FEMS(공장 에너지 관리 시스템)에 대해

김대근 기자
입력 2014.08.01 00:00

(사)일본전기공업회는 2002년에 에너지절감시스템·기기보급전문위원회를 설치하여 「에너지절감시스템 및 기기 보급」의 촉진을 도모하고 있다. 지금까지의 활동 가운데 공장에 대한 설문조사, 공장방문 및 에너지절감 사례들을 분석함으로써 중소규모 공장에서의 에너지절감 실현을 향한 과제들을 정리했다. 또 에너지 절감 대책으로서 「FEMS」(공장 에너지 관리 시스템)를 제안하고 있으며, 공장 에너지 관리의 중요성 및 그 개념의 보급, FEMS 도입기기의 구성 검토 등을 진행해 왔다. 이에 따라 본고에서는 FEMS의 개요 및 기기구성에 대해 살펴보고, 아울러 FEMS의 도입사례도 함께 소개한다.

번역·정리 김대근 기자

FEMS의 개요

공장에서의 에너지 절감은 상당 부분 진행이 되고 있지만, 아직 더 많은 노력이 필요하다. 공장설비 가운데 조명, 공조 등의 설비는 적절한 대책 마련으로 에너지 사용량 절감을 향한 개선이 진행되고 있지만, 에너지 사용량의 60~70%를 차지하는 가공기계, 압축기 등 생산설비의 ‘에너지 사용 최적화’에 있어서는 미흡한 점이 많다. 공장에서의 에너지 절감 포인트는 생산기기의 고효율화 및 생산설비의 에너지 사용현황을「 가시화」하여 가동현황을 파악하고, 에너지 낭비를 줄이기 위한 조치를 취하는 것이다.「FEMS」란 [그림 1]에서와 같이 기존에 실시되어왔던 수배전 설비의 에너지 관리뿐만 아니라, 생산설비의 에너지 사용현황 및 가동현황을 파악하여 에너지 사용 합리화 및 공장 내 설비·기기의 종합관리를 최적화하는 시스템을 말한다.

FEMS에 의한 에너지 관리

에너지 관리란 설비별로 사용부하를 계측하고, 부하에 맞는 에너지 소비 원단위를 최소화하는 개선 활동으로, 개선활동의 기록과 PDCA사이클로 연속적이고 지속적으로 평가를 실시하는 것이다. 에너지 원단위의 개선, 대기전력의 절감이라는 관점에서 설비단위의 에너지 절감 활동을 실시하며, 최종적으로 통합 관리함으로써 공장 전체의 에너지 관리가 실현된다.

FEMS 절차

<에너지 사용상태의「가시화」>

생산현장에서의 에너지 낭비를 발견하기 위해서는 현재의 에너지 사용상태를 누구든지 보고 알 수 있도록 「가시화」하는 작업이 중요하다. 이를 실현하는 방법으로 생산량과 소비에너지를 수시로 계측하고 에너지 원단위로 그래프화함으로써 설비의 손실을 실시간으로 파악할 수 있다. [그림 3]은 기존의 사업소 전체의 에너지 절감에서 한발 더 나아가 생산 라인별로 전력사용량을 「가시화」하여 에너지 절감 대상 기기를 구체화한 것이다.

<에너지 사용상태「가시화」의 기기구성>

에너지 절감 대상 기기를 명확화하고 에너지 사용 실태 파악의 「가시화」를 하기 위해서는 다음의 기기로 시스템을 구성할 것을 권장한다.

① 센서류

② FEMS부

③ 표시모니터

아래에 각각의 기기들에 대해 개요를 나타낸다.

① 센서류

생산 현장에서의 에너지 낭비를 발견하려면, 그 생산현장에서 생산되는 제품의 양과 소비되는 에너지를 센서류에 의해 실시간으로 계측할 필요가 있다. [그림 4]는 생산현장에서 소비되는 에너지를 계측했다. 클램프 타입 센서의 설치사례이다.

