KR100629417B1 - 인버터 사용 효과의 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 교류전동기가변속장치(이하 인버터) 사용 효과 측정방법에 관한 것으로, 유체기계를 대상으로 운전 계측 데이터와 운전 조건을 수집하여 입력하면 자동적으로 인버터 운전 시 전력 절감량을 산출하여 제공해주는 것이다.

상기 인버터 사용 효과의 측정방법은 전동기에 소요되는 전력을 계측하고, 상기 전동기의 운전 행태 분석과 압력, 온도, 레벨, 전류와 같은 프로세스값을 산출하여 설비 운전 데이터를 수집하고, 상기 고압 전동기를 사용하는 펌프, 송풍기와 같은 유체기계 설비 제원을 입력하여 상기 유체기계 설비의 유형에 따라 각각 다른 계측 항목과 상기 설비에 적합한 계측 내용, 측정방법을 정립하는 자료를 분석하여 상기 인버터 사용 효과를 분석하고, 상기 사용 효과 분석을 통해 경제성 평가를 하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

인버터, 전력 절감

Description

인버터 사용 효과의 측정방법 {Measurement method for inverter use effect}

도 1은 종래의 효과 분석을 위한 진단 업무 순서를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명에 따른 인버터 사용 효과의 측정방법을 나타낸 흐름도.

도 3은 본 발명에 따른 인버터 사용 시 소비 전력을 산출하는 실시예 1을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명에 따른 인버터 사용 시 소비 전력을 산출하는 실시예 2를 나타낸 도면.

인버터는 고가의 장비로 인하여 전력을 많이 사용하는 산업체에서 투자를 기피하고 있다. 그 주된 이유는 많은 산업체에서 인버터의 에너지 절약 효과에 대한 정확한 산출이 어렵고, 보다 과학적이고 체계적인 효과 분석을 제시할 수 있는 제도나 분석 기법의 도입을 통해 에너지 절약 기기의 확대 보급이 유도되어야 한다. 또한 높은 신뢰성을 기반으로 구축한 진단 기술을 통하여 에너지 사용자가 믿고 사용할 수 있는 진단 시스템이 도입되어야만 한다.

상기와 같은 진단 시스템의 도입과 함께 무엇보다도 진단 절차가 간소하고 빠른 시간 내에 효과 분석이 이루어져야 할 것이며, 상기 진단에 소요되는 비용도 적게 발생할 수 있도록 해야 한다.

그러나 도 1에서 보는 바와 같이 종래의 진단 과정은 설비 대상 파악, 현장 진단, 효과 분석, 효과 분석 결과 제출, 시설 투자 결정의 과정을 통해 효과 분석을 하고 있는데 이 경우 1~2개월이 소요되었다. 또한 현장의 여건에 따라 빈번한 출장과 시간이 소요되어 비효율적인 업무가 되고 있으며, 국내의 에너지 절약 전문기업의 경우 진단 비용이 과다하게 발생될 경우에는 투자비가 늘어나는 문제점이 발생하게 되었다. 상기 문제점을 방지하고 저비용의 높은 신뢰성을 갖는 진단 기술의 확보는 에너지 절약 기기의 보급에 선행되어야 할 과제이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인버터 적용을 위한 진단과 분석, 평가의 표준화를 구축하여 많은 에너지 사용자와 에너지 진단에 종사하는 기술자에게 효율적이고 편리한 분석 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

