펌프 효율관리시스템 설치 사업 제안 2005. 3. 31. 전력에너지 절감을 위한 ㈜ 에스코프로 ESCO Professionals Co.,Ltd ㈜ 에스코프로 ESCO Professionals Co.,Ltd.

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1 펌프 효율관리시스템 설치 사업 제안 2005. 3. 31. 전력에너지 절감을 위한 ㈜ 에스코프로 ESCO Professionals Co.,Ltd ㈜ 에스코프로 ESCO Professionals Co.,Ltd

2 2 1. 펌프효율관리시스템 이란 ? 산업용 대형펌프에 초정밀 측정장치를 부착, 그 운전 효율상태를 실시간 으로 분석하여, 펌프시스템이 최적의 상태에서 운전되도록 온라인으로 관리해주는 전문가 시스템. [ 효율측정 원리 ] 펌프 입. 출구 배관에 설치된 초정밀 센서를 활용하여 펌프를 통한 엔탈피 증가 량을 측정, 펌프의 효율상태를 평가 엔탈피 증가의 정도에 따라 펌프의 에너지 낭비 정도를 정밀 진단 엔탈피는 유체의 온도, 비열, 압력과 상관관계로 표현 상기 정보와 열역학 1 법칙을 활용, 펌프의 효율상태 정밀 평가 펌프 입. 출구 유체의 온도상승을 아주 정밀하게 측정하는 기술 ( 일반 센서 대비 1000 배 정밀도 유지 )  펌프 입. 출구 온도상승은 아주 미세하여 일반 센서로는 측정이 불가함 개 요개 요 효율측정 원리 핵심 기술

3 3 2. 펌프효율관리시스템 이란 ?( 구성도 ) PLANT Cooling Tower PUMP MOTOR 효율계산 유량계산동력측정 ( 전기실 ) Analyzer Temperature Sensor Pressure Transducer 온도 / 압력측정 ( 펌프실 ) 정비사무실 운전실 (Server)

4 4 2. 펌프효율관리시스템 이란 ? ( 주요기능 ) 실시간 진단 기능 : 에너지, 효율, 유량, 원단위, 열화상태 등 성능상태 분석기능 : 에너지효율, 열화상태, 운전시간, 제어상태 등 상관관계 분석기능 : 유량 - 효율, 유량 - 에너지, 유량 - 압력 등 실시간 경보기능 Report 기능 인터넷 네트워크 기능 필요시 고객에 맞도록 Customization (PLC 연계 등 )

5 5 펌프의 소비전력 규모 : 산업체 전력에너지 사용량의 20% 차지. 펌프의 운영비 : 운전비 (95%), 정비비 (4%), 기타 (1%) 펌프의 운전점 : 설계점 대비하여 5~30% 저효율점에서 운전. [ 펌프의 에너지 낭비 요인 ] 펌프 자체의 효율상태 불량 : 설치 당시 제품의 불량, 노후화에 의한 불량 펌프 운전효율상태 불량 : 개별 펌프자체의 효율은 높으나, 주변 배관 등 을 고려한 펌프 시스템 설계 잘못으로 인한 운전효율 불량 공급 측과 수요 측의 불균형에 의한 에너지 낭비  실제 수요 측에서 필요한 양은 0 ~ 100% 로 변하는데 공급을 100% 항시 일정하게 하는 경우  펌프 에너지 낭비요인을 찾기 위해서는 실제로 가동중인 펌프시스템을 동시에 다수를 실시간으로 효율상태를 진단해야 가능함. ※유량계 등을 활용한 기존의 기술로는 한계가 있음. 3. 산업용 펌프 시스템과 에너지 소비관계 펌프 효율관리의 필요성 펌프 에너지 낭비 요인

