공기압축기 인버터 적용 (*출처 : 한국임업진흥원, 2015)

가. 기술개요

□ 현황 및 문제점

◦ 대수제어를 할 경우 부하변동에 따라 Loading/Unloading 운전을 반복 하도록 공기압축기 마다 압력을 Setting함. 이때, 부하변동에 따라 공 기압축기가 Unloading 운전할 때 전력 손실이 발생함

◦ Unloading운전은 고정된 속도로 작동하는 스크류 공기압축기가 다양한 공기요구량을 충족시키기 위해서 빈번하게 모터가 시동되는 것을 방지 하는 목적으로 무부하(비압축) 시간에도 가동을 하는 것을 의미함. 이 때에는 압축공기를 생산하지 않더라도 공기압축기 모터는 전력을 지속 적으로 소모하게 됨. 즉 Loading운전과 Unloading운전의 1주기의 실제 토출량(정격토출량 x 로딩율)에 소요되는 실제 전력은 Loading전력과 Loading Rate의 곱과 Unloading전력과 Unloading Rate의 곱의 합임

□ 개선방안

◦ 각 공정에 공급되는 공기압축기에 인버터형 공기압축기를 설치하여 부하변동에 따라 회전수 제어하여 기존 대수제어 시에 나타나는 Unloading시의 전력 손실을 제거함으로써 전력을 절감 할 수 있음

□ 회전수 제어의 원리는 압력변환 센서에 의한 압축공기 메인 압력을 정 확히 측정하고 기준압력과 측정된 압력의 차압에 의해 공기압축기의 회전수를 조절(공기량을 조절)하여 미리 설정된 압력 값에 도달함

□ 인버터(VVVF)는 팬, 펌프, 공기 압축기, 컨베이어 등의 기계의 회전수, 토출량, 이송 속도 등을 기계적인 기어비의 변화 혹은 on-off 제어를 하지 않고 구동 동력원이 되는 전동기에 공급되는 전력의 전압 및 주 파수를 제어하여 설비의 회전수를 제어하는 장치임. 즉, 전원 측에서 공급되는 AC 교류전력을 DC 직류전력으로 변환한 후 이를 필요한 주 파수와 전압으로 조정하여 AC 교류전력으로 공급하여 회전수를 제어함

□ 인버터 제어 장치는 일반적인 on-off제어 방식의 계단식제어(Step control)에 비하여 무단연속적(Continuously variable control)으로 제어 가 가능하고 공기 압축기와 같이 무부하 운전을 하는 장비의 경우에는

무부하 운전을 제거함으로써 무부하 운전에 의한 불필요한 에너지의

196,892 1.9 91.7 21,658 105,000 4.8 주) 본 개선안은 일반적인 Loading/Unloading율을 적용, Loading/Unloading 율이 변경될

경우에는 전력절감량 및 절감액이 달라질 수 있음

= (개선전 – 개선후)평균전력[kW/hr] × 적용대수[대] × 가동시간[hr/년]

= 전력절감량[MWh/년] × GHG배출계수[tGHG/MWh]

= 196.8 × (0.4653×1+0.0000054×21+0.0000027×310)

= 91.7 tCO2eq/년

75,462 0.7 35.1 8,301 22,000 2.7

※본 개선안은 일반적인 Unloading율을 30% 적용함. (에너지진단보고서 자료 참고)

□ 계산 기준

◦ 적용 대상 공기압축기 : 50HP × 2대

◦ 개선전 평균 소비전력 : 30.4 kW/h

◦ 개선후 예상 소비전력 : 25.9 kW/h

◦ 년 가동시간 : 8,400 hr/년

◦ 전력단가 : 110 원/kW

□ ^{전력 절감량}

= (개선전 – 개선후평균전력)[kW/hr] × 적용대수[대] × 가동시간[hr/년]

= (30.4 – 25.9)kW/hr × 2 × 8,400hr/년

≒ 75,462kW/년

= 75,462 kW/년 × 9.6 MJ/kW × 10^-6 TJ/MJ

= 0.7 TJ/년

□ ^{연간 전력 절감액}

= 전력절감량[kW/년] × 전력단가[원/kW]

= 75,462 kW/년 × 110 원/kW

= 8,301 천원/년

□ 투자비 : 22,000 천원

- 인버터(37kW) : 6,500 천원 × 2 대 = 13,000 천원 - 판넬 제작 설치비 : 3,500 천원 × 2 대 = 7,000 천원 - 시운전 : 2,000 천원

□ 투자비 회수기간

= 투자비[천원] ÷ 연간 절감액[천원/년]

= 22,000 천원 ÷ 8,301 천원/년

= 2.7 년

□ ^{온실가스 저감량}

= 전력절감량[MWh/년] × GHG배출계수[tGHG/MWh]

= 75.4 × (0.4653×1+0.0000054×21+0.0000027×310)

= 35.1 tCO2eq/년