시각차별을 통한 효율성 증대

B&R의 APROL EnMon 시스템

플라스틱 산업과 같은 에너지 집약적 생산 공정의 경우 에너지절감을 위한 잠재 요소가 많다. 보통 회사들은 그것을 단지 법적인 규제로만 생각하고, 경쟁에 의한 이익만을 고수하므로 이러한 부분에 있어 소홀하다. 에너지 효율성 개선에 있어 첫 번째 단계는 어디서, 언제, 얼마나 많은 에너지가 실제 소비되는지를 분석하는 것이다. 하지만 모든 분석 툴들이 같지는 않다.

자원이 부족한 곳에서는 효율성이 중요한 목표다. 세계적으로 정부가 새로운 에너지 목표치를 정할 때마다 제조 공정 업체들은 끊임없이 새로운 지침, 표준 및 규제들에 직면하게 된다. 하지만 효율성은 필요악 그 이상이다. 그것은 경쟁력 개발에 있어 큰 잠재성을 지닌다. 따라서 신속하게 적응하는 이들은 최고의 효과를 얻을 수 있는 데다, 새로 획득한 노하우는 회사의 전반적인 능력 개선에 도움을 준다. 가장 에너지 집약적 공정 중 하나인 플라스틱 기술이 에너지 소비의 최적화 노력에 있어 가장 앞서 있다.

‘효율성 향상’-어떻게?

효율성 향상에 대한 필요성은 “현재 우리는 어디에 있고, 효율 측정의 바탕은 무엇인가?”라는 질문을 제시하는 데 이르렀다. 수년간에 걸쳐 특정 에너지 소비(SEC)가 에너지 효율 측정의 표준이 됐다. 이 값은 특정 출력을 만들어 내기 위해 소비되는 에너지 비율을 말한다. SEC를 계산하기 전에 먼저 어떤 범위 내에서 소비와 출력을 측정할지 명확히 정의할 필요가 있다. 예를 들어, 연간 40톤의 자재를 처리하고 거기에 100MWh의 에너지를 사용하는 회사의 경우 이 두 값의 비율은 사이트별 에너지 소비(S-SEC)를 의미한다. 이것이 각 공장의 특정 에너지 소비며, 물리적 단위로는 kWh/Kg이다. 여기서 이 값은 10만kWh/4만kg 또는 2.5kWh/kg이다.

기계의 효율성 비교

비슷한 방법으로, 특정 공정 기계에 대한 에너지 소비를 판단하기 위해 기계별 에너지 소비(M-SEC)를 계산할 수 있다. 이 값은 기계가 주어진 제품을 얼마나 효율적으로 생산할 수 있는지를 말해준다.

기계 교체시 대표적 제품에 대한 M-SEC 값을 비교해 봄으로써 회사는 현명한 의사결정을 할 수 있다. 일부 기계 제조사들은 그들의 제어기에 에너지 분석 툴을 포함시켜 총 에너지 소비 및 공정 단계별 소비에 대한 데이터를 제공한다.

생산성 향상을 통한 효율 증대

개발 시기에는 에너지 효율이 우선은 아니었지만, 기계 자체는 수년간 효율적으로 계속 발전해 왔다. 높은 생산성에 대한 요구가 새로운 기계 설계나 신규 기술에 박차를 가했고, 이것은 본질적으로 더 나은 에너지 효율을 의미했다.

현재 최첨단 기술이라고 하는 것은 특히 모션 제어 분야에서 앞으로 수년 동안 효율을 지속적으로 개선하는 것이다. 이런 긍정적인 발전은 특히 사출 성형 및 블로우 성형과 같은 사이클 공정에 있어 두드러진다.

사이클 공정은 잘 알려진 에너지 소비원으로, 서보 기술을 사용해 상당한 에너지절감을 가져올 수 있다. 더 많은 기계가 이 기술로 대체될수록 지속적인 이득이 발생할 것이다.

회사가 공장의 총 효율이 시간에 따라 얼마나 개선될지 이해하는 것은 꽤 간단하다. 수년간의 과정을 거쳐 총 에너지 소비 데이터를 수집해 출력량과 연관지어 보면, S-SEC 값의 변화를 확인할 수 있다. 하지만 개별 기계나 다른 공정 기술에 의해 소비되는 에너지양은 상당히 다를 수도 있다.

제품별 에너지 데이터 통한 명확성

에너지 소비량은 사용 중인 기술의 종류와는 별도로 보통 9:3:1 비율로 예측될 수 있다.

여기서 1은 자재의 성형 공정에 적용되는 열에너지를 의미한다. 열에너지를 포함해 기계 전체에 필요한 에너지는 이 값의 약 3배다. 그리고 공장 전체에 필요한 에너지는 열에너지의 약 9배에 해당한다.

