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정온물류센터 에너지효율 개선 연구 닻 올리다

오성덕 기자 | 기사입력 2021/12/07 [16:26]
오성덕 기자 기사입력  2021/12/07 [16:26]
정온물류센터 에너지효율 개선 연구 닻 올리다
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최근 코로나19 백신의 안전한 운송을 책임지고 있는 정온물류(콜드체인) 기술이 주목받고 있다. 하지만, 정온물류센터의 높은 에너지 사용량이 아직 현안으로 남아 있는 가운데 정온물류센터의 에너지 효율을 획기적으로 개선시키기 위한 연구가 닻을 올리고 순항하고 있어 귀추가 주목된다.


 


냉동기 조명 제어 등 에너지관리시스템 최적화 모색
탄소배출 연비 개선 ‘독립운전 적재함’ 아이템 도출
실시간 공간 3D 온도 맵핑 HMI 등 세부연구도 추진


 


최근 포스트 코로나 시대를 맞아 정온물류는 신선식품 배송을 넘어 백신물류에 이르기까지 수요가 급증하고 있다. 현재 콜드체인 시장 규모는 182조 원으로, 오는 2025년에는 394조 원으로 두 배 이상 성장할 것으로 전망되며, 황금 알을 낳는 시장으로 떠오르고 있다.



이 같은 수요와 전망에 부응하기 위해 국내에서도 발 빠르게 대응하고 있지만, 정온물류센터의 에너지 절감률은 기대에 못 미치고 있다.



이에 정온물류 현장에서는 정온물류센터의 에너지 절감을 위한 기술적, 산업적, 정책적 대안 마련에 대한 목소리가 높아지고 있다.



한편, 현재 수도권을 중심으로 도심지 허브 물류센터 조성계획이 급증하고 있고, 30년 이상 노후화된 몰류센터들의 리모델링 시점이 다가오고 있지만, 아직 국내 정온물류와 관련된 설계지침과 기술, 제품 등은 전량 해외에 의존하고 있다고 해도 과언이 아니다.



또한, 별도의 설계기준은 물론 에너지 절감에 대한 방안도 마련돼 있지 않은 실정이다.



특히, 정온물류센터 전용 전력 인프라 대부분도 외국 제품에 의존하고 있고, 관련 설비, 인프라 제조와 관련된 산업생태계도 조성돼 있지 않다.



이에 산업통산자원부와 에너지기술평가원의 지원 아래 지난 5월부터 한국건설생활환경시험연구원(KCL)을 중심으로 에너지 다소비형 콜드체인물류센터의 ‘토탈 에너지솔루션’ 개발을 목표로 ‘정온물류 운송 및 물류센터 에너지 효율화 기술 개발 및 실증 연구’가 진행되고 있다.


 



 


연구내용
연구팀은 사전 연구를 통해 다수의 기업들이 물류센터 내 조명과 냉·난방시스템에 소요되는 동력비용 절감을 위한 에너지 효율화를 추구하고 있는 점을 파악하고, 냉동기, HVAC, 조명 제어 등을 통한 에너지관리시스템(EMS) 최적화를 통한 에너지 절감 방안을 마련해 나가고 있다. 



또한, 정온물류 운송 시 발생하는 탄소 배출, 온실가스와 미세먼지가 사회적 이슈로 떠오르고 있는 만큼 정온물류 운송용 적재함 전력화와 에너지 효율 향상 기술도 개발하고 있다.



특히, 현재 선진국들을 중심으로 에너지 다소비형 물류센터에 대한 에너지 효율화를 위해 지속적인 노력과 투자가 이뤄지고 있는 것과 관련, 정온물류센터 전용 에너지관리시스템과 RE100 구현을 위한 단계적 기술 개발 연구도 진행하고 있다.



한편, 연구팀은 국내 최고 수준의 스마트 설비가 구축된 현장을 대상으로 현장실태 조사를 실시했다. 이를 바탕으로 개발 방향과 아이템을 도출하고, 관련 연구를 수행하고 있다.



연구팀이 현장에서 도출한 아이템들은 탄소배출 저감, 연비 개선, 경제성 등을 확보한 독립운전 적재함 기술을 비롯해 시뮬레이션 기반의 HVAC 온도제어와 공간 최적화 기술, 전력수요관리, 계통연계와 독립 운전이 가능한 시스템이다.



