KR20210047507A

KR20210047507A - 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR20210047507A
Application number: KR1020190131189A
Authority: KR
Inventors: 장문종; 안병웅; 이종욱
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2019-10-22
Filing date: 2019-10-22
Publication date: 2021-04-30
Also published as: KR102342452B1; WO2021080169A3; WO2021080169A2

Abstract

본 발명은 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법이 개시된다. 본 발명의 건물 에너지 통합 관리 장치는, 에너지 기반 설비에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원을 실시간으로 계량하는 통합에너지 계측부; 다수의 에너지원에 대해 에너지원별 공급곡선과 단가곡선, 용도별 에너지 수요곡선 및 용도별 대체 가능 에너지 공급그룹을 생성하고, 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성하고, 예측값과 실측값이 허용 오차 범위를 넘어서면 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 확인하고, 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고, 용도별 대체 가능한 에너지 공급그룹을 수정하는 통합에너지 예측부; 통합에너지 예측부에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 에너지 기반 설비를 제어하는 통합에너지 제어부; 및 통합에너지 예측부에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 에너지 기반 설비를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가하는 통합에너지 평가부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR MANAGING BUILDING ENERGY COLLECTIVELY AND METHOD THEREOF}

본 발명은 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉난방, 공조, 조명, 급탕, 전력설비 등 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 다수개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 상호간에 대체 가능한 다수개의 에너지원을 활용함으로써, 건물에 공급되고 있는 에너지와 용도별로 필요한 수요를 실시간으로 최적화하여 건물에너지를 비용 측면에서 효율적으로 운영하여 에너지 비용을 최소화할 수 있도록 하는 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 건물의 생애 주기를 약 30년으로 보았을 경우, 운영 단계에서의 생애 비용은 약 60-85%이다. 따라서 건물에 설치된 제어가능 시스템들(예를 들어, AHU, 보일러, 냉각기, 차양 장치, 팬 등)의 최적 운영은 에너지 절감 달성에 큰 비중을 차지한다. 결국, 운영 단계에서 에너지 절감 가능성은 설계 또는 시공 단계에 투입된 노력과 비교하면 매우 높다.

한편, 건물 에너지 관리 시스템(BEMS; Building Energy Management System)은 컴퓨터 기반의(computer-aided tools) 툴로써, 건물 상태의 모니터링, 기기 제어 및 최적화를 통해 건물에서 사용하는 에너지를 통합적으로 관리함으로서 총에너지 비용을 절감하는 시스템이다.

이러한 건물 에너지 관리 시스템의 경우 건물에너지 소비 상태를 진단하고, 비용 절감 목표치를 설정하여 에너지 소비패턴에 따라 시나리오를 도출하며, 에너지 시뮬레이션을 통하여 에너지 설계안을 설정한 후 이에 따라 에너지 설비를 제어하고 비용 절감 결과를 출력하고 있으며, 열과 전력을 자체적으로 생산하는 복수의 에너지 생산 세대를 포함하는 열전력공급시스템에서는 전력사용량과 생산량, 열사용량과 생산량을 바탕으로 에너지를 관리하며 정해진 보상정책에 따라 보상처리하고 있다.

또는 건물 에너지 관리 시스템으로부터 데이터를 입력받아 오류 감지 규정을 설정하고, 이 규정에 따라 알람 신호를 생성하고 사용자에게 통지하고 있다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1151480호(2012.07.11. 공고, 시뮬레이션 기반의 건물 에너지 관리 시스템 및 이를 이용한 건물 에너지 관리 방법)에 개시되어 있다.

이와 같이 현재 대부분의 BEMS 운영은 전체적인 설비의 단순 제어 및 감시 기능만 수행하고, 에너지 관리에 대한 기능은 부분적으로 제공하고 있는 실정으로, 건물에 특화된 체계적인 에너지 관리 기능에 한계가 있다.

