바이오·식품·금속 등 에너지다소비 업종별 맞춤형 기술로 에너지 15% 절감 달성
한국전자통신연구원(ETRI)이 에너지를 많이 소비하는 업종에 맞춘 공장 에너지관리 기술 개발에 성공했다. 해당 기술은 AI 기반 공장에너지관리시스템으로 제조 공정 과정에서 에너지 효율의 혁신이 크게 기대된다.
한국전자통신연구원(ETRI)이 제조 현장의 에너지 소비를 효율적으로 관리하고 최적 운전을 지원하는 인공지능(AI) 기반 ‘패키지형 공장에너지관리시스템(FEMS) 플랫폼’을 개발했다.
이번에 개발된 플랫폼은 에너지최적화시스템(EOS)과 에너지정보시스템(EIS)을 결합한 형태로, ▲바이오·의약 ▲식품 ▲금속·유리 용해 ▲제지 등 에너지 사용량이 많은 4대 주요 제조업 공정에 특화된 것이 특징이다.
최근 글로벌 탄소 규제 강화와 에너지 비용 상승으로 FEMS의 중요성이 커지고 있으나, 그간 에너지다소비 업종은 엄격한 제조환경 규제(GMP, HACCP 등)와 외산 중심의 설비 구조, 현장 경험 의존적 운영 등으로 인해 ICT 기술 도입에 어려움을 겪어왔다.
ETRI 연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 업종별 공정 특성을 반영한 맞춤형 에너지 최적화 기술을 구현해냈다.
업종별 특화 기술로 에너지 효율 극대화
연구진은 각 산업의 특성에 맞춰 차별화된 제어 기술을 적용했다. 먼저 바이오·의약 산업의 경우 GMP 기준을 충족해야 하는 클린룸 냉방 환경을 대상으로 실제 운영 데이터와 물리 모델을 결합한 하이브리드형 최적 제어 기술을 구현했다.
식품 산업에서는 공정 열에너지 수요를 이론적으로 분석하여 에너지 소비를 예측하고 보일러와 살균 공정의 스팀 공급을 최적 제어하는 기술을 개발했다.
또한 금속·유리 용해 공정에서는 전기유도용해로의 진동 데이터를 활용해 용해 상태를 실시간으로 판정하고 조업을 최적화하는 기술을 세계 최초로 구현해냈다.
제지 산업에서는 건조 공정에서 사용되는 스팀의 공급을 다변수 분석 기반으로 최적화하고 공압 계통의 운전을 효율적으로 관리하는 기술을 확보했다.
특히, 연구진은 국제 기준(IPMVP)을 바탕으로 세계 최초의 ‘공정 맞춤형 에너지 절감량 측정·검증(M&V) 체계’를 개발했다. 이는 향후 FEMS 사업화 과정에서 에너지 절감 효과를 신뢰성 있게 입증하는 중요한 척도가 될 전망이다.
에너지 최적 운전 가이드 기술 개념도
AI·디지털 트윈 결합된 지능형 플랫폼
이번 FEMS 플랫폼은 단순한 모니터링을 넘어 지능형 운영을 지원한다. AI와 빅데이터를 통해 에너지 소비를 예측하고, 설비 이상 상태를 자동 진단한다. 또한, 대규모 언어모델(LLM) 기반의 챗봇 기능을 탑재해 현장 작업자가 손쉽게 생산 공정 운영 지원을 받을 수 있도록 했다.
통신 측면에서도 설비가 밀집된 공장 환경에 최적화된 저전력 광역통신(LPWA) 무선 센서 네트워크를 적용해 데이터 전송의 안정성을 높였다.
실증 통해 확인된 성과… 전국 12만 개 공장 확산 목표
ETRI는 15개 공장을 대상으로 진행한 실증 연구를 통해 12~15% 이상의 에너지 절감률을 확인했다. 누적 기준으로는 약 5,800 TOE의 에너지 절감과 18,600톤 이상의 탄소 배출 감소 성과를 거뒀다. 이는 약 1만 9,000가구(4인 가족 기준)가 1년 동안 사용하는 에너지량에 달한다.
ETRI 환경ICT연구실 도윤미 총괄책임자는 “이번 연구는 실제 제조 현장에서 실증을 통해 에너지 소비 절감 효과를 확인했다는 점에서 의미가 크다”며 “앞으로 중소·중견기업도 부담 없이 도입할 수 있는 플랫폼 형태로 기술을 고도화해 제조 산업 전반의 에너지 효율 혁신을 확산하겠다”고 밝혔다.
한편, 이번 연구는 기후에너지환경부와 한국에너지기술평가원의 지원으로 수행되었으며, 연구진은 향후 전국 산업단지 내 12만 개 에너지다소비 공장을 대상으로 기술 확산을 추진해 국가 온실가스 감축 목표 달성에 기여할 계획이다.
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