제2절 에너지사용 기기의 4차 산업혁명 핵심기술 융복합 추세
본 연구에서는 각 기기의 에너지사용량과 4차 산업혁명 핵심기술과 의 연계성 등을 고려하여 12 개의 주요 효율관리제도 대상 기기를 선 정하였으며, 이들에 대해 4차 산업혁명의 기술이 적용되는 사례를 조사
하였다. 12 개의 주요 효율관리제도 대상 기기는 TV, 냉장고, 에어컨,
세탁기, 청소기, 공기청정기, 전기밥솥, 컴퓨터, LED 램프, 가정용가스 보일러, 변압기, 전동기 등이다.
1) TV
최신형 TV는 OLED(Organic Light Emitting Diode) TV와 QLED(
Quantum dot Light Emitting Diode) TV가 초대형 고화질 TV 시장에서 치열하게 경쟁하고 있다. OLED는 유기체에 전기를 보내 백라이트 없 이 스스로 빛을 내게 하는 방식이며, QLED는 LCD(Liquid Crystal
Display) 패널과 LED 백라이트 사이에 나노입자의 퀀텀닷 필름을 추가
하여 LED의 화질을 개선한 방식이다.
삼성전자의 2018년형 QLED TV에는 AI 플랫폼인 ‘빅스비’와 사물인 터넷 통합 앱인 ‘스마트싱스’가 탑재되어, 간단한 음성언어를 통하여
TV를 조작하고 스마트싱스에 연결된 TV, 냉장고, 에어컨 등의 모든
IoT 기기들을 제어한다. LG전자는 TV, 냉장고, 에어컨, 세탁기, 청소기 등의 주요 제품에 AI 플랫폼인 ‘ThinQ’를 탑재하였고, ThinQ는 음성인 식 기능을 이용한 서비스를 제공하고 있다.
제품 종류 화면 크기(cm) 에너지소비효율 등급
UHD 163 1
QLED 163 4
OLED 163 4
<표 2-2> 인공지능/일반 TV의 에너지소비효율 등급 비교
자료: 제품별 상세 스펙 자료를 활용하여 저자 작성
AI 음성인식 기능을 탑재한 2018년형 OLED 및 QLED TV의 에너지 소비효율 등급은 4 등급이고, 4차 산업혁명 기술이 적용되지 않은 UHD(Ultra High Definition) TV의 에너지소비효율 등급은 1 등급으로서,
최신형 OLED 및 QLED TV의 에너지 소비효율이 낮은 이유는 4차 산
업혁명 핵심기술의 채택과 관계없이 TV의 화질 및 품질을 개선하기 위 한 신기술의 채택에 따른 것으로 사료된다.
2) 냉장고
스마트 홈 환경을 구축하기 위해서는 다양한 IoT 제품들을 연결하는 허브가 필요하며, 허브의 필수 요건은 계속해서 작동되어야 한다. 밀레 는 주방 제품을 중심으로 하는 생산 제품의 특성 때문에 냉장고를 스 마트 홈의 허브로 선정한 바 있다. 최신형 냉장고에는 일종의 인공지능 기술인 음식인식 기능을 이용하여 다양한 식재료들을 냉장고에 등록하 여 유통기간까지 관리한다. 또한 휴대폰(모바일)을 이용하여 냉장고 내 부의 식재료 재고현황을 눈으로 보며 파악하고 필요한 식자재를 자동 으로 주문하여 배송까지 해결하는 기능을 포함한다.
3) 에어컨
일반 에어컨은 컴프레서가 일정한 속도로 움직이며 실내 온도가 희 망 온도로 낮아지면 작동을 멈추며 운전과 정지를 반복하여 전력 소모 가 많다. 반면, 모터 속도가 자동으로 조절되는 인버터 에어컨은 냉기 를 일정한 온도로 유지하여 에어컨을 조작하지 않고도 사전에 정해진 온도를 하루 종일 유지한다. 최근 에어컨에는 4차 산업혁명 기술인 인 공지능이 탑재되기 시작했는데, 인공지능 에어컨은 사용자의 음성 인
식을 통해 에어컨 조작을 한 번의 음성 명령으로 실행할 수 있으며, 사 용자의 행동 패턴을 학습하여 사용자가 선호하는 최적 온도와 습도를 유지할 수 있다. 사용자가 에어컨을 끄지 않고 외출하였을 때에는 사물 인터넷과 스마트 폰을 이용하여 에어컨을 정지시킬 수 있으며 냉매의 양, 전력사용량 등을 파악할 수 있어서 제품의 유지보수가 쉬운 장점을 갖고 있다.
