KR101835045B1 - 예측전력 프로파일을 통한 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법과 이를 위한 시스템 - Google Patents

예측전력 프로파일을 통한 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법과 이를 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, (a) 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 기상청의 기상 데이터베이스(600)에서 확인되는 과거 기상 데이터와, 원격 검침용 전력량계(400)에서 확인되는 과거 전력사용 데이터를 이용하여, 미리 결정된 방법에 의해, 건물의 예측 전력 프로파일을 생성하는 단계; (b) 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)에서, 건물의 목표 전력이 설정되는 단계; (c) 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 예측 전력 프로파일이 상기 목표 전력의 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 1 시간(t1) 이전에 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및 (d) 계측기(300)에서 계측한 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 상한을 초과한 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 목표 전력의 다른 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 2 시간(t2) 이전 또는 현재 시점 중 이른 시간에 제 2 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계를 포함하는, 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법을 제공한다.

Description

예측전력 프로파일을 통한 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법과 이를 위한 시스템{Method and system for electric power demand management and energy conservation using predicted electric power profile}
본 발명은 건물의 과거 전력사용 데이터와 기상 데이터를 이용하여 예측전력 프로파일을 생성하고, 이를 현재 건물에 적용함으로써 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감을 이룩하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
세계 에너지 소비 중 건물이 차지하는 부분은 상당하다. IEA의 보고에 따르면, 전체 에너지 소비량 중 운송 부분이 27.3%를 차지하는 동안, 주거 및 상업 건물의 에너지 소비량은 36.0%에 이르고 있다.
한국 역시 이와 유사하여, 전체 국가 에너지의 33%를 건물 에너지가 차지하는 실정이다.
이에 따라, 건물 에너지 소비량을 감소시키고자 다양한 기술 및 정책이 도입되고 있다.
한편, 건물에서 소비되는 에너지 중에서도 전력이 차지하는 비중 역시 상당하다. 특히, 최근에는 소득증가, 기후변화 등으로 인하여 건물의 전력 소비량은 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 건물 전력 소비량 증가 추세는, 일반적인 전력 소비가 급증하는 하절기에는 최대를 이루어, 국가 입장에서는 대규모 정전 사태가 발생하여 다양한 사회 문제가 되기도 하며, 건물주 입장에서는 증가하는 전력 소비량으로 인한 건물의 유지 관리비 증가가 큰 문제가 된다.
물론, 건물의 전력 소비 자체를 줄이도록 공조 설비의 사용 등을 상시 제한할 수 있겠으나, 이 경우 재실자가 느끼는 쾌적감 정도가 낮아질 수 있으므로 특정 시점에만 건물 전력 소비를 감소시키는 기술의 개발은 중요하다고 할 수 있다.
관련된 종래 기술을 살펴본다.
한국등록특허 제1278638호는, 특정 건물에서 한전으로부터의 전력 수급 상태를 제공받고, 일정 수준을 넘긴 경우 피크 운전을 수행하는 방법을 제공한다. 전력 정도에 따라 건물 운영 방법을 다르게 한다는 점에서 본 발명과 유사하나, 한전으로부터의 자료에만 의존하며, 일정 수준을 넘긴 경우에야 비로서 수행하기에 예측 가능성이 낮아서 실재 전력 위기 상황에서 대처할 수 없다는 치명적인 단점이 존재한다.
<종래 기술>
한국등록특허 제1278638호
일본공개특허 제2005-201482호
한국공개특허 제2013-0005769호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 한다.
보다 구체적으로, 재실자에게 최대한의 쾌적감을 주면서도 목표 전력의 한도 내에서 적시적이고 효과적인 에너지 저감이 가능한 방법 및 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는, (a) 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 기상청의 기상 데이터베이스(600)에서 확인되는 과거 기상 데이터와, 원격 검침용 전력량계(400)에서 확인되는 과거 전력사용 데이터를 이용하여, 미리 결정된 방법에 의해, 건물의 예측 전력 프로파일을 생성하는 단계; (b) 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)에서, 건물의 목표 전력이 설정되는 단계; (c) 빌딩 자동제어 시스템(BAS; building automation system)(510)이, 상기 예측 전력 프로파일이 상기 목표 전력의 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 1 시간(t1) 이전에 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및 (d) 계측기(300)에서 계측한 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 상한을 초과한 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 목표 전력의 다른 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 2 시간(t2) 이전 또는 현재 시점 중 이른 시간에 제 2 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계를 포함하는, 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법을 제공한다.
