에코시안은 ‘생산정보 연계 제조설비·환경설비 에너지 통합 운영관리시스템 개발 및 실증’ 총괄을 맡았다. 2022년 4월에 시작해 지난 7월까지 총 40개월 동안 진행한 이번 연구를 통해 산업현장에서 에너지·생산·환경 등 분야로 분리관리되고 있는 시스템을 통합운영하는 플랫폼 ‘iEEMS’와 에너지절감 및 탄소중립 달성을 지원할 수 있는 에너지, 환경분야별 효율화기술을 개발 및 통합적용·실증하는 성과를 냈다. 연구단 전체 및 1세부 총괄을 맡은 이태동 에코시안 연구소장을 만나 과제배경과 성과에 대해 들었다.

■ 연구를 성공적으로 마친 소감은

한국에너지기술평가원에서 지원한 이번 연구사업 시작 시에는 코로나19 막바지였으며 연구기간 중 테스트베드에서 발생한 대형화재, 기자재비의 상승, 연구비 예산삭감 등 많은 어려움이 있었다. 그럼에도 불구하고 연구사업단을 구성하고 있는 산·학·연 기관의 적극적인 노력으로 연구과제 종료까지 달성할 수 있게 됐다.

 

■ 이번 연구배경은

연구과제를 진행하면서 생산시설 디지털화를 위한 데이터관리, 글로벌 탄소중립 요구와 관련한 다양한 산업계 의견을 청취할 기회가 많았으며 이를 통해 고민 중인 사항을 공유하게 됐다.

먼저 대내·외 탄소중립 요구에 따른 탄소중립 달성에 대한 부담감이 있었으나 관리체계 파편화에 따라 이러한 조치를 고비용 구조로 느끼고 있었다. 또한 기업의 관심도에 따라 산업현장 데이터관리 및 디지털화 수준에 큰 편차가 존재했으며 생각보다 커지고 있는 산업현장 인력난 및 이에 따른 근로자 고령화도 디지털화와 탄소중립을 막는 요인이 됐다. 이에 비해 사회적 인식이 성장하면서 환경, 안전 등에 대한 비용의 수용성이 향상되는 점도 눈에 띄었다.

연구과제를 통해 다양한 사회적 의미를 부여할 수 있으나 이번 연구는 산업계 현황을 최대한 반영해 개선할 수 있는 방향을 제시하고 이를 기반으로 통합활용할 수 있는 기반을 구축하는 것을 목표로 삼았다.

이에 따라 기존 사업장의 현황을 고려한 에너지·생산·환경분야를 기본으로 유연성을 더한 통합관리플랫폼과 실질적인 에너지절감과 온실가스 저감을 달성하는 전동기기 효율화기술, 전기추진 RTO(축열식 연소산화장치)개발을 추진하게 됐다.

 

■ iEEMS가 FEMS와 차별화되는 점은

iEEMS는 분야별로 분리돼 관리하고 있는 사항들을 디지털화 및 연계를 통해 활용하는 것을 목표로 하므로 에너지효율화, 탄소중립, ESG, 비용효율화 등 단어와 연계성이 높은 에너지·생산·환경 등 3개 분야와 관련된 기능모듈을 기본으로 한다.

이를 바탕으로 기업, 사업장의 요구사항에 따라 확장이 가능한 체계로 개발돼 연구개발 초기부터 기존 FEMS와 같은 EMS와의 차별성보다는 사업장, 기업에 기설치된 FEMS가 있을 경우 EMS 범위 및 수준 등에 따른 연계활용 방안을 더욱 고민했다. 즉 iEEMS는 FEMS와 경쟁하는 구도가 아닌 상호연계 할 수 있는 체계로 볼 수 있다.

 

■ 세부과제 시너지 구조는

iEEMS와 전동기기 효율화, 전기식 RTO는 요소기술별로 별도로 기본적인 효과성을 가지고 있으나 이를 통합적으로 적용 시 기능이 더욱 효과를 발휘한다.

우선적으로 통합관리체계인 iEEMS에서는 전동기기 효율화 및 전기식 RTO 등 기술필요성에 따라 확장과 축소 등이 가능하도록 구성됐다. 이에 따라 설비증설, 이설 등에 따른 시스템의 개편 등 고도화 사항을 최소화할 수 있도록 했으므로 연구사업기간에도 협약된 프로토콜에 따라 각 세부별 전문화된 데이터를 수집·분석해 이를 플랫폼에 연동함으로써 종합관제가 가능하도록 조치했다.

