고효율 전동기 정책과 에너지 효율 2016. 11. 17 에너지경제연구원 이성인

1. 전동기의 효율향상과 최저효율 단계적 강화 전동기 등급별 효율비교 : 3.7kW_4극 기준 국내외 전동기 최저효율제도 강화 추세

1. 전동기의 효율향상과 최저효율 단계적 강화 국내 전동기의 최저효율 프리미업급(IE3)으로 단계별 강화(지식경제부고시 제 2015-28호) 국내 2008년부터 전동기 최저효율제(IE2) 도입 시행 프리미엄 고효율 전동기(IE3)에 대해 현재 권장사항으로 효율기준 제정, 2012년부터 고효율기자재 임의인증 마크를 부여, 기술개발 지원, 설치 보조금 지원을 통해 보급 확대 추진해 왔음 2015년 10월 1일부터 전동기 최저효율을 프리미업급(IE3)으로 상향 최저효율(IE2) 최저효율(IE3) 전동기용량 시행일 37kW~200kW 2008.7.1 2015.10.1 37kW~100kW 2010.1.1 ~375kW 2016.10.1 15kW~37kW 0.75kW~37kW 2018.10.1 0.75kW~15kW 2010.7.1 2011.1.1 국내 산업용 전동기의 보급 대수는 980만대 정도로 추정됨, 이중 대부분을 유도전동기가 차지(약 860만대 ). 2015년 유도전동기 한국시장 규모는 1.2조원 규모로 추정됨 2

2. 세계 전동기 시장 추세 및 전망 Market & Market 전망 세계 전동기시장은 2020년 1,250억 달러에 달할 전망(2015~2020년 연평균 6.4% 성장) 세계 전동기 시장규모 : 2015년 918억 달러 규모 중국, 인도, 호주 등 아시아-태평양 지역이 가장 빠르게 성장((2015~2020년 연평균 8.0% 성장) ← 농업 및 산업용 전동기 수요 증가 AC 전동기 비중 2020년 81%로 확대 전망 ← 다양한 산업에서 AC 전동기 수요 증가 세계 전동기 시장은 성숙단계에 진입하였으나 향후 시장 확대 가능성은 존재 최근 기술 발전으로 고효율화가 빠르게 진행되고 있어 고효율 전동기 시장으로 전환 추세 Global Industry Analysts, Inc. 세계 전동기 시장 규모는 2020년에 1,210억 달러 ← 전기자동차가 수요증가 주도 예상 대규모 산업공장에서 가스터빈의 전동기로 교체 수요 증가(비용절감, 환경오염 감축, 공정 신뢰성 향상 등) 전세계 전동기 제조업체 약 466개로 추정 Allied Market Research 전망 세계 전동기시장 2020년 1,290억 달러 전망(2015~2020년 연평균 5.3% 성장) 전기자동차 시장이 수요 증가 주도(소비자의 친환경 자동차 인식확산, 정부 지원) 3

2. 세계 전동기 시장 추세 및 전망 저압 전동기(low voltage motors) 판매량은 2014년 4,580만 개로 추정. 2019년에는 5,160만 개로 연평균 2.5% 증가 전망(Reine 2015) 2014년 저압 전동기 시장규모는 142억 달러로 추정( 2014년 시장점유율 IE1 55%, IE2 19.5%, IE1 2%→ 2019년 IE1 25%, IE2 45%, IE1 15% ) 최저에너지효율기준(MEPS) 강화로 고효율 전동기로 빠르게 시장전환 예상 Reine P. (2015). Industrial Motors and Drives: Global Market Update. EEMODS’15 Conference. Helsinki, September 2015. 4

2. 세계 전동기 시장 추세 및 전망 세계 전동기 설치대수 : 소형 20억개, 중형 2억 3천개, 대형 6천개로 추정 5 IEA(2011): Energy Efficiency Policy Opportunities for Electric Motors Driven Systems 5

