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중소기업 기술로드맵 조회결과

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xEMS 시스템
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

xEMS 시스템 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : xEMS 관리 기술은 스마트그리드에 기반을 둔 마이크로그리드, 스마트운송, 스마트공장, 스마트빌딩 등과 같이 효율적으로 에너지를 공급 및 소비하고자 하는 운영환경에 대해 각종 EMS를 이용하여 이를 지원하는 기술. 각 에너지관리시스템은 적용대상에 따라 MGEMS, TEMPS, FEMS, BEMS, HEMS 등으로 지칭되며, 전기, 열 등 다양한 에너지의 공급과 소비가 최적으로 이루어지도록 에너지 및 설비의 운영을 지원
  • 범위 : 공급과 소비를 효율적으로 한다는 것은 이에 대한 공급/소비예측이 중요하며, 이런 예측정보에 따라 대상의 운영 및 정보 분석을 통하여 에너지 효율을 개선하고자 하는 일련의 활동과 기술을 모두 포함
나. 주요 제품

[ 제품분류 관점 기술범위 ]

제품분류 관점 기술범위
기술개발 테마제품분류 관점세부기술
xEMS
관리 기술
에너지 관리 및 분석
SW
  • 에너지 사용 데이터 수집/분석/처리 기술
  • 원가관리 단위별 에너지 비용원가 분석 및 배분 기술
  • Real-time 기반의 에너지데이터 수집 및 설비 제어 기술
  • 에너지 사용기기에 대한 에너지 효율 영향인자 분석 기술
  • 에너지 소비 평준화를 위한 부하 밸런싱 자동학습 기술
EMS 분야 계측 기술
  • 전력량계
  • 유량계
  • 온습도, 조도 센서
  • 산업용 특수 센서(압력, 고온, 가스탐지 등)
EMS 제어 기술
  • 스마트 인터페이스 기술
  • 로컬 EMS 통합 시스템 기술
  • EMS 운영기능 모듈화 및 플랫폼화 기술
  • 에너지 모니터링 및 제어를 위한 모바일/EMS 연계 기술
EMS 네트워크 통신
기술
  • PLC
  • WiFi
  • Zigbee
  • Serial 통신 기술

[ 공급망 관점 기술범위 ]

공급망 관점 기술범위
기술개발 테마공급망 관점세부기술
xEMS
관리 기술
CEMS
(Community Energy
Management System)
에너지를 소비하는 지역의 공통설비에 대한 에너지 관리 뿐 아니라 빌딩, 공장, 주택 등 지역 내 각종 EMS의 상위 시스템으로서의 역할을 지원하는 시스템
MGEMS
(Microgrid Energy
Management System)
마이크로그리드의 안정적 운영을 위해 계통 내 전력에 대한 분산전원의 생산량, 부하의 소비량을 예측 및 조절하고, 이를 통해서 안정적 계통 운영을 지원하는 시스템
REMS
(Renewable Energy
Management System)
분산전원의 생산량 변동을 예측하고, 계통의 상황이나 요구조건에 따라 안정적으로 전력공급 품질 및 공급량의 관리를 지원하는 시스템
TEMS
(Transportation Energy
Management System)
전기차 충전기 및 에너지저장장치(ESS, Energy Storage System)를 이용하여 전기차 충전서비스 뿐 아니라 전력계통에 대한 V2G(Vehicle to Grid) 서비스를 지원하는 시스템
BEMS
(Building Energy
Management System)
빌딩 내 다양한 설비나 장치에 대한 효율적 에너지 관리하도록 지원 하는 시스템
HEMS
(Home Energy
Management System)
주택 내의 다양한 전기기기의 전기사용 데이터를 수집, 비용 및 효율 측면의 관리를 지원하는 시스템
FEMS
(Factory Energy
Management System)
공장이나 산업단지의 다양한 시설, 설비, 공정 등에서 사용되는 에너지 공급 및 사용현황의 관리를 지원해주는 시스템
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

시장조사 전문기관에 따르면 글로벌 EMS 시장은 북미를 중심으로 급박하게 성장할 것으로 판단됨. Markets and Markets(2016.8)은 글로벌 EMS 시장 규모가 2016년 324.1억 달러에서 2021년에는 767.5억 달러로 연평균 18.8%씩 성장할 것으로 전망한 반면, Zion Research Analysis(2016.8)는 같은 시기에 2016년 366억 달러에서 2121년 631.6억 달러로 연평균 12.4%씩 성장할 것으로 전망함

