소비를 줄이기 위해서 많은 노력을 기울여 왔다. 그러나 그러한 노력에도 불구하고, 세계 화석 연료 소비는 꾸준히 증가해 왔으며 최근 보고서에 의하면 전 세계 제조 활동으로 인한 에너지 소비가 2006년부터 2030년까지 약 44% 증가할 것이라고 한다.
제조에서 에너지는 높은 단가 변동성 및 소멸적 성격과 함께 가장 관리와 식별이 어려운 비용 중 하나로 인식되고 있다. 사실, 오늘날 제조사들은 정작 필요할 때 물, 가스, 석유 연료 또는 전기를 사용할 수 없는 상황을 실제로 경험할 수도 있음을 인식하고 있다.
현실로 나타날 수 있는 에너지 불확실성은 회사의 운영, 즉 납품은 물론 궁극적으로 회사의 손익에 엄청난 피해를 입힐 수 있다. 이것이 바로 제조사가 회사 전반에 걸친 에너지 소비를 보다 잘 이해 및 관리해서 위와 같은 위험에 대비해야 하는 이유이다.
불행하게도, 일부 제조사는 산업용 에너지 소비는 비즈니스 영위를 위한 불가피한 고정비라는 1차원적 생각을 가지고 있다. 반면, 앞서가는 제조사는 에너지를 3차원적 관점, 즉 더 적게, 더 저렴하게, 그리고 더 최적으로 사용 및 관리하기 위해서 최선의 방법을 적극적으로 모색하고 있다.
1차원적 관점에서는 스마트하게 계획된 일정에 따른 생산을 통해 더 적은 에너지를 사용하는 제조와 더 효율적인 장비 및 설계 개선을 활용하는데 집중한다.
2차원적으로는 피크 타임 이외의 시간 등 에너지가 저렴한 시간에 에너지를 사용하기 위해서 에너지가 언제, 어디에서, 어떻게 사용되는지 관리함으로써 더 비용 효과적인 에너지를 사용하는데 집중한다. 3차원적으로는 최적화된 에너지를 사용한 제조를 통해서 생산에 기본적으로 내재하는 많은 변수들과의 균형을 고려하면서 가장 낮은 비용 및 이익이 되는 방법으로 생산 목표를 달성하는데 집중한다.
이러한 노력을 통해서, 제조사는 수동적인 에너지 사용자에서 에너지 리소스의 전략적 관리자로 거듭 날 수 있다. 이러한 ‘inside-out’ 접근 방식은 제조사로 하여금 기존 오토메이션 및 전력 제어 투자를 활용해서 에너지 절감을 더 효과적으로 시작할 수 있게 한다.
에너지 최적화를 위한 ‘Greenprint’
Rockwell Automation 작가인 전력 및 에너지 관리 부문 비즈니스 매니저인 Phil Kaufman과 지속가능한 생산 부문 시장 개발 매니저인 Marcia Walker는 「산업 에너지 최적화: 높은 수익성을 위한 에너지 소비 관리」라는 제목의 백서를 통해 에너지 최적화를 위해 제조사가 취할 수 있는 여러 가지 방법들에 대해 설명한다. Greenprint를 구성하는 7개 프로토콜은 이들 프로토콜을 기반으로 설계된 프로그램이 제조사로 하여금 에너지를 보다 효과적으로 절감하는 동시에 에너지를 더 전략적으로 사용할 수 있게 해 준다. 7개 프로토콜은 다음과 같다
ㆍ시설 단위의 에너지 소모를 파악해 최적의 장비 가동 시간을 결정하기 위한 시설 모니터링
ㆍ현장의 설비 단위 에너지 소모를 실시간으로 파악하기 위한 시설 모니터링
ㆍ생산 BOM상의 에너지 캡쳐 작업 및 에너지를 관리 가능한 인풋으로 간주
ㆍ에너지를 수익성 최적화를 위한 변수로 감안하는 시뮬레이션 솔루션을 사용한 모델링
ㆍ생산 에너지를 변수로 하는 최적의 설정 가능한 자동화 생산을 위한 제어
ㆍ실시간 공급에 따라 생산을 최적화하기 위해 외부 시장 변수에 대응
ㆍ에너지를 감안한 공급망 최적화를 위해 공장에서 더 확장된 인프라를 대상으로 에너지 ‘스코어카드`를 만드는 스코어카드 기능
제조사는 이 요소들을 개별적으로 또는 동시에 활용해 에너지 기초 구축 작업을 시작할 수 있다. 순서는 중요하지 않다. 모든 구조에서 그렇듯이, 전체 에너지 관리 프로그램에 더 많은 요소가 포함될수록 더 안정된 시스템 구축이 가능하다.