3. 전동기 효율향상과 전기절감 잠재력 < 국내 > 전동기가 가장 많은 전기를 사용되고 있어 전기절감과 온실가스 감축을 위한 핵심 수단 전동력 시스템은 국내 전체 에너지의 약 20%(전기 에너지의 54%)를 사용하고 있는 대표적인 에너지 다소비기기 중 하나로서 제품의 평균수명이 15년 이상으로 매우 길고, 전수명주기 비용을 고려하면 에너지 비용이 차지하는 비중 96% 이상이므로 전력 사용량 저감을 위한 효과적 수단임 국내 전동기 효율 3.3% 향상시 1GW 원전 2.7기 발전설비 저감 효과 6

3. 전동기 효율향상과 전기절감 잠재력 < 세계 > 전동기 및 전동기시스템(electric motor driven systems: EMDS)이 세계 전력사용량의 약 43∼46% 사용(IEA, Energy efficiency Policy Opportunities for Electric Motor Driven Systems, 2011년) 산업용 전기의 약 70%, 상업용 전기의 약 38%, 가정용 전기의 약 22%, 수송 및 농업용 전기의 약 3% 사용 전동기는 공기압축기(Air compressors), 펌프(Pumps), 팬(Fans), 공작기계(Machine Tools), 가전기기, 디스크 드라이브, 자동차 등 교통, 농업분야 등 다양한 분야에서 적용 활용 전동기의 효율 향상(적정 용량, 고효율 전동기, VSDs, 시스템 최적화)을 통한 절약 잠재량은 세계 전동기의 전력사용량의 20∼30% → 세계 전력소비 약 10% 감축 가능 7

3. 전동기 효율향상과 전기절감 잠재력 < IEA, 전동기 전력수요 전망 및 절감 잠재력 분석 > 세계 전동기 전력수요는 2010년 8,360TWh에서 2030년 13,360TWh 증가 전망(60% 증가) CO2 배출량 : 2010년 6,041Mt → 2030년 8,570 Mt (42% 증가) 연간 소비자 요금부담 : 2010년 5,650억 달러 → 2030년 9,000억 달러 (59% 증가) 모든 국가 MEPS 도입, 2030년 연간 322TWh 전기 절감(2% 절감), CO2 206Mt(2% 절감) 감축 보급정책 시나리오 경우, 2030년 전기절감 2,800TWh (20% 절감), CO2 1,790 Mt 감축 (20% 절감) LLCC 시나리오 경우, 2030년 전기절감 3,890TWh (30% 절감), CO2 2,490 Mt (30% 절감), < 노후 전동기 고효율 전동기로 교체촉진 중요 > 스위스 사례(2014년 산업체 조사 4,142개 전동기): 노후 전동기가 56%로 널리 사용 (전동기 내구년수 10 – 20년), : 0.75kW to 1.1Kw 10년, 1.1kW to 11kW 12년, 11kW to 110kW 15년, 110kW to 370kW 20년 8

4. 전동기 고효율화 및 보급 확산 추진 과제 □ 에너지효율화 중심으로 정책 패러다임 변화 국내 전력소비는 사용자 편리성과 가격 안정으로 지속적으로 증가, 또한 에너지소비의 전기화가 확대되면서 최근 연간 최대전력 발생 시점이 하계에서 동계에 이동하고 있음. 공급에 소요되는 사회적 비용이 급증하여 빠른 속도로 증가하는 수요 충족에 어려움 가중 (원자력) 일본 후쿠시마 사태 이후 안정성 문제로 원자력에 대한 사회적 수용성이 급격히 악화됨 (신재생에너지) 국내 물리적·기술적·경제적 잠재력을 고려할 때 일정한 한계가 있음 (석유ㆍ석탄발전) 미세먼지, 온실가스 감축에 대한 대내외 압력이 가중되고 있고 환경적 측면에서 부담. (LNG 발전) LNG 발전은 높은 비용으로 소비자에게 경제적 부담 기후변화에 대응은 선진국 중심에서 모든 국가가 참여하는 ‘신기후체제’로 2020년부터 전환 우리나라는 2030년 BAU 대비 온실가스를 37% 감축하겠다는 국가목표 설정. 국가 온실가스 37% 감축 목표 중 25.7%는 국내 감축, 11.3%는 국제시장 활용 감축계획 목표 달성을 위한 구체적 감축수단 발굴이 시급한 과제로 대두 늘어나는 수요에 맞추어 공급을 확대하는 공급중심 정책에서 합리적으로 수요를 줄인 후 공급을 확대하는 수요관리 중심의 정책으로 전환 필요 9