즉, 이러한 에너지 관리 시스템들은 사전에 비용 절감 목표치를 설정하여 시나리오 기반 에너지 설계안을 확정한 후 설비를 제어하거나, 열과 전력을 각각 제어하든지, 건물에너지의 오류분석에만 한정되어 있어서, 건물의 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 복수 개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 효율적으로 활용할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 냉난방, 공조, 조명, 급탕, 전력설비 등 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 다수개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 상호간에 대체 가능한 다수개의 에너지원을 활용함으로써, 건물에 공급되고 있는 에너지와 용도별로 필요한 수요를 실시간으로 최적화하여 건물에너지를 비용 측면에서 효율적으로 운영하여 에너지 비용을 최소화할 수 있도록 하는 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치는, 에너지 기반 설비에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원을 실시간으로 계량하는 통합에너지 계측부; 다수의 에너지원에 대해 에너지원별 공급곡선과 단가곡선, 용도별 에너지 수요곡선 및 용도별 대체 가능 에너지 공급그룹을 생성하고, 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성하고, 예측값과 실측값이 허용 오차 범위를 넘어서면 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 확인하고, 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고, 용도별 대체 가능한 에너지 공급그룹을 수정하는 통합에너지 예측부; 통합에너지 예측부에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 에너지 기반 설비를 제어하는 통합에너지 제어부; 및 통합에너지 예측부에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 에너지 기반 설비를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가하는 통합에너지 평가부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 에너지원은, 열원, 가스, 지열, 태양광, 에너지저장장치, 풍력 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 에너지 기반 설비는, 공조설비, 냉방설비, 조명설비, 급탕설비 및 전력설비 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 통합에너지 예측부는, 대상 건물로 공급되는 에너지원별로, 시간대에 따라 공급 가능한 총량을 표시하는 공급곡선과 시간대에 따라 단가를 표시하는 단가곡선을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 통합에너지 예측부는, 대상 건물에서 필요로 하는 총에너지 수요를, 용도별로 구분하여 시간대에 따라 수요량을 표시하는 용도별 에너지 수요곡선과, 각 용도별로 대체가 가능한 에너지원들은 동일한 그룹으로 묶어서 용도별 에너지 공급그룹을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 통합에너지 예측부는, 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하고, 수요곡선을 충족하지 못할 경우, 그 다음으로 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 통합에너지 예측부는, 실제 측정한 실측값과 예측값 사이의 오차가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단하여 오차 허용 범위를 넘어설 경우, 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선, 공급곡선 및 단가곡선 중 어느 하나 이상을 보정하여 최적화하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 통합에너지 제어부는, 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법은, 통합에너지 계측부가 에너지 기반 설비에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원을 실시간으로 계량한 에너지 정보를 입력받는 단계; 통합에너지 예측부가 통합에너지 계측부로부터 에너지 정보를 입력받아 건물 에너지원별 공급곡선, 단가곡선 및 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고, 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성하는 단계; 통합에너지 예측부가 각 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합을 생성하는 단계; 통합에너지 제어부가 통합에너지 예측부에서 생성된 조합별로 에너지 기반 설비를 제어하는 단계; 통합에너지 평가부가 통합에너지 제어부에서 에너지 기반 설비를 제어한 제어 결과를 출력하고 평가하는 단계; 통합에너지 예측부가 예측값과 실측값의 오차가 허용 범위 이내에 있는지를 평가하는 단계; 및 통합에너지 예측부가 오차 허용 범위를 벗어나면 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 건물 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 생성하는 단계는, 통합에너지 예측부가 대상 건물로 공급되는 에너지원별로, 시간대에 따라 공급 가능한 총량을 표시하는 공급곡선과 시간대에 따라 단가를 표시하는 단가곡선을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성하는 단계는, 통합에너지 예측부가 대상 건물에서 필요로 하는 총에너지 수요를, 용도별로 구분하여 시간대에 따라 수요량을 표시하는 용도별 에너지 수요곡선과, 각 용도별로 대체가 가능한 에너지원들을 동일한 그룹으로 묶어서 용도별 에너지 공급그룹을 생성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합을 생성하는 단계는, 통합에너지 예측부가 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 수요곡선을 충족하지 못할 경우, 통합에너지 예측부가 그 다음으로 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 생성된 조합별로 에너지 기반 설비를 제어하는 단계는, 통합에너지 제어부가 통합에너지 예측부에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 에너지 기반 설비를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 에너지 기반 설비를 제어하는 단계는, 통합에너지 제어부가 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제어 결과를 출력하고 평가하는 단계는, 통합에너지 평가부가 통합에너지 예측부에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 에너지 기반 설비를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 예측값과 실측값의 오차가 허용 범위 이내에 있는지를 평가하는 단계는, 통합에너지 예측부가 실제 측정한 실측값과 예측값 사이의 오차가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단하여 오차 허용 범위를 넘어설 경우 보정을 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화하는 단계는, 통합에너지 예측부가 예측값과 실측값 사이의 오차를 분석하여 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선, 공급곡선 및 단가곡선 중 어느 하나 이상을 보정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법은 냉난방, 공조, 조명, 급탕, 전력설비 등 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 다수개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 상호간에 대체 가능한 다수개의 에너지원을 활용함으로써, 건물에 공급되고 있는 에너지와 용도별로 필요한 수요를 실시간으로 최적화하여 건물에너지를 비용 측면에서 효율적으로 운영하여 에너지 비용을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 공급곡선을 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 단가곡선을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 냉방용 에너지 수요곡선을 나타낸 예시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치 및 그 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치를 나타낸 블록 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 장치는 통합에너지 계측부(30), 통합에너지 예측부(40), 통합에너지 제어부(50) 및 통합에너지 평가부(60)를 포함할 수 있다.