에너지 최적화 작업을 착수하기 전에, 로크웰 오토메이션의 Kaufman과 Walker는 각 요소에 대해 튼튼한 기초를 제공하기 위해 지속성 있는 감사와 평가 프로그램을 구축할 것을 권장하고 있다. 제조 회사는 에너지 평가 및 감사를 통해 에너지 소비 절감을 위해 취할 수 있는 방법들을 알아낼 수 있다.
이러한 평가는 에너지 절감을 위한 노력의 범위 결정, 주요 지표 정의 및 조직 전반에 걸쳐 에너지 리소스에 대해 잘 이해하고 있는 리소스 배치 등에 도움을 준다. 자본 예산 계획의 평가 및 우선 순위 결정도 이 분석에 포함될 수 있다.
시설 및 생산 모니터링 제조사는 에너지 소비 관리를 시작하기 전에 시설의 에너지 사용 및 품질 패턴에 대해 먼저 이해해야 한다. 시설 모니터링 단계에서, 빌딩 관리자는 물, 공기, 가스, 전기 및 스팀 등 에너지 리소스에 대한 데이터 수집을 위해 시설에 설치되어 있는 측정 장치들을 모니터한다. 이러한 데이터는 로그를 통해 에너지 히스토리언 프로그램 내에서 타임 스탬프되어 에너지 품질 및 소비 측면에서의 트렌드 및 모순을 파악하는데 사용되고, 추후 개선에 활용 가능한 벤치마크로 저장된다.
시설 전반에 걸친 에너지 사용 내역이 파악되면 관리자는 에너지 소비 및 비용을 절감하기 위해 시설이 피크 전력에 근접할 때 몇 분 동안 부하를 줄이거나 전력 레벨을 낮추는 등 생산 방식을 변경할 수 있다. 관리자는 또 현장 내 장비를 손상시키거나 전력효율 문제를 초래할 수 있는 일시적인 전압 강하 또는 고조파와 같은 전력 품질 문제를 식별할 수 있다.
7개 요소 중 시설 모니터링 의 경우, 제조사는 데이터 수집 및 분석 작업을 생산 현장 레벨까지 확장 가능해, 현장 관리자는 에너지 소비 자체는 물론 프로세스 내 장비, 라인 및 생산 유닛과 에너지 소비와의 관계에 대한 정보를 수집할 수 있다. 많은 회사들은 이미 제어 및 정보 시스템의 에너지 관리 또는 법적 규제 준수를 목적으로 필요한 데이터를 수집하고 있다. 그러나 에너지 관리 목적으로 해당 데이터를 활용하고 있는 회사는 매우 드물다.
Kaufman과 Walker는 일단 생산 현장에서 에너지 정보를 추출할 수 있는 시스템이 구축되면, 시설 소비 데이터로부터 생산 현장 소비 데이터를 분리할 수 있는 능력을 갖추게 된다고 말한다. 해당 정보는 리포트 대시보드에서 살펴볼 수 있어 현장 관리자는 생산 현장에서 발생하는 여러 가지 에너지 비용을 쉽게 파악하고 수익성 개선을 위한 방법들을 모색할 수 있다.
제조사는 또 서로 다른 용량 정격의 모터를 사용하거나 데이터 수집 지원을 위한 모니터링 장치를 설치하는 등 장비 설계 방식에도 변화를 줄 수 있다.
일단 제조 에너지 소비 데이터가 정보 시스템 내에서 저장 및 분석되고 나면, 현장 관리자는 지금까지 특정 제품 사이클 또는 배치 등과 같은 여러 가지 이벤트에서 에너지가 어떻게 사용되었는지 트렌드를 확인할 수 있게 된다. 또한, 유사한 부하나 배치에 대해 어느 정도의 에너지가 필요할 것인지 미리 예측할 수도 있다. 이와 같이 함으로써, 원자재나 기타 입력이 생산 BOM의 요소로 고려되는 것과 마찬가지로, 에너지 요구 사항이 리소스 계획 및 일정 결정에 포함되는 에너지 관리 아키텍처의 새로운 요소를 경험하게 된다.
