KR102566521B1 - 통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법 - Google Patents

통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

실시예에 의한 통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법이 개시된다. 상기 통합 에너지 제어 시스템은 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 상기 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집하는 단말 장치; 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하는 통합 서버; 및 상기 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전하고 상기 통합 에너지 시스템의 상태 정보를 수집하는 운전 장치를 포함한다.

Description

통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법{INTEGRATED ENERGY CONTROLLING SYSTEM AND METHOD THEREOF}
실시예는 통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
현대 사회에 들어서 전력은 없어서는 안될 필요 불가결한 요소가 되고 있다. 특히, 현대 사회가 고도화될수록 전력 사용량은 더더욱 늘어나게 되었으며, 기간 산업인 전력 시스템을 포괄하는 에너지 시스템은 복잡하고 거대해지고 있다.
에너지 산업은 에너지 공급에서 전력 믹스를 포괄하는 에너지 믹스의 전환을 목표로 하고 있다. 이러는 이유는 안전하고 깨끗한 에너지를 안정적으로 공급함과 동시에 활발한 시민 참여 및 이익 공유를 통한 공존형 생태계 구축을 목표로 하기 위함이다.
따라서 에너지 시스템을 통합 운영하도록 한 에너지 제어 시스템을 필요로 한다.
실시예는 통합 에너지 제어 시스템 및 그 방법을 제공한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
실시예에 따른 통합 에너지 제어 시스템은 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 상기 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집하는 단말 장치; 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하는 통합 서버; 및 상기 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전하고 상기 통합 에너지 시스템의 상태 정보를 수집하는 운전 장치를 포함할 수 있다.
상기 통합 서버는 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 미리 정해진 에측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성하고, 상기 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 상기 운전 장치에 전송할 수 있다.
상기 운전 장치는 상기 전송된 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 기초로 미리 저장된 운전 시나리오에 따라 상기 통합 에너지 시스템을 운전하고, 상기 통합 에너지 시스템의 운전 상태 데이터를 수집할 수 있다.
상기 통합 서버는 상기 수집된 운전 상태 데이터와 상기 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성하고, 상기 생성된 최적 운전 시나리오를 상기 운전 장치에 전송할 수 있다.
상기 통합 에너지 시스템은 태양열원으로부터 전력을 생산하는 태양열 발전 시스템; 상기 태양열 발전 시스템으로부터 생산된 전력의 일부를 저장하는 에너지 저장 장치; 수열원을 이용하여 열을 저장하는 제1 축열조; 지열원을 이용하여 열을 저장하는 제2 축열조; 상기 제1 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제1 히트 펌프; 및 상기 제2 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제2 히트 펌프를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 히트 펌프는 상기 태양열 발전 시스템으로부터 생산된 전력의 일부로 구동될 수 있다.
실시예에 따른 통합 에너지 제어 방법은 단말 장치가 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 상기 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집하는 단계; 통합 서버가 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하는 단계; 및 운전 장치가 상기 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전하고 상기 통합 에너지 시스템의 상태 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 생성하는 단계에서는 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 미리 정해진 에측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성하고, 상기 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 상기 운전 장치에 전송할 수 있다.
상기 추출하는 단계에서는 상기 전송된 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 기초로 미리 저장된 운전 시나리오에 따라 상기 통합 에너지 시스템을 운전하고, 상기 통합 에너지 시스템의 운전 상태 데이터를 수집할 수 있다.
상기 생성하는 단계에서는 상기 수집된 운전 상태 데이터와 상기 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성하고, 상기 생성된 최적 운전 시나리오를 상기 운전 장치에 전송할 수 있다.
실시예에 따르면, 태양열원, 수열원, 지열원의 신재생 에너지를 효율적이면서 저렴한 비용으로 이용할 수 있다.
실시예에 따르면, 통합 에너지 시스템의 운전 상태에 정보를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하기 때문에, 통합 에너지 시스템을 최적의 상태로 운전할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 통합 에너지 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 에너지 시스템의 일부 구성을 상세히 보여주는 도면이다.
도 4 내지 도 5는 냉방/난방 축열조 축열원 제어 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 제어 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 제어 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 제어 시스템은 태양광 발전(Building Integrated Photovoltaic, BIPV) 시스템(100), 단말 장치(300), 통합 서버(400), 운전 장치(500), 통합 에너지 시스템(600)을 포함할 수 있다.