4) 세탁기
냉장고, 에어컨 등과 마찬가지로 최근에는 인공지능 음성인식 기능 을 갖춘 최신형 세탁기가 출시되었으며, 사물인터넷을 통하여 수집한 날씨 정보에 기초하여 습도와 미세먼지 정도를 파악하고 세탁기는 탈 수 강도와 헹굼 회수 등을 자동으로 조절한다.
5) 청소기
최근 무선 청소기에는 여러 종류의 센서가 탑재되어 있고 사용자가 움직이는 방향으로 움직이는 자동주행기술 등이 개발되어 편의성이 크 게 개선되었다. 무인 로봇청소기는 사용자가 집에 없는 시간에도 청소 를 수행할 수 있으며, 최근에는 흡입력의 개선과 인공지능 기술이 접합 되어 기존 청소기 시장을 빠르게 대체하고 있다.
인공지능 기술은 집 내부의 공간을 파악하여 공간별로 다른 청소작 업을 수행하고 장애물이나 이미 작업한 공간들을 인식하여 스마트한 청소 작업을 수행할 수 있게 한다. 로봇청소기는 사물인터넷과 휴대폰 을 통하여 사용자의 음성명령을 인식할 수 있어서 향후에는 스마트 홈 시장과 연결될 전망이다.
6) 공기청정기
최신형 공기청정기는 정전기의 힘으로 먼지를 강력하게 끌어 들이는
‘하이브리드 집진필터’를 채택하여 화학물질 없이 미세먼지와 필터에 포함되어 있는 세균까지 제거할 수 있으며 필터의 수명기간을 대폭으 로 연장하였다. 최신형 공기청정기는 IoT를 통하여 스마트폰으로 제어 할 수 있으며, 실내 오염도를 감지하여 공기가 나쁠 때에는 오염된 실 내 공기를 신속하게 흡입하여 강력하게 처리하고, 공기의 질이 좋을 때 에는 자동으로 작동을 멈추는 자동청정 기능을 갖추고 있다.
7) 전기밥솥
전기밥솥은 열판 압력밥솥에서 IH(Induction Heating) 압력밥솥으로 발전하여 왔으며 IH 기술은 내솥 전체에 코일을 감아 열효율을 높이는
방식이다. IH 압력밥솥은 내솥의 밑면만을 가열하는 열판 압력밥솥에
비하여 영양분 손실이 적고 밥을 빠르게 지을 수 있는 장점을 갖고 있 다. 최근에는 IoT를 이용한 전기밥솥에 대한 연구가 진행되고 있으며 쿠첸은 스마트폰 등을 이용하여 원격으로 제어하는 전기밥솥, 쿠쿠전 자는 스마트폰을 이용하여 전기밥솥에 대한 정보를 실시간으로 교환하 는 전기밥솥을 개발하였다.
8) 컴퓨터
컴퓨터 제품에 인공지능을 도입한 시기는 비교적 늦은 편이며 HP와
Acer 등은 아마존의 인공지능 플랫폼인 알렉사(Alexa)를 탑재한 컴퓨터
제품들을 출시한 바 있다. HP는 2018년에 무선 충전기능을 갖추고 음
성비서 역할을 수행하는 알렉사를 탑재한 데스크탑 컴퓨터를 개발하였
고, Acer는 알렉사를 탑재한 노트북 컴퓨터를 개발하였다.
