1. 치솟는 전기요금,
위태로운 제조 경쟁력

최근 제조업계에서는 에너지 최적화에 대한 관심이 그 어느 때보다 크다. 여기엔 크게 두 가지 이유가 있다. 첫 번째는 산업용 전기요금이 가파르게 상승하고 있다는 점이다. 한국전력공사가 내놓은 자료에 따르면 2022~2024년 사이 산업용 전기요금은 60%가량 상승했다. 향후 산업용 전기요금은 지속해서 오를 것으로 전망된다.

설상가상으로 산업용 전기 사용량은 증가하고 있다. 주된 배경 중 하나로 AI를 꼽을 수 있다. AI가 현 산업계의 메가트렌드(Megatrend)라는 점은 부정할 수 없는 사실이며, AI를 구동하는 데 적지 않은 전기가 필요하다. 데이터센터에서는 스토리지, 네트워크 장비 등을 작동시켜야 하며, 일련의 IT 장비가 최적의 조건에서 작동하게 냉각 시스템을 활용해 온습도를 조절해야 한다.

최근 국제에너지기구(IEA, International Energy Agency)가 내놓은 자료에 따르면, 2030년까지 전 세계 데이터센터의 전력 소비량은 945TWh에 이를 것으로 예상된다. 이는 2024년 대비 두 배 커진 수치다.

산업용 전기를 점점 더 많이 사용할 수밖에 없는 상황에서, 전기요금이 빠른 속도로 상승하자 제조업계에선 경쟁력 하락에 대한 우려가 나온다. 생산 원가가 상승하니 가격 경쟁력을 유지하기 어렵고, 피크 시간대에 원활하게 공장을 가동하지 못해 생산성 저하가 발생할 수도 있기 때문이다. 이상의 문제를 해결하기 위해선 에너지 최적화와 진단 및 설비 제어, 전력 품질 분석, 감시 등이 필요하다.

           

2. 코앞으로 다가온 탄소중립 시대

에너지 최적화에 관한 제조업계의 관심이 부쩍 커진 또 다른 배경은 탄소중립 시대의 대두이다. 글로벌 주요국을 중심으로 기후 위기 해결을 위한 규제가 생기고 있으며, 제조 기업의 에너지 사용 및 관리에 대한 부담 및 의무는 가중되고 있다.

대표적인 탄소중립 규제로는 유럽연합(EU)이 추진해 온 탄소국경세(CBAM)가 있다. 탄소국경세는 쉽게 말해 수입 제품에 부과하는 관세로, 수출국이 제품 생산 시 어떤 에너지를 얼마나 사용했고, 그 과정에서 탄소를 얼마나 배출했는지 등을 따진다. 가령, 석탄 에너지로 자동차를 생산했다면 생산 과정에서 배출된 탄소량을 집계해 탄소국경세를 매기는 식이다. 탄소국경세는 철강과 알루미늄, 시멘트, 비료, 전기, 수소 6개 품목에 우선 적용된다. 이후 그 외 업종으로 적용 범위가 넓어진다.
 
먼 미래의 일이 아니다. 탄소국경세는 2026년부터 본격 도입된다. 미국은 올해 미국판 CBAM으로 불리는 청정경쟁법(CCA)을 도입했고, 철강·유리 ·제지 등 12개 에너지 집약 품목에 대해 탄소세를 부과했다.

현대자동차는 자체 공장은 물론 협력사 전체로 넷제로(Net zero)를 확산시키겠다는 계획이다. CDP (Carbon Disclosure Project, 탄소 정보 공개 프로젝트) 서플라이 체인을 구축하고, 2026년부터 1, 2차 벤더사 등을 동참시키겠다는 것이 골자이다. 향후 CDP 서플라이 체인의 결과를 구매 정책에 반영할지 검토하겠다는 설명이다. 이처럼 글로벌 각국으로 제품을 수출하는 대기업은 물론 협력사인 중견, 중소기업도 탄소중립 이행을 위한 의무에서 벗어날 수 없다.

요컨대 제조 기업은 매년 가중되는 전기요금 부담 문제를 해결하면서, 동시에 탄소 규제에도 대응해야 한다. 그러면서도 제조 경쟁력을 유지, 제고해야 하는 도전 과제에 직면했다.

3. 에너지 관리 문제를 해결하는 ‘FEMS’

일련의 과제를 해결하기 위한 솔루션으로는 에너지관리시스템(FEMS, Facility Energy Management System)이 꼽힌다.

FEMS는 공장 내 에너지를 스마트하게 사용할 수 있도록 해준다. 에너지 사용량을 측정·모니터링하며, 진단·분석한 결과를 리포트로 보여준다. 전력 품질을 감시하고 분석해 원활한 공장 가동을 가능케 하며, 무엇보다 에너지 절약을 위한 설비 제어와 최적화로 KPI 기반의 에너지 절감을 실현한다.
 
FEMS의 작동 방식은 이렇다. 우선 전력 계측기와 유량계 등 센서를 통해 에너지 데이터를 수집한다. 수집된 데이터를 분석해 에너지 절감 포인트를 파악한 다음, PLC와 SCADA를 활용해 에너지를 감시·제어한다. 사용하지 않는 설비의 전력은 차단하고, 누전에 대한 부분을 확인해 조처한다. EMS를 통해서는 데이터를 차트화, 리포트화 한다. FEMS가 수집하고 분석한 에너지 데이터를 AI와 접목하면, 한 단계 진보한 에너지 최적화를 이룰 수 있다.

