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Control Techniques
에너지 효율: 라 콤파니 데 프로마주, 에머슨 기술을 통해 혁신 실현
봉그랑 그룹(Bongrain Group)의 자회사인 라 콤파니 데 프로마주(La Compagnie des Fromages)는 산업용 냉각기 분야의 선두주자이자 GDF 수에즈(GDF Suez)의 자회사인 코플리 액시마(Cofely Axima)가 설계한 설비에 투자함으로써 에너지 사용 및 CO2 방출 절감 정책을 추진하고 있다. 이 솔루션은 단일 사이클 내에서 가열 및 냉각을 처리하는 공정과 에머슨 그룹(Emerson Group)이 제공하는 핵심 컴포넌트, 즉 에머슨 클라이밋 테크놀로지스(Emerson Climate Technologies)의 빌터(Vilter) 싱글-스크큐 컴콤프레서 및 에머슨 인더스트리얼 오토메이션(Emerson Industrial Automation)의 레로이–소머(Leroy-Somer) 가변속 드라이브를 사용함으로써 차별화된 특성을 갖추고 있다.
라 콤파니 데 프로마주(La Compagnie des Fromages)는 봉그랑 그룹(Bongrain Group)의 자회사로, 세계에서 5번째로 큰 유가공 업체이며, 18,870명의 직원을 두고 있다.
코플리 액시마-GDF 수에즈(Cofely Axima-GDF Suez)의 친환경 개발부 매니저인 쟝-이브스 드루일레네(Jean-Yves Druillennec)는 “우리는 고객들에게 컨설턴트 기능을 수행하고 있기 때문에 비르(Vire)에 위치한 라 콤파니 데 프로마주의 공장에 대한 에너지 감사를 진행했다.”고 언급했다. 이러한 감사는 일련의 측정을 통해 이뤄지며, 비르 공장의 에너지 소모량에 대한 정보를 제공했으며, 또한 열 냉각식 펌프로 냉각 기능만을 제공하는 4개의 피스톤 컴프레서의 교체를 제안했다.
열 냉각식 펌프는 열역학적 열-전달 시스템으로 동시에 냉각 및 가열이 가능하다. 냉각 시스템은 증발기에 냉각능력을 제공하고, 응축기에 가열능력을 제공한다. 1000kW의 냉수가 비르에서 생산될 때, 동시에 1300kW의 에너지가 복구되며, +62° C로 물을 가열하기 위해서는 100kW 만의 전기가 소모된다. 모든 사용되고 생성된 에너지는 완전히 회복된다. 150m³의 버퍼 저장장치는 공정에서 요구될 때(특히 세척작업) 에너지를 온수를 만드는데 사용할 수 있도록 해준다. 기존 시스템은 이러한 물을 가스로 가열했는데, 상당히 높은 탄소발자국(Carbon Footprint)을 유발한다. 또한 생성된 열은 복구 및 재사용하는 대신 냉각타워에 의해 대기상으로 내보내 졌다. 새로운 시스템은 연간 9000m3의 물을 절약하며, 지역주민들이 항상 부정적인 반응을 보이는 수증기 기둥이 발생하는 쿨링 타워의 사용을 줄여준다.
이 시스템의 핵심은 390kW 전동기와 가변속 드라이브이다. 둘 다 레로이-소머(Leroy-Somer)가 만든 것으로, 1000kW의 냉각능력을 보유한 빌터(Vilter)의 싱글-스크류 컴프레서에 동력을 제공한다. 시스템에서 순환하는 냉매는 암모니아(NH3)로, 이러한 자연적인 열-전달 매개체는 보통 이러한 최신 시설에서 사용된다. 냉각 및 가열은 3분의 1 의 시간 동안 동시에 생성된다. 물의 온도를 15° C에서 58° C로 높이기 위해 (복합COP* 7.67에서), 냉수가 생산되는 냉각 측에서 열을 제거한 후, 암모니아는 적절한 압력과 온도를 달성하기 위해 압축된다. 이 온도는 기존 냉각 시스템의 일상적 온도보다 훨씬 높기 때문에, 암모니아는 59° C에서 응축된다. 물은 열 최적화를 위해 응축기와 시스템의 여러 지점에 위치한 다른 열교환기들을 통해 암모니아에서 열을 전달받음으로써 가열된다.
남은 3분의 1의 시간 동안 냉수는 보통 5.75 COP로 만들어진다. 결과적으로 이 시스템은 냉수를 만드는 동안 추출된 모든 열을 회수한다.
18개월의 투자 수익 (ROI: Return on Investment)
1° C에서 7° C의 냉수와 60° C의 200m3의 온수가 매일 비르 설비에서 생산된다. 이를 위해 기존 시스템은 연간 생산물량 중 톤당 평균 820kW의 에너지를 소비했다. 새로운 시스템의 경우, 이 수치는 이제 560kW에 불과하다. 라 콤파니 데 프로마주의 유지보수 매니저인 패트릭 마리(Patrick Marie)는 “그 결과, 보조금이 투자액의 20%이하인 경우라 할지라도, 투자회수 기간이 매우 짧아졌다.”고 피력했다.