태양광 발전 시스템(100)은 입력 에너지인 일조 강도를 전류로 변환하여 출력할 수 있다. 태양광 발전 시스템(100)은 태양광 발전 어레이(110)와 태양광 인버터(120)를 포함할 수 있다. 태양광 발전 어레이(110)는 입력 에너지인 일조 강도를 직류 전류로 변환하여 출력할 수 있다. 태양광 인버터(120)는 태양광 발전 어레이(110)로부터 출력된 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 출력할 수 있다.
단말 장치(300)는 건물에 배치되어, 건물에 설치된 태양광 발전 시스템(100)에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집할 수 있다. 여기서 에너지 소비량은 전력, 냉방, 난방, 급탕에 사용되는 소비량일 수 있다.
단말 장치(300)는 예컨대, 블록 체인(block chain) 기반 RTU(Remote Terminal Unit)일 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 다양한 형태의 단말일 수 있다.
통합 서버(400)는 복수의 단말 장치(300)로부터 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 수신하고, 이를 기초로 미리 정해진 에측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성할 수 있다.
통합 서버(400)는 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 운전 장치에 제공하고, 운전 장치로부터 에너지 저장 장치의 충전 상태(State of Charge, SoC), 히트 펌프의 운전 상태, 열 에너지 생산량 등의 운전 상태 데이터를 제공 받을 수 있다.
통합 서버(400)는 제공 받은 운전 상태 데이터와 미리 저장된 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성할 수 있다.
통합 서버(400)는 생성된 최적 운전 시나리오를 운전 장치(500)에 제공할 수 있다.
운전 장치(500)는 통합 서버(400)로부터 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 제공 받으면, 이를 기초로 통합 에너지 시스템(600)을 냉방 및 난방 운전하고, 통합 에너지 시스템(600)의 운전으로 인한 충전 상태, 운전 상태, 생산량 등의 운전 상태 데이터를 수집하여 이를 통합 서버(400)에 제공할 수 있다.
운전 장치(500)는 통합 서버(400)로부터 최적 운전 시나리오를 제공 받으면, 최적 운전 시나리오를 기초로 운전 알고리즘을 이용하여 통합 에너지 시스템(600)을 운전할 수 있다.
통합 에너지 시스템(600)은 태양열원, 지열원, 수열원 등의 신재생 에너지를 이용하여 냉열과 온열을 생산하고 생산된 냉열과 온열로 냉방과 난방 운전할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 통합 에너지 시스템의 기본적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 시스템(600)은 태양광 발전 시스템(100), 에너지 저장 장치(Energy Storage System, ESS)(610), 제1 히트펌프(GSHP, 620), 제2 히트펌프(WSHP, 630), 제1 축열조(TES1, 640), 제2 축열조(TES2, 650)를 포함할 수 있다.
태양광 발전 시스템(100)은 입력 에너지인 일조 강도를 전력으로 변환하여 출력할 수 있다. 태양광 발전 시스템(100)을 통해 생산된 전력은 스마트 빌리지에 우선적으로 공급되며, 스마트 빌리지에 공급하고 남은 잉여 전력은 에너지 저장 장치(610)에 저장되거나 제1 히트펌프(620)와 제2 히트펌프(630)에 공급될 수 있다.
에너지 저장 장치(610)는 태양광 발전 시스템(100)을 통해 생산된 전력을 저장할 수 있다.
제1 히트펌프(620)는 지열원을 이용하는 지열 히트 펌프일 수 있다.
제2 히트펌프(630)는 수열원을 이용하는 수열 히트 펌프일 수 있다.
제1 축열조(640)는 제1 히트펌프(620)와 제2 히트펌프(630)를 통해 생산된 냉열 및 온열 뿐만 아니라 태양광 발전 시스템(100)을 통해 생산된 열을 저장할 수 있다.
제2 축열조(650)는 제1 히트펌프(620)와 제2 히트펌프(630)를 통해 생산된 온열 뿐만 아니라 태양광 발전 시스템(100)을 통해 생산된 열을 저장할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 에너지 시스템의 일부 구성을 상세히 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 시스템은 제1 히트펌프(GSHP), 제2 히트펌프(WSHP), 제1 축열조(TES1), 제2 축열조(TES2)를 포함할 수 있다.