6 6 4. 펌프효율관리시스템을 활용한 에너지절감 (I) 본 시스템을 설치 시 3 단계로 나누어 펌프의 전력에너지 절감이 실현 됨 본 시스템을 통한 최적의 운전조건을 도출함으로 별도의 설비투자나 수리비 없이 에너지 절감 실현 ( 약 10% 수준 ) 불필요하게 운전되는 펌프의 존재여부 판단 : 불필요 펌프 가동 중단 효율이 높은 펌프 위주의 운전 : 펌프 시스템 효율 향상 부하 측의 패턴을 분석하여 스케줄에 의한 운전 : 대수 조정, 밸브 조정 ( 필요한 량만 공급함으로써 펌프에너지절감 : 밸브만 조정해도 전력절감 )  본 시스템 없이는 최적의 운전조건의 도출이 불가하며, 실제로 다수의 펌프가 연속적으로 24 시간 가동되는 경우 운전비용이 전체비용의 95% 를 차지하므로 간단한 조치만으로 가시적인 절감효과 실현 가능  절감사례 페이지 참조 1 단계 에너지절감 : 설비투자 불필요

7 7 4. 펌프효율관리시스템을 활용한 에너지절감 (II) [2 단계 에너지 절감 : 설비투자 필요 ] 본 시스템을 통해 실시간으로 진단한 결과를 토대로 설비투자나 수리를 동반하여 에너지 절감 실현 (5 ~ 15% 수준 ) 메이커에서 제공한 펌프의 효율자체가 낮은 펌프의 교체 장시간 운전으로 효율이 저하된 펌프의 수리나 교체 엔지니어링 잘못으로 인한 펌프 시스템의 재설계 및 교체 가변속 ( 인버터, 유체커플링 ) 장치의 부착  본 시스템 을 활용 시 펌프 전문가 없이도 설비투자의 경제성 판단과 투자 완료 후 그 효과 검증을 정확히 할 수 있음. 현재 설비투자를 통한 펌프에너지 절감은 펌프상태의 정밀한 진단이 불가하여 투자여부 판단에 어려움이 있어, 노후화된 펌프를 단순히 교체하거나 가변속 장치를 부착하는 수준 임. 또한 투자완료 후에도 그 효과를 과학적으로 검증이 어려운 실정 임. 2 단계 에너지절감 : 설비투자 필요

8 8 4. 펌프효율관리시스템을 활용한 에너지절감 (III) [3 단계 에너지 절감 : 설비투자 불필요 ] 본 시스템에서 제공한 정보를 토대로 유지관리를 통하여 에너지 절감 실현 (5% 수준 ) 펌프의 실시간 효율 ( 유량, 압력, 소비전력 ) 및 원단위 추이 분석. 펌프의 효율변화 상태분석을 통한 수리 및 교체시점 예측. 유사 공장의 펌프시스템 운영상태에 대한 상대적 비교. 네트워크를 통한 다수 사업장의 펌프시스템 관리. 펌프 및 시스템의 실시간 운전데이터의 저장 및 통계처리. 에너지절감 실적의 정량적 평가.  본 시스템 을 활용 시 펌프 시스템에 대한 체계적이고 과학적인 관리가 가능하여 효율이 저하된 펌프의 교체시점의 판단으로 돌발사고에 의한 기회손실의 최소화가 가능하고, 펌프 별 에너지원단위 평가가 가능해 궁극적으로 투자 없이도 에너지절감 실현가능 3 단계 에너지절감 : 설비투자 불필요

9 9 5. 펌프 효율관리시스템 적용사례 ( Ⅰ ) XXXX 1XX 공장 XXXX Pump 시스템 (2003.7.~2004.6.) 구 분기 존개 선비 고 펌프구성 3,400kW x 2 대 ( 유체커플링 ) + 2,000kW x 4 대 ( 정속펌프 ) 운전방식유체 2 대 + 정속 1 대유체 2 대 34% 절감 소비전력 3,230kW (18 억원 / 년 )2,122kW (11.8 억원 / 년 ) 연간 6.2 억원 절감 구 분기 존개 선비 고 펌프구성 3,100kW x 2 대 ( 유체커플링 ) + 2,900kW x 3 대 ( 정속펌프 ) 운전방식유체 1 대 + 정속 0~2 대유체 1~2 대 + 정속 0~1 대 22% 절감 소비전력 6,700kW (23 억원 / 년 )5,200kW (17 억원 / 년 ) 연간 6 억원 절감기 대 XXXXX DXXXX Pump 시스템 (2004.11.~12.)  조업영향도 확인후 절감안 실행 : 2004. 7 월 ~ 계속.  고효율펌프 우선 가동 ( 절감효과 :1.8 억원 / 년 ) 은 즉시 시행 : 2005. 1 월 ~ 계속.  사용부하 저감방안 ( 절감효과 :6 억원 / 년 ) 은 조업영향도 검토중.