4. 전동기 고효율화 및 보급 확산 추진 과제 □ 에너지효율(EE) 투자의 주요 저해요인 - 이용 가능한 절감기술 및 경제적 타당성 존재에도 불구하고 - 기술적 요인 모니터링•성과확인 어려움(절감량 계량화) 운영 위험(기술 신뢰성/효과 불확실성) 제도적 요인 규제(정책의 불확실성 및 효율규제 미흡) 가격신호(원가 미 반영, 가격구조 왜곡) 에너지가격의 변동성 정보부족 저해요인 EE 투자 낮은 우선순위 자금조달 제약 불완전한 EE 시장 기업의 제조원가 중에서 에너지비용 비중이 낮음. 2014년 제조업의 총원가에서 전력비용이 차지하는 비중은 1.6%에 불과함 기업은 빠른 이윤창출을 위하여 에너지절약투자 보다는 생산시설 확대 및 원가비중이 높은 다른 부문에 우선투자를 결정하기 때문에 에너지절약의 투자 우선순위가 낮음 에너지절약 성과에 대해 가시적으로 확인하기 어렵고 투자의 불확실성도 존재하여 높은 수익과 투자비의 조기회수를 선호 민간의 에너지효율 투자는 투자비 회수기간이 18∼24개월 이내일 경우 활발하게 이루어는 것으로 분석(IEA, 2011) Payback 1∼2년 3년 4년 5년 5년 이내 기업 비율 (%) 독일 8% 27% 13% 75% 네덜란드 12% 15% 31% 29% 87% 10

< 정책 패키지(Policy packages: 정책 믹스)화 필요 > 4. 전동기 고효율화 및 보급 확산 추진 과제 □ 에너지효율투자 촉진 정책 수단 및 정책 패키지화 조세수단 세제지원 조세 부과금 재정수단 융자지원 보조금 (인센티브) 거래체제 배출권 거래 White certificate 직접 투자 공공조달 공공기관 에너지효율화 RD&D 투자 에너지효율(EE) 투자 촉진 경제적 수단 기준/규격 설비 (MEPS) 제품 생산공정 (ISO 50001) 강제적 목표 배출권 할당 목표원단위 관리 자발적 목표 자발적협약 (VA) 정부협약 (NA) 의무화 에너지진단 에너지관리 설비/기기 사용 의무화 에너지효율(EE) 투자 촉진 규제적 수단 밴치마크제도 < 정책 패키지(Policy packages: 정책 믹스)화 필요 > 다양한 EE 투자 저해요인 존재, 다양한 저해요인이 복합적으로 작용 따라서 정책 패키지화(정책 믹스)가 중요 정책 믹스는 EE 투자 저해요인을 해소시켜 투자결정을 촉진하도록 설계 정책 패키지가 투자결정에 얼마나 균형 있고 유효하게 작동하는가 중요? 정책 수단간의 연계성 강화, 규제와 인센티브의 적절한 조화 사용자 측면에서 경제성이 있는 고효율 기기 사용 의무화 경제성이 낮은 새로운 고효율 기기 및 시스템에 대한 보조금 지원(EMS 등) 인증/등급 고효율인증 (제품•건물) 등급표시제도 교육훈련•정보교류 정보교류/소통네트워크 교육훈련 기타 우수사례 발굴 확산 다양한 에너효율 지표→상대 평가 에너지효율(EE) 투자 촉진 정보 제공 11