[ xEMS 관리 분야의 세계 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

xEMS 관리 분야의 세계 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR('16~'21)
세계시장 36,600 41,900 47,200 55,200 57,800 63,160 12.4

* 자료 : Zion Research Analysis, 2016 인용 및 일부 추정

글로벌 EMS 시장은 BEMS와 FEMS가 주도하고 있음. 타 EMS는 대부분 마이크로그리드, 신재생에너지 시장에 포함되어 있기 때문에 등의 사업의 일부분으로 포함되어 시스템 단독 시장으로 관리되고 있지 않아서 그 통계가 불분명함

EU의 경우, 2015년까지 총 투자액은 50억 유로(한화 6조 2,000억원) 이상으로 약 400개의 스마트그리드 프로젝트가 EU 내 30개 국가(스위스, 노르웨이 및 28개 유럽연합 국가)에서 진행됨

  • 2002년부터 2005년까지 스마트그리드 관련 활동이 많지 않았으나, 2006년 이후 급격하게 증가
  • EU의 주요 스마트그리드 추진동력은 독일의 에너지 이행정책(German Policy Energiewende)과 친환경 전기자동차 도입, 신재생에너지의 발전에 영향을 받음

글로벌 BEMS 시장의 경우, Navigant Research(2015)는 2015년 24억 달러에서 2025년에 108억 달러로 연평균 16.2%씩 성장할 것으로 전망하였으며, H/W보다는 S/W와 관리서비스 시장이 성장을 주도하고 에너지공급사의 역할이 확대될 것으로 전망함

  • BEMS 시장은 기술의 발전뿐 아니라 각 국가의 빌딩에 대한 에너지 규제와 에너지 공급사에 대한 수요관리 의무화 등 정책을 강화에 따라 시장 환경이 조성되고 있고, 더불어 BEMS에 대한 건물주의 인식이 높아지고 있어 빠르게 성장하고 있음
  • 또한, 에너지 절감 측면에서 BAS(Building Automation System)보다 더욱 경제적인 솔루션을 제공하며, 이를 바탕으로 시장에서 빠르게 성장할 가능성이 있음
  • 특히, BEMS기술은 클라우드 기반 BEMS으로 전환에 따라 비즈니스 모델도 시스템 설치에서 에너지관리서비스 중심으로 변화하고 있어서 하드웨어 보다는 소프트웨어와 관리 서비스 시장이 성장을 주도할 것으로 전망됨

[ 글로벌 BEMS 시장 전망 ]

글로벌 BEMS 시장 전망

* 자료 : Navigant Research, BEMS Revenue, World Markrts : 2015~2024, 2015

글로벌 FEMS 시장의 경우, Navigant Research(2015)는 글로벌 FEMS 시장(하드웨어, 소프트웨어 및 서비스)은 2015년 135억 달러에서 2024년 에는 356억 달러로 성장할 것으로 전망하고, 북미시장, 유럽시장, 아시아시장 순이며, 아시아 시장에서 가장 빠르게 성장할 것으로 전망함

FEMS 기술도 BEMS와 마찬가지로 클라우드 기반으로 전환되고 있으며, 기업의 EMS에 대한 이해 부족으로 아직 시장 초기단계로 평가되고 있음. EMS에 대한 이해와 장점에 대한 인지도가 높아지면 보다 정교한 에너지관리시스템의 채택도 확대될 것임

[ 글로벌 FEMS 시장 전망 ]

글로벌 FEMS 시장 전망

* 자료 : Navigant Research, BEMS Revenue, World Markrts : 2015~2024, 2015

글로벌 HEMS 시장의 경우, Markets and Markets(2016.2)은 글로벌 HEMS 시장은 2015년 8억 6,420만 달러에서 2016~2022년간 18.36%의 연평균 성장률(CAGR)로 성장을 지속하여 2022년에는 31억 5,000만 달러에 이를 것으로 전망함

또한, 실시간 에너지 보존 방식의 확대, 클라우드 컴퓨팅의 편리성, 디바이스 상호접속성 확대에 의해 성장이 촉진될 것으로 전망함

나. 국내시장

국내 EMS 시장 규모는 2016년까지 6,918억 원 규모에서 2021년 19,484억 원 규모로 연평균 30.4% 성장률을 보일 것으로 전망

[ xEMS 관리 분야의 국내 시장규모 및 전망 ]

