AI 분석 통해 고장 예측…실시간 진단·예지 정비 가능
회전수·유량·압력 등 실시간 계측 통해 설비 수명관리
최근 온실가스 감축을 위해 에너지 수요관리 및 에너지 효율화 시장이 급속하게 발전하면서 에너지관리시스템(EMS:Energy Management System) 시장이 성장하고 있다. 에너지관리시스템(EMS)은 대상에 따라서 BEMS(Building EMS), FEMS(Factory EMS), HEMS(Home EMS) 등으로 구분돼 에너지 소비 형태에 따라 적용되고 있다. 우리나라에서는 에너지 사용량이 높은 건물과 공장 중심으로 BEMS와 FEMS의 구축·확산이 되고 있다. 국내에서도 지난 2017년부터 공공건물을 대상으로 BEMS를 의무 구축하도록 법을 제정했으며, 2025년부터는 민간건물도 BEMS를 의무화하도록 하고 있으므로 확대가 예상된다. 이에 따라 BEMS도 더욱 더 지능화된 시스템으로 성장하고 있어 관련 분야 전문가의 인력수급이 매우 필요한 실정이라 할 수 있다. /편집자 주
◇ BEMS의 개념과 특성
BEMS는 건축물의 쾌적한 실내 환경 유지와 효율적인 에너지 관리를 위해 에너지 사용 내용을 모니터링하고 최적화된 건축물 에너지 관리방안을 제공하는 계측·제어·관리·운영 등이 통합된 시스템을 의미한다. [그림1]과 같이 건물에서 사용되는 에너지원에 대해 계측, 수집하고 실시간 모니터링으로 에너지 소비패턴을 분석해 최적제어를 통한 에너지소비효율을 달성하는 에너지 통합 관리 시스템이다.
IoT를 활용해 건물에너지와 관련된 전문지식에 [그림2]와 같이 데이터 수집, 데이터 송신 기능 등을 통합한 것을 기반으로 한다. 에너지 사용정보를 실시간으로 수집, 분석해 특성에 따른 개선 방안을 제시하고, PLC 등 자동제어를 통해 건물의 최적 가동상태를 상시 유지할 수 있는 특성이 있다.
◇ BEMS의 기능
[그림3]의 기능구성도와 같이 기준정보 항목에 건물, 설비, 포인트, 에너지원, 에너지 계통 등 건축 정보를 확인한다. 제어설정에서 제어조건, 피크제어단계를 설정해 최적제어에 대한 범위를 확보한다. 에너지 분석은 에너지 사용량, 탄소배출량, 사용자 특성, 사용량 예측, 원 단위 분석, 절감량 분석, 실내외 환경, 용도별 사용량 분석하고 사용자가 원하는 분석된 리포트를 받을 수 있다.
이를 통합 연계해 실시간으로 데이터를 수집하고 수집된 에너지 정보를 감시·관리한다. 또 언제든지 수집한 데이터를 조회해 운영자가 관리상 문제가 없는지 조치할 수 있도록 한다.
시각적으로 에너지 소비현황 및 수준을 파악하고 증감요인을 분석해 주요 요인 파악을 할 수 있고 이상이 있는 부분을 판별할 수 있다.
전력요금, 가스요금 등 과금에 관련된 부분만 모니터링해 관리되는 것뿐 아니라 에너지가 투입되는 모든 설비의 성능과 효율을 분석하고, 설비 효율화 방안을 구축할 수 있다.
설비를 효율적으로 운용하기 위해 실내의 환경정보를 제공한다. 이를 통해 쾌적성 유지와 함께 에너지 최소화 방안을 적극적으로 모색할 수 있다. 축적된 데이터를 기반으로 건물 운영에 다른 에너지 소비량을 예측하고 관리할 수도 있다.
에너지 소비량을 토대로 건물에너지 비용을 파악하고 비용 절감 방안을 도출해 ‘최적의 빌딩 성능을 위한 에너지 효율성 관리’를 할 수 있다. 이는 에너지를 효율적으로 사용할 수 있도록 설비를 자동제어하는 자동제어설비의 힘으로 구현할 수 있다. 기술의 발달에 따라, 이 효과는 지속적으로 확대될 전망이다.
