국내 연구진이 인공지능으로 건물에너지 활용을 최적화하는 기술을 개발했다. 

한국에너지기술연구원(이하 에너지연) 에너지ICT연구단 정학근 박사팀이 에너지소비 주체였던 건축물을 에너지 생산·관리·절감의 주체로 전환하는 건물에너지 통합관리플랫폼 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

최근 탄소중립, RE100 등 정책에 따라 건물에 태양광이나 연료전지 같은 신재생에너지원과 에너지저장시스템이 도입되고, 프리미엄 가전기기 사용확대 등 전력소비 증가하는 등 효율적 건물에너지 관리가 필수적이다. 하지만 건물은 사용용도, 위치, 사용자 등 특성에 따라 층별, 구역별 에너지 사용량이 다르다. 

기존 건물에너지 관리시스템(BEMS)은 에너지 사용량에 대한 단순 모니터링과 관리자의 경험에 의존한 시스템으로, 최근 확대되는 건물 내 분산자원과 다양한 전력소비 유형을 고려한 효율적 운용이 어렵고 고장 대응 실시간 진단도 제한적이다.

연구팀은 이런 한계를 해결하기 위해 인공지능과 확률통계 기법을 활용해 태양광발전, 에너지저장시스템, 냉난방공조, 인버터 등 건물 내 분산시스템의 실시간 상태를 관리해주는 플랫폼기술을 개발했다. 

이를 통해 운전상태 분석과 고장진단, 자원 간 최적 운영을 실시간 자동화시켜 효율은 높이고 에너지비용은 절감시켰다.

아울러 연구팀은 다양한 고장유형과 환경데이터 수집, 모델링 분석을 인공지능에 학습시키고 확률통계 기법을 적용, 분산자원 대상 고장검출 정확도 98%를 실현했다.

이와 함께 플랫폼에 양자암호, 양자내성암호를 이용한 차세대 보안통신을 적용해 사이버 공격에 대응할 수 있는 최고등급 보안수준을 갖췄다.

특히 분산자원에서 발생 가능한 다양한 고장에 대응하고 복구할 수 있는 자율운영 기술도 적용했다.

이 기술은 실시간 분산자원 운영을 최적화하는 비선형 최적화 알고리즘을 적용해  고장발생 즉시 최적의 분산자원 활용 방안을 도출 운용한다.

연구팀은 이 기술을 실제 건물환경이 정밀하게 모사된 유사 실증 테스트베드에서 가동한 결과 기존 건물에너지관리시스템 대비 17% 이상의 에너지비용 절감효과를 확인했다. 

또 이번 연구를 통해 SCI(E)급 논문 50편, 국내외 특허 출원 27건과 등록 4건, 기술이전 8건 등으로 우수 연구결과를 입증하며 상용화를 진행 중이다.

정 박사는 "이번에 개발한 플랫폼은 분산자원 고장상태를 실시간 관리하고 이용효율 향상을 위한 알고리즘을 갖춰 사무실, 공장, 호텔 등 다양한 건물에 유연한 적용이 가능하다“며 ” 에너지 손실과 유지보수 비용을 크게 줄이고 탄소중립에 기여할 수 있는 시장 주도적 기술"이라고 말했다.

한편 에너지연은 이번 연구로 개발한 플랫폼을 ㎿급 발전소에 적용할 수 있도록 고도화하는 후속연구를 진행한다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com