녹색 KPI 관리가 편리한 정온물류센터 전용 에너지관리시스템, 한국형 에너지 절감 정온물류센터 설계지침 기준안과 표준안 마련 등도 포함된다.



세부적으로 살펴보면, 1세부과제에서는 ‘전기구동 냉동시스템과 고단열 적재함 개발’을 목표로, 에너지 절감을 위한 고효율의 스크롤 압축기와 냉동시스템, 고단열 벽체와 고밀폐 구조기술 부품 효율화 연구와 함께 적재함 전력공급을 위한 에너지공급시스템을 개발하고 있다.



현재 트럭용 경량·고강도·고단열 벽체와 구조기술을 비롯해 무시동 트럭용 전기구동 냉동기시스템, 운전자 관제와 이상 징후 모니터링시스템, 적재함 독립운전 에너지공급시스템, ESS-Direct DC 충전시스템, 도킹시스템 냉기유출 감지 IR-비전 등의 요소기술 개발 연구가 이뤄지고 있다.



2세부에서는 ‘정온물류센터 내 온도 수요관리 효율화’ 연구와 ‘복합환경에 대한 에너지 고효율화’ 연구를 진행하고 있다.



‘온도 수요관리 효율화’ 연구는 AI를 적용한 스크류-인버터 하이브리드 HVAC시스템, 도킹쉘터 이상징후를 감지할 수 있는 IR-비전 시스템 개발을 목표로 진행되고 있다.



이를 위해 3D온도 맵핑 센서 설계와 공간 최적화 연구를 비롯해 IoT 온도센서 네트워크 최적화, 계측 온도 DB에 따른 인공지능 연산, 실시간 공간 3D 온도 맵핑 HMI 등의 세부연구가 이뤄지고 있다.



또한, 공간온도제어 고효율 HVAC 시스템과 AI 냉동기 자율시스템, HVAC 제어 인공지능 연산, HVAC 통합 데이터 서버 개발 연구도 병행하고 있다.



‘복합환경에 대한 에너지 고효율화’ 연구에서는 저온환경 폐회로 통신 DC조명시스템을 통한 에너지절감 기술과 함께 저온전용 모션·조도센서, 나노발수코팅 패키지 기반의 부품 효율화 연구를 중점적으로 진행하고 있다.



현재 폐회로통신 스마트 DC조명시스템과 물류활동 제어센서 고장모드 알고리즘, 설비와 작업자 안전감지 네트워크망 설계 등의 세부 연구를 추진하고 있다.



3세부 과제에서는 ‘콜드체인물류 전력수요관리와 배전효율화’, ‘콜드체인물류센터 신재생에너지활용 자립’ 연구를 진행하고 있다.



‘배전효율화’ 연구에서는 콜드체인물류센터의 PV+ESS+UPS 다중복합 PCS 효율 향상, 정온물류 에너지솔루션을 위한 에너지관리시스템 수요관리 효율 향상, 적재함 급속 충전을 위한 신재생에너지 활용 DC 충전시스템 등의 핵심기술 개발에 주력하고 있다.



세부적으로는 독립운전과 계통연계, 정전·전압의 순시강하 대비를 위한 복합 PCS 연구와 함께 RE30을 위한 PV+ESS 올인원 용량산정·구축, 물류센터 내 부하별 AC/DC 융·복합 배전시스템 등의 연구를 수행하고 있다.



또한, EMS 컨셉트 UI와 최적 운영시나리오, EMS 성능구현을 위한 통합 인터페이스, 전력수요관리 DB에 따른 인공지능 연산, HILS 기반 CPS 디지털트윈 수요관리 모델링 등의 연구도 병행하고 있다.



4세부에서는 에너지 절감 정온물류표준 마련을 목표로, 정온물류센터 에너지 최적화 기법과 공간설계지침 기준안을 개발하는 한편, BIM 기반 오픈 소스 웹 설계 시뮬레이터를 개발하고 있다.


 


 


인 / 터 / 뷰


 


특화된 ‘에너지 절감기술’ 목표
물류활동 ‘맞춤형’ 플랫폼 구축



서상욱 책임연구원
KCL 서상욱 책임연구원은 “신선식품과 가정간편식 식품 산업의 지속적인 성장과 비대면 e-커머스 시장 확산 등으로 현재 글로벌 콜드체인 시장이 연평균 14% 성장하고 있다”며, “그 중 정온물류 서비스는 약 15~20%의 양적 성장률을 기록하고 있다”고 밝혔다.



