한국에너지기술연구원(원장 이창근) 에너지ICT연구단은 3월26일 정학근 박사 연구진이 에너지소비 주체였던 건축물을 생산, 관리, 절감 주체로 전환하는 건물에너지 통합관리 플랫폼기술을 개발했다고 밝혔다.

건물은 사용용도, 위치, 사용자의 특성에 따라 건물 내에서도 층별, 구역별로 에너지사용량이 다르다. 최근에는 탄소중립, RE100 등의 정책에 따라 건물 내에 태양광, 연료전지 등과 같은 다수의 신재생에너지원과 에너지저장시스템이 도입되고 있으며 프리미엄 가전기기 사용 확대 등 전력소비 수요증가로 효율적인 건물 에너지관리가 필수다.

기존 건물에너지관리시스템(BEMS)기술은 에너지사용량에 대한 단순 모니터링과 건물 관리자의 경험에 따라 시스템을 운용한다. 이에 따라 최근 확대되고 있는 건물 내 태양광발전, 에너지저장시스템, 냉난방공조, 인버터 등 분산자원과 다양한 전력소비 유형을 고려한 효율적인 운용이 어려우며 고장에 대응하기 위한 분산자원의 실시간 상태진단도 제한적이다.

이러한 한계를 해결하기 위해 연구진은 인공지능과 확률·통계적 기법을 활용해 건물 내 분산자원 간 실시간 고장과 운전상태를 관리해주는 플랫폼 기술을 개발했다. 운전상태 분석과 고장진단, 자원간 최적 운영을 실시간 자동화해 효율은 높이고 에너지비용은 절감시켰다.

연구진은 다양한 고장유형과 환경데이터를 수집하고 모델링과 분석을 통해 학습한 인공지능과 확률·통계적 기법을 적용해 분산자원 대상 고장검출 정확도 98% 이상을 달성했다. 뿐만 아니라 플랫폼에 양자암호, 양자내성암호를 이용한 차세대 보안 통신을 적용해 사이버 공격에도 대응할 수 있는 최고 등급의 보안 수준을 갖췄다.

보안수준은 미국 국립표준기술연구소(NIST)에서 제시하는 보안등급 표준 중 Level 5로 최고 수준에 해당되는 등급이다. 

분산자원에서 발생할 수 있는 다양한 고장에 대응하고 복구할 수 있는 자율운영 기술도 적용됐다. 연구진이 개발한 자율운영기술은 실시간으로 분산자원간 운영을 최적화하는 비선형 최적화 알고리즘이 적용돼 고장발생 즉시 최적의 분산자원 활용방안을 도출하고 운용할 수 있다.

연구진은 개발한 플랫폼기술을 실제 건물환경이 정밀하게 모사된 유사 실증 테스트베드에서 1년 간 실증한 결과 기존 BEMS대비 17% 이상 에너지비용 절감효과를 확인했다. 또한 이번 연구를 통해 SCI(E)급 논문 50편, 국내외 특허 출원 27건, 등록 4건, 기술이전 8건의 성과도 함께 도출해 우수한 연구 결과임을 입증했으며 현재 상용화를 목전에 두고 있다.

연구책임자인 정학근 박사는 “개발한 플랫폼은 분산자원 고장상태를 실시간으로 관리하고 이용효율 향상을 위한 고도화된 알고리즘을 갖춰 오피스, 공장, 호텔 등 다양한 건물에 유연한 적용이 가능하다” “에너지손실과 유지보수 비용을 크게 줄이고 탄소중립에 기여할 수 있는 시장 주도적인 기술”이라고 말했다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며 연구진은 개발한 플랫폼을 메가와트(MW)급 발전소에도 적용할 수 있도록 고도화하는 후속연구로 연구성과를 확장할 계획이다.