또한, 상기 (d) 단계 이후, (e) 현재 전력이 미리 결정된 제 2 전력 상한을 초과한 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 목표 전력의 또 다른 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 3 시간(t3) 이전 또는 현재 시점 중 이른 시간에 제 3 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c) 단계 이후, (c1) 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 하한 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 1 시나리오의 수행을 중지하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (c1) 단계 이후, (c2) 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 하한보다 커진 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및 (c3) 상기 (c1) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (d) 단계 이후, 상기 (e) 단계 이전, (d1) 현재 전력이 미리 결정된 제 2 전력 하한 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 2 시나리오의 수행을 중지하고 상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및 (d2) 상기 (d) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 (e) 단계 이후, (e1) 현재 전력이 상기 목표 전력의 상기 또 다른 소정의 백분율 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 3 시나리오의 수행을 중지하고 상기 제 2 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및 (e2) 상기 (e) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 건물의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 5% 감소하고, 건물의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 5% 감소하고 하한값이 5% 증가하며, 건물의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 5% 감소하도록, 건물이 운영되는 것이며, 그리고 상기 제 2 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 건물의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 10% 감소하고, 건물의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 10% 감소하고 하한값이 10% 증가하며, 건물의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 10% 감소하도록, 건물이 운영되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 3 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 재실자가 건물의 공조 설비(530)를 제어하지 못하도록 건물이 운영되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1, 2, 및 3 시나리오가 수행되어 건물이 운영될 경우, 재실 센서에 의하여 재실자가 없는 것으로 감지된 공간의 조명 설비(540)의 작동이 중지되도록 건물이 운영되는 것이 바람직하다.
또한, 건물의 예측전력 프로파일을 생성하는, 상기 미리 결정된 방법은, (a1) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 기상 데이터베이스(600)로부터 온도 및 습도를 포함하는 과거 기상 데이터를 날짜별로 확인하는 단계; (a2) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 원격 검침용 전력량계(400)로부터 날짜별로 과거 전력사용 데이터를 하루 단위로 확인하는 단계; (a3) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 상기 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 매핑함으로써, 온도 및 습도에 따른 전력사용 정도의 회귀 방정식을 연산하는 단계; 및 (a4) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가 온습도 센서(515)에 의하여 획득된 온도 및 습도를 상기 회귀 방정식에 대입함으로써 하루 단위인 건물의 예측전력 프로파일을 생성하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 통신 서버를 통하여 다수의 건물의 빌딩 자동제어 시스템(510)과 인터페이스하며, 특정 건물에 구비된 원격 검침용 전력량계(400)를 통하여 과거 전력사용 데이터를 확인하며, 기상 데이터베이스(600)로부터 과거 기상 데이터를 확인하고, 확인된 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 이용하여 미리 결정된 방법에 의하여 건물의 예측전력 프로파일을 생성할 수 있는, 상기 에너지 수요관리 운영서버(100); 특정 건물에 구비되어 목표 전력이 설정되며, 건물을 운용하는 시나리오의 수정이 가능한, 상기 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200); 현재 전력을 확인하는 계측기(300); 특정 건물의 과거 전력사용 데이터를 확인할 수 있는, 상기 원격 검침용 전력량계(400); 특정 건물에 구비되는, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510); 상기 건물의 예측전력 프로파일 생성을 위하여 건물 외기의 온습도를 센싱하는 온습도 센서(515); 및 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)에 의하여 제어되는 다수의 설비(520, 530, 540, 550)를 포함하는, 실시간 수요관리 및 에너지 저감 시스템을 제공한다.
또한, 상기 시스템은, 특정 건물 내 각 공간별로 구비되는 스마트 서모스탯(590)을 더 포함하고, 상기 스마트 서모스탯(590)은 상기 스마트 서모스탯(590)이 위치한 공간에 대한 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)를 제어하되, 해당 건물이 특정 시나리오의 범위 내에서만 제어하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 스마트 서모스탯(590)은, 디스플레이부(591); 상기 디스플레이부(591)를 누름으로써 전기적 신호를 발생시키는 누름부(592); 상기 디스플레이부(591) 외주면을 따라 형성되며, 회전에 의하여 전기적 신호를 발생시키는 회전 조절부(595); 및 재실 센서(596)를 포함하며, 상기 스마트 서모스탯(590)은, 상기 누름부(592)와 상기 회전 조절부(595)에 의하여 상기 스마트 서모스탯(590)이 위치한 공간에 대한 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하여, 목표 전력이 설정되면, 재실자에게 최대한의 쾌적감을 주면서도 목표 전력의 한도 내에서 건물이 운영되도록 효과적으로 제어할 수 있다. 이를 통하여 재실자에게 쾌적감을 제공하면서도 국가 입장에서는 에너지 사용을 저감시킬 수 있고 건물주 입장에서는 유지 관리비를 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 1일전, 1달전, 1년전 등 단순한 과거 전력사용 수치를 이용하여 향후 전력을 예측하는 것이 아니라, 이와 함께 온도 및 습도를 포함한 기상 데이터를 활용하여 향후 전력을 예측하는 것이므로, 예측 정확도를 높일 수 있으며, 예측 정확도가 높아지면 그만큼 효과적이고 적시적으로 에너지 저감을 수행할 수 있다.
