| 연구개발개요 |
○ 본 연구는 건물부문 에너지 저감 및 제로에너지빌딩 보급 확대를 위한 신재생에너지 융복합 기술 개발에 관한 연구로 다양한 에너지원이 존재하는 건물에서 건물에너지 이용 및 생산 상황에 맞게 최적으로 에너지를 융통할 수 있는 Intelligent Agent (Digital Twin + Artificial Intelligence) 기반 통합 제어기술 개발을 목적으로 함.○ 건물의 신재생에너지 이용에 있어 기존에는 주로 단일 시스템(태양광, 지열 등)에 의존하거나 복수 이용이라 할지라도 건물 이용자의 자의적 판단이나 단순 로직에 의한 운전이 대부분이였으나, 본 연구에서는 사전에 대상 건물의 에너지 부하 및 이용 상황, 시스템 성능 등을 예측함을 물론, 디지털트윈(Digital Twin)과 인공지능(Artificial Intelligence)에 기반한 최적의 설계 대안 및 운전법을 제시할 수 있음.○ 연구레벨에서는 신재생 융복합 시스템의 설계를 위해 EnergyPlus, TRNSYS 등의 성능예측모델이 주로 이용되고 있으며 모델 제작 및 시뮬레이션을 통한 운전 방법이 제시될 수 있으나, 고가의 상용프로그램을 이용하여 중소규모의 건물에 이러한 해석툴을 모두 적용하기에는 시간적, 비용적 어려움이 있음.○ 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 인공지능 기반의 통합 시스템 성능 예측과 함께 개별 건물의 에너지 부하 및 생산 상황에 대응하는 최적 운전 알고리즘을 도출하고, 이를 모듈화하여 범용적으로 이용할 수 있는 디바이스를 개발하고자 함. 또한, 디바이스 직접적용이 어려운 건물에서는 IoT와 접목하여 서버에서 인공지능으로 예측된 실시간 최적 운전법을 시스템에 전달하는 기술을 개발함.○ 본 연구는 단순히 연구 개발만으로 그치는 것이 아니라 실제 신재생에너지 융복합 시스템이 설치된 건물에 적용하여 성능 개선 효과, 도입 경제성, 사용 편의성 등을 평가하는 것을 목표로 함.
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| 최종목표 |
○ 본 연구는 건물부문 에너지 저감 및 제로에너지빌딩 보급 확대를 위한 신재생에너지 융복합 기술 개발에 관한 연구로 다양한 에너지원이 존재하는 건물에서 건물에너지 이용 및 생산 상황에 맞게 최적으로 에너지를 융통할 수 있는 Intelligent Agent (Digital Twin + Artificial Intelligence)기반 통합 제어기술 개발을 목적으로 함.○ 연구레벨에서는 신재생 융복합 시스템의 설계를 위해 EnergyPlus, TRNSYS 등의 성능예측모델이 주로 이용되고 있으며 모델 제작 및 시뮬레이션을 통한 운전 방법이 제시될 수 있으나, 고가의 상용프로그램을 이용하여 중소규모의 건물에 이러한 해석툴을 모두 적용하기에는 시간적, 비용적 어려움이 있음.○ 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 연구에서는 인공지능 기반의 통합 시스템 성능 예측과 함께 개별 건물의 에너지 부하 및 생산 상황에 대응하는 최적 운전 알고리즘을 도출하고, 이를 모듈화하여 범용적으로 이용할 수 있는 디바이스를 개발하고자 함. 또한, 디바이스 직접적용이 어려운 건물에서는 IoT와 접목하여 서버에서 인공지능으로 예측된 실시간 최적 운전법을 시스템에 전달하는 기술을 개발함.
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| 연구내용 및 범위 |
○ 디지털 트윈 기반 신재생에너지 융복합 시스템 성능예측모델 개발 - 재실자 상황 및 외부조건(기상조건, 지표면온도)을 반영한 에너지부하모델 구축 - 건물부하모델 + 태양광열 모듈 + 히트펌프 + 열저장장치를 결합한 신재생 융복합 시스템 모델 구축 - Unmet Load Hour, Energy Use Intensities 분석을 통한 신재생 융복합 시스템 성능예측모델 검증 ○ 인공지능 기반 실내환경 및 에너지소비량 예측모델 개발 - 시스템 상세 데이터 취득 및 입력변수 상관관계 분석을 통해 예측모델 Input/Output 변수 설정 - 최적의 에너지 성능을 확보하도록 시스템을 제어하기 위한 실내환경 및 에너지소비량 예측모델 개발 - 데이터마이닝, 학습알고리즘, 파라미터 등 다양한 방법론 적용 예측모델 최적화 ○ 신재생 융복합 시스템 최적 디바이스 개발 - 간편한 UI(User Interface)를 제공하는 touch-screen형 디바이스 디스플레이 제작 - 최적제어 알고리즘 탑재 및 실시간 모니터링/제어가 가능한 디바이스 개발 - 신재생 융복합 시스템 실증 사이트에 최적제어 디바이스 실제 적용 ○ 현장적용을 통한 적응형 최적 제어알고리즘 개발 - 실내환경 및 에너지소비량 예측모델을 내재한 적응형 제어 프로세스 구축 - 실내외 환경, 시스템 변수 등을 복합적으로 고려하여 최적 제어알고리즘의 성능개선 및 고도화 - 개발된 핵심제어기술 적용을 통한 시스템 에너지효율 및 운영비 절감 여부 검증 ○ 인공지능 탑재 PLC (Programmable Logic Controller) 제작 및 현장적용 - 계측 데이터 양방향 전송 및 실시간 측정 데이터 기반 PLC 제작 - 인공지능 탑재 PLC 실증 사이트 적용 가능성 검토 및 시스템 결합 ○ 시스템 데이터베이스 기반 구축 및 유지관리 가이드라인 개발 - 신재생 융복합 시스템 제어를 위한 시스템 변수 및 외기조건 데이터베이스(Database, DB) 구축 - 최적 제어알고리즘의 안정적 운영 및 적용성 확대를 위한 지속적 모니터링 및 유지관리 가이드라인 개발 - 현장 데이터 취득 및 시스템 검토를 통한 안정성 확보 등 사후관리 체계 구축 ○ 최적제어 적용 신재생 융복합 시스템 용량설계 매뉴얼 구축 - 경제성 분석 시나리오 설정 및 최적 용량설계가 반영된 개발 시스템의 초기투자비용 회수기간 도출 - 성능과 비용 측면을 모두 고려한 신재생 융복합 시스템 최적 용량설계 매뉴얼 구축 - 실제 사용자 중심의 최적제어 적용 신재생 융복합 시스템의 용량설계 매뉴얼 보급 활성화 계획 수립
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