9) LED 조명
LED 조명기기는 불이 깜박거리는 ‘플리커 현상’이나 눈부심 현상인
‘글레어 현상’ 등이 나타날 수 있다. LED 조명은 일반조명, 교통 신호
등, 유도등 등으로 사용되고 있으나 일반적으로 조도가 약하기 때문에 산업용이나 대형 사무실보다는 가정이나 소규모 사무실에서 많이 사용 되고 있다. 최근에는 광원의 광속 변화를 통하여 전력을 절감하고 LED 조명의 밝기를 조절할 수 있는 ‘디밍(Dimming)’ 기술이 대두되고 있으 며, 디밍 시스템은 무선 네트워크와 연동하여 스마트폰, 아이패드, 컴퓨 터 등을 이용하여 LED 조명의 밝기를 조절하는 원격 디밍 제어가 가 능하다.
10) 가정용 가스보일러
가정용 가스보일러는 대표적인 에너지 다소비기기 중 하나이다. 최 근에는 스마트폰과 IoT를 이용해 보일러를 외부에서 보일러를 제어하 는 콘덴싱 보일러가 출시되었다. 이를 통해 사용자의 보일러 사용내력 을 분석하는 인공지능 학습기능을 통해 최적화된 실내 환경 조성과 보 일러의 고장 시 사용자에게 실시간으로 오류정보를 제공하는 서비스를 실시하고 있다.
11) 변압기
송·배전을 위해 전압을 승압 및 강압할 수 있는 변압기에 대하여 미 국 등의 세계 여러 나라들은 에너지소비효율제도를 운영하고 있으며, 우리나라의 경우에는 변압기가 2012년 7월부터 효율관리제도 기자재로 신규 지정되어 일반 변압기와 고효율 변압기는 각기 최저 소비효율과 표준 소비효율 기준을 충족시켜야 한다.
세계의 전기화(electrification) 물결 속에서 우리나라도 전기소비의 지 속적 증가에 따른 송·배전 수요가 늘어나고 있으며, 앞으로도 송·배전 망이 확대될 것으로 전망됨에 따라 변압기 설비 및 변전소 건설이 확 대될 것으로 예상된다. 특히, 국제표준인 IEC-61850을 기반으로 하는 디지털변전소가 증가한다면, 지능화된 변전소의 운영을 통해 고장 예 측 및 사전 예방 등 유용한 정보를 취득할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 정보의 융합 및 활용이 가능하다.
[그림 2-17] ABB의 디지털 변압기
자료: ABB 홈페이지: (http://new.abb.com/news/detail/4425/abb-launches-the-worlds-first- digitally-integrated-power-transformer, 최종검색일 2018.11.07.)
4차 산업혁명 시대에 변압기도 IoT 기술이 접목되는 방향으로 융합 되고 있으며, 선두기업인 ABB에서는 디지털변압기를 개발하여 실시간 모니터링 및 통신으로 안전성, 신뢰성, 효율성을 높이고 환경 영향도 줄이는 제품을 출시한 바 있다. 또한 디지털 변압기를 통해 공급하는 전력의 품질 관리 뿐만 아니라, 변압기 상태의 모니터링을 통한 고장 진단 및 사전 예방 등으로 전력공급 시스템 전체의 운영 효율과 신뢰 성을 높일 수 있는 장점을 갖고 있다.
12) 삼상유도전동기
3상 전력을 전원으로 사용하는 삼상유도전동기는 일반 가정보다는 공장 등의 기계 및 설비에 주로 사용되는 대표적인 에너지 다소비 제 품 중 하나이며, 전 세계적으로 에너지효율에 대한 표준(IEC 60034-30) 적용은 1990년대부터 시작되어 지속적으로 확대되고 있다(강도연 외,
2017. p. 101). 4차 산업혁명 시대에는 공장 시스템 최적화 및 자산관리
(Asset Management) 관점에서의 운영 효율 향상 및 잠재적 문제의 조기
발견 등 유지보수 비용 최소화를 목표로 하는 관련 기술 요소들이 접 목되는 시도들이 보이고 있다. 센서의 부착 또는 내재화를 통한 사물인 터넷 기술 적용으로 실시간 모니터링과 제품의 전주기 관리(Life-cycle Management)가 가능해져 고장 파악 및 대처속도가 빨라졌을 뿐만 아니 라 수명예측을 통한 최적 교체시기에 대한 의사결정 지원으로 공장 전 체 생산성을 높게 유지할 수 있다.