스마트한 모터 가동을 통한 에너지 절감
기업의 전체 공장, 각 공정 라인 그리고 각 모터의 전기 사용을 모니터하는 툴을 이용하면 빠르게 투자금 회수가 가능하다.
글/ 기고 작가, 자넷 클레일링(Janet Kreiling)
대규모 지역 용수 처리 시스템의 전기 수요가 매달 셋째 수요일 오후 2시 이후에 급증했다. 전기 요금을 줄이고 싶은 공장 매니저들은 발전소의 주요 전력 공급 라인에 설치된 전력 모니터의 데이터를 분석했는데, 매니저들이 파악한 데이터의 내용은 다음과 같았다.
매달 셋째 수요일 오후 2시에, 유지 보수 계획에 따라 근로자들이 대형 펌프 세 개를 제거하면서 동시에 펌프를 작동시킨다.
이 문제를 해결하기 위해 관리 직원들이 스타트업 작업 시차를 두고 진행되도록 유지 관리 계획을 개선했더니 전기 수요의 급증 문제가 해소됐다. 로크웰 오토메이션의 모터 보호 장비 제품 매니저인 빌 마틴(Bill Martin)에 따르면 이 설비에 대한 투자금이 몇 분 안에 회수되었다고 한다.
이런 설비비용이 증가하면서 많은 기업과 조직은 에너지 비용을 절감하기 위한 노력을 강화해 왔으며, 많은 기업들은 스마트한 모터 컨트롤을 통해 상당한 비용을 절감할 수 있다는 사실을 깨닫고 있다.
이런 ‘스마트’한 컨트롤에는 다음의 두 가지 방식이 있다. 인공 지능과 인간 지능 인공 지능은 에너지 사용을 최소화하기 위해 모터가 가동되는 속도의 통제와 관련이 있으며, 인간 지능은 에너지 소비에 관한 데이터를 기초로 한 행동의 변화를 의미한다.
가변주파수 인버터는 모터 가동 속도를 조절할 수 있어 에너지 절약에 즉각적으로 영향을 줄 수 있다.
무엇을 사용하는지 파악하기
두 가지 지능을 모두 적용할 경우의 우선사항은 공장의 여러 다른 섹션, 전체 공정 라인 및 모터와 같은 개별 부품 등 공장에서 에너지가 사용되는 지점이 어디인지를 파악하는 것이다. 정확성을 위해 발전소의 미터기를 추적하는 전력 모니터를 설치하는 것이 좋다. 이런 작업을 위해 사용할 수 있는 다섯 가지 툴은 다음과 같다.
- 전압과 전류를 측정하는 전력 모니터. 전압과 전류를 측정하는 전력 모니터는 소비 전력을 kW, kVAR, 또는 kVA로 표시하거나 전력 사용량을 kWh 또는 kW 수요량으로 표시한다. 일반적으로 전력 모니터는 공장의 주요 전력 공급 라인과 각 공정에 위치한다.
- 각 모터에 설치되는 과부하 계전기(overload relay)는 공정의 각 단계에서 세밀하게 분산된 데이터(fine-grained data)를 제공한다.
- 가변주파수 인버터(VFD)로 모터가 가동되는 속도를 조절할 수 있다.
- 프로그래머블 자동화 컨트롤러(programmable controller)는 다른 기기의 데이터를 분석하고 공정을 변경할 수 있다.
- 분석 소프트웨어(analytic software)는 예정된 보고서 및 실시간 보고서 등 필요한 보고서를 작성하기 위해 데이터를 수신하고 처리한다.
어떤 모터 또는 공정에서 얼마나 많은 전력이 언제 소비가 되는지를 정확하게 파악하기 위해 데이터가 대비 분석될 수도 있다. 예를 들어, 과부하 계전기의 데이터가 용수 처리 공장의 전력 모니터에서 수신한 데이터에 오버레이 될 수 있다. 이를 통해 실제로 상당한 에너지를 절감할 수 있다. 로크웰의 저 전압 인버터 비즈니스 개발 매니저인 덕 웨버(Doug Weber)는 원심형 팬 또는 펌프의 경우, 모터의 속도가 증가하면 전력 소모가 증가하며, 속도 감소와 같은 비율로 전력 소모도 감소한다고 지적한다.
각 모터에 설치되는 과부하 계전기는 공정의 각 단계에서 잘게 분산된 데이터를 제공한다.