제1 히트펌프(GSHP)는 지열원을 이용하는 지열 히트 펌프일 수 있다.
제2 히트펌프(WSHP)는 수열원을 이용하는 수열 히트 펌프일 수 있다. 이때, 제2 히트펌프(WSHP)는 지열원을 활용하여 운영될 수 있도록 열원측 배관이 구성될 수 있다.
제1 히트펌프(GSHP)와 제2 히트펌프(WSHP)는 두 대의 직렬 연결된 히트 펌프로 구성되고, 2차측 열 매체가 두 대의 직렬 연결된 히트 펌프를 순환하도록 구성될 수 있다.
제1 히트펌프(GSHP)와 제2 히트펌프(WSHP)는 공급 및 생산 온도에 맞춰 온/오프 제어될 수 있는데, TM3, TM4, TM5, TL3, TL4 온도로 온/오프 제어될 수 있다.
제1 축열조(TES1)는 제1 히트펌프(GSHP)와 제2 히트펌프(WSHP)를 통해 생산된 냉열 및 온열을 저장하고 저장된 냉열 및 온열은 열교환기를 거쳐 부하측에 공급될 수 있다.
제2 축열조(TES2)는 제1 히트펌프(GSHP) 중 급탕용 제1 히트 펌프(GSHP)를 통해 생산된 온열을 저장하고, 저장된 온열은 열교환기를 거쳐 부하측에 공급될 수 있다.
제1 축열조(TES1)와 제2 축열조(TES2)는 냉온수 여부에 따라 출입구가 변할 수 있다.
부하측에 공급되는 냉방용 냉수는 HX-cool 19-1, 37-1을 통해 2개의 영역으로 나누어 공급될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 다수의 영역으로 공급될 수 있다.
부하측에 공급되는 급탕/난방용 온수는 HX-heat 19-2, 37-2를 통해 2개의 영역으로 나뉘어 공급될 수 있는데, 반드시 이에 한정되지 않고 다수의 영역으로 공급될 수 있다.
냉방 기간 중 냉방을 위한 냉수는 제1 축열조(TES1)에서 공급하고 온수 급탕을 위한 온수는 제2 축열조(TES2)에서 공급될 수 있다.
난방 기간 중 온수는 제2 축열조(TES2)에서 우선 공급하게 되고, 부족시 제1 축열조(TES1)에서 공급될 수 있다.
CP19-1, CP19-2는 24시간 운전되고, A/B 펌프가 일별 교번 운전되고 높아질수록 A+B로 운전된다.
CP37-1, CP37-2는 24시간 운전되고, A/B/C 중 A 펌프에만 인버터가 연결되고, B/C 펌프는 일별 교번 구동된다. A 펌프는 부하가 많아질 경우 B 또는 C 펌프가 운전된다.
이때, 내열 또는 온열 에너지가 저장되는 축열은 제1 모드와 제2 모드로 운전될 수 있다.
제1 모드는 심야 시간 저렴한 전기를 활용하여 축열조에 열을 저장하는 방식으로 심야 시간에 우선 축열조에 열을 저장하고 부족한 경우 낮시간에 운전된다. 낮 시간 운전 시 경부하 시간대나 BIPV 발전량이 많은 시간대에 운전된다.
제2 모드는 낮 시간 BIPV 및 PV의 잉여 전력을 활용하여 히트 펌프를 통해 열을 축적하는 방식으로 부족한 경우 심야 시간에 운전된다. BIPV 발전량과 커뮤니티의 전력 소비량, ESS 충전량을 예측하여 최종 잉여 전력을 계산하고 잉여 전력을 히트 펌프 축열에 활용할 수 있는 양을 계산한 후 부족한 축열량을 심야 시간에 축열한다. 낮 시간 잉여 전력으로 히트 펌프 축열량 계산 시 예컨대, 30RT, 50RT, 60RT, 80RT, 90RT, 140RT, 190RT 단위로 히트 펌프의 대수 제어가 가능할 수 있다.
도 4 내지 도 5는 냉방/난방 축열조 축열원 제어 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 에너지 시스템은 통합 서버로부터 축열 신호를 받으면, 히트 펌프(WSHP, GSHP), 펌프(WSP), 열원 펌프의 운전으로 제1 축열조(TES1)에 축열을 진행할 수 있다.
