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에너지 최적화: 피크 전력 예측과 스케줄링
Day 3: 공정 최적화
에너지 최적화: 피크 전력 예측과 스케줄링
스마트 팩토리 최적화 > Day 3: 공정 최적화
학습 목표
- 제조업 에너지 비용 구조(기본요금, 전력량요금, 피크)를 이해한다
- AI 기반 에너지 최적화 시나리오를 설계할 수 있다
제조업 전기요금 구조
[산업용 전기요금의 뼈대]
총 요금 = 기본요금 + 전력량요금 + 부가 항목(역률 요금 등)
기본요금 : 계약전력 또는 최근 12개월 최대수요전력 x kW 당 단가
전력량요금 : 사용량(kWh) x 시간대별 단가계시별 요금제는 하루를 세 구간으로 나눈다. 여름철·봄가을철 구간은 이렇다.
경부하 23:00 ~ 09:00 10시간
중간부하 09:00 ~ 10:00, 12:00 ~ 13:00, 17:00 ~ 23:00 8시간
최대부하 10:00 ~ 12:00, 13:00 ~ 17:00 6시간
합계 24시간겨울철은 난방 부하 때문에 구간이 다르게 잡힌다. 단가는 계약 종별과 전압, 계절, 요금 개정 시점에 따라 달라지므로 본인 사업장의 최근 청구서와 한국전력 요금표에서 직접 확인해 아래를 채운다.
경부하 ___ 원/kWh
중간부하 ___ 원/kWh
최대부하 ___ 원/kWh
최대부하 / 경부하 = ___ 배이 배수가 피크 시프팅으로 얻을 수 있는 것의 크기를 정한다. 배수를 모르면 절감액도 모른다.
AI 에너지 최적화 전략
[전략 1: 피크 시프팅]
에너지 집약 공정(열처리로, 대형 프레스, 용해로)을
최대부하 시간대에서 경부하 시간대로 옮긴다.
옮긴 전력 1 kWh 당 절감액 = 최대부하 단가 - 경부하 단가
절감 상한 (그 공정의 전력을 남김없이 옮겼을 때)
= (최대부하 단가 - 경부하 단가) / 최대부하 단가 = ___ %
실제 절감폭은 이 상한보다 작다. 옮길 수 있는 공정만 옮길 수 있고
납기, 교대 인력, 설비 예열 시간이 옮길 수 있는 양을 제한한다.
야간 운전에 드는 추가 인건비는 절감액에서 빼고 본다.
[전략 2: 피크 예측 + 부하 분산]
15분 단위 최대수요전력 예측 (ML)
-> 피크 접근 시 비필수 설비 일시 정지
-> 계약전력 초과 방지
-> 기본요금 절감
기본요금은 한 해 동안의 최대 15분 수요가 정하므로
한 번의 피크가 열두 달 청구서에 남는다.
[전략 3: 설비 효율 최적화]
설비별 에너지 효율 모니터링
-> 효율 저하 설비 우선 정비
-> 최적 가동 조건으로 에너지 절약절감액을 계산하는 순서
| 단계 | 필요한 값 | 어디서 얻는가 |
|---|---|---|
| 1 | 공정별·시간대별 전력 사용량(kWh) | 전력량계, 설비 전력 모니터링 |
| 2 | 시간대별 단가 | 한국전력 요금표, 전기요금 청구서 |
| 3 | 옮길 수 있는 전력량 | 납기·예열·인력 제약을 검토해 산정 |
| 4 | 절감액 = 옮긴 kWh x 단가 차이 | 계산 |
| 5 | 순효과 = 절감액 - 야간 운전 추가 비용 | 계산 |
외부 사례의 절감률을 인용할 때는 대상 공정, 측정 기간, 비교 기준(전년 동기인지 직전 분기인지)을 함께 적는다. 그 셋이 없는 절감률은 사내 보고서에 넣을 수 없다.
에너지 최적화 = ESG + 비용 절감
비용 절감 ESG·탄소중립
├── 전력량요금 (시간대 이동) ├── 전력 사용에 따른 온실가스 배출 감소
├── 기본요금 (피크 억제) ├── 배출권 대응 여력 확보
└── 설비 부하 평준화 └── 공시·평가에 쓸 근거 자료 확보절감률과 배출 감소량은 사업장마다 다르므로, 여기서는 어느 항목이 왜 줄어드는지만 본다. 숫자는 1~5단계를 본인 데이터로 채워 얻는다.
AI로 학습하기 — 꿀팁
피크 전력 예측 및 스케줄링 코드 생성AI 학습 팁
제조업 전기요금은 피크 15분 수요 전력이 기본요금을 결정합니다. AI로 과거 전력 데이터를 분석해 피크 예측 모델과 설비 가동 스케줄러 코드를 생성하세요.
제조 공장 피크 전력 예측 및 설비 가동 스케줄링 코드를 Python으로 작성해줘. 데이터: 15분 간격 전력 데이터(kW), 설비별 가동 스케줄(시작/종료 시간, 소비 전력). 코드 구성: 1) 시간대별 평균 전력 프로파일 시각화, 2) 향후 24시간 피크 전력 예측(XGBoost 또는 Prophet, 요일/시간/온도 피처 포함), 3) 피크 임계치(계약 전력 90%) 초과 예상 시 설비 우선순위 기반 부하 이동 스케줄러(그리디 알고리즘), 4) 피크 저감 전후 전기요금 절감액 계산(한국전력 산업용(을) 고압 요금 기준). 실행 가능한 완성 코드로 출력해줘.
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핵심 포인트
- • 계시별 요금은 하루 24시간을 경부하·중간부하·최대부하로 빠짐없이 나눈다. 저녁 17~23시는 중간부하다
- • 단가는 계약 종별과 개정 시점에 따라 달라지므로 청구서와 한전 요금표에서 확인한다
- • 피크 시프팅의 절감 상한 = (최대부하 단가 - 경부하 단가) / 최대부하 단가
- • 기본요금은 15분 최대수요전력이 정한다. 한 번의 피크가 열두 달에 걸쳐 청구된다