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SMK 기본정보

SMK 기본정보
기술명 가전기기 전력 분석 장치 및 방법
개발 배경 및 필요성 ○ 에너지관리시스템(EMS, Energy Management System)은 정보통신기술과 제어 기술을 활용하여 빌딩, 공장, 주택, 사회 인프라(전력망, 교통망 등) 등을 대상으로 에너지 흐름 및 사용의 시각화/최적화를 가능하게 하는 통합 에너지 관리 솔루션이며, 에너지 관리대상에 따라 건물에서는 BEMS(Building Energy Management System), 공장에서는 FEMS(Factory Energy Management System), 가정에서는 HEMS (Home Energy Management system)로 구분하여 사용되고 있음
○ 이중 HEMS의 경우, 일반 가정의 주 에너지 소비원인 조명, 가전 기기나 급탕 기기 등을 정보통신기술을 활용하여 자동 제어하는 시스템이며, 공급자와 소비자 간의 실시간 정보 교환을 통해 에너지 생산 및 소비를 최적화시켜 주는 가정용 에너지관리시스템을 정의함
○ HEMS 산업은 IT 기술 기반의 에너지 융합 산업으로 스마트 홈과 스마트그리드와의 융복합적인 산업 영역으로, 사물인터넷(IoT, Internet ofThings) 기술과의 융합이 특히 활발하게 적용되고 있지만 실제운영단계에서는 모니터링 및 On/Off 제어기술만 보급되어 있는 실정임
○ HEMS 구축 시 기존 분전반을 활용한 가전기기별 분석 및 진단 결과를 리포트 받는다면 HEMS 구축 시 시간/비용 절감 통해서 시너지 창출이 가능할 것으로 판단됨
○ HEMS는 에너지, 하드웨어, 통신, 소프트웨어 등의 기술이 복합적으로 연계되어있는 기술집약적 산업으로, 에너지와 환경 및 수요자 중심의 소프트웨어 기술이 접목된 서비스와 제품이 보급 필요함
○ 에너지 공급자와 소비자 간의양방향 커뮤니케이션을 통해 에너지 사용 및 효율을 극대화하는 차세대 에너지 산업으로써 실시간으로 에너지 생산 및 소비되는 정보를 파악하여 에너지 효율을 최적화하고, 전력 측면에서는 전력 피크 발생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 소비자의 에너지 사용정보를 통해 소비자 스스로 에너지 절감을 실천이 가능함
○ 신축건축물의 경우 HEMS 설치는 초기 투자비로 인해 주택 건설비용 상승으로 이어질 수 있기 때문에 시장 확대를 위해서는 소비자들이 이해하기 쉽고 저비용으로 유지관리가 쉬운 시스템이 요구됨
○ 본 연구과제에서 개발하고자 하는 시스템의 경우 다양한 서비스와 산업을 연계할 수 있으며, HEMS 산업구조에서 본다면 후방산업으로는 스마트 미터, 컨트롤러, 센서 등의 하드웨어 산업, 계측된 정보와 제어정보를 송수신하기 위한 네트워크/통신 산업 발전, 수신된 정보를 효율적으로 제어하는 플랫폼 기술 등의 소프트웨어 등의 산업발전에 기여가 가능
기술 개요 주택에서 사용되는 복수의 가전기기에 대한 전력 데이터 세트를 획득하며, 전력데이터를 입력으로 하여 가전기기별 전력 사용량 결과를 예측하도록 학습된 전력량 예측 모델에 데이터를 입력하여 가전기기의 개별 전력 사용량을 예측하는 방법

기술의 특장점

기술의 특장점
기존 기술 대비 차별성 본 기술의 신축 건축물 보다는 기존 건축물을 대상으로 하고 있으며, 저비용으로 누구나 쉽게 사용 가능한 시스템이며 센서 비용 절감 및 가전기기 90% 이상 분리 분석 가능하며, 현재 공동주택에 사용되고 있는 스마트 월패드에 적용 가능한 장치 및 방법론임
기술 경쟁력 * 주택용 6대 가전 전력 데이터 분리 분석 90% 이상 가능
- 신뢰성 90% 이상
- 오차율 10% 이내

* 가전기기 파형 분리 분석을 활용한 소비패턴 파악 가능
* 노화, 오작동, 고장 등의 현상 정보 제공 가능
* 향후 실시간 검사를 통한 이상징후 검출 가능
경제적 효과 * 분전반 단일 전력 데이터를 활용함에 따라 가전기기 에너지 및 계측기 비용 절감 가능