냉방 운전 시, 히트 펌프(WSHP, GSHP)와 펌프(WSP1~ WSP6)가 온되어 냉열을 생산하는 경우 TM9 온도가 설정 온도 Tcctes (< 4.5℃)를 유지하기 위해 MVC-P1을 PID 제어한다.
이때, 펌프(WSP1~WSP6)가 모두 운전 중지되는 경우, 초기 개도율로 정지될 수 있다.
난방 운전 시, 히트 펌프(WSHP, GSHP)와 펌프(WSP1~ WSP6)가 온되어 온열을 생산하는 경우 TM9 온도가 설정 온도 Thctes(> 55℃)를 유지하기 위해 MVC-P1을 PID 제어한다.
이때, 펌프(WSP1~WSP6)가 모두 운전 중지되는 경우, 초기 개도율로 정지될 수 있다.
히트 펌프(WSHP, GSHP)는 수열 히트 펌프(WSHP)와 지열 히트 펌프(GSHP)로 구분될 수 있다. 수열 히트 펌프(WSHP)와 지열 히트 펌프(GSHP) 운전 시, 지열 히트 펌프를 우선 운전할 수 있지만 반드시 이에 한정되지 않고 우선 순위가 미리 정해질 수 있다.
예컨대, 30RT 운전 요청 시 지열 히트 펌프(GSHP19-1)를 우선 운전하고, 60RT 운전 요청 시 지열 히트 펌프(GSHP19-1, GSHP37-1)를 동시 운전하거나 지열 히트 펌프(GSHP37-1)와 수열 히트 펌프(WSHP37-1)를 동시 운전하고, 90RT 운전 요청 시 지열 히트 펌프(GSHP19-1, GSHP37-1)와 수열 히트 펌프(WSHP37-1)를 동시 운전하고, 100RT 운전 요청 시 수열 히트 펌프(WSHP37-2, WSHP19-1)을 운전하고, 140RT 운전 요청 시 지열 히트 펌프(GSHP19-1, GSHP37-1)와 수열 히트 펌프(WSHP37-1, WSHP37-2)를 동시 운전하고 190RT 운전 요청 시 전부 동시 운전할 수 있다.
또한, 에너지 시스템은 통합 서버로부터 축열 신호를 받으면, 각 히트 펌프(WSHP, GSHP)와 연계되어 펌프(WSP)가 작동된다. 펌프(WSP)에 연결된 히트 펌프(WSHP, GSHP)가 수동 모드 등으로 정지되는 경우 연계된 펌프(WSP)도 정지된다.
히트 펌프(WSHP, GSHP)에 동작 신호를 보내기 1분 전 연계된 펌프(WSP)가 우선 운전된다. 히트 펌프(WSHP, GSHP)에 정지 신호 보낸 후 히트 펌프(WSHP, GSHP)의 정지 확인하고 1분 후 연계된 펌프(WSP)도 정지된다. 여기서 1분은 시간 지연을 설명하기 위한 예시일 뿐 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 변경될 수 있다.
예컨대, 히트 펌프(GSHP19-1) 운전 신호 시 펌프(WSP5/6)도 연계 운전되고, 히트 펌프(GSHP37-1, WSHP37-1) 운전 신호 시 펌프(WSP3/4)도 연계 운전되고, 히트 펌프(WSHP37-2, WSHP19-1) 운전 신호 시 펌프(WSP1/2)도 연계 운전된다.
또한, 펌프(MV-HP1~MV-HP4)는 기본적으로 수동으로 작동되지만 이에 한정되지 않는다. 펌프(MV-HP1, MV-HP3)는 항상 열린 상태이고, 펌프(MV-HP2, MV-HP4)는 항상 닫힌 상태이다.
다만, 각 히트 펌프가 직렬 운전하지 않고 펌프 예비 측에 펌프를 추가하여 독립 운전할 경우 펌프(MV-HP1, MV-HP3)는 닫힌 상태이고, 펌프(MV-HP2, MV-HP4)는 열린 상태이다.
