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특별기고 폐수처리 산업에서 에너지 절감을 위한 ‘드라이브 솔루션 웨비나’ 개최

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 26회 작성일 20-11-17 11:42

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댄포스코리아(대표 김성엽), 글로벌 수처리 시장 현황’과  ‘폐수처리 공정’ 소개, ‘폐수처리 시설의 AC 드라이브  적용 분야(High Speed Turbo Blower)’와 ‘적용 사례’ 발표


댄포스코리아(대표 김성엽)가 지난 9월 9일 ‘폐수 처리 산업에서 에너지 절감을 위한 드라이브 솔루션’을 주제로 웨비나를 개최하였다. 댄포스코리아 드라이브사업부 영업팀 이상일 이사가 ‘글로벌 수처리 시장 현황’과 ‘폐수처리 공정’ 소개, ‘폐수처리 시설의 AC 드라이브 적용 분야(High Speed Turbo Blower)’와 ‘적용 사례’에 대해 발표하였다.

수처리 및 폐수처리 공정은 전 세계 전력 소비의 4%를 차지한다. 이에 따라 산업 및 가정의 폐수처리에서 에너지 소비를 줄이는 일은 매우 중요한 과제로 부각되고 있다. 에너지 소비자로부터 에너지 생산자로의 지자체 폐수처리 설비의 전환은 이제 물과 에너지 분야를 새로운 게임 체인징 산업으로 연결한다.

일반적으로 상수 및 폐수처리 공정은 지자체 전기 예산의 25~40%를 차지한다. 수처리 및 폐수처리 시설은 일반적으로 지자체에 대한 최대의 단일 전기 소비자라고 할 수 있다. 따라서, AC 드라이브 및 실시간 온라인 센서를 수처리 어플리케이션에 적용하면 첨단 실시간 프로세스 제어를 기반으로 에너지 효율을 최적화하고, 에너지 소비를 20~40% 줄일 수 있다.

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글로벌 물산업 시장규모는 2016년 기준으로 약 6,200억 달러 정도이며, 2025년까지 연평균 약 4% 성장이 예상되어 약 9,000억 달러, 한화로는 1,000조가 넘는 큰 시장규모를 보유하고 있으며, 이 분야는 이동통신이나 반도체 산업보다 시장규모가 크고, 빠르게 성장하는 산업이라고 볼 수 있다.

각종 물 관련 보고서에 따르면 상수 시장은 포화상태인데 비해 폐수 시장은 물산업 시장에서 40~50%를 차지하며, 2025년 하수처리 시장 3500억 달러, 산업 폐수처리 시장 70억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.

이러한 폐수처리의 지속적인 성장 요인으로는 먼저 선진국에서는 환경 보존에 대한 욕구 증대와 개발도상국에서는 산업화와 도시화로 폐수처리에 대한 문제 해결이 오늘날 글로벌 산업의 각종 규제에 의해 압력을 받고 있다.
각 가정 및 산업 현장에서 발생되는 폐수가 어떤 공정을 통해 정화되어 처리되는지 알아보자.

위 그림에서 보면 가정과 산업 현장에서 발생되는 오염수가 폐수처리장으로 응집이 되어 그림과 같이 폭기조에서 미생물을 투입하여 슬러지화 한 뒤에 침전조로 이동한다. 이때 침전조에서 미생물과 완벽히 흡착된 슬러지는 필터링 되면서 폐기 처리되고, 방류가 가능한 수준으로 정화된 오염수는 하천이나 바다로 방류한다.

이 과정은 계속 순환되어 수처리가 진행되고, 이 과정에서 폭기조에 존재하는 미생물의 활성화를 유지하기 위해 폭기조에 공기를 지속적으로 투입해야 하는데, 이때 드라이브가 장착된 터보 블로어를 이용해서 고속으로 압축된 공기를 투입한 뒤 미생물의 활성화를 유지한다.

블로어란 공기의 유도를 일으키는 기계장치로 통풍, 환기에 사용되는 압력이 낮은 것에서 공기를 높은 압력으로 압축하는 송풍기이다. 시장에서는 루츠 블로어(Roots blower)와 터보블로워(Turbo blower)로 크게 나뉘며, 루츠 블로어는 드라이브 미장착형 블로어이며, 소위 PD(Posi tive Displacement) 블로어라고도 불린다.

그림 2처럼 두 개의 로터와 모터가 연결되었고, 모터를 이용해서 로터를 작용하여 송풍을 일으키는 블로어다. 구동 방식은 직입 구동방식이면서 비교적 구조가 단순하다.
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터보 블로어는 임펠러의 고속 회전에 의해서 압축공기를 생산하는 시스템으로 드라이브로 구동되는 영구자석 동기모터에 직결된 터보형으로 공기베어링, 임펠러, 고속모터, 드라이브 자동화 기기 기술이 적용되어 고속 운전하는 시스템이다.