10 10 5. 펌프 효율관리시스템 적용사례 ( Ⅱ ) 구 분기 존개 선비 고 펌프구성 500kW x 8 대 운전방식상시 6 대 가동상시 5 대 가동 ( 1 대 정지 )15% 절감 소비전력 2,700kW (15 억원 / 년 )2,300kW (12.7 억원 / 년 ) 연간 2.3 억원 절감 XXX XXXX Pump 시스템 (2005. 1.~ 2.)  조업영향도 확인후 절감안 실행 : 2005. 3 월 ~ 계속.

11 11 6. 펌프효율관리시스템 설치 시 기대효과 에너지 절감 : 연간 전력에너지의 10% ( 연 10 억 원 )  펌프의 실시간 효율 ( 유량, 압력, 소비전력 ) 및 원단위 추이 분석.  시스템을 지원을 통한 펌프시스템 최적 운전방안 도출 및 유지관리. 설비관리 효율성 증대  펌프의 효율변화 상태분석을 통한 수리 및 교체시점 예측.  유사 공장의 펌프시스템 운영상태에 대한 상대적 비교.  네트워크를 통한 다수 사업장의 펌프시스템 관리. Six Sigma Tool  펌프 및 시스템의 실시간 운전데이터의 저장 및 통계처리.  에너지절감 실적의 정량적 평가.

12 12 7. 펌프효율관리시스템 기술개발 배경 펌프가 전체 전력에너지 사용의 약 20% 차지 ( 에너지절감 ) 펌프의 구입비나 정비비보다 운영비 (95%) 가 훨씬 높음 펌프가 BEP 대비 평균 12.5~20% 효율이 저하된 상태에서 운전 국내 펌프효율을 측정을 위한 전문 진단시스템 부재 중요하거나 대용량 펌프시스템에 상시 효율감시 시스템의 필요 ( 돌발사고 예방, 정비시점의 예측 및 불필요 정비의 배제 ) 기술개발 배경 1964: 열역학적 방법을 활용한 펌프효율 측정의 가능성 확인 1981: 영국에서 최초로 열역학 방법을 이용한 측정시스템 개발 1981~ 현재 : 유럽을 중심으로 펌프 효율개선 사업에 활용 2003: 국가 에너지절감기술 개발과제로 선정 ( 산자부 ) 및 개발착수 2004: 광양제철소 2000~3000KW 급 6 대 고압펌프에 시범설치 추진 경위

13 13 8. 열역학적 방법에 의한 펌프효율 측정 이론 원리 : 펌프 입 / 출구 엔탈피 차이를 이용한 효율 측정. 측정항목 : 펌프 입 / 출구 온도, 압력 및 소비전력 성능 측정 이론 PUMP 효율 ( Ep ) Ep = Wo / Wi = Wo / (Wo + Losses) = 1 / {1 + (Cp x ∆T) / (g x ∆H)} 토출 유량 ( Q ) Q = ( W x Πp x Πm ) / ( ρ x g x ∆H ) 펌프 입, 출구 온도 (1/1,000 ℃ ) 및 압력 측정을 위한 측정센서 설치. 기대효과 개별 / 병렬 펌프시스템에서 유량 측정 없이 펌프의 운전효율 평가 가능. 펌프시스템의 운전최적화로 사용전력비의 5~30% 절감 기대. 펌프의 효율변화상태 이력관리로 수리 / 교체기준 설정자료 확보.

14 14 에너지 절약은 환경 사랑의 시작이며 경쟁력 향상의 기본입니다. - 대단히 감사합니다 - 에너지 절약은 환경 사랑의 시작이며 경쟁력 향상의 기본입니다. - 대단히 감사합니다 -