에너지 위기를 극복하는 방법
에너지 위기를 극복하는 길은 모든 잠재적 절감 효과를 일관되게 실현하는 것과 병행되어야 합니다. 이를 위해서는 가스와 전기 공급 비용의 급격한 상승을 단기적으로라도 완화할 수 있는 솔루션을 제공하는 기업들과의 많은 노력과 협력이 필요합니다.
잠재적인 비용 절감 방안을 찾을 때, 산업 현장에 필수적인 압축 공기 공급이 눈에 띕니다. 이 에너지는 기업 자체에서 생산하기 때문에 비용에 직접적인 영향을 미칠 수 있기 때문입니다.
이러한 비용 절감을 실현하려면 공기 생성부터 정화 및 유통, 그리고 사용 지점에서 요구되는 압축 공기 품질에 이르기까지 다양한 단계에 걸쳐 전문가가 필요합니다. 예를 들어, 주요 필터 제조업체 중 하나인 도널드슨은 미국 공장의 압축 공기 공급에 대한 목표 지향적인 조치를 통해 2021 회계연도에 46만 kWh의 전력을 절감하는 데 성공했습니다(출처: 도널드슨 지속가능성 보고서, 2021 회계연도). 비용 절감 노력의 초점은 전통적으로 공기 압축기에 맞춰져 왔습니다. 전력 소비량은 추적하기 쉽고, 압축기 및 제어 장치의 기술 개발은 전력 수요 감소와 관련된 주요 설계 원칙 측면에서 한계에 도달하고 있는 것으로 보입니다.
그렇다면 최첨단 공기 생성 기술이 적용되고, 데이터가 디지털 방식으로 기록되며, 잘 설계된 압축 공기 네트워크에서 누출까지 성공적으로 제어된다면 어디서부터 시작해야 할까요(그림 1)?
압력 손실 방지는 지속적인 과제이며 에너지 효율을 높이는 데 가장 효과적인 요소 중 하나입니다. 그리고 여과 기술은 이 점에서 결정적인 역할을 합니다. 흡입 공기 여과 성능이 향상되더라도(그림 2) 압축 과정 중 하류 필터 구성 요소(그림 3)에 영향을 미치므로 압축 공기 정화에도 영향을 미칩니다. 에너지 운반체인 "압축 공기"가 액추에이터, 공압 제어 요소, 그리고 많은 응용 분야에서 공정 공기로서의 역할을 수행하는 데까지 도달할 때쯤이면 최소 6개에서 수백 개의 응용 분야별 필터를 거치게 된다고 볼 수 있습니다. 각 여과 성능은 압력 손실을 의미하며, 이는 압축기의 에너지 요구량 증가로 보상됩니다.
따라서 여과 기술이 에너지 요구량에 미치는 영향을 과소평가해서는 안 됩니다. 도널드슨의 연구 개발팀은 여과 성능과 차압의 상호 작용을 필터 매체의 구조를 통해 설계함으로써 상당한 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다는 사실을 아주 일찍부터 인식했습니다.
UltraPleat™ 기술의 성공 요인...
울트라플리트(UltraPleat) 여과 기술(그림 4)은 코팅된 첨단 섬유의 새로운 구조를 사용하여 액체 입자의 높은 분리 효율과 고체 입자에 대한 큰 흡착 용량을 갖는 주름형 필터 매체를 가공합니다. 새로운 필터 매체의 다층 구조는 최적의 유체 조건을 제공하는 동시에 기존의 권선형 필터 매체보다 400% 이상 넓은 필터 표면적을 제공하도록 설계되었습니다.
오일 에어로졸 분리의 경우, ISO 12500-1:2007에 따라 99.9% 이상의 효율을 달성합니다. ISO 12500-1 및 ISO 12500-3:2009에 따른 필터 성능 데이터는 독립적인 에너지 및 환경 연구 기관에 의해 검증되었습니다. 이처럼 높은 여과 성능을 달성하는 동시에 차압을 50% 더 줄일 수 있었다는 사실은 에너지 효율을 높이고 자원을 절약하기 위한 이 여과 기술의 성공적인 개발을 보여줍니다(그림 5). 간단한 예시 계산을 통해 이 기술의 뛰어난 경제적 이점을 확인할 수 있습니다. 8,000시간 작동 동안 차압이 300mbar만 낮아져도 UltraPleat 필터 하나당 연간 약 4,700유로를 절약할 수 있습니다(주압 7bar, 설치된 압축기 출력 110kW, kWh당 0.18유로 기준).