지금까지는 에너지 진단이라는 포괄적인 형태의 진단과 계측 기법을 적용하였지만 인버터의 적용을 목표로 한 계측, 진단 및 분석의 체계적인 방법을 갖지 못하고 있었던 것에 대하여 유체기계 전동기의 전력 손실의 쉽고, 빠른 분석과 에너지 절약 기기인 인버터를 도입할 경우 에너지 절약 효과 분석을 통하여 도입 결정을 수립하기 위한 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 인버터 사용 효과 측정방법은 유체기계의 운전조건을 단독운전 또는 복수운전으로 구분하고, 복수운전일 경우 운전댓수에 따른 펌프 및 송풍기의 정격정보 및 전동기의 정보를 입력하고, 상기 정격정보가 입력되면 인버터 운전 적용 대상 기기를 선택하고, 상기 펌프나 송풍기의 특성곡선이 없는 경우에 상기 유체기계별 조건에 맞는 운전 정보를 입력하고, 유체기계를 대상으로 운전 계측 데이터와 운전 조건 데이터를 입력하여 인버터 운전 시 효과 및 전력 절감량을 산출하는 측정방법에 있어서,
상기 유체기계의 전동기에 소요되는 전력과 상기 전동기의 운전 형태 및 프로세스 값과 상기 인버터 운전에 따른 데이터를 측정장치를 이용하여 측정하는 데이터 측정 단계와;
상기 데이터 측정 단계에서 측정한 데이터를 이용하여 설비 운전 데이터를 데이터베이스에 저장하는 데이터 수집 단계와;
상기 데이터 수집 단계를 통해 데이터베이스화된 설비 운전 데이터에 상기 데이터 측정 단계에서 측정한 유체기계 유형에 따른 각각 다른 계측 항목을 특성곡선과 비교하여 상기 특성곡선으로 도해한 데이터를 특성곡선 데이터베이스에 저장하는 특성곡성 데이터베이스 단계와;
상기 특성곡선 데이터베이스 단계의 데이터를 이용하여 운전방식에 따른 부하율, 운전점의 분석과 운전저항 및 관로저항을 산출하는 자료 분석 단계와;
상기 자료 분석 단계의 분석결과를 이용하여 인버터 사용 시 소요되는 전력을 현재 운전중인 소요 전력과 비교하여 분석하는 효과 분석 단계와;
상기 효과 분석 단계에 의해서 인버터 운전에 따른 전력 소비율을 계산하여 상기 계산된 전력 소비율을 통해 절전효과를 분석하여 투자비 회수기간 및 수익률을 산출하는 경제성 분석 단계;로 이루어져 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

상기 인버터 사용 효과 측정방법은 운전조건에 따라 단독운전 또는 복수운전으로 구분을 하고, 펌프는 유량, 양정, 효율, 축동력과 송풍기는 풍량, 정압, 효율, 축동력의 정격정보를 입력하고, 전동기는 전압, 전류, 출력, 회전수, 역률, 극수, 모터효율 등의 정보를 입력하여, 상기 정격정보가 입력되면 인버터 운전 적용 대상 기기를 선택하고, 펌프나 송풍기의 특성곡선이 없는 경우 상기 정격정보만으로 특성곡선을 유추, 도해할 수 있도록 하기 위하여 유체기계별 조건에 맞는 운전 정보를 입력하여 적용식에 따라 분석용 정격정보를 구성하고, 병렬운전인 경우에도 운전기기 및 운전대수를 조정을 하여 필요한 기본적인 데이터를 입력한다.
그리고, 도 2에서 보는 바와 같이 상기 유체기계의 전동기에 소요되는 전력을 계측하고, 상기 전동기의 운전 행태 분석과 압력, 온도, 레벨, 전류와 같은 프로세스값을 산출한 후 상기 인버터 운전에 따른 유량, 풍량, 흡입 압력, 토출 압력과 같은 기본적인 조사 항목을 측정장치를 이용하여 계측하는 계측 데이터 수집 단계와;

상기 계측 데이터 수집 단계에서 계측된 결과를 이용하여 전동기, 펌프, 팬, 인버터의 유체기계별로 분류하고, 베인, 댐퍼, 밸브, 제어방식에 따른 계측 형태별로 데이터를 분류한 후 설비 운전 데이터를 입력하여 데이터베이스에 저장하는 데이터 수집 단계와;

상기 데이터 수집 단계를 통해 데이터베이스화된 설비 운전 데이터에 고압 전동기를 사용하는 펌프, 송풍기와 같은 유체기계 설비 제원을 입력하여 상기 유체기계 설비의 유형에 따라 각각 다른 계측 항목을 특성곡선과 비교하여 운전점을 비교하고, 특성곡선을 도해한 데이터를 특성곡선 데이터베이스에 저장하는 특성곡선 데이터베이스 단계와;

상기 특성곡선 데이터베이스 단계의 데이터를 이용하여 운전방식에 따른 부하율, 운전점의 분석과 운전저항 및 관로저항을 산출하는 자료 분석 단계와;

상기 자료 분석 단계의 유체기계 설비에 따른 분석결과를 이용하여 인버터 사용 시 소요되는 전력을 현재 운전중인 소요 전력과 비교하여 효과를 분석하는 효과 분석 단계와;

상기 효과 분석 단계에 의해서 인버터 운전에 따른 소요되는 전력을 통해 전동기의 전력 계측과 설비 부하율을 입수하여 예상 운전점을 분석하고, 상기 예상 운전점을 구하면 인버터 운전에 따른 전력 소비율을 계산하여 상기 계산된 전력 소비율을 통해 절전효과를 분석하여 투자비 회수기간 및 수익률을 산출하는 경제성 평가 단계; 로 이루어진다.