(단위 : 억 원, %)

xEMS 관리 분야의 국내 시장규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21CAGR('15~'20)
국내시장 6,918 8,535 10,543 12,698 14,942 19,484 30.4

* 자료 : 산업통상자원부/정보통신산업진흥원(2013) 자료 및 Zion Research Analysis(2016)의 글로벌 EMS 시장자료 비교 분석 및 추정/ 국내 EMS를 주도하는 BEMS와 FEMS 시장 규모 합산으로 추정

국내 BEMS 시장의 경우, 산업통상자원부와 정보통신산업진흥원은 ‘2013년 국내 EMS 도입현황 실태조사’에서 2015년 1,216억 원, 2017년 2,184억원, 2019년 3,195억원 등 연평균 33.8.0%의 성장을 전망함

국내 FEMS 시장은 2015년 4,191억 원, 2017년 6,351억원, 2019년 9,503억원 등 연평균 27.0%의 성장을 전망함

[ 국내 BEMS 및 FEMS 시장 전망 ]

국내 BEMS 및 FEMS 시장 전망

* 자료 : 산업통상자원부/정보통신산업진흥원, 국내 EMS 도입현황 실태조사, 2013

4. 기술분석
가. 기술환경 분석
에너지 관련 데이터 수집, 분석에서 벗어나 시설이나 설비의 상태 및 에너지 사용여건에 따라 제어가 가능한 시스템으로 발전하고 있으며, 단순히 전력만이 아니라 가스, 스팀 등의 타 에너지까지 관리범위가 확대되고 있음
기존의 단독 시스템이 아닌 통합 시스템으로 시스템 연계 또는 구축 범위가 확대되며, 빌딩, 단독 사업장(공장) 등을 대상으로 하는 플랫폼 기반의 클라우드 EMS 중심으로 개발방향이 변화하고 있음
에너지의 효율적 관리를 필요로 하는 용도가 확대됨에 따라 사용목적이나 사용자의 요구에 따라 새로운 분야의 EMS가 출현하게 됨(DREMS, FREMS 등)
EMS 관리 기술 역할의 확대
EMS 기술의 빠른 발전과 함께 과거 단순히 에너지 사용현황에 대한 데이터 수집, 분석 및 시각화에서 벗어나, 최근 제어기능이 추가되면서 고도화 추세임
또한, 관리대상의 운영상태 감시 및 제어, 에너지 효율 분석, 각종 시뮬레이션 및 예측, 기존 및 외부 시스템과의 연계, 기타 기본적 관리 등으로 기능의 추가와 함께 역할이 확대되고 있음
EMS 관리 기술 관리대상의 확대
초기에는 스마트그리드 기술을 기반으로 전력의 생산, 공급, 소비를 중심으로 하는 EMS 기술이 개발되었으며 최근에는 전기에너지를 넘어서 다양한 에너지에 대한 관리까지 포함하여 관리하는 종합 에너지관리시스템으로 발전하고 있음
특히, 다양한 에너지를 사용하는 에너지 소비영역에 있는 홈, 빌딩, 생산공장 등을 중심으로 타 에너지에 대한 관리를 포함하도록 관리범위가 확대되는 추세임
EMS 관리 기능의 확대

EMS는 그 자체로 하나의 시스템으로 존재하기도 하나 타 시스템 내 하나의 기능으로 통합되어 그 기능을 수행할 수 있으며, 이에 따라 독립된 시스템 뿐 아니라, SCADA나 타 시스템 내에 에너지 관리에 필요한 주요 기능을 직접 구현함으로써 EMS를 통합시킨 시스템으로 운영하기도 함

  • EMS는 관리대상에 설치된 센서로부터 데이터를 수집하거나 대상에 대한 제어가 가능하도록 지원해주는 SCADA(Supervisory Control and Data Aquisition)나 타 운영시스템과는 그 기능과 역할이 다름
  • EMS는 필요에 따라 SCADA나 타 운영시스템과 물리적으로 통합 또는 분리되어 구축되어 SCADA나 타 시스템과의 연계를 통해 수집된 데이터를 공유하거나, 스마트미터, 센서 또는 제어기와의 직접적인 연결을 통해 데이터 수집 및 제어가 이루어지도록 지원함

한편, 에너지를 관리하기 위한 목적과 범위, 그 구현방법에 따라 다양한 제품과 솔루션이 개발되어 적용되고 있으며, 제4차 산업혁명의 도래와 함께 EMS의 역할과 기능이 점차 확대될 것임