또한, 국가의 에너지 관리 정책이 변경될 경우, 본 발명에 따른 사용자는 목표 전력을 수정하거나 시나리오를 수정하여 손쉽게 이에 대처할 수 있다.
또한, 어떠한 종류의 빌딩 자동제어 시스템(BAS)과도 연계될 수 있어서 범용적이다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 시스템의 스마트 서모스탯의 일 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위하여 예측전력 프로파일과 현재 전력을 도시하는 예시적인 그래프이다.
이하에서 "건물의 운영"은 건물의 에너지 측면에서 에너지를 소비하는 각종 설비들을 제어하는 것을 의미한다.
이하에서 "시나리오"는 건물을 운영하는 스킴을 의미하며, "시나리오의 수행"은 해당 시나리오에 따라 건물의 설비 등을 제어함으로써 이루어지는 건물의 운영을 의미한다.
이하에서 "엔탈피 운영"은 건물 운영 방법의 일종으로, 건물 내외의 온도 및 습도를 활용하여 엔탈피를 확인하고, 목표로 하는 엔탈피값을 기준으로 공조 설비를 운영하는 방법이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
1. 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 시스템의 설명
본 발명에 의한 시스템은, 에너지 수요관리 운영서버(100); 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200); 계측기(300); 원격 검침용 전력량계(400); 및 빌딩 자동제어 시스템(510)을 포함한다. 여기에서, 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200), 계측기(300), 원격 검침용 전력량계(400), 및 빌딩 자동제어 시스템(510)은 특정 건물(500)마다 구비되는 것이다.
에너지 수요관리 운영서버(100)는, 다수의 건물을 통합 제어할 수 있는 것으로서, 통신 서버(미도시)를 통하여 다수의 건물의 빌딩 자동제어 시스템(510)과 인터페이스하며, 특정 건물(500)에 구비된 원격 검침용 전력량계(400)를 통하여 과거 전력사용 데이터를 확인하며, 기상 데이터베이스(600)로부터 과거 기상 데이터를 확인하고, 확인된 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 이용하여 미리 결정된 방법에 의하여 건물의 예측전력 프로파일을 생성한다.
여기에서, 특정 건물의 예측전력 프로파일을 생성하는 것이 중요한데, 이에 대하여서는 아래에서 상술한다.
에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)는 특정 건물에 구비되어 고유한 목표 전력이 설정될 수 있으며, 그리고 건물을 운용하는 시나리오를 설정하거나 수정할 수 있다.
아래의 방법에서 설명할 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은 제 1, 2, 3 시나리오를 제공하며, 각각 목표전력의 70%, 80%, 90%를 목표로 하는데, 시나리오의 개수 내지 백분율 수치들은 수정 가능하다.
계측기(300)는 해당 건물의 현재 전력을 계측한다.
원격 검침용 전력량계(400)는, 건물의 과거 전력사용 데이터를 확인할 수 있다. 확인된 과거 전력사용 데이터는 에너지 수요관리 운영서버(100)로 전송되어 예측전력 프로파일을 생성하는데 사용된다.
본 발명에 따른 시스템에서, 빌딩 자동제어 시스템(510)은 종래 사용되는 어떠한 빌딩 자동제어 시스템이어도 무방하다.
종래 일반적인 빌딩 자동제어 시스템(510)과 마찬가지로 해당 건물의 각종 설비(520, 530, 540, 550)를 제어할 수 있다. 여기에서 설비들은, 예를 들어 기계 설비(520), 공조 설비(530), 조명 설비(540) 및 그 외의 기타 설비(550)로 구분할 수 있으나, 그 구분 방식은 이에 제한되지 않는다.
또한, 도면부호 "510, 520, 530, 540"은 건물 내 모든 설비들을 지칭하는 부호로서 이해되어야 할 것이다.
빌딩 자동제어 시스템(510)은 해당 건물 외측에 구비된 온습도 센서(515)와 연결됨으로써, 건물 외기의 온도 및 습도를 확인할 수 있다. 이렇게 확인된 온도 및 습도는 시나리오 수행 여부를 결정하는데 사용되기도 하며, 후술하는 스마트 서모스탯(590)을 통해 각 공간에 출력될 수도 있다.
