| 1차년도 |
1. 주관연구개발기관(부산대학교 산학협력단) : ■ 디지털 트윈 기반 신재생 융복합 시스템 성능예측모델 개발 ■ 신재생 융복합 시스템 초기 운전 알고리즘 구축 ■ 실증 사이트 모니터링 및 실측 데이터 분석2. 공동연구개발기관(중앙대학교 산학협력단) : ■ 인공지능 기반 실내환경 및 에너지소비량 예측모델 개발 ■ 시스템 시뮬레이션 모델 구축 및 예측모델 성능평가？최적화 ■ 신재생 융복합 시스템 최적 제어 알고리즘 초기안 개발3. 공동연구개발기관(주식회사 린텍) : ■ 신재생 융복합 시스템 최적제어 디바이스 개발 및 적용 ■ 신재생 융복합 시스템 설비용량 최적화
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1. 주관연구개발기관(부산대학교 산학협력단) : ■ 디지털 트윈 기반 신재생 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 ■ 신재생 융복합 시스템 초기 운전로직 구축 - 태양열원과 지중열원을 이용한 신재생 융복합 시스템의 운전 알고리즘 선행연구 조사 - 건물부하조건, 열원조건(태양열, 지중열), 시스템 조건을 반영한 초기 운전로직 구축 - 운전로직에 기반한 신재생 융복합 시스템 냉난방/축열 Operation control signal 구축 ■ 실증 사이트 모니터링 및 실측 데이터 분석 - 현재 진행 중인 타 연구과제(한국산업기술진흥원, 한국에너지기술평가원)의 실증 사이트 활용 - 신재생 융복합 시스템 실제 운전 데이터와 디지털 트윈 기반 성능예측모델 비교검토 - 인버터 제어를 통한 시스템 에너지 소비량 절감방법 도출2. 공동연구개발기관(중앙대학교 산학협력단) : ■ 인공지능 기반 실내환경 및 에너지소비량 예측모델 개발 - 인공지능 기반 시스템 최적 제어기술 동향 분석 및 실태조사 - 시스템 관련 환경조건 상세 데이터 취득 및 상관관계 분석을 통한 예측모델 입출력 변수 설정 - 축열 및 냉난방 시스템 setpoint, COP, 가동 모드 등 에너지 최적 운용을 위한 초기예측모델 개발 - 인공지능 기법(ex. ANN, SVM, RF, GPR)의 정확성, 안정성, 연산속도 등의 성능 비교？분석을 통한 학습 알고리즘 선정 ■ 시스템 시뮬레이션 모델 구축 및 예측모델 성능평가？최적화 - 시뮬레이션 모델 구축을 통한 다양한 외기조건 및 시스템 변수 패턴에 따른 학습데이터 취득 - 데이터마이닝, 시뮬레이션, 학습기법 등 다양한 방법론 적용을 통한 초기예측모델 정확도 평가 및 최적화 - 변경된 환경조건의 최적 예측모델 적응성 평가를 통한 자가학습 프로세스 구축 ■ 신재생 융복합 시스템 최적 제어알고리즘 초기안 개발 - 제어 대상인 신재생 융복합 시스템 분석을 통해 제어 요소 및 목표 도출 - 최적 예측모델을 적용한 제어 계획 수립 및 최적 에너지 성능확보를 위한 초기 제어알고리즘 개발 - 신재생 융복합 시스템 시뮬레이션을 통한 초기 제어알고리즘 구동 여부 파악 및 성능검증3. 공동연구개발기관(주식회사 린텍) : ■ 신재생 융복합 시스템 최적제어 디바이스 개발 및 적용 (부산대/중앙대 협업) - 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 ■ 신재생 융복합 시스템 설비 구축 및 모니터링 시스템 개선 - 실증 데이터 수집을 위한 실내외 환경 및 시스템 성능 인자 센서 제작 설치 - 열원(태양열, 지중열) 및 장비(히트펌프, 순환펌프, 축열조) 등 실제 설비기기의 이용/가동시간에 근거한 설비용량 개선안 도출 - 융복합 시스템 모니터링 및 제어를 위한 적정 센서 설계법 검토(위치, 개수, 정확도 등)
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 기술적 측면- 인공지능 탑재형 신재생 융복합 시스템 제어 기술 개발로 참여 기업을 비롯한 신재생에너지 전문기업의 연구 개발 능력 및 시스템 설계/제어 기술력이 상승되는 효과를 가질 수 있음.- 신재생에너지원인 태양에너지를 이용하여 전기와 열을 융합 생산하는 시스템을 구축함으로써, 2025년부터 의무화를 추진하고 있는 제로에너지빌딩(ZEB)의 필수 아이템으로 활용 가능성이 매우 높음.- 태양에너지와 히트펌프를 융합한 시스템에 인공지능 기술을 접목하여 건물의 냉방, 난방, 전기 부하를 효과적으로 줄여주는 건물에너지 효율 향상 기술임.
