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산업현장의 압축공기시스템에서 이산화탄소(〖CO〗_2) 배출량을 줄이는 가장 경제적이고 빠른 방법은 공기누출을 줄이는 것 입니다.

Enersize 에너지 최적화 퀴즈를 통해, 여러분의 지식이 압축공기 및 에너지 절감, 이산화탄소() 발생량 감소에 어떻게 도움이 될 수 있는지 직접 확인해 보세요.

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왜 공기누출에 집중해야 하는가?

EU에따르면, 압축공기는 산업현장에서 사용되는 에너지원의 10%정도로 집계된다고 하며, 때에 따라, 전체의 25%에 도달하는 경우도 있다고 전하였습니다. 이 수치는 대다수 선진국의

압축공기시스템 환경에서도 유사한 경향을 보이는 것으로 파악되며, 그 중 누출되는 압축공기는 25 ~30%를 차지하는 것으로 집계되고 있습니다.

산업현장의 압축공기시스템에서 이산화탄소(〖CO〗_2) 배출량을 줄이는 가장 경제적이고, 빠른 방법은 압축공기의 누출을 줄이는 것 입니다.

The European Commission SAVE programme의 “Compressed Air Systems in the European Union” 리포트에 따르면, 공기누출을 감소시킴으로써 산업현장에서 42% 정도의 에너지를 절약할 수 있다고 추정하고 있습니다.

압축공기 기초

어떻게 공기는 압축되는가?

공기는 2가지 단계로 압축됩니다.

  • 첫 번째 – 실린더나 탱크, 혹은 컨테이너 등에 공기를 누적시킵니다.
  • 두 번째 – 탱크 안의 공간이 작아지면서, 공기 분자간 거리가 점점 가까워지게 되고, 압축된 공기는 좁은 공간 안에서 팽창 전까지 보관됩니다.

왜 압축된 공기는 온도가 높은가?

압축된 공기는 압축과정 중에 외력으로 인하여 공기분자가 빠르게 움직이게 되고 분자간 거리가 가까워지며 충돌이 많아지기 때문에 온도가 높아집니다.

온도가 높은 공기에너지를 사용하는 것은 위험하기 때문에, 대부분의 압축공기시스템 설계에 냉각공정을 포함하게 되며, 냉각공정에서 발생할 수 있는 습기를 제거하기 위해 별도의 건조공정이 필요합니다. 더불어 이러한 냉각 및 건조공정에는 많은 전력을 필요로 하게 됩니다.

FACT. 산업용 Rotary Screw Compressor로부터 발생되는 열의 95%는 건물 난방이나 온수공급 등에 이용할 수 있습니다.

압축공기가 작업자에게 위험할 수 있는가?

안전하게 사용되는 압축공기는 안전합니다. 하지만, 부적절한 방법으로 압축공기를 취급하거나 사용하는 것은 위험하고, 때에 따라 치명적일 수 있습니다.

압축공기 사용에 있어, 부적절한 예시는 아래와 같습니다.

  • 압축공기를 상처부위에 사용하면, 동맥을 막거나 색전증을 일으킬 수 있습니다.
  • 압축공기를 먼지제거 용도로 사용하면 눈으로 이물질이 들어갈 수 있습니다.
  • 압축공기를 입에 불어 넣으면, 폐에 손상을 줄 수 있습니다.
  • 압축공기를 눈에 불어 넣으면, 안구가 탈구 될 수 있습니다.
  • 압축공기를 귀에 불어 넣으면, 고막이 파열되고, 뇌에 손상을 줄 수 있습니다.

FACT 스웨덴 스톡홀롬에 있는 Livrustkammaren 박물관에 전시된, 1580년식 벨로우즈 기계식 공기총에서 볼 수 있듯, 공기총(총알이나 납과 같은 발사체를 발사하기 위해 압축공기를 사용하는 무기)의 역사는 16세기부터 시작되었다는 점을 알고 계시나요? 압축공기는 취급방식에 따라 위험 할 수 있습니다.

압축공기는 안전한가?

에너지원으로서 압축공기는 깨끗하고, 안전하며, 단순하고 효율적인 에너지원 입니다. 그러나 에어탱크가 제대로 유지되지 않고 있다거나, 부적절하게 사용하게 되면, 위험한 에너지원이 될 수 있습니다. 그렇기 때문에, 작업자는 반드시 제조사가 설정한 지침을 이행해야 합니다. 안경, 장갑, 귀덮개와 같은 보호장비는 기본적으로 착용해야 합니다.

안전에 대해, 안일하게 생각하지 마세요. 필수 안전장비들은 반드시 휴대 및 착용해야 합니다.

FACT. 세계에서 가장 큰 가압로터(1.8m 크기의 임펠러장비)는 독일 Duisburg지멘스 공장에서 설계 및 시험되었으며, 최대 3970rpm(1,350 km/h)의 속도를 낼 수 있었습니다.

환경

불과 10년도 채 남지 않았습니다. UN에서 결의된 2030 지속가능개발목표(SDGs)의 협약을 이행하기 위해 전세계는 심혈을 기울이고 있습니다. UN에 따르면, “많은 부분에서 진전이 이루어지고 있지만, 전반적으로 목표를 달성하기 위한 조치와 규모 그리고 속도 면에서 미흡하다”라고 전하고 있습니다.

ISO50001과 같은 인증은 에너지 효율을 모니터링하고 모든 작업영역에서 에너지 절약 가능성을 다룬다는 것을 문서화하는 부분에 활용할 수 있습니다.