 

 

■ 플랫폼 통합대상과 기능은

이번 연구과제 통합플랫폼은 크게 하드웨어 성능개선을 통한 직접절감과 생산·에너지·환경데이터를 연계한 최적화 분석이라는 두 가지 축을 기반으로 에너지절감 솔루션을 제공한다.

통합대상 설비는 전동기(2세부)와 RTO(3세부)다. 전동기의 경우 소형 전동기 속도 가변제어, 고효율 설계, 디지털제어 및 IoT 데이터수집 모듈을 적용해 운전효율을 극대화했다. RTO의 경우 VOCs 저감을 위한 RTO에 에너지절감형 e-RTO(전기식 RTO) 기술을 접목하고 운전상태 모니터링 및 AI기반 최적화 기능을 통해 성능과 효율을 동시에 개선했다.

데이터측면에서는 △생산정보 △에너지정보 △환경데이터 등을 통합한다. 생산정보는 제조시설의 생산량, 원료투입량 등 공정 데이터와 연계해 설비효율을 진단하고 개선방향을 도출했다. 에너지정보는 공정단위별 전력사용량, 보일러 배가스 온도, 열사용효율 등을 분석해 사업장 에너지절감량을 산출·검증했다. 환경데이터는 실내 VOCs, CO₂농도 등 작업자 건강과 직결되는 대기질데이터를 함께 수집·관리해 ESG 및 안전경영에도 기여했다.

기능적 측면에서 통합은 △IoT 기반 3D 모니터링 △AI기반 최적화 △표준화·확산 등이 있다. 3D모니터링은 센서와 측정부에서 수집된 데이터의 실시간 연계·전송을 기반으로 사용자 친화적인 3D 인터페이스를 적용한 모니터링 기능을 제공한다. AI최적화는 생산부하·부하변동·VOC농도 등에 따른 자동제어 및 운전최적화를 수행한다. 표준화 및 확산은 사업장 적용 가이드라인 마련을 통해 다양한 산업현장에 확산가능한 플랫폼으로 발전토록 했다.

 

■ 실증을 수행했는데 적용기술 및 주요성과는

이번 연구과제는 총 3개 사업장에서 실증을 진행했다. 삼아알미늄, 도레이첨단소재, SPC팩이 대상이며 각각의 사업장에서 연구성과의 현장 적용성과를 검증했다.

특히 SPC팩 사업장에서는 전기식 RTO도입을 통한 친환경 VOC 처리 및 에너지효율화를 달성했으며 전동기 하드웨어 개선을 통해 고효율운전 및 IoT 기반 모니터링이 가능해졌다. 또한 생산정보 연계 통합에너지관리 플랫폼을 구축함으로써 생산·에너지·환경데이터 일원화 관리체계를 갖췄다.

이는 연구단의 주요성과가 모두 적용·실증된 것으로 이를 통해 단일설비 차원을 넘어 사업장 전체를 통합적으로 관리할 수 있는 기반을 마련했으며 현장에서의 호응과 향후 확장가능성 또한 높게 평가되고 있다.

다른 실증지인 삼아알미늄과 도레이첨단소재에서도 유사한 수준의 기술도입이 이뤄졌다. 전동기효율화, e-RTO 최적운용, 생산정보 기반 최적화 솔루션을 각각 적용함으로써 공정을 스마트하게 관리할 수 있는 통합관리 체계를 구축했다.

그 결과 모든 실증지에서 에너지절감률 5%라는 초기목표를 상회하는 성과를 달성했으며 특히 생산정보와 에너지데이터를 연계한 최적관리가 가능해짐으로써 효율적이고 지속가능한 에너지관리 기반을 마련했다고 평가한다.

 

■ 연구성과 보급활성화 방안은

개발된 연구성과는 최종적인 성공판정 이후 국가 탄소중립, 환경관리, 디지털화 목표 등과 연계해 정부지원사업 적용모델, 해외사업 진출모델 등 추가적인 비즈니스 모델을 수립해 보급에 활용될 수 있도록 진행할 계획이다.