구조는 그림 2와 같이 패널 형태로 되어 조작에 필요한 HMI, 임펠러가 포함된 코어, 드라이브로 기본적인 설계가 된다. 드라이브를 사용해서 임펠러를 고속 회전시켜서 그림과 같이 토출부를 통해 압축된  공기가 분출이 된다.

터보 블로어를 사용했을 때 경제적인 효과를 살펴보면, 초기 설치 비용은 루츠 블로어에 비해 높지만 약 2년 반 만에 Break-even point에 이르게 되고, 이후부터는 설비에 대한 이익이 발생하는데 비해 루츠 블로어는 이 시점부터 유지보수 비용과 제품 수명을 고려할 때 터보 블로어에 비해 높은 비용이 발생하면서 연수가 지남에 따라 높은 비용을 지불하게 되는 셈이다.

터보 블로어에 사용되는 드라이브 적용 시 큰 장점으로는 역시 에너지 절감이다. 드라이브를 사용하면 모터의 정격전류 200% 이내 소프트 기동으로 기동전류 과전류에 의한 피크전류 감소 효과가 있다.

반면 직입의 경우 통상 300~600%까지 기동전류가 발생하고, 드라이브의 모터 스피드 제어, 저속 운전으로 인한 부하량 제어가 가능한데, 이 저속 운전 시 소요되는 동력은 부하율의 3승만큼 절감이 된다.

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또한 드라이브 적용 시에는 사용자가 원하는 정확한 모터의 스피드 제어로 정밀한 풍량 제어가 가능하며, 저속으로 운전 시 소음을 사용자가 원하는 수준으로 줄일 수 있다.

댄포스 드라이브는 수처리 분야에 적용되는 저용량에서 고용량까지 풀 라인업을 공급하고 있으며, Module형, Standalone형, Full-Engineered Cabinet형 드라이브 타입이 있다.

Module형과 Cabinet형은 2000kw까지 양산 제품으로 제품 라인업을 보유하고 있으며, 입력전압은 200V /500V/690V 제품으로 저압에서 모든 입력전원에 대한 제품을 모듈형과 캐비닛 형을 보유하고 있다. IP 등급의 IP00/IP21/IP54 제품도 양산형으로 공급이 가능하다.

댄포스 드라이브 제품 중 Common DC Bus 모듈 제품이 이에 적용 가능하다. 이 제품은 네트워크적으로 회생에너지를 Grid 쪽으로 Back feeding 해줄 수 있는 양방향 저고조파 타입과 단방향 저고조파 타입을 보유하고 있으며, 500V/690V 전압에서 토털 전력 5300kW 용량까지 공급이 가능하다.

그림 4처럼 저고조파 타입 제품을 사용하면, 회생에너지를 Grid 쪽으로 되돌려 보낼수 있기 때문에 앞서 언급한 속도제어에서 발생하는 에너지 절감뿐만 아니라 회생된 에너지를 에너지 원천으로 back flow시켜 에너지 절감의 극대화를 이룰 수 있다.

제품 구성은 입력 LCL 필터, 액티브 프론트 엔드 컨버터 그리고 인버터로 구성되어 있다. 토털 파워를 계산하여(한 대의 컨버터로 다수의 각기 다른 모터 용량의 인버터를 설치하여) 시스템을 구성할 수 있다.

Common DC BUS 제품에 Battery를 적용하여 주요 부하의 드라이브가 항시 운전 가능하게 하는 DC-DC converter의 솔루션도 보유하고 있다
댄포스코리아 드라이브사업부 이상일 이사는 “댄포스는 글로벌 및 국내 폐수처리 시장에 적용되는 터보 블로어에 최적의 드라이브를 공급 중이며, 다수의 후발 드라이브 업체와의 경쟁이 심화되고 있지만 탁월한 납기 대응력, 제품력 및 전 세계 100여 개 글로벌 서비스망을 통해 시장을 선도해 나가고 있으며, 차세대 제품이 출시되면 더욱 향상된 제품력으로 동 시장의 최강자가 될 것으로 예상된다”고 강조했다.

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댄포스코리아는 2002년 19명으로 한국 사업을 시작하여 올해로 18주년을 맞아 80여 명의 직원이 근무하고 있으며, 전체 4개의 사업부, 2개의 현지 법인을 통틀어 2 018년 대비 두 자릿수 성장한 2019년 매출 1,200여 억원을 달성했다. 한국은 아시아 태평양 지역에서 가장 중요한 시장으로 여겨지고 있으며, 여러 사업 분야에서 에너지 효율을 달성할 수 있는 혁신적인 기술 및 노하우를 고객에게 제공하고 있다.

내일의 기술을 선도하는 에너지 효율 솔루션 기업인 댄포스는 디지털화, 전기화, 도시화, 식품 공급, 기후 변화로 대표되는 5대 글로벌 메가트렌드에 주목하고 있으며, 댄포스가 보유한 전문 기술을 활용하여 수처리 산업을 포함하여 조선 해양, 상업용 빌딩, 콜드체인, 하이브리드화, 배터리 등 국내의 여러 산업에서 시장 경쟁력을 키워나가고 있다.

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