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따라서, 상기 인버터를 적용하였을 경우 전력사용량을 분석한 결과와 기존의 소비전력을 비교하여 사용 효과를 산출하는데 단위는 연간을 기준으로 하고 연간가동시간을 적용하도록 한다. 연간 전력 사용량은 현재 운전방식의 연간 전력사용량을 계산하여 연간 전력량과 연간 전력요금을 산출하는 방식의 연간 전력사용량과 인버터를 사용하여 연간 전력사용량과 연간 전력요금을 산출하는 인버터 사용 시 연간 전력사용량을 비교 분석한다.

즉, 연간 절감전력량(㎾h/년)은 현재 연간 전력사용량과 인버터 사용 시 연간 전력사용량의 차이를 이용하여 구할 수 있으며, 연간 절감 전력요금(원/년)도 현재 연간 전력요금과 인버터 사용 시 연간 전력요금의 차이를 이용한다.

또한 상기 경제성 분석이란 인버터를 사용하였을 경우 투자비용과 에너지 절약 효과를 비교분석한 것으로서 투자를 결정하는 주요 요인으로 작용한다. 상기 인버터를 사용하였을 경우 에너지 절약 효과를 투자비용으로 분석한 투자 경제성은 인버터를 사용할 것인지를 판단하게 하는 중요한 잣대가 되기 때문에 투자 경제성의 분석은 에너지 사용자의 필수적인 요구사항인 것이다.

따라서 투자비를 에너지절약비용을 통하여 회수하는 기간을 나타내는 것으로 투자비의 회수기간이 짧을수록 투자 경제성은 좋게 나타나는 것이다. 결론적으로 투자 경제성은 투자비의 상환기간이며 본 발명에서는 다음과 같이 구분하여 분석할 수 있도록 하였다. 설비투자 대안의 비교는 (1) 이익의 절대치, (2) 투자수익률, (3) 투자액의 회수기간 등에 의해 이루어지는데 그 주요한 방법으로는 단순투자비 회수기간과 투자 수익율법, 에너지절약사업에 의한 투자 경제성을 이용하여 분석하였다.

상기 투자비 회수기간은 인버터를 사용하였을 경우 예상되는 효과와 투자비만을 비교한 것으로서 투자비의 금리나 기타 요인을 고려하지 않은 단순 투자비 회수기간을 말한다. 일반적으로 투자비 회수기간은 5년 이내를 적정한 것으로 판단한다.

따라서 상기 경제성 분석단계에서 투자비 회수기간은
투자비 회수기간 = 총 투자비 / 연간 절전금액 (년)
의 식으로 투자비 회수기간이 산출된다.

상기 투자수익율법은 수익율을 투자결정의 지표로 삼고, 상기 수익율을 투자에서 발생하는 수입의 연간 등가가 지출의 연간 등가와 동일하게 나타나는 이자율을 말한다. 따라서 수익율이 세전 필요 수익율을 초과할 경우에는 투자가치가 있다고 평가하는 것이다. 상기 수익율은 다음과 같은 수식에 의해 구할 수 있는데 주로 시행착오방법을 사용하게 된다.
따라서 상기 경제성 분석 단계에서 수익률은

의 식에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 인버터 사용 효과의 측정방법이다.

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상기 인버터 사용 효과를 분석하기 위해 인버터 적용 시 소비 전력을 산출하는 방법을 실시예로 도 3을 참조하여 자세히 설명하면,

상기 도 3에서 보는 바와 같이 ①은 현재 운전 Q-H 특성 곡선, ②는 현재 운전 축동력 커브, ③은 총양정(실양정 HA + 손실 양정) 커브를 나타낸 것이다. 여기서 정격 운전점이 현재 운전중인 Q1에서 인버터를 사용하는 Q2로 운전할 경우 축동력 P2를 구하는 방법은

(1) Q2에서 총양정곡선의 교점 H2로 하여 원점과 H2를 통과하는 H=k2Q²의 커브를 구하고 Q-H 커브 ①과 교점은 H2'로 한다.

(2) Q2'에서 축동력커브 ②상의 교점을 P2로 한다.

(3) P2=(Q2/Q2')³×P2'를 구한다. 이 때의 P2는 유량 Q2에서의 운전 전력이 된다.

상기 축동력 P2에서의 인버터 운전 전력을 구하는 방법은

(1) 현재 운전 상용 주파수를 fo로 하고 f=(Q2/Q2')×fo로 하여 상기 인버터 운전 주파수 f를 구한다.

