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[스마트그리드 실현을 위한 핵심 기술 4] BEMS(건물에너지관리시스템)
2015년 3월 1일 (일) 00:00:00 |   지면 발행 ( 2015년 3월호 - 전체 보기 )

[스마트그리드 실현을 위한 핵심 기술 ④]
BEMS(건물에너지관리시스템)


동일본 대지진 이후 일본에서는 심각한 전력부족 현상에 맞서기 위해 각종 신에너지 정책에 대한 검토를 실시하고 있다. BEMS(건물에너지관리시스템)의 분야에서도 BEMS 어그리게이터(Aggregator) 보조금을 통한 중소 빌딩의 BEMS 보급, 네가와트 거래 및 디맨드 리스폰스(Demand Response) 기능의 도입, 경제산업성의 대형 실증 프로젝트 등 새롭고 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 본고에서는 이러한 동향을 토대로 빌딩 및 공장 등 사업자용 에너지 관리 시스템(EMS)의 최신 기술동향 및 과제, 그리고 향후의 전망 등에 대해 개설한다.
 
번역·정리 김대근 기자 

사업자용 BEMS의 현황
BEMS란 무엇인가
본고에서는 대표적인 사업자로서 빌딩 관리자를 그 대상으로 하고, 그곳에서 실시되고 있는 BEMS에 의한 에너지 관리 실태를 소개한다. 대형 빌딩에는 일반적으로 빌딩 오토메이션 시스템(BAS, 빌딩 자동화 시스템)이 도입되어 설비의 가동상황 감시, 에너지 감시, 입퇴실 관리 등을 지원하고 있다. 그 중에서 특히 에너지 관리 기능이 BEMS의 기능으로 주목되고 있다. 빌딩의 유지관리에서 요구되는 자산관리, 성능·환경관리, 설비관리 중 광열비 관리 측면에서의 에너지 절감·절전 및 전력계약의 재검토, 그리고 설비유지관리 측면에서의 효율관리 등은 중요한 에너지 관리 업무에 해당된다. 또 에너지절약법에 규정된 보고의무에 대한 에너지 데이터의 장표(帳票) 기능도 요구된다. 에너지 데이터를 실시간으로, 보다 상세하게 가시화함으로써 모니터링, 에너지 낭비의 발견 및 개선의 PDCA 사이클을 지속적으로 돌려 나가는 것이 BEMS 도입을 통한 부가가치 효과라고 할 수 있다. 과거의 각종 도입 사례에서는 5~20%의 에너지 절감 성과 보고가 있었다.

BEMS의 최신동향
한편, 최근의 BEMS의 동향으로 빌딩의 스마트화, 스마트그리드에 대응한 수요가 기능으로서의 디맨드 리스폰스(Demand Response) 기능 등을 그 예로 들 수 있다.

(1) 스마트 빌딩 대응 기능

빌딩의 스마트화로서 △각종 센서 및 카메라, 보안 시스템, 환경부하 모니터링 디스플레이의 도입 △태양광발전 등 신재생에너지 전원 및 축전지의 도입 △전기자동차에 대응한 주차장 및 충전 스탠드의 정비 △기기의 고효율화로서 LED 조명 및 고효율 공조제어 등의 도입이 시도되고 있다. 이들은 에너지를 만들고(에너지 창출), 모으고(에너지 저장), 현명하게 사용하는(에너지 절감) 것과 그 합리화 및 최적화(에너지 관리)에 의해 효과를 발휘하게 된다. 그 개념을 [그림 1]에 나타냈다.

 이 스마트 빌딩 설비를 최적으로 운용하기 위해서는 아래와 같은 고도의 차세대 BEMS 기능들이 요구된다.

 · 태양광발전 등에서의 불확정 요소 예측 기능
 · 축전지 및 축열조 등의 에너지 축적 요소를 활용한 피크컷, 부하평준화를 실현하는 운용계획기능
 · 에너지 절감·절전과 쾌적성, 편리성을 양립시킨 휴먼센싱에 기반한
   쾌적 환경형 에너지절감 제어 기능

(2) 디맨드 리스폰스(Demand Response) 대응 BEMS 기능
스마트그리드에서는 기존의 대형 전원설비, 메가 솔라 등 의 신재생에너지 전원 및 수요가 측 EMS가 상호 정보통신, 협조제어를 실시하는 인터오퍼러빌리티(Inter-operability, 상호운용성)의 실현이 중점이 된다. 여기에는 디맨드 리스폰스(Demand Response)에 의한 부하조정제어(부하 억제 및 타임 시프트[시간대 조정])가 필요하다. 차세대 BEMS에서는 이하의 기능들이 요구된다.

  · 디맨드 리스폰스의 인터페이스
  · 디맨드 리스폰스의 승낙·거부 의사를 결정하기 위한 지원기능
  · 디맨드 리스폰스의 실적기록, 인센티브 결제 등에 관련된 장부의 관리 기능

이러한 새로운 기능들은 뒤에 언급할 실증 프로젝트를 통해 시험제작, 개발, 평가가 이루어지고 있다.