...그리고 이코노마이저가 장착된 유량 최적화 필터 하우징
혁신적인 필터 요소의 높은 효율성은 유량 최적화 필터 하우징에서 최대한 활용됩니다. 하지만 이를 위해서는 응집 필터 또는 입자 필터 요소의 전체 수명 동안 차압을 지속적으로 모니터링해야 합니다. 여과 성능 향상으로 인한 차압 증가에 따른 에너지 비용이 새 필터 요소의 투자 비용에 도달하면 필터를 교체해야 합니다. 가장 경제적인 교체 시기는 표준 버전에서 이코노마이저 또는 차압을 지속적으로 측정하는 이코노마이저(그림 6)를 통해 표시됩니다. 내장된 마이크로프로세서는 측정된 데이터를 평가하고 압력 강하로 인한 에너지 비용 증가분을 새로운 필터 요소 구매 비용과 비교합니다. 이렇게 계산된 가장 경제적인 교체 시기는 발광 다이오드로 표시되며, 디지털 제어 및 유지보수 요구 사항이 허용하는 경우 압축 공기 스테이션의 상위 제어 시스템으로 전송됩니다.
대용량 유량에는 개별적인 솔루션이 필요합니다.
더 큰 압축 공기 유량의 경우, 용도에 맞게 조정된 하우징을 갖춘 개별 솔루션이 필요하므로(그림 7), DF-UltraPleat 표준 시리즈의 측정 결과를 "확장"할 수 있는지에 대한 의문이 제기됩니다. 하안에 있는 도널드슨의 엔지니어링 매니저인 볼프강 봉가르츠는 다음과 같이 말합니다. "대용량 필터에 대해서도 독립 연구소에서 테스트 장비를 사용할 수 있기 때문에 신뢰할 수 있는 데이터베이스를 확보하고 있습니다." 필터 구조는 다양한 필터 등급에 맞게 최적화되었습니다. ISO 12500-1 및 12500-3에 따른 새로운 요소들의 검증을 통해 성능 데이터의 포괄적인 비교 가능성이 확보되었습니다. 사용자 입장에서 이는 필터 요소의 긴 수명과 지속적으로 낮은 차압으로 이어지는데, 이는 에너지 절약에 결정적인 요소입니다.
전 세계적으로 사용되는 수백만 개의 압축 공기 필터에 적용하면 이는 CO2 오염을 줄이는 데 있어 과소평가되어서는 안 되는 요소이며 "녹색 전기"도 공짜로 얻을 수 있는 것은 아닙니다(그림 8).
건조기가 에너지 절약과 동시에 고성능을 달성하는 방법
오직 정교한 여과 기술만이 압축 공기를 필요한 수준으로 건조시켜 사용 시점에서 멸균 여과까지 달성할 수 있습니다. ISO 8573-1:2010의 요구 사항을 충족하는 맞춤형 처리 개념(품질 등급 1-2:1-2:1-2 및 0)은 UltraPleat 에너지 절약 필터가 장착된 건조 시스템을 사용합니다(그림 9).
흡착식 건조기를 경제적으로 사용하기 위해서는 작동 조건을 고려한 재생 공정의 선택이 결정적으로 중요합니다. 압축기에서 발생하는 열을 활용할 수 있다면, 소위 압축열(HOC) 공정을 통해 경제적으로 재생에 사용할 수 있습니다. 이곳의 작업 주기는 3.5~5.5시간입니다. 공정열을 활용할 수 있다면 에너지 균형을 더욱 개선할 수 있습니다.
사용 지점에서 고품질 압축 공기를 제공하기 위해
예를 들어, 모든 소비자에게 ISO 8573-1:2010에 따른 압축 공기 품질 등급에 해당하는 특히 높은 수준의 압축 공기 품질이 요구되지 않는 경우, 이는 중앙 처리 시스템 및 압축 공기 네트워크 설계에 영향을 미칩니다. 특히 높은 품질 수준은 Ultrapac™ Smart 정화 시스템(그림 10)을 사용하면 소비 시점에서 더욱 경제적으로 달성할 수 있습니다. 유량 범위가 5~100m³/h인 10가지 크기를 선택할 수 있습니다. 일체형 UltraPleat 프리필터는 고체 입자와 부유 고형물은 물론 액체 에어로졸(기름/물)까지 걸러냅니다. 흡착식 건조기는 공칭 부하의 70%(표준 -40°C/-40°F)에서 압력 이슬점 -70°C/-94°F까지 수분을 흡착합니다. 최종 단계에서는 0.01μm 크기까지의 잔류 고형 입자가 통합형 UltraPleat 후처리 필터에 걸러집니다.
결론
기후 중립적인 생산으로 나아가는 과정에서 압축 공기 및 가스의 여과는 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 요소입니다. 혁신적인 여과재와 유량 최적화 필터 하우징을 통해 높은 에너지 절감 효과를 실현할 수 있습니다. 최신형 에너지 절약 필터를 하나만 사용해도 전기 요금이 kWh당 0.18유로일 경우 연간 약 4,700유로의 에너지 비용을 절감할 수 있습니다. 압축 공기에 대한 높은 수요는 특히 공정 산업에 큰 영향을 미칩니다. 전 세계적으로 수십만 개의 필터가 ISO 8573-1:2010에서 요구하는 고품질 압축 공기(품질 등급 1-2:1-2 및 0)를 생성하는 데 사용됩니다. - 이산화탄소 오염 감소에 있어 놀라운 요소!