통합에너지 계측부(30)는 에너지 기반 설비(20)에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원(10)을 실시간으로 계량할 수 있다.

여기서, 에너지 기반 설비(20)는, 공조설비, 냉방설비, 조명설비, 급탕설비 및 전력설비 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 에너지원(10)은, 열원, 가스, 지열, 태양광, 에너지저장장치, 풍력 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

통합에너지 예측부(40)는 다수의 에너지원(10)에 대해 에너지원별 공급곡선과 단가곡선, 용도별 에너지 수요곡선 및 용도별 대체 가능 에너지 공급그룹을 생성하고, 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성하고, 예측값과 실측값이 허용 오차 범위를 넘어서면 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 확인하고, 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고, 용도별 대체 가능한 에너지 공급그룹을 수정할 수 있다.

여기서, 공급곡선이나 단가곡선은 곡선 뿐만 아니라 시간대에 따른 공급량이나 단가를 표시할 수 있는 모든 표현방식을 포함할 수 있다.

또한, 용도별 에너지 수요곡선은 대상 건물에서 필요로 하는 총에너지 수요를, 용도별로 구분하여 시간대에 따라 수요량을 표시할 수 있다.

이때 용도별 에너지 수요곡선은 비용 측면에서 건물 에너지를 통합 관리함에 있어서 필요에 따라 분 단위나 시간 단위, 일 단위, 주 단위, 월 단위, 연 단위로 생성할 수 있다.

예를 들어, 실측값을 기반으로 예측값을 보정하는 경우에는 분 단위나 시간 단위를 사용할 수 있고, 에너지 비용 계획 수립이나 투자비 산정시에는 월 단위나 연 단위로 사용할 수 있다. 일 단위나 주 단위의 경우에도 구성원들이 에너지 절감활동에 참여하고 피드백을 받는 목적에 유용하게 활용될 수 있다.

통합에너지 예측부(40)는 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성할 때 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 에너지원(10)을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하고, 이때 수요곡선을 충족하지 못 한다면 그 다음으로 비용이 저렴한 에너지원(10)을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정할 수 있다.

