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모터만 바꿔도, 영국 전 가정 사용량만큼 전력 남아요
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모터만 바꿔도, 영국 전 가정 사용량만큼 전력 남아요
  • 오은지
  • 승인 2021.03.03 16:55
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ABB, 기후 변화 대처 노력으로 고효율 모터와 드라이버 적용 확대 촉구
온세미, 효율 높은 BLDC 모터 소개

EU가 ‘탄소국경세’를 신설하고, 바이든 미국 대통령 당선인이 파리 기후 협약 재가입을 천명한만큼 환경, 에너지 규제는 시대적 흐름이 됐다. 에너지 해법은 친환경 발전으로 공급을 관리하는 것과, 에너지 소비량을 감소시키는 두 가지 방법이 있다. 산업계는 에너지 소비량을 줄여 이에 적극 대처할 수 있다. 

전세계 전력 사용량 중 가장 높은 비중을 차지하는 건 모터다. 알리 후세인(Ali Husain) 온세미컨덕터 산업·클라우드 전력 부문 기업 마케팅·전략 비즈니스 개발 담당 수석 매니저는 "전세계에서 생산되는 에너지의 절반은 산업에서 이용되고, 4분의 1은 운송에 사용된다"며 "모터 드라이브는 약 40%의 전력이 산업시설에서 실내 온도 조절, 재료 조절 및 이동, 자동화, 제조와 같은 다양한 용도로 소비된다"고 발표한 바 있다. 

 

EU, '에코 디자인 규정' 올해부터 시행

전기차 및 재생 에너지원 활용에 대한 지원은 상당한 수준으로 이뤄지고 있지만 정작 에너지 소모가 큰 산업 기술 분야에 대한 조치는 늦다. 

유럽연합(EU)은 에너지 효율 모터 범위를 확대하고자 엄격한 신규 요구 조항을 제시한 '에코 디자인 규정'(EU 2019/1781)을 올해 시행할 예정이다. 그러나 아직 많은 국가들은 별도의 조치를 취하지 않고 있다. 이에 대에 ABB는 공공기관과 국가 의사결정자, 정부 규제 기관들이 신속하게 규제와 혜택을 적절하게 조화시킨 정책을 채택할 것을 제안했다. 또 기후 위기 해결에 앞장서는 기업에게 자본 재분배를 하자고 주장했다. 

비어로드 대표는 "ABB 역할은 고객에게 가장 효율적인 기술, 제품 및 서비스를 제공하고 효율성을 더욱 높이기 위해 지속적으로 혁신하는 것이지만 그 자체만으로는 충분하지 않다. 모든 이해 관계자가 에너지 사용 방식에 있어 총체적인 변화를 가져오도록 협력이 필요하다”고 말했다.

 

ABB, 고효율 모터와 가변속 드라이브로 효율 개선 가능성 제시

국제에너지기구(IEA)에 따르면 전 세계 에너지 사용량의 37%는 산업에서, 약 30%는 빌딩에서 소비된다.

일반 식음료 시설에서 볼 수 있는 냉장 시스템에서 고효율 모터와 드라이브 기술을 사용해 에너지를 절약할 수 있다. /사진=ABB
일반 식음료 시설에서 볼 수 있는 냉장 시스템에서 고효율 모터와 드라이브 기술을 사용해 에너지를 절약할 수 있다. /사진=ABB

전기 모터와 모터 작동을 최적화하는 가변속 드라이브는 거의 모든 환경에 적용된다. 사회 인프라는 물론이고 가정, 빌딩 등 우리가 일상에서 스치는 수많은 전자 제품들이 모터를 쓴다. 제조용 산업 펌프, 팬, 컨베이어 및 운송 추진 시스템부터 전기 기기용 압축기, 건물 난방, 환기 및 에어컨 시스템까지 광범위하게 적용된다.

모터와 드라이브 기술은 지난 10년 동안 매우 빠르게 발전해 왔지만 현재 산업용 전기 모터 구동 시스템 중 전세계적으로 약 3억대는 비효율적으로 운영되거나 필요 이상의 전력을 소비하고 있다. 이는 엄청난 에너지 낭비로 이어진다. 

ABB는 자체 연구 조사에 따라 이들 시스템을 최적화된 고효율 장비로 대체 시 전 세계 전력 소비량을 10% 감축할 수 있을 것으로 추정했다. 이는 파리 협정에서 세운 2040년 기후 목표 달성에 필요한 온실가스 감축량의 40%가 넘는 수준이다.