이를 위해 기술의 국내·외 인증 및 기술표준 등 적용을 연구과제 수행 전 기간에 걸쳐 지속적으로 노력했으며 이를 적용함에 따라 보다 빠른 산업계 보급기회를 확보하고자 했다. 또한 추가적으로 기회가 된다면 기추진된 연구과제간 연계를 통해 상호연구단간 성과물의 연계·협력을 통한 정부 및 산업계 활용·보급방안을 모색하고자 한다.

 

■ ‘확장가능한 플랫폼’의 의미는

이번 연구과제의 최우선 목표는 에너지·환경·생산을 아우르는 통합관리 플랫폼 구축이었다. 이를 SPC팩 사업장에 적용해 실증하는 과정에서 단순히 플랫폼의 기능검증을 넘어 중소형사업장이 필요로 하는 디지털 전환(DX) 기반 마련에도 기여하고 있다.

특히 SPC팩 사업장에서는 현재 본 플랫폼을 기반으로 CCTV 연계, 화재감지시스템 연계 등 사업화가 실제로 진행 중이다. 이는 플랫폼이 단순히 에너지·환경관리에 머무르지 않고 안전·보안관리까지 범용적으로 확장가능한 토탈관리플랫폼이자 스마트팩토리 관리체계로 발전할 수 있음을 보여주는 사례다.

또한 시스템연계성 확장도 기대된다. 개별적으로 운영되던 설비 모니터링, 환경관리, 보안시스템을 시각화 기반으로 일원화 관리할 수 있다. 이와 함께 산업군 확산성도 얘상된다. 데이터표준화 및 운영가이드라인을 통해 중소·중견사업장뿐만 아니라 다양한 산업군에도 손쉽게 확산 적용이 가능하다.

즉 이번 플랫폼은 통합관리플랫폼 구축이라는 본래목표를 달성함과 동시에 실제 사업장에서 DX기반을 마련하고 사업화까지 연결되고 있으며 앞으로도 다양한 시스템과 연계해 스마트팩토리형 통합플랫폼으로 확장할 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

 

■ 1세부 연구내용은

1세부는 ‘표준기반 사업자 유형별 특화 iEEMS 플랫폼 개발’을 목표로 △단위 사업장별 현황기반 최적화 스마트에너지관리플랫폼 개발 △에너지·환경 통합운영관리시스템 관련표준 활용 가이드라인 개발 △생산·에너지·환경 데이터셋 정확도검증 및 운영최적화 솔루션모듈 개발 △센서측정 기반 굴뚝환경·유해환경·에너지관련 정보측정 △IoT 기반기술 적용 운영시스템 개발 등을 수행했다.

■ 1세부 플랫폼 개발에서 가장 핵심적인 기능은

가장 핵심적인 기능은 생산정보와 에너지사용량을 연계·분석해 공장의 최적 운전조건을 제시하는 최적화 및 시뮬레이션 모듈이다. 해당 모듈은 생기원에서 개발한 알고리즘을 기반으로 사업장에서 3년간 축적된 생산·에너지 데이터를 분석하고 생산품의 물리적 특성까지 고려해 최적화된 생산계획 수립 및 공정컨디션 진단을 가능하게 했다.

이는 단순한 데이터모니터링을 넘어 실제 공장운영의 효율성을 정량적으로 제안할 수 있다는 점에서 플랫폼의 기술적 고도화를 상징하는 핵심 모듈이라 할 수 있다.

이 과정에서의 기술적 난이도는 크게 두 가지다. 먼저 데이터 통합 및 분석난이도다. 생산·에너지·환경데이터를 동기화해 장기간 패턴을 학습하고 이를 기반으로 공정 최적운전조건을 제시하는 것 자체가 높은 기술적 장벽을 요구한다. 또한 현장적용성 확보난이도도 높았다. 시뮬레이션 결과가 실제공정과 괴리되지 않도록 생산품 특성과 공정특성을 함께 반영하는 다차원적 분석기법 구현에 공을 들였다.

또한 플랫폼의 사용성 측면에서는 3D 기반 대시보드 구현이 중요한 성과다. 일반적으로 3D시각화는 무거운 물리엔진과 복잡한 구현기술을 요구하지만 이번 플랫폼에서는 경량화된 3D렌더링 구조를 도입해 필수기능만 최적화해 반영함으로써 시각화 효과는 극대화하면서도 가볍고 직관적으로 구동되는 대시보드를 구축했다. 이를 통해 현장사용자들이 편리하게 활용할 수 있는 실용적 플랫폼을 완성했다.