통합에너지 제어부(50)는 통합에너지 예측부(40)에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 에너지 기반 설비(20)를 제어할 수 있다.

이때 통합에너지 제어부(50)는 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급할 수 있다.

통합에너지 평가부(60)는 통합에너지 예측부(40)에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 에너지 기반 설비(20)를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가할 수 있다.

통상적으로, 에너지 수요는 실시간으로 발생하므로 정확한 예측이 불가능하고, 이로 인해서 사전에 설정한 수요곡선과는 차이가 발생하기 때문에 실제 측정한 실측값과 예측값 사이에는 오차가 존재하게 된다.

한편, 통합에너지 예측부(40)는 실제 측정한 실측값과 예측값 사이에는 차이가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단한다.

즉, 에너지원별 공급곡선과 용도별 에너지 수요곡선을 생성하는 시점과 실제로 설비를 운영하는 시점 사이에 시간적인 차이로 인해 수요에 대한 변화가 발생할 수 있으므로, 통합에너지 예측부(40)는 변화에 따른 차이가 오차 허용 범위 이내인지 아닌지를 평가하여 오차 허용 범위를 넘어설 경우 보정을 통하여 건물 에너지 관리 장치의 정확도를 개선할 수 있다.

여기서, 오차 허용 범위는 사용자가 수용 가능한 범위를 설정할 수도 있고, 머신러닝과 같은 인공지능 기법을 활용하여 해당 건물에 최적화된 오차 허용 범위를 도출할 수도 있다.

또한, 통합에너지 예측부(40)는 오차 허용 범위를 벗어나면 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화할 수 있다.

여기서, 예측값과 실측값 사이의 오차를 분석하여 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선과 공급곡선, 단가곡선을 확인할 수 있으나, 공급곡선과 단가곡선은 사전에 확정되므로 거의 변동이 없기 때문에 수요곡선을 보정하게 된다.

이때, 적용 가능한 보정 기법으로는 전통적으로 이동평균법이나 지수평활법, 분할법, ARIMA 모형, 계량경제모형, 딥 러닝과 같은 인공지능기법 등 다양한 방법들이 있으며, 필요시 사용자 경험에 의한 직접 입력 방법도 있다. 이 중에서 오차가 가장 작은 방법으로 수요곡선을 갱신할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 건물 에너지 통합 관리 장치에 따르면, 냉난방, 공조, 조명, 급탕, 전력설비 등 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 다수개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 상호간에 대체 가능한 다수개의 에너지원을 활용함으로써, 건물에 공급되고 있는 에너지와 용도별로 필요한 수요를 실시간으로 최적화하여 건물에너지를 비용 측면에서 효율적으로 운영하여 에너지 비용을 최소화할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 과정을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 공급곡선을 나타낸 예시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 에너지원별 단가곡선을 나타낸 예시도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서 냉방용 에너지 수요곡선을 나타낸 예시도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 건물 에너지 통합 관리 방법에서는 먼저, 통합에너지 계측부(30)가 에너지 기반 설비(20)에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원(10)을 실시간으로 계량한 에너지 정보를 입력받는다(S10).

S10 단계에서 통합에너지 계측부(30)로부터 에너지 정보를 입력받은 후 통합에너지 예측부(40)는 건물 에너지원별 공급곡선, 단가곡선 및 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고, 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성한다(S20).

예를 들어, 건물 냉방을 위한 용도로 에너지를 필요로 할 경우, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이 우선 건물에서 가용할 수 있는 모든 에너지원별로 공급곡선과 단가곡선을 생성할 수 있다.

여기서 공급곡선과 단가곡선을 각각 시간대별로 공급량과 단가를 표시하고 있다. 이때, 공급곡선이나 단가곡선은 곡선 뿐만 아니라 시간대에 따른 공급량이나 단가를 표시할 수 있는 모든 표현방식을 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 필요로 하는 냉방용 에너지 수요곡선을 생성할 수 있다.