초고속통신망과 IoT(Internet of Things)의 발전에 따라 다양한 센서로부터 데이터가 수집되고, 빅데이터(Big Data) 기술에 의한 분석 및 AI(Artificial Intelligence) 기술에 의해 판단과 최적의 운전지시로 제어기가 설비나 장치를 동작시킴으로써 CPS(Cyber Physical System)가 완성될 것이며, EMS는 독립된 시스템으로서가 아니라 기능의 한 부분으로 다루어질 것임

EMS 관리 기술 구성 형태의 변화
기존 시스템과 EMS의 연계를 통해 에너지 뿐 아니라 각종 시설이나 장치의 효율적 관리를 통해 편리성과 효율성을 개선하고자 하는 각종 ‘스마트xx‘의 출현으로, EMS는 이제 시스템이 아니라 기능으로 발전하여 플랫폼(Platform)에 탑재되고 에너지 관리와 함께 각종 시설과 설비에 대한 관리를 지원할 것임
EMS는 BEMS와 FEMS를 중심으로 클라우드 기반의 시스템으로 급속히 전화하고 있으며, 비즈니스 모델도 시스템 설치에서 에너지관리서비스 중심으로 변화하고 있음. 특히, 스마트폰과 인터넷의 발전과 함께 클라우드를 통한 이동식 에너지관리도 가능할 것으로 예상됨
EMS 관리 기술 용도의 확대
EMS는 에너지의 공급과 부하, 공급과정의 상황에 따라 기존 시스템과 연계하여 피크 감축(Peak Shaving)이나 수요반응(DR, Demand Response), 긴급 부하차단에 의한 부하관리(DSM, Demand Side Management) 등의 수행을 지원함
이에 따라 DREMS(Demand Response EMS), FREMS(Frequency Regulation EMS) 등으로 불리는 새로운 용도의 EMS가 출현함
EMS 관리 기술 구현 수준의 변화
에너지 소비자의 경제적 수준, 운영 능력 및 목적에 따라 그 수준에 적합한 시스템 구현 수준이 필요하게 됨
로컬 EMS와 클라우드 EMS, 독립 시스템과 통합 시스템, 소규모의 저가 EMS와 대규모/고성능/고가 EMS, 전력의 관리 또는 타 에너지와의 통합 관리 등 다양한 여건에 따라 고객지향적인 시스템을 제공해야 함
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ xEMS 시스템 핵심요소기술 선정 ]

xEMS 시스템 핵심요소기술 선정
분류핵심요소기술키워드
에너지 부하 분석 및
제어 기술
수요반응(DR)용량 예측 및 감축 대상
선정 기술
전력거래소와 수요반응 거래에 참여하기 위한 용량예측과 효율적인 감축 가능자원 선정 및 감축을 위한 개방형 자동수요반응(OpenADR) 지원기술
에너지 소비 평준화를 위한 부하
밸런싱 자동학습 기능
수요반응에 참여하기 위하여 감축가능한 소비자 설비의 감축 우선순위선정과 신뢰성있는 계획수립을 위한 자동학습 플랫폼과 알고리즘 기반 제어기술
에너지 효율 및 설비
관리 기술
에너지 설비의 효율 분석 및 관리
기술
에너지 사용기기의 효율 관리를 위한 기준(성능에 따른 에너지 표준사용량, 부하 변동에 따른 에너지 사용량, 에너지 효율 관리를 위한 기준 사용량 등)을 설정, 이에 기반한 실제 효율과의 Gap 등을 관리하도록 지원하는 기술
에너지 효율 기반 설비 상태 예측
기술
장단기 설비의 가동상황에 따른 효율과 예측되는 설비 이상상태의 상관관계를 분석하여 설비의 신뢰성 관리가 가능하도록 지원하는 기술
정보 및 데이터
표준화 기술
xEMS 운영기능 모듈화 및 플랫폼화
기술
플랫폼 기반의 EMS의 기능구성을 표준화 하고 기본/필수기능, 부가기능(타 운영시스템의 일부기능을 이관), 선택기능(설비특성별로 반영하는 추가기능) 등을 모듈화하여 플랫폼 상에서 기능을 수행하도록 하는 기술
에너지데이터의 표준 정보화 기술 5종 에너지(전기, 가스, 스팀, 열, 물 등), 설비 및 공정에 대한 물리적 데이터의 단위 및 정밀도에 대한 기준과 함께 통합된 시스템 내에서의 기준을 정하여 xEMS에 적용하는 기술