② FEMS부

FEMS부의 기능은 센서로 계측된 생산량과 소비에너지 각각의 계측 데이터를 연산하고 운전제어하는 것이다.

③ 표시모니터

FEMS부에서 처리된 데이터(순차적으로 소비되는 에너지의 추이 상태)를 누가 봐도 알 수 있도록「 가시화」를 실현하기 위해 표시모니터로 시각화한다.

<FEMS에 의한 에너지 절감>

① 설비 가동 시의 대기전력 절감

생산설비에는 가공기계, 프레스, 다이캐스팅 기계(Die Casting Machine)를 비롯해 수많은 설비가 있다. 그 설비의 가동상태의 실(實)가공전력과 대기전력으로 분류해 보면, 기계설비에는 30~50%의 대기전력이 포함되어 있다는 것을 알 수 있다. 대기전력은 대부분의 경우, 휴식 시간 및 교대시간과 같이 비교적 규칙성을 갖고 존재하기 때문에 에너지 관리로 충분히 절감할 수 있는 부분이다. 생산용 기계설비의 가동상황을 계측 및 시각화해보면, [그림 6]과 같은 실태가 나타난다. 이 그림에서 실가공전력과 대기전력이 구분되도록 목표관리를 하면 최적화를 꾀할 수 있다. 이 알루미늄 다이캐스팅 기계의 사례에서는 26%의 에너지 절감 효과를 달성하고 있다.

② 생산설비의 원단위 관리에 의한 낭비 절감 생산설비의 가시화를 목적으로 한 전력량의 그래프화는 흔히 볼 수 있는 사례이지만, 조립 라인과 같은 경우는 [그림 7]에서와 같이, 전력량 추이에 대한 관리만으로는 에너지 절감 활동에 어려움이 따르게 되는 경우가 생긴다. 이러한 경우는 생산 완성 수량을 동기 데이터로 그래프화하고, 전력량과 완성수량의 원단위 그래프를 추가하여 시간별 원단위를 실시간으로 파악한다. 이렇게 함으로써 생산계획,　일의 절차, 작업에서의 오류 및 실수 등을 찾아낼 수 있다. 이 프린트 기판 실장설비의 운용 사례에서는 에너지의 그래프화를 바탕으로 한 관리를 통해 약 41%의 에너지 절감을 실현했다.

FEMS의 도입사례

FEMS에 의한 에너지 절감 사례 보고는 해마다 증가하고 있다. 여기서는 FEMS의 개념을 지속적으로 실행하고 있는 어느 전기기기 제조공장의 일례에 대해 간단하게 소개한다. 어느 중규모의 전기기기 제조공장에서는 FEMS의 개념을 바탕으로 다음과 같이 디맨드 제어를 실시하고 있다.

·설비 원단위 관리

·대기전력의 절감 제어

·압축기의 에너지 절감 제어

또 전력사용의 평준화를 위한 디맨드 제어뿐만 아니라, 설비별 대기전력의 절감 제어로서 항온시험장치에서는 타이머 제어를 부가설비로 한 개선을 실시함과 동시에 종업원들이 모두 하나 되어 활동함으로써 에너지 원단위를 12% 이상 개선시켰다. 다음 [그림 8]에 공장의 에너지 관리 모니터를 나타냈다.([그림 8] 참조)

에너지절감시스템·기기보급전문위원회에서는 FEMS(공장 에너지 관리 시스템)를 통한 에너지 절감과 그 보급 활동에 많은 노력을 기울여 왔다. 본 위원회가 제안하는 FEMS가 향후 공장의 에너지 절약 및 에너지 관리에 많은 도움이 될 것으로 전망하고 있다. 중소규모의 공장 등에서 FEMS가 보다 적극적으로 활용되기 위해서는 FEMS 이용을 위한 조성금 마련 등 실질적인 지원책을 위한 검토가 이루어져야 할 것이다.