또한, 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹은 각 용도별로 대체가 가능한 에너지원들을 동일한 그룹으로 묶어서 용도별 에너지 공급그룹으로 생성할 수 있다.

예를 들면, 전기와 지열, 태양광(PV), 에너지저장장치(ESS) 같은 에너지원을 냉방에 활용할 수 있으므로, 에너지 공급그룹 = {전기, 지열, PV, ESS}가 될 수 있다.

S20 단계에서 건물 에너지원별 공급곡선, 단가곡선 및 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고, 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성한 후 통합에너지 예측부(40)는 각 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합을 생성한다(S30).

여기서, 통합에너지 예측부(40)는 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성할 때 도 3에 도시된 바와 같이 용도별 에너지원 그룹에서 가장 낮은 단가의 에너지원을 선정한다(S310).

S310 단계에서 가장 낮은 단가의 에너지원(10)을 선정한 후 통합에너지 예측부(40)는 총공급량에 선정된 에너지원의 공급량과 공급순위를 포함한다(S320).

S320 단계에서 선정된 에너지원(10)에 대해 통합에너지 예측부(40)는 용도별 에너지 수요곡선에 따라 수요가 충족되는지 판단한다(S330).

S330 단계에서 용도에 따른 수요가 충족되는지 판단하여 수요가 충족되는 경우, 통합에너지 예측부(40)는 에너지원별 공급량과 공급순위를 결정한다(S360).

반면, S330 단계에서 용도에 따른 수요가 충족되는지 판단하여 선정된 에너지원(10)이 용도에 따른 수요가 충족되지 않은 경우, 통합에너지 예측부(40)는 용도별 에너지원 그룹에서 다음으로 낮은 단가의 에너지원(10)을 선정한다(S340).

S340 단계에서 다음으로 낮은 단가의 에너지원을 선정한 후 통합에너지 예측부(40)는 총공급량에 선정된 에너지원(10)의 공급량을 추가하고 다음 공급순위에 포함한다(S350).

이후 S330 단계로 리턴하여 용도에 따른 수요가 충족되는지 판단하여 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 에너지원(10)을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하고, 이때 수요곡선을 충족하지 못 한다면 그 다음으로 비용이 저렴한 에너지원(10)을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정할 수 있다.

예를 들어, 9시 기준 지열 단가가 가장 저렴하므로 이 시간대의 냉방부하인 15,000은 지열을 이용할 수 있다. 12시 기준으로는 지열 단가가 가장 저렴하나, 이 시간대의 냉방부하인 30,000 중에서 지열은 15,000 까지만 이용할 수 있으므로, 나머지 냉방부하인 15,000은 다음으로 에너지단가가 저렴한 태양광에서 15,000을 이용할 수 있다. 15시 기준으로는 이와 동일하게 냉방부하 40,000에 대해서 에너지단가가 저렴한 순서부터 지열 15,000 태양광 20,000 에너지저장장치 5,000을 이용할 수 있다. 마지막으로 18시 기준 냉방부하는 15,000 이므로 에너지단가가 가장 저렴한 지열 15,000을 이용할 수 있다.

S30 단계에서 생성된 각 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합별로 통합에너지 제어부(50)가 에너지 기반 설비(20)를 제어한다(S40).

여기서, 통합에너지 제어부(50)는 통합에너지 예측부(40)에서 최저비용 조합에 따른 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 에너지 기반 설비(20)를 제어하고, 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급할 수 있다.

예를 들어, 9시 기준으로는 지열설비를 가동하고, 12시 기준으로 지열설비와 태양광설비를 이용하며, 15시 기준으로는 지열설비와 태양광 설비, 에너지저장장치를 이용한다. 마지막으로 18시에는 지열 설비를 이용하여 냉방부하에 필요한 에너지를 공급한다.

S40 단계에서 에너지 기반 설비를 제어한 후 통합 에너지 평가부(60)는 통합에너지 제어부(50)에서 에너지 기반 설비(20)를 제어한 제어 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가한다(S50).