하나의 건물에는 다수의 공간이 구획되고, 건물 사용자가 각 구획을 별도로 제어하는 경우 스마트 서모스탯(590)이 각 공간마다 구비될 수 있다. 예를 들어, 각 세대마다 별도의 공조 및 조명이 필요한 아파트, 오피스 빌딩 등이 그 예시일 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하여 스마트 서모스탯(590)을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 스마트 서모스탯(590)은, 설치시 벽면 내측으로 매립되는 하우징(599)과, 사용자가 조작할 수 있는 디스플레이부(591) 및 회전 조절부(595)를 포함한다. 즉, 스마트 서모스탯(590)의 설치시, 벽체의 외부로는 디스플레이부(591)와 회전 조절부(595)만 나타날 것이다.
여기에서 디스플레이부(591)는 정보들을 출력하는 기능을 할 뿐만 아니라 디스플레이부(591) 자체가 내측으로 눌릴 수 있도록 누름부(592)가 구비되어 있어서, 일종의 버튼 기능을 하여 전기적 신호를 발생한다.
회전 조절부(595)는 디스플레이부(591)의 외주면을 따라 형성되며, 조그 셔틀과 같이 회전될 수 있어서, 전기적 신호를 발생한다.
사용자는 누름부(592) 및 회전 조절부(595)를 조작함으로써 전기적 신호를 조합하여 스마트 서모스탯(590)을 조작할 수 있으며, 이에 따라 상기 스마트 서모스탯(590)이 구비된 공간의 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)가 작동된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 스마트 서모스탯(590)은 재실 센서(596) 및 온습도 센서(597)를 더 포함한다.
재실 센서(596)는 해당 공간에 재실자가 존재하는지 여부를 센싱한다. 후술할 바와 같이, 전력을 저감시켜야 하는 시나리오에 따라 건물이 운영되면, 재실 센서(596)에 의하여 재실자가 존재하지 않는 것으로 확인된 공간의 조명 설비(540)가 작동을 중지할 수 있다.
온습도 센서(597)는 해당 공간의 온도 및 습도를 센싱한다. 즉, 건물 외기의 온습도를 센싱하는 온습도 센서(515)와 상이하다.
해당 공간에서 센싱된 온도 및 습도는 마이컴(598) 및 디스플레이부(591)를 통하여 출력될 수 있다. 부가하여, 온습도 센서(515)를 통하여 센싱된 건물 외기의 온습도 역시 디스플레이부(591)를 통하여 출력될 수 있다. 어느 것을 출력할지 여부는 회전 조절부(595)에 의하여 조작될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같이, 사용자는 누름부(592) 및 회전 조절부(595)를 조작함으로써 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)를 제어한다.
사용자는 공조 설비(530)의 가동 시간 및 유지 시간을 제어할 수도 있으며(예를 들어, 에어컨 2시간 가동), 또는 목표 온도를 결정할 수도 있다(예를 들어, 섭씨 23도).
다만, 후술할 바와 같이, 전력을 저감시켜야 하는 특정 시나리오에 따라 건물이 운영되면, 사용자가 제어할 수 있는 가동 시간 및 유지 시간은 물론 온도의 상한값과 하한값이 제한되게 된다.
2. 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법의 설명
(1) 예측전력 프로파일 생성 방법
특정 건물의 예측전력 프로파일은, 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 과거 기상 데이터 및 과거 전력사용 데이터를 이용하여 미리 결정된 방법에 의하여 생성한다.
구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 에너지 수요관리 운영서버(100)는, 기상 데이터베이스(600)로부터 온도 및 습도를 포함하는 과거 기상 데이터를 날짜별로 확인한다.
다음, 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 원격 검침용 전력량계(400)로부터 날짜별로 과거 전력사용 데이터를 하루 단위로 확인한다.
에너지 수요관리 운영서버(100)는 이러한 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 매핑함으로써, 온도 및 습도에 따른 전력사용 정도의 회귀 방정식을 연산할 수 있다.
이제, 에너지 수요관리 운영서버(100)는 온습도 센서(515)에 의하여 획득된 현재의 온도 및 습도를 상기 회귀 방정식에 대입함으로써 하루 단위인 건물의 예측전력 프로파일을 생성한다.
생성된 예측전력 프로파일은 도 5에 도시되는 바와 같을 수 있다. 여기에서 X축은 시간으로서 전체 24시간일 것이며, Y축은 전력을 의미한다.