* 자율적 학습 체계 진화를 통한 이상 징후 예층 소요시간 감소 가능

* 가정용 가전기기 과소비 에너지 정보 제공 및 절감 가능

* 가전기기 전력 사용량 예측을 통한 피크부하 절감 가능

시장성

시장성
시장규모 및 성장성 ○ 주택부문 에너지 수요 관리 및 효율화 사업
- 국내 주택부문 성능개선시 기존 Passive요소(창호 교체, 단열재 추가, 외내부 마감 변경 등)의 개선 효율화 사업에서 Active 요소인 가전기기별요소의 에너지 효율화 사업으로 변경 가능
- 주택부문의 가정에서 사용되는 기기별 에너지 진단을 시중에 판매되고 있는 전력량계 측정기를 활용하여 본 개발 기술을 적용함에 따라 초기투자비용 절감 가능
- 기존 KT. LGU+, SK 등 통신관련 기업에서 HEMS 및 IoT홈 기기와의 연계 가능성 검토
- 각 지역별 측정된 데이터를 소셜 서비스 등과 융합한 형태로 공유함으로써, 데이터보다 더욱 현실에 맞는 대기 오염 정보를 공유, 다양한 형태의 서비스, 제품 적용이 활발히 이루어질 것으로 전망
- 측정된 연차별 데이터를 활용하여 주택부문 에너지 수요관리 연구에 기여 가능
○ 중소형 건축물 대상 확대 사업화
- 본 개발 기술을 활용하여 중소형 건축물에서 사용하고 있는 가전 기기별에 대한 에너지 소비패턴분석에 활용 가능
- 주택부문의 기기별 에너지 수요관리 데이터를 활용하여 중소형건물에 상주하는 중소기업에서 사용되는 수요 에너지 분석 및 절감 가이드라인 제시 가능
- 시중 판매되는 전력량계를 활용함에 따라 초기개발비용 감소로 초기 투자비용 절감되며, 이에 중소형 건물의 에너지 수요관리 참여율 적극 유도 가능
○ AI 기반 전력 부문 신산업 창출
- Cloud 시스템 개발과 이를 기반으로 한 Big Data 분석 등 최근 ICT 시장에서 핫이슈로 등극하고 있는 Big Data 분석 및 공유 기술 등 다양한 글로벌 소셜 환경에서의 데이터를 활용한 정보 제공 및 운용 기술 및 서비스 활성화에 기여하게 될 전망
- 각 지역마다 주택에 맞는 가전기기별 전기에너지 계측을 통하여 에너지수요 관리를 함으로써 보다 정말한 가정 내의 전기에너지 데이터 수집 가능함에 따라 추가적 AI 기반 데이터 제공이 가능함
응용분야(수요처) ○ 비즈니스 모델
- 전력데이터 기반 에너지 진단 및 서비스 모델 분야 경제성 모델 창출
- 홈 IoT 기술 분야 및 EMS 진단분야 시장점유 가능성 확보 및 신규 에너지 컨설팅 분야 시장 확대
- 가전기기에 표기되는 에너지소비효율등급의 경우 정격효율에 따른 소비효율이 표기됨으로 실제 운전되고 있는 가전기기별 소비효율에 대한 Big Data 구축가능하며, AI 기반 에너지 효율성 및 경제성 확보를 통해 새로운 수익 모델 창출 및 국내 건축물 AI 진단 분야 보급 환산 기반 마련

연구성과 정보

* 지재권현황
순번 발명의 명칭 출원번호 관리현황
1 가전기기 전력 분석 장치 및 방법 10-2020-0187470 기여율 100%
2 가전기기 전력 분석 장치 및 방법 10-2021-0176920 기여율 100%

시공실적 및 시제품 현황
시공실적 및 시제품 현황 <1차년도>
■ 메인 분전반 계측기 설치
○ 설치 목적
- 가전기기 전력 분리 분석 방법을 위한 Data 확립 및 기초 자료로 활용
- 전력 총 사용량에 대한 벤치마킹 시스템 구축 및 기기별 특성을 고려한 벤치마킹 시스템을 위한 DB 구축
- 전력 빅데이터 기반 파형 분리를 위한 알고리즘 구축 및 검증용 데이터 활용
○ 설치 장소
- 안산시 원선로 50 벽산블루밍 아파트(1세대)
- 오산시 운암로 64 운암대동황토방다숲 아파트(1세대)
○ (주)요코가와 전기 WT310E 선정
○ 계측 범위
- 계측항목 : 파형분리 및 검증 데이터 확보를 위한 계측항목으로 전압, 전류, 전력량, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 주파수, 왜형률 등을 선정
- 계측 주기 : 0.1초
- 계측 일자 : 2020. 07. 31 ~ 2020. 10. 20

<2차년도>
■ 메인 분전반 계측기 설치
○ 설치 목적
- 가전기기 전력 분리 분석 방법을 위한 Data 확립 및 기초 자료로 활용
- 전력 총 사용량에 대한 벤치마킹 시스템 구축 및 기기별 특성을 고려한 벤치마킹 시스템을 위한 DB 구축
- 전력 빅데이터 기반 파형 분리를 위한 알고리즘 구축 및 검증용 데이터 활용
○ 설치 장소
- 송파구 송파대로 567 주공5단지 아파트(1세대)
- 반포동 727-9 빌라(1세대)
- 영등포구 문래로 4길 26 아파트(1세대)
- 안양시 동안구 귀인로 172-22 아파트(1세대)
○ (주)요코가와 전기 WT310E/WT333E 및 BS-PQ1(자체제작 파워미터) 선정
○ 계측 범위
- 계측항목 : 파형분리 및 검증 데이터 확보를 위한 계측항목으로 전압, 전류, 전력량, 유효전력, 무효전력, 피상전력, 주파수, 왜형률 등을 선정
- 계측 주기 : 1초
- 계측 일자 : 2021. 05. 02 ~ 2021. 12. 31
기술준비도(TRL) 기술개념확립  연구실환경검증  시제품제작  실제환경검증  신뢰성평가  상용품제작
R&D 수행이력 사업명 국토교통기술촉진연구사업
과제명 리빙 전력데이터 수집 및 소비패턴 벤치마킹 시스템 개발
총연구기간 2021-01-01 ~ 2021-12-31
총연구비 200,000,000원

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