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 경제적？산업적 측면- 건축물 이용 신재생에너지 융합 기술을 통해 기존의 개별 기술의 단점을 보완하여 신재생에너지 보급률을 획기적으로 증가시키며, 국가 에너지 안보 및 경쟁력 확보에 이바지 함.- 개발 기술이 상용화되면, 제로에너지빌딩 적용 신재생에너지 기술로써 수출 가능성이 높고 국가에너지 경쟁력 향상에 기여함.- 신재생에너지 시장에서의 건전하고 현실적인 경쟁 구조를 만들어, 전체 신재생에너지 시장의 가격 경쟁력 상승에 이바지 함.○ 사회적 측면- 본 기술의 보급을 통해 건축, 설비, IT 분야는 물론 건축물 이용 인공지능 분야의 핵심인재를 양성할 수 있음. 또한, 히트펌프 냉난방 설계 및 시공인력, 통합 유지·관리 S/W와 H/W 관련 분야에서 고용 창출에 이바지 함.- 에너지 수요에 대응하는 기술로써 국가 전력 계획에 기여할 것이며, 건물 부문의 에너지 수요 및 공급 안정화에 이바지 함.
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| 활용방안 |
○ 디지털 트윈 기반 신재생 융복합 시스템 성능예측 모델- 디지털 트윈 기술을 적용하여 건물부하패턴조건, 시스템 용량설계 및 운전조건 등에 따른 시스템 성능을 예측하고 이에 근거하여 용량설계 대안과 운전방법을 제공- 기존 중앙집중 및 수직통합 방식에서 수평 분권화 및 소형화로 변화하는 기술 트렌드에 적합한 새로운 융합 형태의 신재생에너지 융복합 시스템 모델 제안 (IEA EBC Annex 54: Micro generation)- 에너지저장장치, 수요관리시스템, ICT 플랫폼, 다른 기존기술과 융합화로 변화하는 신재생에너지 시장에 대한 획기적인 기술제공 및 관련 시장 활성화에 기여- 최근 추진 중인 정부정책 ‘친환경에너지타운 조성’, ‘스마트빌리지(에코델타시티)’, ‘공공기관 건축물 그린리모델링 사업’ 등에 적합한 에너지 자립형 융복합 시스템 초기 모델 제안○ 실내환경 및 에너지소비량 예측모델 및 제어알고리즘 - 인공지능+설비 제어 융？복합 기술로 고효율 에너지 설비 및 지능형 건물제어 분야 확대 적용 - 신재생+설비+인공지능 결합에 특화된 제어알고리즘 확보로 차별화된 혁신적 기술제공- ‘국토교통부, 지능형 건축물 인증(제2020-1028호)’을 위한 기반 자료로 활용 *에너지 절약형 건축 계획(A1-01-01), 제어 및 감시(M1-04-01), 자동제어에 의한 에너지 절약기법(M2-04-02), 장비 성능？에너지 분석(S2-04-01), 신재생에너지 시스템 통합(S3-02-03), 설비 및 에너지 최적 관리기능 (F3-01-02) 부문 - 국내 인공지능 기반 건물에너지 효율화 산업 보급과 정부 지원정책 개선을 위한 근거 자료 제공- 개발 기술의 적응성 및 적용 확장성 확보로 에너지 절감이 요구되는 다양한 용도의 건물에너지？공조설비 분야 Row Data 제공 - 건설사, 설비 전문기업 등 인공지능 기반 시스템 제어 및 운영 가이드라인 제공- BEMS, EMS 요소기술로의 적용 및 인공지능 관련 연구？산업 응용 활성화에 기여○ 신재생 융복합 시스템 최적제어 디바이스- 신재생에너지와 더불어 2가지 공조시스템 기술을 결합한 하이브리드 기술 분야 확대 적용- 단순 인버터 제어가 아닌 시간별, 계절별, 부하별 상황을 종합적으로 고려한 최적제어로직을 탑재하여 시스템의 효율향상과 건물 에너지 저감을 위한 제어방 법 제공- 건물부하조건, 시스템조건, 지역조건, 용량조건 뿐만 아니라 재실자의 쾌적성(Thermal comfort)까지 충족시킬 수 있는 디바이스 개발을 위한 데이터베이스로 활용- AICBM(AI, IoT, Cloud, Big data, Mobile) 확장을 위한 데이터베이스 구축○ 최적제어 기반 신재생 융복합 시스템 용량설계 매뉴얼- 시스템 성능 및 경제성 측면을 모두 고려한 매뉴얼을 통해 발주자(건축주 등)의 의사결정 편익도모- 실제 실무자 중심의 매뉴얼 구축 및 보급을 통해 도입 건물의 종합적인 조건에 합리적인(reasonable) 신재생 융복합 시스템 용량설계 가이드라인 제공- 신재생에너지보급 의무화(RPS), 신재생에너지의 기술개발 및 이용보급 기본계획 등 국가정책 활성화를 위한 기반 자료로 활용
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