쟝-이브스 드루일레네는 “적은 전력계통의 전기로 열을 생성하는 이러한 공정 만이 에너지 절감의 유일한 원천은 아니다.”며, “훨씬 더 에너지-효율적인 성분들을 사용한 것이 또 다른 절감의 원천”이라고 밝혔다.
Dyneo® 드라이브 시스템: 고효율, 높은 신뢰성
Dyneo® LSRPM은 영구자석 동기전동기 제품으로 레로이-소머의 특허 기술을 채택하고 있다. 혁신적인 자석 회전자 설계는 98%에 이르는 수준까지 효율을 크게 향상시킨다.
쟝-이브스는 “이는 고효율 유도전동기보다 에너지 효율이 7% 더 높고, 이는 특히 전기료가 앞으로 5년 후에 25%까지 인상될 것으로 예상되는 것을 고려할 때, 수익성 측면에서 상당한 혜택을 가져다 줄 것이다. 이 전동기의 독특한 점은 속도제어에 이상적이라는 것이다. 일부 유도전동기는 과도적인 상태의 조건에서 지나치게 많은 부하가 걸리는 것을 확인했다. 레로이-소머의 전동기에서는 이러한 문제가 발생하지 않았고, 적용된 부하에 상관없이 신뢰성을 유지했다. 만약 유도전동기를 사용했다면, 더 큰 출력을 사용해야만 했을 것이다.”고 언급했다.
자석-회전자 기술의 낮은 손실은 베어링의 발열을 상당히 감소시킨다. 그 결과 베어링의 윤활을 훨씬 덜 자주해도 되고, 전동기의 수명은 늘어난다. 쟝-이브스는 “우리는 4년 동안 아무런 문제없이 30개 이상의 애플리케이션에 이를 구현했다.”고 밝혔다.
신뢰성 및 에너지 효율을 향상시키는 빌터의 기술
빌터는 에머슨 클라이밋 테크놀로지스의 브랜드로, 전세계에 16,000명 이상의 직원을 두고 있다. 표준 트윈-스크류 컴프레서 대신, 이 회사는 매우 독특한 공정의 싱글-스크류 컴프레서를 사용한다. 압축은 싱글
스크류와 두 개의 별 모양인 게이트 회전자들로 달성된다. 컴프레서는 방사상 및 축방향에서 모두 싱글 스크류의 균형을 잡을 수 있도록 설계되었다. 이러한 균형은 베어링들에 매우 낮은 부하가 가해지도록 함으로써, 대단히 낮은 진동 및 소음 레벨을 갖는 높은 수준의 신뢰성을 달성할 수 있다. 이러한 설계는 빌터가 유일하게 5/15 품질보증(컴프레서는 5년, 베어링은 15년)을 제공할 수 있도록 해준다.
싱글-스크류 컴프레서의 높은 에너지 효율의 핵심은 빌터의 독점적인 Parallex™ 슬라이드 시스템으로, 이는
컴프레서가 보유한 전체 용량 범위에 걸쳐 최적의 효율로 구동할 수 있도록 해준다. 용량 및 부피 슬라이드(1.2대 7.0의 확장된 부피 비율을 가진)는 모든 동작조건 하에서 서로 독립적으로 움직이며, 과도한 혹은 부족한 압축을 없애고, 전동기의 출력을 절감할 수 있다. 쟝-이브스 드루일레네는 “이러한 컴프레서가 독보적인 이유는 용량 및 부피 비율을 독립적으로 조정할 수 있다는 것이다. 이는 낮은 부하 조건 하에서 진정한 차이를 만들어낸다. 우리는 빌터의 컴프레서가 표준 트윈-스크류 기술에 비해 에너지 효율이 명백하게 뛰어나다는 것을 항상 발견하고 있다. 애플리케이션에 따라서, 10% 이상 더 높은 효율을 달성할 수 있다.”고 밝혔다.
중요한 것은 총 비용이다
코플리 액시마는 엔지니어링 및 설치에서 제어 및 감시(PLC 제어, 즉각적인 성능 모니터링, 모든 파라미터에 대한 이력관리)에 이르기까지 이 프로젝트의 모든 측면에 대한 관리를 담당했다. 전기배선 작업만 외주로 처리했다. 라 콤파니 데 프로마주의 공정은 시운전 단계에서 불과 3시간에 처리되었다. 코플리 액시마는 태국, 쿠웨이트, 이탈리아 등의 국가에 여러 시스템을 설치하고 있다. 쟝-이브스 드루일레네는 “가격인하 압박은 지속되고 있으며, 우리의 고객들은 2년 미만에 투자비를 회수할 수 있는 솔루션에만 관심이 있다. 확실히 지킬 수 있는 약속을 할 수 있는 것이 중요하다. 에머슨의 솔루션은 보다 효율적이고 신뢰할 수 있으며, 과도적인 상태의 조건에서도 훨씬 더 유연하다. 전체 시스템은 총 비용에서도 진정한 차이를 만들 수 있게 해 준다.”고 언급했다.
*COP: 이 성능 계수는 기계의 에너지 효율을 표현하며, 사용된 전기 에너지에 대한 가열 및 냉각의 공급량의 비율에 해당한다. COP가 높을수록 전기료는 낮아진다.