에너지 소비 요구 사항을 생산 BOM에 포함시킬 경우 현장 관리자는 적극적인 생산 결정을 내릴 수 있고 에너지 투자를 효율적으로 관리해서 더 높은 수익 창출이 가능하다.
이 단계에서, 에너지는 더 이상 피할 수 없는 부담스러운 존재가 아니다. 생산 BOM에 에너지를 추가하는 제조사는 생산에 필요한 입력으로서 적극적으로 에너지를 관리할 수 있고 이를 통해 더 높은 수익 창출이 가능하다.
모델링 및 제어
Kaufman과 Walker에 의하면, 요소 모델링은 생산 일정 관리자가 생산 시뮬레이션 소프트웨어 툴을 활용해 피크 또는 off-피트 에너지 비용, 원자재 비용, 인력 및 예상 배출량 등의 변수들을 입력하고 변수들을 변경함에 따라 생산 출력 및 비용이 어떻게 바뀌는지 가상 시나리오를 통해 확인할 수 있는 단계이다.
이와 같이, 제조사는 변수 중 하나로 에너지를 고려함으로써 생산 자산을 최적화하고 제품 생산을 위한 가장 경제적인 방법을 예측할 수 있다. 또한, 전체 생산 최적화를 위해 생산 일정의 순서를 미리 예측할 수 있다.
5번째 요소인 제어의 경우, 회사는 모든 데이터를 제어 옵션을 식별, 모델링, 시각화 및 보고할 수 있고 또한 자동적으로 생산 변경을 제어할 수 있는 단일 자동화 솔루션에 저장한다. 이러한 모델링 기능은 불필요한 관리 단계 없이 결정을 자동적으로 구현한다.
제조사는 에너지 소스가 생산에 미치는 영향에 대해 더 명확하게 이해하게 된다. 향상된 제어 및 최적화 능력으로 인해, 회사는 에너지 리소스 비용에 대한 정보와 생산에 필요한 물량을 연동해 관리할 수 있고, 소비할 리소스에 대해 현명한 결정을 내릴 수 있다.
대응 및 스코어카드 기능
Green Print 아키텍처 중 대응의 경우, 회사는 외부 시장 및 규제가 회사의 에너지 관리 전략에 영향을 미치도록 할 수 있다. 현장에서 발생하는 에너지 소비에 대해 명확히 인식함으로써, 제조사는 공장 전반에 걸친 최적화 달성을 위한 효과적인 프로그램을 수립할 수 있다.
이 뿐만 아니라, 회사는 시장 변동과 규제 요구에 따른 에너지 소비 변화를 바탕으로 현명한 경제적 결정을 내리는데 집중할 수 있다. 예를 들면, 전기 관련 오픈 마켓이 제조사로 하여금 특정 시간대에만 에너지를 사용하도록 요구할 수도 있다. 생산 모델링과 에너지 소비 요구를 동시에 고려함으로써, 제조사는 허용된 양보다 적은 에너지를 사용해서 생산 목표를 달성할 수 있는지 여부를 예측할 수 있다. 만일 가능하다면, 다른 회사에 잉여 시간대 또는 전력을 판매할 수도 있다.
마지막 요소인 스코어카드의 경우, 정부, 전력 회사 또는 소비자가 제품에 대한 탄소 또는 에너지 라벨 등 지속가능성 관련성과를 요구할 때 제조사가 즉각적으로 대응할 수 있게 해준다. 여러 소스로부터 정보를 지속적으로 수집함으로써, 회사는 전체 공급망을 더 효과적으로 최적화해서 지속가능성과 에너지 프로그램을 더욱 개선시킬 수 있다는 것을 인식하게 된다.
오늘날 제조는 유례없이 가장 복잡한 상태에 있다. 공급, 가격, 소매상 요구 사항, 소비자 요구, 운영 효율, 회사 이미지, 규제 준수 및 기타 요구 사항들 간에 균형을 유지하면서 생산 활동을 관리해야 한다.
Kaufman과 Walker는 에너지 문제를 극복하는데 필요한 자동화, 제어 및 정보 솔루션이 존재하므로 가시적인 결과를 달성하는데 활용할 수 있다고 지적한다.