에너지 관리에 관심을 두고 필요한 시스템을 도입의 실효성은 연구와 사례를 통해 입증됐다. 미국 에너지성이 발표한 자료에 따르면, 에너지 사용에 대한 관심을 두는 것만으로도 에너지 비용의 약 2%를 줄일 수 있다. 여기에 분석 및 의식 개선이 더해지면 5%까지 에너지 비용을 절감할 수 있다. 설비 최적화 등 운영 개선을 이루면 15%까지, 지속적인 개선 활동이 수반될 경우 기존 대비 45%까지 에너지 비용을 아낄 수 있다.

4. 1년 만에 에너지 15~20% 절감한 W사 사례

FEMS 구축 시 고려 사항으로 무엇이 있을까? 우선 기본적인 FEMS 기능들이 원활하게 구현되어야 한다. 여기엔 △에너지 모니터링(전력 및 부하, 용수, 가스, 스팀 등) △탄소 배출 모니터링 △차트(히트맵, 파레토, 생키차트 등) △리포트 기능(에너지 사용, 요금 리포트, 탄소배출 리포트 등) △ISO 인증(ISO50001)이 포함된다.

실질적인 에너지 절감 및 규제 대응을 위해선 △제어를 통한 에너지 절감(유틸리티 설비 스케줄 제어 및 피크 제어, 고조파 필터를 이용한 역률 향상 방안 제시 등) △지속적인 컨설팅 △다기종 설비 연동 △CDP/LCA 대응 등의 요소까지 고려해야 한다.

*LCA(Life Cycle Assessment) : 전 과정 평가. 원료
채취 단계부터 가공 조립, 수송, 사용, 폐기 등 제품 생애주기 전체에 걸친 환경 영향을 정량적으로
평가하는 방법론
미라콤아이앤씨는 이상의 요인을 고려해 W사의 5개 공장에 FEMS를 구축 진행했고, KPI를 설정해 에너지 사용을 줄이고 유틸리티 설비인 공조기와 냉난방기, 스케줄, 피크 제어가 가능하게 구축했다. 그 결과 1년 만에 에너지를 약 15~20% 절감할 수 있었다.

한편, 미라콤아이앤씨는 기존 FEMS에 디지털 트윈을 접목해 좀 더 효율적인 에너지관리시스템을 제공하고 있다. 실제 공장을 3D화하고, 데이터를 연계한 뒤 하나의 화면에서 층별 에너지 사용량과 탄소 배출량 그리고 설비에 관한 알림 현황 등을 시각적으로 확인할 수 있다. 또 특정 설비를 클릭하면 해당 설비에 관한 에너지, 사용량, 알람, 측정값 등을 볼 수 있어 빠르고 직관적으로 에너지를 관리할 수 있다.

5. FEMS 구축, 어떻게 접근해야 할까

FEMS를 성공적으로 구축하기 위해 살펴봐야 할 포인트는 크게 네 가지이다.

첫 번째는 ‘계획(Planning)’을 세우는 것이다. 우리 공장의 에너지 절감 목표가 무엇인지, 에너지 측정 범위를 어떻게 설정할 것인지 등 구체적인 목표가 필요하다. 에너지원에 대한 센서 설치 방안 설계와 인프라 구축 및 통신 표준 프로토콜에 관한 로드맵 마련도 필수적이다.

두 번째는 ‘실행(Execution)’이다. 센서와 측정장치의 설치 및 검증이 중요하며, 센서의 정밀도 및 정합성을 테스트해야 한다. 에너지 데이터 수집과 PLC, SCADA, MES, ERP 등과의 연동도 필요하다. 또 실시간 데이터 수집과 대시보드를 제공하는 FEMS 플랫폼도 구축해야 한다.

세 번째는 ‘모니터링(Monitoring)’이다. 실시간 에너지 사용 및 탄소 배출 현황이 제대로 모니터링되고 있는지 확인해야 하며, 이상 부하·순간정전·비효율 설비 등 비정상 패턴을 제대로 탐지하고 있는지도 살펴야 한다. 또 성능 KPI를 마련해 에너지 효율 지표와 절감률을 관리해야 한다.

마지막으로는 ‘액션(Action)’이다. 꾸준한 관심과 개선 활동을 통해 추가적인 자동화와 고도화를 도모해야 한다. W사의 경우 팀별로 에너지 KPI를 부여하고, 달성 정도에 따라 인센티브를 지급해 효과를 봤다.

위기는 대처하기에 따라 기회가 된다. FEMS를 통한 효율적인 에너지 관리는 단순한 비용 절감 이상의 의미를 지닌다. 에너지 절감을 달성해 생산성을 높이고, 글로벌 탄소 규제에 선제적으로 대응하면 그만큼 경쟁우위를 확보할 수 있다. 전기요금 폭등과 탄소 규제라는 이중의 압박 속에서, 에너지를 효율적으로 다루는 기업만이 다음 단계로 나갈 수 있다. FEMS는 그 돌파를 가능케 하는 현실적인 해답이다.

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