따라서 통합에너지 예측부(40)는 실제 측정한 실측값과 예측값 사이에는 차이가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단한다(S60).

S60 단계에서 실측값과 예측값 오차가 허용 가능한 범위 미만인 경우, S40 단계로 리턴되어 통합에너지 제어부(50)는 생성된 에너지 그룹별 최저비용 조합에 의해 에너지 기반 설비(20)를 제어한다.

반면, S60 단계에서 실측값과 예측값 오차가 허용 가능한 범위 이상인 경우, 통합에너지 예측부(40)는 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화한다(S70).

이때, 통합에너지 예측부(40)는 예측값과 실측값 사이의 오차를 분석하여 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선, 공급곡선 및 단가곡선 중 어느 하나 이상을 보정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 건물 에너지 통합 관리 방법에 따르면, 냉난방, 공조, 조명, 급탕, 전력설비 등 다양한 에너지 기반 설비들을 운영함에 있어 다수개의 에너지원을 통합적으로 관리하여 상호간에 대체 가능한 다수개의 에너지원을 활용함으로써, 건물에 공급되고 있는 에너지와 용도별로 필요한 수요를 실시간으로 최적화하여 건물에너지를 비용 측면에서 효율적으로 운영하여 에너지 비용을 최소화할 수 있다.

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10 : 에너지원
20 : 에너지 기반 설비
30 : 통합에너지 계측부
40 : 통합에너지 예측부
50 : 통합에너지 제어부
60 : 통합에너지 평가부