(2) 시나리오의 적용
다음, 도 4 및 도 5 내지 도 8에 도시된 예시를 참조하여 본 발명에 따른 방법을 설명한다.
먼저, 에너지 수요관리 운영서버(100)가 전술한 바와 같은 방식으로 예측전력 프로파일을 생성한다(S10). 다시 말해, S10 단계에서 생성된 예측전력 프로파일은, 현재의 온습도를 이용하여 당일 하루 동안 해당 건물이 소비할 것으로 예상되는 전력량에 관한 것이다. 도 5와 같이 시간을 축으로 하루 동안의 전력 사용량으로서 확인될 수 있다.
한편, 건물(500)의 계측기(300)에 의하여 건물(500)에서 소비하는 현재 전력이 지속적으로 확인되고 있는 상태이다.
현재 전력과 무관하게, 예측전력 프로파일이 예측한 목표전력의 70%에 도달하는 시간이 예측될 수 있다. 예측전력 프로파일이 목표전력의 70%를 초과하는 시점으로부터 미리 결정된 소정의 시간(t1) 이전인 시점("A")에, 목표전력의 70%를 넘기지 않기 위하여 제 1 시나리오가 수행되어 건물이 운영된다(S100).
여기에서, 제 1 시나리오는 일종의 절전 모드로서 설비(520, 530, 540, 550)의 작동을 제한하는 모드이다. 예를 들어, 건물(500)의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 5% 감소하도록 설정되고, 건물(500)의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 5% 감소하고 하한값이 5% 증가하도록 설정되며, 건물(500)의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 5% 감소하도록 설정되는 것이다.
예를 들어, 하절기에 사용자가 스마트 서모스탯(590)을 이용하여 공조 설비(530) 중 하나인 에어컨을 작동시키려 할 때에, 기존에 100분 연속 작동까지 이루어지도록 설정이 가능하였다면, 제 1 시나리오에서는 95분으로만 제한되게 된다.
또한, 제 1 시나리오에서는 스마트 서모스탯(590)에 구비된 재실 센서가 재실자가 없는 것으로 확인된 공간에 해당하는 조명 설비(540)의 작동을 중지시키도록 운영될 수도 있다.
이와 같이, 제 1 시나리오로 건물이 운영되면 이에 따라 현재 전력이 낮아질 수 있다.
따라서, 제 1 시나리오 수행 여부를 결정하는 목표전력의 70% 상하의 값으로서 미리 결정된 제 1 전력 상한과 제 1 전력 하한값이 정해져 있는데(도 6 및 도 7의 박스), 도 6과 같이 만약 계측기(300)에 의하여 지속적으로 계측되는 전력이 제 1 전력 하한 이하로 일정 시간(t0) 유지되었다면(S110), 해당 시점("A'")에 제 1 시나리오의 수행을 중지하고 정상 운영으로 회귀한다(S120).
물론, 그 이후에도(즉, "A'" 이후), 계측기(300)에서 계측되는 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 하한보다 커지면 다시 상기 제 1 시나리오가 수행될 것이다.
계측기(300)에 의하여 지속적으로 계측되는 전력이 제 1 전력 하한 이하가 아니라면(S110), 제 1 전력 상한을 초과하였는지 여부를 확인한다(S130).
제 1 전력 상한을 초과하지 않았다면 제 1 시나리오가 계속 수행된다.
제 1 전력 상한을 초과한 것이라면, 제 1 시나리오보다 에너지 저감 효과가 더 높은 제 2 시나리오가 수행되어야 한다(S200).
제 2 시나리오가 수행되는 시점은, 현재 전력과 무관하게 예측전력 프로파일이 예측한 목표전력의 80%에 도달하는 시간이 확인될 수 있는바 그 시점으로부터 미리 결정된 소정의 시간(t2) 이전인 시점("B'")과, 현재 시점("B") 중 이른 시점에 수행되어야 한다. 도 7에 도시된 실시예에서, 현재 시점이 이르기에, "B" 시점에 제 2 시나리오가 수행된다.
제 2 시나리오는 제 1 시나리오와 같은 일종의 절전 모드이나, 절전 정도가 제 1 시나리오보다 높다. 예를 들어, 건물(500)의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 10% 감소하도록 설정되고, 건물(500)의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 10% 감소하고 하한값이 10% 증가하도록 설정되며, 건물(500)의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 10% 감소하도록 설정되는 것이다.
예를 들어, 하절기에 사용자가 스마트 서모스탯(590)을 이용하여 공조 설비(530) 중 하나인 에어컨을 작동시키려 할 때에, 기존에 100분 연속 작동까지 이루어지도록 설정이 가능하였다면, 제 2 시나리오에서는 90분으로만 제한되게 된다.