FACT. 에너지 사용으로 인한 탄소 배출량이 2011년 이후 가장 빠른 속도로 증가하고 있습니다.

극한의 날씨가 에너지 수요를 증가시키고 있습니다. BP의 Annual World Energy 연구에 따르면, 2018년 에너지 사용으로 인한 탄소배출량이 전 세계적으로 2% 증가했다고 밝혔습니다. 이는 7년만에 가장 가파른 증가였으며, 이는 대략적으로 전 세계 승용차 수를 30% 늘리는 것과 동일한 탄소 배출량 입니다. 2020년에는 이례적으로 덥고, 추운 날이 많아지면서 천연가스와 석탄으로 구동되는 냉난방 시스템 사용이 증가하게 되었습니다. 에너지 사용으로 인한 탄소 배출양은 전체 탄소 배출량의 2/3를 차지할 정도로 비중이 높습니다.

인증

잠재적인 절약

전 세계적으로 산업현장에서의 에너지 효율을 관리하기 위한, ISO50001표준과 같은 인증에 대해, 그 수요가 증가하고 있습니다. 또한 산업현장의 요구사항에 따라, 에너지효율을 위한 관리 가이드라인을 제공합니다.

  • 보다 효율적인 에너지사용을 위한 정책개발
  • 에너지 사용 정책의 목적과 목표 수립
  • 에너지 사용에 있어, 깊은 이해와 의사결정을 위한 데이터 사용
  • 결과 측정
  • 에너지 사용 정책이 얼마나 잘 운용되고 있는지 검토
  • 지속적인 에너지 관리방안 개선

압축공기시스템의 소유 및 운영 비용은 총 에너지 비용 중에서 가장 큽니다. 이미 대부분의 기업들이 알고 있듯이, 압축 공기는 에너지전달 기준으로 보았을 때, 고가의 “제4 유틸리티” 입니다.

유지 및 보수관리에 대한, ROI(Return on Investment)는 얼마인가?

산업현장의 데이터에 따르면, 압축공기시스템 개선 및 보수관리에 대한 일반적인 ROI는 1~2년 입니다. 그러나 Enersize에서 완료한 7000건의 공기 누출 관리 프로젝트들은 ROI가 3~9개월까지 빨라질 수 있음을 보여 주었습니다.

비용

산업용 압축공기시스템에서 공기 누출로 인한 에너지낭비가 가장 비중이 높습니다. 압축공기의 에너지 최적화를 시행하지 않는 일반적인 산업현장에서는 압축공기 생산량 대비해서, 평균 20~35%에 육박하는 누출률을 갖습니다.

Even small leaks generate huge costs (Eurostat average EU energy industry pricing)

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압축공기 요구사항 분석

각 어플리케이션에 필요한 공기의 질, 양 및 압력 수준에 따라 요구되는 압축공기가 정의됩니다. 요구사항을 분석하게 되면, 적절한 공압시스템을 구성할 수 있고, 최소한의 비용으로 양질의 안정적인 압축공기 공급을 가능하게 합니다.

압축공기 누출 감지

공기 누출을 감지하는 가장 좋은 방법은 공기누출 시, 발생되는 높은 주파수의 소리(공기가 새는 소리)를 인식할 수 있는 초음파 음향 감지기를 사용하는 것 입니다.

이러한 공기 누출조사는 누출 부분을 찾고, 그 정도를 등급화하여 문서화 하는 데에 장점이 있습니다.

공압시스템 유지 및 보수관리

공기 누출은 압축공기시스템에서 상당한 에너지 손실원이며, 때에 따라 압축공기 생산량에서 최대 25~30%를 낭비하게 됩니다. 또한 압축공기시스템 내의 불규칙적인 압력 변동, 불필요한 컴프레서 과용량 선정 또는 컴프레서 수명 단축, 유지보수 증가 등을 야기시킬 수 있습니다.

압축공기시스템 내의 공기누출 부분을 수리하여, 보전하는 것은 불필요하게 소요되는 에너지 비용을 절감할 수 있는 방법이 될 것 입니다.

모니터링 & 유지보수

에너지 최적화를 구현함에 있어, 단순히 공기누출 부분을 수리하는 것에 대한 일회성 접근보다는 공기누출을 미연에 방지하고 관리할 수 있는 프로그램을 운영하는 것이 지속적인 에너지 최적화를 가능하게 하는 방법 입니다. 해당 프로그램에서는 문제 부분에 대한 식별과 태그 지정, 개수 및 보수, 또한 그에 따른 검증, 이력관리, 담당 작업자 등의 정보를 포함합니다. 소요 비용대비 가장 합리적인 공기누출 저감 목표는 전체 누출량의 5 ~ 10% 이하로 설정하는 것이 보편적입니다.

지속적인 모니터링 및 유지관리 프로그램을 통하여, 공압시스템의 KPI(Key Performance Indicator)를 추적하고 문제가 될 수 있는 부분을 미연에 확인할 수 있습니다.

에너지 최적화를 향한 과정

대부분의 산업현장의 에너지 최적화를 위한 절차는, 초기 압축공기시스템의 상태를 인지하는 것부터 시작되고 에너지 최적화가 되기까지 단계별로 진행됩니다. 현재 에너지 상태를 지속적으로 파악하기 위한 모니터링과 합리적인 에너지 사용 및 에너지 관리를 위한 데이터 수집은 압축공기시스템 효율을 극대화시킬 수 있는 중요한 부분입니다.

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