Claims

에너지 기반 설비에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원을 실시간으로 계량하는 통합에너지 계측부;
다수의 상기 에너지원에 대해 에너지원별 공급곡선과 단가곡선, 용도별 에너지 수요곡선 및 용도별 대체 가능 에너지 공급그룹을 생성하고, 용도별로 에너지 공급 그룹별 최저비용 조합을 생성하고, 예측값과 실측값이 허용 오차 범위를 넘어서면 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 확인하고, 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고, 용도별 대체 가능한 에너지 공급그룹을 수정하는 통합에너지 예측부;
상기 통합에너지 예측부에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 상기 에너지 기반 설비를 제어하는 통합에너지 제어부; 및
상기 통합에너지 예측부에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 상기 에너지 기반 설비를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가하는 통합에너지 평가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 에너지원은, 열원, 가스, 지열, 태양광, 에너지저장장치, 풍력 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 에너지 기반 설비는, 공조설비, 냉방설비, 조명설비, 급탕설비 및 전력설비 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통합에너지 예측부는, 대상 건물로 공급되는 에너지원별로, 시간대에 따라 공급 가능한 총량을 표시하는 공급곡선과 시간대에 따라 단가를 표시하는 단가곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통합에너지 예측부는, 대상 건물에서 필요로 하는 총에너지 수요를, 용도별로 구분하여 시간대에 따라 수요량을 표시하는 용도별 에너지 수요곡선과, 각 용도별로 대체가 가능한 상기 에너지원들은 동일한 그룹으로 묶어서 용도별 에너지 공급그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통합에너지 예측부는, 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 상기 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하고, 수요곡선을 충족하지 못할 경우, 그 다음으로 비용이 저렴한 상기 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통합에너지 예측부는, 실제 측정한 실측값과 예측값 사이의 오차가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단하여 오차 허용 범위를 넘어설 경우, 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선, 공급곡선 및 단가곡선 중 어느 하나 이상을 보정하여 최적화하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
제 1항에 있어서, 상기 통합에너지 제어부는, 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 장치.
통합에너지 계측부가 에너지 기반 설비에서 용도별로 사용하는 다수의 에너지원을 실시간으로 계량한 에너지 정보를 입력받는 단계;
상기 통합에너지 예측부가 상기 통합에너지 계측부로부터 에너지 정보를 입력받아 건물 에너지원별 공급곡선, 단가곡선 및 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고, 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성하는 단계;
상기 통합에너지 예측부가 각 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합을 생성하는 단계;
상기 통합에너지 제어부가 상기 통합에너지 예측부에서 생성된 조합별로 에너지 기반 설비를 제어하는 단계;
상기 통합에너지 평가부가 상기 통합에너지 제어부에서 상기 에너지 기반 설비를 제어한 제어 결과를 출력하고 평가하는 단계;
상기 통합에너지 예측부가 예측값과 실측값의 오차가 허용 범위 이내에 있는지를 평가하는 단계; 및
상기 통합에너지 예측부가 오차 허용 범위를 벗어나면 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 에너지원은, 열원, 가스, 지열, 태양광, 에너지저장장치, 풍력 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 에너지 기반 설비는, 공조설비, 냉방설비, 조명설비, 급탕설비 및 전력설비 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 건물 에너지원별 공급곡선과 단가곡선을 생성하는 단계는, 상기 통합에너지 예측부가 대상 건물로 공급되는 에너지원별로, 시간대에 따라 공급 가능한 총량을 표시하는 공급곡선과 시간대에 따라 단가를 표시하는 단가곡선을 생성하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 용도별 에너지 수요곡선을 생성하고 용도별 대체 가능한 에너지원 그룹을 생성하는 단계는, 상기 통합에너지 예측부가 대상 건물에서 필요로 하는 총에너지 수요를, 용도별로 구분하여 시간대에 따라 수요량을 표시하는 용도별 에너지 수요곡선과, 각 용도별로 대체가 가능한 에너지원들을 동일한 그룹으로 묶어서 용도별 에너지 공급그룹을 생성하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 용도별로 에너지 그룹별 최저비용 조합을 생성하는 단계는, 상기 통합에너지 예측부가 용도별 에너지 수요곡선을 충족할 때까지, 건물 에너지원별 단가곡선을 활용하여 가장 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 14항에 있어서, 상기 수요곡선을 충족하지 못할 경우, 상기 통합에너지 예측부가 그 다음으로 비용이 저렴한 에너지원을 공급곡선에서 제공 가능한 범위만큼 공급하는 방식을 수요곡선이 충족할 때까지 되풀이하여 용도별 에너지 그룹 내에서 최저비용이 나오도록 에너지원별 공급량과 공급순서를 결정하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 통합에너지 예측부에서 생성된 조합별로 에너지 기반 설비를 제어하는 단계는, 상기 통합에너지 제어부가 상기 통합에너지 예측부에서 각 용도별로 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의하여 상기 에너지 기반 설비를 제어하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 에너지 기반 설비를 제어하는 단계는, 상기 통합에너지 제어부가 총에너지원이 부족하거나 절감할 필요가 있을 경우에는 용도별 상호간에도 우선순위를 정하여 우선순위별로 에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 제어 결과를 출력하고 평가하는 단계는, 상기 통합에너지 평가부가 상기 통합에너지 예측부에서 결정된 에너지원별 공급량과 공급순서에 의해 상기 에너지 기반 설비를 제어한 결과를 출력하고, 그 결과가 예측한 값과 맞는지 평가하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 예측값과 실측값의 오차가 허용 범위 이내에 있는지를 평가하는 단계는, 상기 통합에너지 평가부가 실제 측정한 실측값과 예측값 사이의 오차가 허용 가능한 범위 이내인지 아닌지를 판단하여 오차 허용 범위를 넘어설 경우 보정을 수행하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.
제 9항에 있어서, 상기 용도별 에너지 수요곡선을 보정하고 용도별 대체 가능 에너지원 그룹을 수정하여 최적화하는 단계는, 상기 통합에너지 평가부가 예측값과 실측값 사이의 오차를 분석하여 오차가 최소화될 수 있도록 수요곡선, 공급곡선 및 단가곡선 중 어느 하나 이상을 보정하는 것을 특징으로 하는 건물 에너지 통합 관리 방법.