인공지능(AI) 기반의 신재생에너지 융복합시스템 통합제어 플랫폼 개발이 본격 시작됐다.
이번 개발은 국토교통부 국토교통기술촉진연구사업의 일환인 국토교통기술혁신 연구로 올해 4월부터 시작됐으며 총괄 연구주관은 부산대(남유진 교수)가 맡았으며 참여연구기관으로 중앙대(문진우 교수)와 린텍(대표 김한지)이 참여한다.
이번 연구사업은 ‘국토교통과학기술 연구개발 종합계획(2018~2027)’에 제시된 연구주제 관련 창의·도전적인 아이디어 발굴 및 기반연구 지원을 목적으로 시행돼 국토교통기술혁신연구분야 독창적이고 참신한 아이디어를 선정해 지원하는 사업이다.
신재생 통합제어 플랫폼 시급
신재생 융복합시스템에 대응 가능한 ‘Intelligent Agent 기반 신재생 융복합 시스템 통합제어 플랫폼 개발’은 제로에너지빌딩 의무화가 2020년 공공부문을 필두로 본격 시행되고 있으며 이러한 목표를 달성하기 위해 건물에너지성능 향상을 위한 다각적 노력이 진행됨에 따라 주목받고 있다.
신재생에너지분야에서도 기존의 단일시스템(태양열, 지열)의 성능적 한계를 극복하기 위해 복수의 에너지원을 사용하는 융복합시스템 개발 및 적용이 시도되고 있다.
융복합시스템의 성공적인 적용 및 확대를 위해서는 복잡한 시스템운용을 최적화할 수 있는 제어법이 필요하지만 현실에서는 건물 이용자의 자의적 판단이나 단순 로직에 의한 운전이 대부분이다.
이에 따라 신재생 융복합시스템에 대응 가능한 ‘Intelligent Agent 기반 신재생 융복합 시스템 통합제어 플랫폼 개발’이 필요한 상황이다.
신재생 융복합시스템의 설계를 위해 EnergyPlus, TRNSYS 등의 성능예측모델이 주로 이용되고 있으며 모델 제작 및 시뮬레이션을 통한 운전방법이 제시될 수 있으나 고가의 상용프로그램을 이용해 중소규모 건물에 해석툴을 모두 적용하기에는 시간적, 비용적 어려움이 크다.
이에 따라 이번 연구를 통해 신재생융복합 시스템의 최적적용 및 제어를 위해 사전에 대상 건물의 에너지부하 및 이용상황, 시스템성능 등을 예측함을 물론 디지털트윈(Digital Twin)과 인공지능(Artificial Intelligence)에 기반한 최적의 설계 대안 및 운전법을 제시할 계획이다.
특히 건물 운용자를 포함한 실제 사용자의 접근성 및 사용용이성을 확보한 제어플랫폼 개발이 목표다.
정책 부합·타 기술 접목 기대
최근 인공지능을 활용한 건물의 부하예측, 시스템성능 예측기술에 관한 연구는 지속적으로 수행되고 있으며 실제 냉난방 및 열원시스템에 적용하는 사례가 늘어나고 있다. 또한 신재생에너지 시스템을 대상으로 인공지능기술을 접목하고 있지만 대부분 단일시스템의 성능식에 근거한 성능예측수준에 그치고 있는 것이 현실이다.
인공지능을 활용한 학습모델이나 예측기법을 통해 시스템성능을 예측하고 적절한 대안을 제시할 수는 있다. 그러나 신뢰성 있는 설계 및 제어기술 개발을 위해서는 실물(Real-scale)시스템을 이용한 적용가능성이 충분한 기간 검토돼야 하며 실제이용자의 이용 상황이나 환경조건 등이 고려돼야 한다.
이번 연구의 주관기관인 부산대 남유진 교수연구팀은 태양광·열, 지열시스템을 비롯한 건물 적용 신재생에너지 시스템 개발을 추진해 왔으며 최근 캐나다와의 국제공동 연구를 통해 신재생 융복합시스템(태양광+태양열+지열, 태양광+태양열+공기열)의 실증현장을 구축, 이를 활용한 실증실험을 수행 중이다. 다수의 현장 실험과 수치해석을 통해 개별 신재생에너지 시스템의 가동 및 제어에 필요한 기초자료를 확보하고 있어 이번 연구를 성공적으로 추진할 수 있을 것으로 기대된다.
참여기관인 중앙대 문진우 교수연구팀은 인공지능 기반 실내환경 및 에너지 성능예측기술에 풍부한 연구경험과 실적을 가지고 있으며 최근 연구를 통해 지능형대리(Intelligent Agent) 시스템체계를 정립하고 이를 활용한 시스템성능 예측 및 설비시스템 제어관련 연구과제를 다수 수행했다.
이번 연구에서는 시뮬레이션 및 현장 실측데이터를 기반으로 신재생 융복합시스템의 실내 환경 및 에너지소비량 예측모델을 개발하고 개발된 모델의 현장적용과 함께 지속적인 피드백을 수행해 개발플랫폼의 성능평가 및 개선을 담당한다.
참여기업인 린텍은 지열히트펌프를 주력으로 신재생에너지 설계, 시공, 유지관리 전문기업으로 건물 냉난방시스템 및 태양광-지열 하이브리드시스템 개발에 역점을 두고 있다. 고척동 돔구장, MBC신사옥, 부산에코델타시티 등 신재생에너지 설비설계 및 시공에 풍부한 경험을 갖고 있다. 이번 연구개발 사업을 통해 제로에너지빌딩 및 신재생에너지 융복합 기술시장 확대에 큰 의지를 가지고 있으며 인공지능탑재 제어모듈 제작 및 시스템 구축을 담당한다.
남유진 부산대 교수는 “이번 연구 과제는 오는 12월까지 수행될 예정이며 예측모델 및 시뮬레이션 모델 구축, 실증데이터 수집 및 분석, 통합제어모델 개발 및 적용까지 수행하기에는 빠듯한 기간이지만 축적된 경험과 기술을 바탕으로 계획된 연구성과를 낼 것”이라고 강조했다.
남 교수는 이어 “이번 연구에서 개발된 신재생에너지 융복합 통합제어 플랫폼은 저탄소 에너지 기술개발, 신재생에너지 보급 확대, 그린 리모델링 등과 같은 주요한 정부의 정책에 발맞춰 다양한 분야에서 타 기술들과 접목돼 활용될 것으로 기대된다”라며 “연구 개발이 성공적으로 이뤄진다면 중소형 건물은 물론 대형 에너지복합시설에서도 개발 플랫폼이 손쉽게 활용될 수 있어 후속 실증연구를 추진할 계획”이라고 밝혔다.