4. 전동기 고효율화 및 보급 확산 추진 과제 □ 고효율 전동기의 보급확산 정책 : 기술 및 시장단계에 맞추어 통합적이고 시스템적 접근 필요 12

4. 전동기 고효율화 및 보급 확산 추진 과제 □ 전동기 산업의 발전 : 산•학 • 연 • 정 유기적 협력제체 구축 및 역할 분담 국내 전동기 산업 : 공급 체인, 국내 전동기 사용 현황, 국내외 시장 및 정책 동향, 국민 경제적 파급 효과(전기절감, 피크수요 억제, 온실 가스 감축, 일자리 창 출 등) → 중장기 발전 로드맵 수립(정책 방향, 정책목표, 세부 추진과제 공유) 13

< 참고자료 > 미국 DOE의 Motor System 정책활동 Tools to assess your energy system: Motor Master+ Motor Master+ International Motors Case Studies Improving Efficiency of Tube Drawing Bench Motor System Upgrades Smooth the Way to Savings of $700,000 at Chevron Refinery Optimizing Electric Motor Systems at a Corporate Campus Facility Motors Tip Sheets When to Purchase Premium Efficiency Motors Estimating Motor Efficiency in the Field Extend the Operating Life of Your Motor The Importance of Motor Shaft Alignment Replace V-Belts with Notched or Synchronous Belt Drives Avoid Nuisance Tripping with Premium Efficiency Motors Eliminate Voltage Unbalance Eliminate Excessive In-Plant Distribution System Voltage Drops Improve Motor Operation at Off-Design Voltages Turn Motors Off When Not in Use Adjustable Speed Drive Part-Load Efficiency Is it Cost-Effective to Replace Old Eddy-Current Drives? Magnetically Coupled Adjustable Speed Motor Drives When Should Inverter-Duty Motors Be Specified? Minimize Adverse Motor and Adjustable Speed Drive Interactions Motors Training : This training course introduces participants to the Motor Master+ software Motor Systems Management – 1-day workshop Qualified Specialists: Qualified Specialists have passed a rigorous competency examination on a specific industrial system assessment tool. Locate a Qualified Specialist in your area who can help optimize plant efficiency. Motors Technical Publications Improving Motor and Drive System Performance – A Sourcebook for Industry Premium Efficiency Motor Selection and Application Guide – A Handbook for Industry Continuous Energy Improvement in Motor Driven Systems – A Guidebook for Industry Buying an Energy-Efficient Electric Motor Energy Management for Motor-Driven Systems Optimizing Your Motor-Driven System Pulp and Paper Mills: Profiting from Efficient Motor System Use United States Industrial Electric Motor Systems Market Opportunities Assessment United States Industrial Motor Systems Market Opportunities Assessment: Executive Summary A Glimpse at What's Between the Covers of the Market Assessment Reducing Power Factor Cost Replacing an Oversized and Under loaded Electric Motor The Impacts of the Energy Policy Act of 1992 on Industrial End Users of Electric Motor-Driven Systems United States Industrial Motor-Driven Systems Market Assessment: Charting a Roadmap to Energy Savings for Industry Determining Electric Motor Load and Efficiency Save Energy Now in Your Motor-Driven Systems U.S. Department of Energy's Motor Challenge Program: A National Strategy for Energy Efficient Industrial Motor-Driven Systems Model Repair Specifications for Low Voltage Induction Motors Motor Repair Tech Brief Selected Bibliography on Electric Motor Repair Service Center Evaluation Guide 14

< 참고자료> 기준: 단순 전동기에서 전동기시스템으로 확대 자료 : IEA(2015): Energy Efficiency Roadmap for Electric Motors and Motors Systems 15

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