또한, 제 1 시나리오에서와 같이, 제 2 시나리오에서는 스마트 서모스탯(590)에 구비된 재실 센서가 재실자가 없는 것으로 확인된 공간에 해당하는 조명 설비(540)의 작동을 중지시키도록 운영될 수도 있다.
한편, 제 1 시나리오와 마찬가지로, 이와 같이 제 2 시나리오로 건물이 운영되어 전력이 낮아질 수 있다.
따라서, 제 1 시나리오와 마찬가지로, 제 2 시나리오 수행 여부를 결정하는 목표전력의 80% 상하의 값으로서 미리 결정된 제 2 전력 상한과 제 2 전력 하한값이 정해져 있는데(도 8의 두 번째 박스), 만약 계측기(300)에 의하여 지속적으로 계측되는 전력이 제 2 전력 하한 이하로 일정 시간 유지되었다면(S210), 해당 시점에 제 2 시나리오의 수행을 중지하고 제 1 시나리오가 수행된다. 즉, 제 1 시나리오를 수행하는 S110 단계 이전으로 회귀한다.
반대로, 계측기(300)에 의하여 지속적으로 계측되는 전력이 제 2 전력 하한 이하가 아니라면(S210), 제 2 전력 상한을 초과하였는지 여부를 확인한다(S230).
제 2 전력 상한을 초과하지 않았다면 제 2 시나리오가 계속 수행된다.
제 2 전력 상한을 초과한 것이라면, 제 2 시나리오보다 에너지 저감 효과가 더 높은 제 3 시나리오가 수행되어야 한다(S300).
제 3 시나리오가 수행되는 시점은, 현재 전력과 무관하게 예측전력 프로파일이 예측한 목표전력의 90%에 도달하는 시간이 확인될 수 있는바 그 시점으로부터 미리 결정된 소정의 시간(t3) 이전인 시점("C'")과, 현재 시점("C") 중 이른 시점에 수행되어야 한다. 도 8에 도시된 실시예에서, 현재 시점이 이른 시점인바 "C" 시점에 제 3 시나리오가 수행된다.
제 3 시나리오는 제 1 및 제 2 시나리오와 같은 일종의 절전 모드이나, 기 정도가 제 2 시나리오보다 높다. 예를 들어, 건물(500)의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 15% 감소하도록 설정되고, 건물(500)의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 15% 감소하고 하한값이 15% 증가하도록 설정되며, 건물(500)의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 15% 감소하도록 설정되는 것이다.
예를 들어, 하절기에 사용자가 스마트 서모스탯(590)을 이용하여 공조 설비(530) 중 하나인 에어컨을 작동시키려 할 때에, 기존에 100분 연속 작동까지 이루어지도록 설정이 가능하였다면, 제 3 시나리오에서는 85분으로만 제한되게 된다.
한편, 다른 실시예에서는, 제 3 시나리오가 목표 전력 직전의 마지막 시나리오이므로 더 강하게 제한이 이루어질 수도 있다. 즉, 15%의 제한이 아니라, 사용자가 스마트 서모스탯(590)을 통하여 공조 설비(530)의 제어를 아예 하지 못하도록 설정할 수도 있다.
또한, 제 1 및 2 시나리오에서와 같이, 제 3 시나리오에서는 스마트 서모스탯(590)에 구비된 재실 센서가 재실자가 없는 것으로 확인된 공간에 해당하는 조명 설비(540)의 작동을 중지시키도록 운영될 수도 있다.
한편, 제 1 및 2 시나리오와 마찬가지로, 이와 같이 제 3 시나리오로 건물이 운영되어 현재 전력이 낮아질 수 있다.
따라서, 현재 전력이 목표전력의 90% 이하인지 여부를 판단하여(S310), 이하인 경우 제 3 시나리오가 중지되고 제 2 시나리오가 수행될 것이며(S320), S210 단계 이전으로 회귀할 것이다.
이하가 아니라면 지속적으로 제 3 시나리오가 수행되어야 한다.
도 8에 도시된 예시에서, "C" 시점에 제 3 시나리오가 수행되다가, "D" 시점에 목표전력의 90% 이하로 낮아졌음이 확인되었는바, "D" 시점에 제 3 시나리오가 중지되고 제 2 시나리오가 수행될 것이다.