이어 “이 같은 성장과 맞물려 현재 정온물류센터에서 사용하는 온도 유지 에너지 사용량이 급증하고 있다”며, “하지만, 정온물류의 경우 냉장·냉동 설비에 대한 초기 투자비 부담이 크고, 운영에 필요한 에너지 사용량 증가에 따른 비용 부담으로 에너지 절감 기술에 대한 요구가 높아지고 있다”고 말했다.



따라서 이 연구에서는 냉장·냉동창고의 양적 팽창과 규모의 대형화에 대응할 수 있는 정온물류창고에 특화된 에너지 절감기술 개발을 목표로 물류활동 기반의 맞춤형 정온물류센터 플랫폼을 구축하고 있다.



서 책임은 “현재 정온물류센터와 운송차량을 대상으로, 첨단 기술을 활용해 능동적 에너지 제어와 소비량 감축, 피크 부하 저감 등의 효과를 거둘 수 있는 정온물류센터 에너지관리시스템 플랫폼 개발에 역량을 집중시키고 있다”고 소개했다.


 


첨단 기술 활용 능동적 에너지 제어 등
소비량 감축 피크 부하 저감 등 ‘효과’



실제로 이번 연구는 정온물류센터와 물류차량의 에너지 효율화와 실증을 통한 산업의 고도화 측면에서 남다른 의미를 갖고 있다.



서 책임은 “이 같은 의미를 연구에 담기 위해 전기구동 운송용 적재함을 비롯해 인공지능 수요관리에 따른 온도제어와 작업설비의 에너지 절감 기술, 맞춤형 에너지관리시스템과 전력에너지 효율화, 에너지 자립 기술 등을 선보일 예정”이라고 소개했다.



이어 “또한, 이 기술들을 종합적으로 접목해 종합 에너지 절감량을 실시간으로 분석, 예측, 제어가 가능한 토탈 에너지 솔루션 플랫폼을 제공할 계획”이라고 강조했다.



현재 KCL에서는 정온물류센터의 에너지 효율과 기술 검증을 위한 연구실 단위의 유사환경테스트를 위한 연구시설 구축에 나서고 있다.



또한, 테스트를 통해 개발된 플랫폼은 신축, 리모델링 형태로 나눠 각각 실증을 통한 에너지 효율화 검증을 진행하고, 향후 대상 정온물류센터의 현황에 맞춰 사업화를 도입할 예정이다.



한편, 이 연구는 증가하는 콜드체인의 시장 수요에 대응하는 한편, 유통을 비롯한 산업·건물·수송 부문을 연결하는 국가 기간산업인 물류업계에서 비대면, 그린뉴딜 기술발전 등 정부 정책에 부응할 수 있는 연구로 주목받고 있다.



서 책임은 “이번 연구를 통해 정온물류 분야를 고효율 저소비 에너지 구조로 전환할 수 있는 기반이 마련될 것으로 기대되는 만큼 정온물류센터의 탄소배출, 온실가스 감축에 기여할 것”이라고 전망했다.



이어 “또한, 그동안 해외기술에 의존해온 물류센터 에너지 관리 설비의 국산화는 물론 향후 물류산업단지, 콜드체인 클러스터 단지 등에 기술을 적용할 수 있는 기반 마련과 타 에너지원 설비 전환을 위한 기반 조성도 마련될 것으로 기대된다”고 말했다.



끝으로 서 책임은 “정온물류창고에 특화된 맞춤용 토털 에너지 솔루션 보급을 바탕으로 향후 사업 영역 확장에 나설 예정”이라며, “특히, 물류창고 내 상호물류 활동의 고도화된 물류서비스와 연계해 인공지능의 에너지 절감 제어기술 고도화가 이뤄질 경우 수익 모델을 추가할 수 있을 것으로 예상된다”고 밝혔다.



이어 “현재 물류창고 분야의 이슈인 안전관리에 대한 방안과 지침을 마련해 체계적이고 효율적인 정온물류창고 운영관리가 가능한 기술 개발도 추진할 계획”이라고 덧붙였다.

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