인공 지능을 통한 에너지 절감
모터의 팬, 펌프, 컨베이어 벨트, 스탬프기, 압축기 및 다른 기기의 가동 시 속도의 변화 또는 변경을 통해 에너지를 절감할 수 있다.
웨버는 “가변주파수 인버터가 댐퍼 또는 밸브와 같은 기계적 방식 보다 훨씬 더 효율적이다.”라고 말한다. “가변주파수는 유량을 변경할 수 있고, 에너지를 절감하면서 동시에 공정의 완전성을 유지하는 피드백 루프로 가동될 수 있다.”고 강조한다. 웨버는 다음과 같은 예를 들었다. 많은 산업 분야에서 재료의 열을 식히고 공정 처리량을 늘리기 위해 팬 시스템을 사용하지만, 이런 시스템은 과도 설계되는 경우가 많고 전속력으로 가동될 필요가 없다.
“다른 공정의 변수를 기반으로 팬의 속도를 변경할 수 있는 드라이브를 사용하면 좀 더 정확한 공기 흐름을 제공하고 제품의 품질을 향상시킬 수 있어 에너지를 상당히 절약 할 수 있다.”고 웨버는 말한다.
인간 지능의 활용을 통한 에너지 절감
행동 변화를 통해서도 에너지를 크게 절약할 수 있다.
웨버는 인공 지능에 적용되는 인간 지능을 통해 에너지 비용에 관련된 공정의 최적 속도를 결정하고 공정을 변경할 수 있다고 말한다.
웨버는 “폐수 처리 공장의 혼합기(mixer)를 10분 주기가 아니라 15분 주기로 가동시킬 수 있다. 모터가 가동 시간이 더 길어지더라도, 속도가 낮으면 전체적인 에너지 소모량은 감소한다. 따라서 더 적은 비용을 들여 효율적으로 폐수 처리를 위한 화학 약품을 혼합할 수 있다.”고 강조한다.
로크웰 오토메이션의 Allen-Bradley 에너지 모니터 제품의 제품 매니저인 필 부시(Phil Bush)는 인간 지능을 활용하면 다품목 공장의 제품 생산 방식을 변경할 수 있다고 말한다.
부시는 매니저들이 시간대별 요금제도를 이용하여 에너지 소모가 많은 제품은 야간에 생산할 수 있다고 말한다. 매니저들은 에너지 효율을 위해 각 모터의 데이터를 확인하여 필요할 때만 모터가 가동되도록 프로그램할 수도 있다.
▶▶▶▶이런 작업을 위해 사용할 수 있는 툴
공정 가동을 위한 모터의 스마트 컨트롤을 위한 로크웰 오토메이션의 다섯 가지 제품은 다음과 같다.
1. 전력 모니터(www.rockwellautomation.com/go/energymonitoring).
- The Powermonitor 3000은 일반적으로 공장의 주요 전력 공급 라인에서 사용된다.
- The Powermonitor 1000은 개별 공정 라인에서 보조 계량을 위해 사용된다.
- The Powermonitor 500은 대형 디스플레이와 함께 설치되며 직원들이 생산 현장에서 결정을 내리기 위해 사용된다.
- The Powermonitor W250는 무선으로 보고를 할 수 있다.
2.과부하 계전기(www.rockwellautomation.com/ go/lvprotection).
- E3 Plus EC5 과부하 계전기는 저 전압 모터에 사용된다.
- 825P 과부하 계전기는 중 전압 모터에 사용된다.
3. 가변주파수 드라이브(가변주파수 인버터)
- 에너지 사용에 즉각적으로 영향을 미치는 PowerFlex 인버터 제품군 (www.rockwellautomation.com/go/tjpowerflex)
4. 프로그래머블 자동화 컨트롤러
- 다른 부품과의 통신이 용이한 All-Bradley ControlLogix와 CompactLogix 프로그래밍 가능 제어기
5. 소프트웨어
- 모든 모니터와 계전기의 데이터로 보고서를 작성하고 사용자가 선호하는 상세한 내용의 보고서를 작성할 수 있는 웹 기반 소프트웨어인 로크웰 오토메이션의 RSEnergyMetrix
▶▶▶▶무료로 사용 가능한 Energy Calculator!
www.rockwellenergycalc.com를 방문하면 로크웰 오토메이션의 무료 에너지 계산기를 이용할 수 있다. 웹사이트에서 이용하거나, 아이폰/아이패드, 안드로이드 또는 블랙베리에 다운로드 받을 수 있다.
※자료제공: 로크웰 오토메이션