◇ BEMS의 도입 효과
하나, 에너지 소비량 절감이다. [그림4]와 같이 에너지 소비현황을 파악, 분석해 에너지 절감 분석을 위한 운영 시스템 구축할 수 있다. 대시보드를 통해 전체 사용량 현황을 알 수 있고, 부분별로 소비패턴, 사용량을 분석할 수 있다. 이를 통해 에너지 절감 요소를 도출하고 에너지 관리에 필요한 제어시스템을 도입해 계측된 결과값에 따라 에너지 절약적인 운전을 할 수 있다.
둘, 온실가스 배출량을 감소시킬 수 있다. [그림5]와 같이 온실가스 목표량을 설정해 관리할 수 있고 에너지 소비분석, 전력수요 등 온실가스와 관련된 정보를 관리할 수가 있다. 또, 에너지 절약운전을 통해 전력, 가스 등 사용량을 줄여 탄소중립에 기여할 수 있다.
셋, 기기 수명의 연장과 비용 절감을 할 수 있다. 설비관리 기능을 통해 기기의 회전수, 유량, 압력, 진동, 가동시간, 이상 경보 등을 계측하고, 최적화된 운전으로 기기의 수명을 늘리면서 이를 통한 비용 절감으로 합리적인 운영을 할 수 있다.
넷, 열원기기, 공조기기, 저수조 등에 대한 장비 성능의 효율, 성능, COP를 관제 시스템을 통해 지속해서 관리하고 있다. 또 장비별로 주요 감시 포인트, 제어 포인트, 알람 포인트를 두어 지속적인 관리가 가능하다.
다섯, 관제 시스템에서 수집되는 대용량 데이터를 바탕으로 AI(인공지능) 기반 분석 기법을 활용해 설비의 고장을 예측할 수 있다. 먼저 이상 현상에 대한 빈도분석을 통해 데이터를 수집한다. 이후 수집된 데이터를 저장해 기본탐색, 전처리, 모델링, 모델 성능 분석, 진단 설정, 불량 및 고장 예측, 실시간 진단 분석 및 리포팅을 할 수 있다. 이를 기반으로 사전에 고장을 예측해 예지 정비가 가능하게 할 수 있다.
◇ BEMS 활성화 방안
먼저, 기술 표준화 및 인증제의 확립을 통해 기술에 대한 신뢰성을 확보해야 한다. 설비와 통신과의 장애로 결측 데이터가 발생하는 등 기술적인 문제가 나타나고 있다. 민간이나 대외적으로 확대하기 위해서는 표준화와 인증에 대한 신뢰성 확보가 필요하다.
다음으로는 BEMS 인력수급 문제해결이 시급하다. BEMS 의무화 구축이 확대되어 기존 대기업뿐만 아니라 중소기업에서도 BEMS 시장에 참가하고자 사업을 확장하고 있어서 시장의 활성화가 예상된다. 또한, BEMS는 건축, 전기, 전자, 통신, 인공지능 등 통합적인 능력을 보유한 전문가의 수요가 급증하고 있지만, 아직은 생소한 분야로서 국내에서 신규 전문가를 배출하기 어려운 상황이다.
이에 많은 기업에서는 BEMS 관련 종합적 지식을 보유한 전문가를 확보하고자 다각적으로 인력양성 및 인재채용에 힘쓰고 있다. BEMS에 대한 기본 개념을 이해하고 관련 산업에서 필요한 주요 직무들을 준비한다면, 에너지신산업 분야인 BEMS 분야의 전문가로 활약할 기회가 많아질 것이다.
끝으로, 보급촉진 및 신규시장 창출을 위해 건축기준 완화, 세제 금융지원, BEMS 설치의 의무화, 국제 표준화의 추진, 신규 비즈니스 모델 창출 등의 정부 지원이 필요하다. 현재까지 BEMS의 설치 의무 대상은 공공기관 중 에너지 절약계획서 제출대상인 연면적 1만㎡ 이상의 건물이다. ‘제로에너지건축물인증제도’에서도 인정되므로 차후에 민간으로 대상을 확대하고, 관리할 인력을 확보한다면 에너지 자원이 부족한 국가에 큰 힘이 될 것이다.