(2) 인버터에 의한 전동기 출력을 Po로 하고, Po=P2'×(f/fo)³으로부터 전동기 출력을 구한다.

(3) 상기 인버터 운전 주파수 f로부터 인버터의 효율η_i를 구하고, 전동기 효율 η_m을 구한다.

(4) 인버터 사용전력 P=Pm/(η_m×η_i)을 구한다.

또한, 상기 인버터 사용 시 적용되는 부하율의 산출 방법 가운데 소비전력에 의한 분석 방법은 도 4를 참조하여 설명하면

(1) 유체기계의 운전소비전력은 전력계측기로부터 계측되어 구하고,

(2) 계측된 전력은 전동기의 효율을 곱하여 유체기계의 축동력P2를 구하고 이에 해당되는 유량Q2를 구하며,

(3) 계측된 모든 데이터는 이와 같은 방법으로 구하고 그 데이터의 각각의 값을 도해된 특성곡선의 축동력 그래프에 나열하며

(4) 특성곡선 상의 정격점에서의 축동력 P1을 찾고 P1에 해당되는 유량Q1을 찾아 부하율(=Q1/Q2)를 구하고

(5) 인버터에 의한 전동기 출력을 Po로 하고 Po= P2'×(Q1/Q2)³로 부터 전동기 출력을 구한 후,

(6) 상기 인버터 운전주파수f부터 인버터의 효율η_i을 구하고 전동기 효율 η_m 을 구하며,

(7) 인버터 사용전력 P=Pm/(η_m×η_i)을 구하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 인버터 적용에 따른 진단 및 계측 기술을 정립하고, 비숙련 진단 기술자도 인버터의 사용 효과를 분석하여 진단이 가능하며, 상기 진단에 소요되는 비용과 시간의 절약으로 에너지 절약 전문기업의 사업 활성화에 기여할 수 있다. 또한 진단 결과의 신뢰성을 향상시키고, 산업체 및 건물의 유체기계에 대한 전력절감과 인버터의 생산 및 보급을 활성화 할 수 있다.

Claims (4)

1. 유체기계의 운전조건을 단독운전 또는 복수운전으로 구분하고, 복수운전일 경우 운전댓수에 따른 펌프 및 송풍기의 정격정보 및 전동기의 정보를 입력하고, 상기 정격정보가 입력되면 인버터 운전 적용 대상 기기를 선택하고, 상기 펌프나 송풍기의 특성곡선이 없는 경우에 상기 유체기계별 조건에 맞는 운전 정보를 입력하고, 유체기계를 대상으로 운전 계측 데이터와 운전 조건 데이터를 입력하여 인버터 운전 시 효과 및 전력 절감량을 산출하는 측정방법에 있어서,

   상기 유체기계의 전동기에 소요되는 전력과 상기 전동기의 운전 형태 및 프로세스 값과 상기 인버터 운전에 따른 데이터를 측정장치를 이용하여 측정하는 데이터 측정 단계;

   상기 데이터 측정 단계에서 측정한 데이터를 이용하여 설비 운전 데이터를 데이터베이스에 저장하는 데이터 수집 단계;

   상기 데이터 수집 단계를 통해 데이터베이스화된 설비 운전 데이터에 상기 데이터 측정 단계에서 측정한 유체기계 유형에 따른 각각 다른 계측 항목을 특성곡선과 비교하여 상기 특성곡선으로 도해한 데이터를 특성곡선 데이터베이스에 저장하는 특성곡성 데이터베이스 단계;

   상기 특성곡선 데이터베이스 단계의 데이터를 이용하여 운전방식에 따른 부하율, 운전점의 분석과 운전저항 및 관로저항을 산출하는 자료 분석 단계;

   상기 자료 분석 단계의 분석결과를 이용하여 인버터 사용 시 소요되는 전력을 현재 운전중인 소요 전력과 비교하여 분석하는 효과 분석 단계;

   상기 효과 분석 단계에 의해서 인버터 운전에 따른 전력 소비율을 계산하여 상기 계산된 전력 소비율을 통해 절전효과를 분석하여 투자비 회수기간 및 수익률을 산출하는 경제성 분석 단계;

   로 이루어진 인버터 사용 효과의 측정방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 경제성 분석단계에서

   투자비 회수기간 = 총 투자비 / 연간 절전금액 (년)

   의 식으로 투자비 회수기간이 산출되는 것을 특징으로 하는 인버터 사용 효과의 측정방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 경제성 분석 단계에서 수익률은

   

   의 식에 의해 구할 수 있는 것을 특징으로 하는 인버터 사용 효과의 측정방법.

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