또한, 냉방 운전 시, 각 히트 펌프의 부하측 입구 온도가 설정온도 Thpcli(7℃)에 도달하면 해당 히트 펌프는 정지된다. 이때, 히트 펌프(GSHP19-1, WSHP37-1, WSHP37-2)는 TM3, 히트 펌프(GSHP37-1)는 TM5, 히트 펌프(WSHP19-1)는 TM4를 기준으로 판단한다.
난방 모드 시, 각 히트 펌프의 부하측 입구 온도가 설정온도 Thpcli(52℃)에 도달하면 해당 히트 펌프는 정지된다. 이때, 히트 펌프(GSHP19-1, WSHP37-1, WSHP37-2)는 TM3, 히트 펌프(GSHP37-1)는 TM5, 히트 펌프(WSHP19-1)는 TM4를 기준으로 판단한다.
도 5를 참조하면, 에너지 시스템은 통합 서버로부터 축열 신호를 받으면, 히트 펌프(GSHP), 펌프(WSP), 열원 펌프의 운전으로 제2 축열조(TES2)에 축열을 진행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통합 에너지 제어 방법을 나타내는 도면이다.
도 6을 참조하면, 단말 장치(300)는 건물에 배치되어, 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집할 수 있다.
다음으로, 단말 장치(300)는 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 통합 서버(400)에 전송할 수 있다.
다음으로, 통합 서버(400)는 복수의 단말 장치(300)로부터 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 수신하고, 이를 기초로 미리 정해진 에측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성할 수 있다.
다음으로, 통합 서버(400)는 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 운전 장치(500)에 전송할 수 있다.
다음으로, 운전 장치(500)는 통합 서버(400)로부터 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 제공 받고, 이를 기초로 미리 저장된 운전 시나리에 따라 통합 에너지 시스템(600)을 냉방 및 난방 운전하면서 충전 상태, 운전 상태, 생산량 등의 운전 상태 데이터를 수집할 수 있다.
이때, 운전 장치(500)는 통합 에너지 시스템(600)을 운전하고 이때의 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 비교하여 통합 에너지 시스템(600)의 운전 상태를 조절할 수 있다.
다음으로, 운전 장치(500)는 수집된 운전 상태 정보를 통합 서버(400)에 전송할 수 있다.
다음으로, 통합 서버(400)는 제공 받은 운전 상태 데이터와 미리 저장된 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성할 수 있다.
다음으로, 통합 서버(400)는 생성된 최적 운전 시나리오를 운전 장치(400)에 전송할 수 있다.
다음으로, 운전 장치(500)는 통합 서버(400)로부터 최적의 운전 시나리오를 수신하고, 수신된 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전할 수 있다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 태양광 발전 시스템
200: 단말 장치
300: 통합 서버
400: 운전 장치
500: 통합 에너지 시스템

Claims (10)

  1. 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 상기 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집하는 단말 장치;
    상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하는 통합 서버; 및
    상기 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전하고 상기 통합 에너지 시스템의 상태 정보를 수집하는 운전 장치를 포함하고,
    상기 통합 에너지 시스템은,
    태양열원으로부터 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템;
    상기 태양광 발전 시스템으로부터 생산된 전력의 일부를 저장하는 에너지 저장 장치;
    수열원을 이용하여 열을 저장하는 제1 축열조;
    지열원을 이용하여 열을 저장하는 제2 축열조;
    상기 제1 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제1 히트 펌프; 및
    상기 제2 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제2 히트 펌프를 포함하고,
    제1 모드에서는 미리 정해진 심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 열을 저장하고, 상기 심야 시간이 아닌 비심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 저장된 열을 공급하고,
    제2 모드에서는 상기 비심야 시간에 상기 태양광 발전 시스템의 잉여 전력을 활용하여 상기 제1 및 제2 축열조에 열을 저장하고, 상기 심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 저장된 열을 공급하고,
    냉방 운전 시에는 상기 제1 축열조에서 냉수를 공급하고, 상기 제2 축열조에서 온수를 공급하고,
    난방 운전 시에는 상기 제2 축열조에서 온수를 우선적으로 공급하고, 상기 제2 축열조에서 공급되는 온수가 부족한 경우 상기 제1 축열조에서 온수를 추가로 공급하는, 통합 에너지 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 통합 서버는,
    상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 미리 정해진 예측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성하고,
    상기 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 상기 운전 장치에 전송하는, 통합 에너지 제어 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 운전 장치는,
    상기 전송된 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 기초로 미리 저장된 운전 시나리오에 따라 상기 통합 에너지 시스템을 운전하고,
    상기 통합 에너지 시스템의 운전 상태 데이터를 수집하는, 통합 에너지 제어 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 통합 서버는,
    상기 수집된 운전 상태 데이터와 상기 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성하고,
    상기 생성된 최적 운전 시나리오를 상기 운전 장치에 전송하는, 통합 에너지 제어 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 히트 펌프는,
    상기 태양광 발전 시스템으로부터 생산된 전력의 일부로 구동되는, 통합 에너지 제어 시스템.