모르텐 비어로드(Morten Wierod) ABB 모션 대표는 "산업 에너지 효율은 기후 비상사태에 대처할 수 있는 가장 우수한 단일 해결책이다. 에너지 효율성은 근본적으로 무형의 기후 해법”이라며, "ABB에게 지속 가능성은 회사 목표와 모든 이해 관계자에게 창출되는 가치의 핵심 요소이다. ABB가 온실 가스 배출 감소를 위한 가장 큰 영향력은 산업, 건물, 운송 분야에서 에너지 사용을 줄이는 선도적인 기술”이라고 말했다.

ABB는 설치된 자사 고효율 모터와 드라이브가 전 세계 에너지 효율에 미치는 영향을 빈번하게 평가해왔다. 2020년 영국 연간 전력 소비량 절반 이상인 198 테라와트시(terawatt-hours) 절약 효과를 가져왔다. 2023년까지 ABB 모터와 드라이브 적용을 통해 추가적으로 전 세계 고객은 벨기에, 핀란드 또는 필리핀의 연간 전력 소비와 맞먹으면서 칠레 연간 총 전기 소비량보다 많은 78 테라와트시를 절약할 것으로 추산된다.

 

모터 제어 디스크리트 업계 1위 온세미컨덕터, BLDC 모터 제어 풀 라인업 제공

온세미컨덕터는 지난 2016년 페어차일드를 인수하면서 모터 제어용 디스크리트, 모듈 1위 업체가 됐다. 최근 출시한 제품들 중 특히 BLDC(브러시리스-교류) 모터용 솔루션 마케팅에 주력하고 있다. 

이유는 모터의 전력 절감 효과가 다른 부품에 비해 크기 때문인데, 지난해 기존 AC(교류)모터 또는 DC(직류) 모터가 BLDC 전력 모듈로 교체되면서 약 40기가와트(GW)의 에너지 수요를 줄이는 데 기여했기 때문이다. 40GW는 남아프리카공화국의 연간 총 전력 소비량, 영국 전체 가정의 전력 사용량에 맞먹는다. 한국 내 지난해 전력 총 사용량은 총 52GW로, 모터만 바꿔도 상당한 전력 절감 효과를 볼 수 있다는 계산이 나온다.

 

모터 종류 구분
스테퍼 모터(stepper motor) 간단한 특수 컨트롤러로 구동하기 매우 쉬우며, 초저전력 애플리케이션에 적합하다.
교류(AC) 또는 직류(DC) 전압 소스로 작동할 수 있는 범용 모터 이를 구동하기 위해 어떤 전자장치도 필요로 하지 않는다. 이러한 종류의 모터는 효율이 떨어지지만, 가격은 매우 저렴하며 최대 수킬로와트(kW)까지 사용된다.
AC 모터 회전 속도를 조절하기 위해 가변 주파수 드라이브를 필요로 한다. 이러한 모터는 범용 모터보다 효율적이다. 또한 수백 와트(W)에서 메가와트(MW)에 이르는 매우 광범위한 범위의 전력에 사용될 수 있다.
BLDC 모터 신뢰성과 효율성이 가장 높다. AC 모터와 마찬가지로 매우 광범위한 전력에 사용될 수 있지만, 동일한 전력 정격인 다른 모든 유형의 모터보다 가격이 비싸다.

모터 제어 애플리케이션에 사용되는 주요 부품은 전원 모듈(드라이버 포함 또는 미포함)이다. 일반적으로 DSP(디지털시그널프로세서)와 전원공급장치로 만들어지는 컨트롤러가 있다. 전원공급장치는 스위치(SuperFET MOSFET과 유사), 다이오드, PWM(Pulse Width Modulation, 펄스폭 변조) 컨트롤러를 사용해 만들어지지만, PFC(Power Factor Correction, 역률 보정) 컨트롤러, 스위치 및 다이오드를 갖는 PFC도 포함될 수 있다. 이러한 주요 구성 요소외에도 연산 증폭기, 옵토커플러(opto-coupler), 전류 센서 증폭기, 전압 조절기, 통신을 위한 입출력(I/O) 인터페이스가 포함된다.

온세미 포트폴리오에는 수동 부품(캐패시터, 인덕터, 트랜스포머 등), DSP, FPGA(프로그래머블반도체)를 제외한 BLDC 구동용 모든 구성요소가 포함돼 있다. BLDC 모터를 구동할 수 있는 광범위한 전원 모듈(드라이버 포함 또는 미포함)을 제공한다.

디디에 발로코(Dider Balocco) 온세미컨덕터 EMEA 파워 솔루션 그룹 비즈니스 마케팅 담당 수석 매니저(박사)는 "온세미컨덕터는 디스크리트, 모듈뿐만 아니라 연산 증폭기, 절연 장치, 게이트 드라이버, 보조 전원 공급 반도체 등의 지원 장치를 생산한다"며 "완전한 솔루션을 제공한다"고 말했다. 


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