차세대 빌딩을 향한 대처
ZEB화의 대처
지구환경보전의 의미에서 이상적으로 CO₂를 배출하지 않는 net Zero Energy Building(ZEB, 제로에너지빌딩)의 실현이 기대되고 있으며, 경제산업성, NEDO에서는 ZEB의  연구를 추진하고 있다. BEMS 전문 업체에서도 정보기술, 에너지 관리 기술 측면에서 ZEB의 달성을 위한 검토를 진행하고 있다. [그림 2]는 어떤 가상적인 모델 건물에 태양광, 축전지, 고효율 조명·공조시스템을 최대한 도입한 경우의 시뮬레이션 평가 결과이다. 3층 건물의 저층 빌딩에 있어서 어떠한 상정조건하에 태양광발전만으로 전체 에너지의 70% 이상을 커버하며, 구입전력을 약 86% 저감할 수 있다.



재해 대책을 위한 BCP 대응 BEMS
한편, 동일본 대지진 이후 광역 재난 시 사업 연속성(BCP)이라는 관점에서 건물 자체에 자가발전뿐만 아니라, 태양광발전, 축전지 시스템 등 각종 방재대책설비의 도입이 검토되고 있다. BCP 대응의 BEMS에서는 통상시 각 설비를 유효 활용함으로써 에너지 절감, 피크컷에 의한 에너지 비용 절감의 혜택을 실현해나가면서 재난 시의 사업 연속성에 기여하는 「다목적화」가 중요하다. 또 상용빌딩 및 역 건물, 공공시설 등은 많은 시민들이 이용하는 공간으로서 재난 시 귀가난민보호 등의 생활 지속성(LCP) 대책도 요구된다. 그 실현의 예로써 일반건물과 병원 및 역 시설 등에서 비상시에만 에너지를 융통하는 독립형 전력공급시스템(마이크로그리드)의 기술이 향후 검토될 것으로 전망된다.

빌딩 관리에서 빌딩군 관리로
앞에서는 빌딩 개체에서의 스마트화와 최신 에너지 관리 기술의 동향에 대해 소개했다. 이에 대해 앞으로는 빌딩군의 관리, 더 나아가 지역 전체의 스마트 커뮤니티화가 진전될 것으로 기대되고 있다. 그 단계적 발전 프로세스를 [그림 3]에 나타냈다. 그림 가운데 제2단계 빌딩군 관리에 있어서 수많은 원격감시, 클라우드형 BEMS 서비스가 검토되고 있다. 또 빌딩군 관리 시스템을 기반으로 한 디맨드 리스폰스의 어그리게이션 서비스 사업이 이미 구미(歐美)에서 실현이 되고 있으며, 일본에서도 BEMS 어그리게이터 보조금 제도가 2012년도부터 개시되었다. 디맨드 리스폰스 사업에서의 BEMS 어그리게이터의 구조를 [그림 4]에 나타냈다.


사례소개
경제산업성에서는 스마트 커뮤니티의 4지구 실증사업을 추진하고 있다. 그 중 하나인 ‘요코하마 스마트 시티 프로젝트(YSCP)’에서의 BEMS 사례를 소개한다. YSCP에서는 다수의 참가기업에 의한 선진적 BEMS 및 빌딩군 관리, 디맨드 리스폰스의 실증시험을 추진하여 디맨드 리스폰스의 어그리게이션을 실현하는 통합 BEMS 기술을 개발하였다. 통합 BEMS는 [그림 5]에서 보이는 바와 같이 복수의 빌딩 수요가에서 개별 BEMS와 네트워크 접속을 실시하여 에너지의 군(群) 관리를 실현하는 시스템이다. 이 시스템은 아래와 같은 특징을 가지며, CEMS(커뮤니티 에너지 관리 시스템)에 의한 디맨드 리스폰스 서비스에 의해 많은 수요가에서 이용 가능한 환경을 실현할 수 있다.

 · 각 빌딩의 조정 여력에 따라 디맨드 리스폰스(부하조정)의 양을 최적 배분
 · 빌딩군 관리에 의한 빌딩 간의 조정량 융통으로 빌딩군 전체의
   디맨드 리스폰스 대응 능력을 최대화
 · 빌딩 간 소비전력량 비교 등 에너지 정보의 가시화, 고차원 정보의 가시화 실현
 · BEMS를 도입하지 않은 중소 빌딩의 수요가에 대해 클라우드형 BEMS 서비스를 통해
   동등의 기능을 실현
 · 에너지 절감 및 디맨드 리스폰스 제어에 수요가군 전체의 피크컷, 부하평준화를 실현

통합 BEMS의 내부기능을 [그림 6]에 나타냈다. 수요가군 관리 기능으로서 개별 수요가의 수요예측, 부하의 조정여력 추정, DR 요구량의 배분 계산, DR 실행지령 발신 등의 기능을 구비하고 있다.

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태그 : 스마트그리드 실현 핵심 기술 4 BEMS 건물에너지관리시스템
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