  7. 단말 장치가 건물에 설치된 태양광 발전 시스템에 의해 생산된 발전량을 측정한 발전량 실측 데이터와 상기 건물에서 사용하는 에너지 소비량을 측정한 에너지 소비량 데이터를 수집하는 단계;
    통합 서버가 상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적의 운전 시나리오를 생성하는 단계; 및
    운전 장치가 상기 최적의 운전 시나리오를 기초로 통합 에너지 시스템을 운전하고 상기 통합 에너지 시스템의 상태 정보를 추출하는 단계를 포함포함하고,
    상기 통합 에너지 시스템은,
    태양열원으로부터 전력을 생산하는 태양광 발전 시스템;
    상기 태양광 발전 시스템으로부터 생산된 전력의 일부를 저장하는 에너지 저장 장치;
    수열원을 이용하여 열을 저장하는 제1 축열조;
    지열원을 이용하여 열을 저장하는 제2 축열조;
    상기 제1 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제1 히트 펌프; 및
    상기 제2 축열조에 저장되는 열의 온도를 조절하는 제2 히트 펌프를 포함하고,
    제1 모드에서는 미리 정해진 심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 열을 저장하고, 상기 심야 시간이 아닌 비심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 저장된 열을 공급하고,
    제2 모드에서는 상기 비심야 시간에 상기 태양광 발전 시스템의 잉여 전력을 활용하여 상기 제1 및 제2 축열조에 열을 저장하고, 상기 심야 시간에 상기 제1 및 제2 축열조에 저장된 열을 공급하고,
    냉방 운전 시에는 상기 제1 축열조에서 냉수를 공급하고, 상기 제2 축열조에서 온수를 공급하고,
    난방 운전 시에는 상기 제2 축열조에서 온수를 우선적으로 공급하고, 상기 제2 축열조에서 공급되는 온수가 부족한 경우 상기 제1 축열조에서 온수를 추가로 공급하는, 통합 에너지 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 생성하는 단계에서는,
    상기 수집된 발전량 실측 데이터와 에너지 소비량 데이터를 기초로 미리 정해진 예측 알고리즘을 이용하여 발전량을 예측하여 발전량 예측 데이터를 생성하고,
    상기 생성된 발전량 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 상기 운전 장치에 전송하는, 통합 에너지 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추출하는 단계에서는,
    상기 전송된 예측 데이터와 발전량 실측 데이터를 기초로 미리 저장된 운전 시나리오에 따라 상기 통합 에너지 시스템을 운전하고,
    상기 통합 에너지 시스템의 운전 상태 데이터를 수집하는, 통합 에너지 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 생성하는 단계에서는,
    상기 수집된 운전 상태 데이터와 상기 에너지 소비량 데이터를 기초로 최적 운전 알고리즘을 이용하여 최적 운전 시나리오를 생성하고,
    상기 생성된 최적 운전 시나리오를 상기 운전 장치에 전송하는, 통합 에너지 제어 방법.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102096582B1 (ko) * 2018-08-24 2020-05-27 조희남 수류와 수열을 이용한 수중 열교환기 시스템 및 이의 시공 방법
KR20200055503A (ko) * 2018-11-13 2020-05-21 (주) 씨이랩 기축 건물의 에너지 데이터 처리장치 및 방법
KR102227997B1 (ko) * 2019-06-10 2021-03-15 이만숙 태양열 및 공기 열에 의한 히트펌프 시스템과 태양광이 융합된 하이브리드 난방 시스템 및 제어방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012080679A (ja) * 2010-10-01 2012-04-19 Shimizu Corp 運転管理装置、運転管理方法、および運転管理プログラム

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