2016년 4개 생산시설 합계
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4개 생산시설 냉동기·공기압축기 UPI Benchmark 및 가동대수 최적화
4개 반도체·디스플레이 생산시설의 저온·고온 냉동기와 CDA 공기압축기를 계절별로 비교하여 UPI, 시스템 부하율, 실제 가동대수와 필요대수, 냉수 헤더 By-Pass 밸브 운전상태를 분석하고 Best Performance Benchmark 기반의 전력비 절감잠재량을 추정한 사례입니다.
01 · ENERGY SCALE
4개 생산시설 Utility 연간 에너지비용
2016년 4개 생산시설 합계
분석대상 Utility 중 가장 큰 비중
LT + HT + CDA 합계
02 · CHALLENGE
주요 운전 최적화 과제
- 생산시설·계절별 동일 Utility의 UPI 편차를 활용한 Best Performance Benchmark 필요
- 저온·고온 냉동기의 실제 가동대수가 필요대수보다 많은 구간 존재
- 일부 냉수 헤더 By-Pass 밸브가 높은 개도율로 장시간 운전
- CDA 공기압축기의 시설별 UPI와 유량기준 부하율 편차 존재
- 공기압축기 실제 가동대수가 수요 기반 필요대수보다 많은 구간 존재
03 · DATA
분석 데이터
- 계절별 LT·HT·CDA 에너지비용
- 냉동기 및 냉수펌프 UPI(kWh/RT)
- CDA UPI(kWh/m³)
- 냉동기 시스템 부하율
- CDA 유량기준·동력기준 부하율
- 실제 가동대수와 필요대수
- 냉수 헤더 By-Pass 밸브 개도율
04 · UPI BENCHMARK
Utility별 UPI와 절감잠재량
| Utility | 연평균 UPI | UPI 절감잠재량 / 개선율 | 연간 절감액 추정 |
|---|---|---|---|
| 저온냉동기 시스템냉동기 + 냉수펌프 | 약 0.59 kWh/RT | 0.03 kWh/RT · 약 4.8% | 약 5.65억원/년 |
| 고온냉동기 시스템냉동기 + 냉수펌프 | 약 0.47 kWh/RT | 0.01 kWh/RT · 약 1.6% | 약 4.30억원/년 |
| CDA 공기압축기압축공기 생산원단위 | 약 0.119 kWh/m³ | 0.006 kWh/m³ · 약 4.7% | 약 31.07억원/년 |
| 종합LT + HT + CDA | - | 분석대상 Utility 비용 대비 약 3.9% | 약 41.02억원/년 |
절감잠재량 해석
위 수치는 동일 생산시설 또는 타 생산시설의 우수 UPI를 Benchmark로 적용해 산정한 보고서상의 잠재량입니다. 실제 절감률은 생산부하, 외기조건, 설비 Reserve, 공정 안정성, 최소유량 조건을 반영하여 별도 검증해야 합니다.
05 · OPERATING PATTERN
가동대수·부하율·By-Pass 운전패턴 분석
4개 생산시설 합계 연평균 가동 11.9대 vs 필요 9.0대
4개 생산시설 합계 연평균 가동 21.5대 vs 필요 19.7대
4개 생산시설 합계 연평균 가동 53.9대 vs 필요 46.6대
동력기준 평균 약 94% · 생산시설별 운전성능 비교 필요
| 진단 항목 | 관찰 결과 | 개선 방향 | 효과 |
|---|---|---|---|
| 냉동기 가동대수 | 부하 기반 필요대수보다 실제 가동대수가 많은 계절 존재 | 최소유량·N+1 조건을 확인하며 필요대수 운전 | 냉동기·펌프 보조전력 저감 |
| 냉수 By-Pass | 일부 저온계통 연평균 약 64%, 37%의 높은 개도 수준 | 최소유량을 만족하는 범위에서 By-Pass 유량 최소화 | 불필요 순환·펌프동력 저감 |
| CDA 가동대수 | 합계 평균 약 7.3대의 가동-필요대수 차이 | 수요·압력·기기효율 기반 최적 조합 운전 | 공기압축기 전력절감 |
| Multi-site Benchmark | 생산시설·계절별 UPI 편차 존재 | Best Performance를 목표 UPI로 설정하고 열위 원인 분석 | 지속적 Utility 성능개선 |
06 · M&V
실행 후 성과검증 방향
권장 Baseline
냉동기는 냉동부하(RT), 외기조건, 공급/환수온도와 가동대수를, CDA는 압축공기 수요량, 압력, 생산조건과 가동대수를 주요 독립변수로 하여 Baseline을 설정하는 것이 적절합니다. 가동대수·By-Pass·운전조합 변경 전후의 동일조건 UPI와 전력사용량을 비교해 실제 절감량을 검증해야 합니다.
MULTI-SITE UTILITY BENCHMARKING
여러 공장의 동일 Utility를 비교하면 Best Operation이 보입니다.
냉동부하·압축공기 수요·전력·가동대수 데이터가 있다면 생산시설 간 UPI Benchmark와 절감잠재량을 분석할 수 있습니다.
전문가 해설과 확장 적용
배경·기술적 맥락
압축공기 시스템은 개별 압축기 효율뿐 아니라 누설, 압력, 제어, 부하/무부하 운전과 시스템 전체의 수요-공급 균형을 함께 보는 것이 중요하다.
Engineering Interpretation
이 사례의 실무적 핵심은 압축기 한 대의 효율만 보는 것이 아니라 생산·수요 변화와 가동대수, 압력, 부하/무부하 상태를 함께 보아 시스템 원단위의 변화를 해석하는 데 있다.
응용 가능 분야
자동차·전자·화학·비철금속·섬유 등 압축공기를 공정 유틸리티로 사용하는 제조시설에 같은 분석 프레임을 적용할 수 있다.
M&V 실무 고려사항
향후 성과검증에서는 냉방부하와 냉동기 운전대수뿐 아니라 외기조건, 냉수·냉각수 온도 및 보조설비 운전상태를 함께 기록하는 것이 적절하다. 부하조건이 다른 기간을 단순 전력량으로 비교하지 않고 동일한 부하조건에서 시스템 효율을 비교하는 구조가 유리하다. 이는 일반적인 후속 M&V 설계 제안이다.
Consultant's Point
냉동기 성능은 정격효율만으로 판단하기 어렵다. 실제 부하와 운전대수, 냉수·냉각수 조건을 함께 보아야 설비효율과 운전최적화 효과를 구분할 수 있다.
AI·데이터 활용 확장
시계열 계측데이터가 충분히 축적되는 경우 부하예측, 이상운전 탐지 또는 운전조건 추천을 후속 적용으로 검토할 수 있다. 이는 향후 확장 가능성에 대한 제안이며 원래 CASE에서 AI를 적용했다는 의미는 아니다.
International / External Reference
U.S. Department of Energy의 「Compressed Air Systems / Improving Compressed Air System Performance」는 이 CASE와 관련된 시스템 효율화의 일반적 기술 배경을 제공한다. 이 자료는 원래 CASE의 현장 실적이나 Evidence가 아니라 외부 참고자료이다. Reference