또한, 제 2 시나리오가 수행되는 동안 계측기(300)에서 계측되는 현재 전력이 더욱 낮아져 제 2 전력 하한 이하로 낮아졌다면(S210), 제 2 시나리오가 중지되고 제 1 시나리오가 수행될 것이며(S220), 현재 전력이 더욱 낮아져 제 1 전력 하한 이하로 낮아졌다면(S110), 제 1 시나리오가 중지되고 정상 운영될 것이다(S120).
(3) 기타
전술한 바와 같이, 본 발명의 사용자는 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)를 통하여 목표 전력 및 각각의 시나리오의 제어 방법 등을 편리하게 수정할 수 있다. 전술한 실시예에서는 각각의 시나리오마다 5% 단위로 제어 정도가 변경되었으나, 본 발명의 사용자는 이를 편리하게 변경할 수 있을 것이다.
또한, 전술한 실시예에서는 목표 전력의 70%, 80%, 90%를 각각 시나리오 트리거로서 총 3단계의 시나리오를 설정하였으나, 본 발명의 사용자는 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)를 통하여 트리거 백분율은 물론 시나리오의 단계 개수 등을 편리하게 수정할 수 있을 것이다. 이에, 아래 청구범위에서는 70%, 80%, 90%를 각각 소정의 백분율, 다른 소정의 백분율, 또 다른 소정의 백분율 등으로 기재함에 주의한다.
또한, 전술한 실시예에서는 대표적으로 공조 설비와 조명 설비를 예시로 설명하였으나, 특히 공장 건물과 같이 공조 내지 조명보다 전력 소비가 심한 기타 설비가 있는 경우에는 이를 제어하는 것이 보다 바람직할 것이다.
또한, 전술한 실시예에서 스마트 서모스탯(590)의 특정 형상을 예시적으로 설명하였으나, 어떠한 서모스탯 내지 단말기가 적용되어도 본 발명의 실시가 가능할 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 에너지 수요관리 운영서버
200: 에너지 수요관리 클라이언트 서버
300: 계측기
400: 원격 검침용 전력량계
500: 건물
510: 빌딩 자동제어 시스템
515: 온습도 센서
520: 기계 설비
530: 공조 설비
540: 조명 설비
550: 기타 설비
590: 스마트 서모스탯
591: 디스플레이부
592: 누름부
595: 회전 조절부
596: 재실 센서
597: 온습도 센서
598: 마이컴
599: 하우징
600: 기상 데이터베이스

Claims (13)

  1. (a) 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 기상청의 기상 데이터베이스(600)에서 확인되는 과거 기상 데이터와, 원격 검침용 전력량계(400)에서 확인되는 과거 전력사용 데이터를 이용하여, 미리 결정된 방법에 의해, 건물의 예측 전력 프로파일을 생성하는 단계;
    (b) 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200)에서, 건물의 목표 전력이 설정되는 단계;
    (c) 빌딩 자동제어 시스템(BAS; building automation system)(510)이, 상기 예측 전력 프로파일이 상기 목표 전력의 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 1 시간(t1) 이전에, 계측기(300)에서 연속적으로 계측되는 현재 전력과 무관하게, 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및
    (d) 상기 계측기(300)에서 연속적으로 계측되는 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 상한을 초과한 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 목표 전력의 소정의 백분율보다 더 높은 다른 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 2 시간(t2) 이전 또는 현재 시점 중 이른 시간에, 상기 제 1 시나리오보다 절전 정도가 높은 제 2 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계를 포함하며,
    상기 건물은, 각 공간별로 구비되는 스마트 서모스탯(590)을 더 포함하고,
    상기 스마트 서모스탯(590)은 상기 스마트 서모스탯(590)이 위치한 공간에 대한 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)를 제어하되, 해당 건물이 상기 제 1 및 제 2 시나리오의 범위 내에서만 제어하며,
    상기 제 1 및 제 2 시나리오에 따라 상기 건물이 운영되면, 사용자가 제어할 수 있는 상기 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)의 가동 시간, 유지 시간 및 온도의 상한값과 하한값이 제한되는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후,
    (e) 현재 전력이 미리 결정된 제 2 전력 상한을 초과한 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 목표 전력의 또 다른 소정의 백분율을 초과하는 시점으로부터 미리 설정된 제 3 시간(t3) 이전 또는 현재 시점 중 이른 시간에 제 3 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계를 더 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후,
    (c1) 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 하한 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 1 시나리오의 수행을 중지하는 단계를 더 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c1) 단계 이후,
    (c2) 현재 전력이 미리 결정된 제 1 전력 하한보다 커진 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및
    (c3) 상기 (c1) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 이후, 상기 (e) 단계 이전,
