월간전기



[공장 혁신 ABC] 적층 세라믹 콘덴서 제조 공정에서 에너지 절약 활동

2011-05-19

A제작소는 ○○제작소의 100% 출자 자회사로, 일본 시마네[島根]현 히카와[簸川]군에 1983년 설립돼 1984년부터 조업을 시작했다. ○○제작소 그룹은 세라믹을 토대로 한 각종 전자부품을 생산하며, A 제작소는 주로 칩 적층 세라믹 콘덴서(<그림 1> 참조) 제조를 담당한다. 조업을 시작한 후 차례로 공장을 증설해 양산 규모를 확대했으며, 현재 ○○그룹 내에서 최대 규모의 양산 공장을 자랑한다(<그림 2> 참조). ○○제작소의 칩 적층 세라믹 콘덴서의 세계 점유율은 35%로 알려져 있으며 그 대부분을 A 제작소에서 제조한다. 칩 적층 세라믹 콘덴서는 가전제품이나 휴대전화, 차량용 전자기기의 부품으로, 1대당 수십~수천 개씩을 사용하기에 중장기적으로 생산 수량이 증가할 전망이다. 설비 개요 및 전력 사용 상황 수변전 설비｜1984년 조업 시작 당시에는 6.6㎸ 고압 수전이었으나, 다음해 공장 증설에 맞춰 특별고압 110㎸ 수전으로 바꾸었다. 수전 특별고압 변압기는 당초 10㎹A 1기였으나 현재는 5기로 증설했다. 2009년 5월에는 전기 공급 신뢰성을 향상시키기 위해 2회선 수전 방식(수전 설비의 이중화)을 채택했다. 전기 사용량은 공장 증설 · 증산에 따라 거의 매년 증가했으며 계약전력 34850㎾(2008년), 사용 전력량 234206㎿h(2007년)에 달했다. 그러나 미국과 유럽의 금융위기가 발단이 된 불황으로 2008년 11월 이후 생산 조정을 실시하고, 회사 전체가 에너지절약을 추진함에 따라 2008년 사용 전력량은 2007 년에 비해 약 13% 감소했다. 수요 설비｜A 제작소의 수요 설비는 크게 공조, 유틸리티, 그 외 설비 및 가공(생산) 설비로 나뉜다. ① 공조, 유틸리티(공기압축기, 질소 발생장치 등), 그 외 전력 → 5% 정도 ② 가공전력(노爐 동력 · 생산 동력) → 45% 정도 칩 적층 세라믹 콘덴서 제조의 전공정(성형 등)은 대부분 클린룸Clean Room 내에 설치하므로 온습도 유지를 위해 대량의 공조 에너지를 사용한다. 조업 초기에는 연료(LPG)를 열원으로 한 열원기에서 90% 이상을 공급(냉온수 형태로 공급)했다. 그러나 연료를 열원으로 한 열원기는 효율(COP가 0.85 전후)이 나쁘고 수전전력의 제약을 받지 않는 것도 있어 효율이 높은 전동 열원기(COP가 4.5~10.0 정도)로 순차적으로 교체해 나갔다. 현재는 연료를 열원으로 한 열원기의 비율이 20% 미만까지 떨어졌다(주로 여름철 · 겨울철 피크 부하 시 보조적으로 운전한다). 후공정에서는 세라믹 콘덴서의 소성燒成을 행한다. 소성용 전기로는 고온에서 소성해야 하므로 많은 전기를 사용한다. 더불어 노 내에 공급하는 분위기 가스(공기, 질소) 제조용에도 많은 전기를 사용한다. 질소는 조업 초기 탱크로리를 이용해 액화질소 형태로 공급 받았으나, 현재는 공급 신뢰성과 비용 면에서 유리한 온 사이트 플랜트(질소 발생장치, <그림 3> 참조)를 설치했다. 그리하여 전기를 에너지원으로 이용해 질소를 제조 · 공급한다. 한편, 질소 발생장치나 공기압축기의 증설 · 갱신은 고효율기기의 설정 및 시스템 설계가 이루어지도록 힘쓰고 있다. 이러한 사항을 모두 고려해 전력 소비의 상위를 차지하는 설비 순위를 매기면 <표 1>과 같다. 에너지 절약을 위한 조직 · 활동 사항 A 제작소의 에너지 절약 활동은 조업 초기부터 환경관리과(당시 사무과)가 업무국이 되어 추진해왔다. 1998년부터는 ISO14001 인증 취득과 함께, 환경관리조직(<그림 4> 참조)이 에너지 절약 추진 활동을 담당했다. 환경위원회에서 에너지원 단위향상에 대한 목표치 및 삭감 계획을 책정하고 직제職制조직을 통해 에너지 절약 시책을 실행했다. 환경위원회 하부 조직으로 에너지 절약 부회(<표 2> 참조)를 만들어 에너지 절약에 관한 조사 · 교육 · 에너지 절약 시책 검토 업무를 맡기고 에너지절약 활동을 지원 · 추진하도록 했다. 그리고 2008년에는 에너지 절약 시책의 검토와 삭감을 행하는 회합을 제조과 주도로 시작해 에너지 사용 효율 향상을 도모했다. 고효율 공조용 열원기 도입 및 생산 설비 효율 · 면적 생산성 향상이라는 에너지 절약 시책 덕분에 에너지원 단위(생산 수량원 단위)는 크게 향상했다. 특히 에너지 관리 우량 공장의 심사 대상이 된 2003년~2006년 동안에는 28% 향상을 이루었다. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. 개선 사례 고효율 열원기 도입으로 얻는 에너지 절약 효과를 소개한다. 에너지 절약 개선 이유｜앞에서 논한 대로 세라믹 콘덴서 제조 전 공정은 클린룸을 중심으로 공정 내 온습도 유지를 위해 대량의 공조용 에너지(냉온수)를 소비한다. 세라믹 콘덴서 제조 공정은 겨울철에도 냉방부하가 있으며, 에너지 센터(<그림 5> 참조)에 설치한 냉열원기에서 냉수를 공급한다. 때문에 냉열원기 냉각탑에서 대량의 배열排熱이 대기 중으로 방출된다. 개선 내용｜냉열원기에서 발생하는 배열을 회수하고자 냉수를 제조할 때 나오는 배열로 온수를 제조하는 더블 번들Double Bundle 냉온수기(<그림 6> 참조)를 2006년 도입해 냉온수를 동시에 공급토록 했다. 더블 번들 냉온수기에서 온수를 공급함에 따라 이미 설치한 흡수식 냉온수 발생기(LPG 사용, COP=0.85 전후)의 운전 대수와 운전 시간이 대폭 감소했다. 개선 효과｜이미 설치한 흡수식 냉온수 발생기의 LPG 소비량이 큰 폭으로 감소했다. 더블 번들 냉온수기의 전력을 뺀 삭감 에너지를 원유로 환산하면 2,256kl/년(<그림 7> 참조)이다. * 위 이미지를 클릭하시면 크게 보실 수 있습니다. 개선 평가｜투자액 회수연수는 <표 3>과 같다. * 지구온난화라는 사회 문제를 해결하기 위해 사용에너지를 삭감하고 CO₂배출을 줄이는 데 주력하지 않으면 안 된다. 지금까지는 주로 공조, 유틸리티 설비를 고효율 기기로 바꿈으로써 에너지 절약을 달성할 수 있었지만, 앞으로는 생산 공정에서 에너지 사용 효율을 향상시켜 CO₂배출량을 줄이고자 한다. 정리 전화영 기자 < Energy News >