예를 들어, 물리학적으로 하나의 플라스틱 제품 성형에 1kWh가 이론적으로 필요하다면, 실제로는 총 9kWh(공정기술에 따른 가중치를 적용한 2011년 유럽 평균)의 사용 및 지불이 예상된다. 총 에너지 소비는 항목화되지 않아서 오늘날 업체들은 어떤 비용이 어떤 특정 제품과 관련있는지 정확히 알 방법이 없다.

공장 전체의 소비와 개별 기계의 소비, 이 둘 간의 큰 차이를 채우기 위해서는 특정 제품 및 공정(P-SEC)에 대한 데이터가 수집 분석돼야 한다. P-SEC은 제품별 에너지 소비에 대한 매우 중요한 정보를 제공하고, 이는 비용을 최적화하는 데 필요하다. 그리고 이런 분석은 공정 관련 소비에만 초점을 두고, 조명 및 공조와 같은 빌딩 인프라에 의한 에너지 소비는 배제한다.

자금 흐름 파악

분석의 첫 번째 단계는 자원이 어떻게 사용되고 자금이 어디에 사용되는지를 판단하는 것이다. 여기서 목표는 그 상호관계를 이해하고 낭비의 요소를 파악하는 것이다. 그렇게 될 때 공정을 더 효율적이고 경제적으로 하는 효과적인 대안이 개발될 수 있다.

솔루션Ⅰ: 선택적 접근

현재 상황의 스냅샷을 위해 일회성 분석이 수행된다. 에너지 흐름이 시각화되고, 효율 개선을 위한 기회가 식별된다. 이러한 분석을 기반으로 조치 목록이 개발되고 그것이 구현된 후 그 결과가 평가된다. 이런 접근 방법은 더 나은 효율을 위한 첫 번째 단계다. 그리고 에너지 관련 이슈에 대한 인지도도 향상시킨다. 하지만 그것의 시작 및 진행 중인 개선책들을 유지하기 위한 어떤 툴들도 필요하지 않다.

솔루션Ⅱ: 연속적 접근

생산 기계에서부터 전체 생산 환경이 평가되고, 생산시스템에 의해 접속되는 중앙 기능들도 평가된다. 에너지 흐름을 더욱 명확히 하기 위해 온도, 압력 및 유량 측정을 위한 센서들이 설치되고 스위칭 시간도 기록된다. 개별 비용 및 상호관계를 자세히 이해하면 지속적 개선과 공정 최적화를 위한 프로세스에 기본이 된다.

성공적인 모니터링 솔루션을 위한 준비

성공적인 모니터링 솔루션을 위해서는 생산 환경에 대한 준비된 계획을 포함한 전문가적 구조 분석을 비롯해 설치 및 사용이 편리한 확장 가능한 시스템 솔루션, 그리고 데이터의 사용자 평가를 위한 설정 가능한 소프트웨어 툴이 필요하다.

에너지 관리를 통한 효율 개선과 더 큰 성공

앞서 언급했듯 플라스틱 산업에서 에너지절약의 잠재성은 꽤 높다. 이런 잠재성에 대해 끊임없이 노력하는 회사는 지속 가능한 경제적 이점을 획득할 수 있다. 그렇게 함에 있어 중요한 것은 생산시스템을 완전하게 분석하는 것이다. 에너지의 흐름과 다른 자원들을 연속적으로 모니터링함으로써 그것들을 효과적으로 관리하는 데 필요한 투명성을 제공한다.

ISO 50001이 소개됨에 따라, 일부 업체들은 결국 강제적으로 에너지 관리에 대한 이슈에 직면하게 됐다. 하지만 이와 관련된 상당한 경제적 잠재력을 고려한다면, 더욱 적극적인 접근을 통해 보장된 결과 및 선두적인 혜택을 누리는 경쟁력을 가질 수 있다.

B&R의 APROL EnMon 시스템은 독립형 단위 또는 공정 제어 시스템에 통합돼 연속적인 에너지 모니터링 기능을 제공한다. APROL EnMon은 쉽게 통합이 가능하고 확장 가능한 완성된 솔루션이다. 이 솔루션은 사용자들에게 에너지 최적화를 위한 종합적이고 직관적인 지원을 해준다. 에너지 가격이 치솟고 있는 가운데, 중요 자원을 보존하면서 여전히 단가를 낮출 수 있다. B&R 솔루션은 가장 작은 독립형 기계부터 광대한 공정 공장까지 쉽고 효과적으로 구현될 수 있다.

FA Journal 편집국 (Tel. 02-719-6931 / fa@infothe.com)

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