    (d1) 현재 전력이 미리 결정된 제 2 전력 하한 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 2 시나리오의 수행을 중지하고 상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및
    (d2) 상기 (d) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 (e) 단계 이후,
    (e1) 현재 전력이 상기 목표 전력의 상기 또 다른 소정의 백분율 이하인 경우, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510)이, 상기 제 3 시나리오의 수행을 중지하고 상기 제 2 시나리오가 수행되어 건물을 운영하는 단계; 및
    (e2) 상기 (e) 단계 이전으로 회귀하는 단계를 더 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 건물의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 5% 감소하고, 건물의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 5% 감소하고 하한값이 5% 증가하며, 건물의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 5% 감소하도록, 건물이 운영되는 것이며, 그리고
    상기 제 2 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 건물의 공조 설비(530)의 가동시간 및 유지시간이 과거의 평균값과 비교하여 10% 감소하고, 건물의 공조 설비(530)에 설정된 온도 상한값이 10% 감소하고 하한값이 10% 증가하며, 건물의 엔탈피 운영시 엔탈피 목표값이 10% 감소하도록, 건물이 운영되는 것인,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 3 시나리오가 수행되어 건물이 운영되는 것은, 재실자가 건물의 공조 설비(530)를 제어하지 못하도록 건물이 운영되는 것인,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1, 2, 및 3 시나리오가 수행되어 건물이 운영될 경우, 재실 센서에 의하여 재실자가 없는 것으로 감지된 공간의 조명 설비(540)의 작동이 중지되도록 건물이 운영되는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    건물의 예측전력 프로파일을 생성하는, 상기 미리 결정된 방법은,
    (a1) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 기상 데이터베이스(600)로부터 온도 및 습도를 포함하는 과거 기상 데이터를 날짜별로 확인하는 단계;
    (a2) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 원격 검침용 전력량계(400)로부터 날짜별로 과거 전력사용 데이터를 하루 단위로 확인하는 단계;
    (a3) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가, 상기 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 매핑함으로써, 온도 및 습도에 따른 전력사용 정도의 회귀 방정식을 연산하는 단계; 및
    (a4) 상기 에너지 수요관리 운영서버(100)가 온습도 센서(515)에 의하여 획득된 온도 및 습도를 상기 회귀 방정식에 대입함으로써 하루 단위인 건물의 예측전력 프로파일을 생성하는 단계를 포함하는,
    건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 건물 실시간 수요관리 및 에너지 저감 방법을 수행하기 위한 시스템으로서,
    통신 서버를 통하여 다수의 건물의 빌딩 자동제어 시스템(510)과 인터페이스하며, 특정 건물에 구비된 원격 검침용 전력량계(400)를 통하여 과거 전력사용 데이터를 확인하며, 기상 데이터베이스(600)로부터 과거 기상 데이터를 확인하고, 확인된 과거 전력사용 데이터와 과거 기상 데이터를 이용하여 미리 결정된 방법에 의하여 건물의 예측전력 프로파일을 생성할 수 있는, 상기 에너지 수요관리 운영서버(100);
    특정 건물에 구비되어 목표 전력이 설정되며, 건물을 운용하는 시나리오의 수정이 가능한, 상기 에너지 수요관리 클라이언트 서버(200);
    현재 전력을 확인하는 계측기(300);
    특정 건물의 과거 전력사용 데이터를 확인할 수 있는, 상기 원격 검침용 전력량계(400);
    특정 건물에 구비되는, 상기 빌딩 자동제어 시스템(510);
    상기 건물의 예측전력 프로파일 생성을 위하여 건물 외기의 온습도를 센싱하는 온습도 센서(515); 및
    상기 빌딩 자동제어 시스템(510)에 의하여 제어되는 다수의 설비(520, 530, 540, 550)를 포함하는,
    실시간 수요관리 및 에너지 저감 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 시스템은, 특정 건물 내 각 공간별로 구비되는 스마트 서모스탯(590)을 더 포함하는,
    실시간 수요관리 및 에너지 저감 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 스마트 서모스탯(590)은,
    디스플레이부(591);
    상기 디스플레이부(591)를 누름으로써 전기적 신호를 발생시키는 누름부(592);
    상기 디스플레이부(591) 외주면을 따라 형성되며, 회전에 의하여 전기적 신호를 발생시키는 회전 조절부(595); 및
    재실 센서(596)를 포함하며,
    상기 스마트 서모스탯(590)은, 상기 누름부(592)와 상기 회전 조절부(595)에 의하여 상기 스마트 서모스탯(590)이 위치한 공간에 대한 공조 설비(530) 및 조명 설비(540)를 제어할 수 있는,
    실시간 수요관리 및 에너지 저감 시스템.
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