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연재기획

소비자 중심 E관리체계 ‘효율등급제도’ ①삼상유도전동기·변압기

삼상유도전동기·변압기, 저성능 제품 시장진입 막는다
최저소비효율 규정, 고효율 보급 기반마련


효율등급제도의 대상이 되는 삼상유도전동기는 KS C 4202의 적용범위에 따라 ‘정상적인 사용조건 하에서 냉매온도 40℃ 이하인 장소에 사용되는 연속정격, 전압 600V 이하의 일반용 저압 3상 농형 유도전동기’를 일컫는다. 정격출력 0.75kW 이상부터 375kW 이하까지 극수 2·4·6·8극을 대상범위로 한하며 연속 운전되는 rpm부하(팬, 블로워, 펌프)의 인버터전동기도 적용대상이다. KS C IEC 60034-2-1에 의해 삼상유도전동기의 손실 및 효율을 측정하고 있다.

일반적으로 에너지소비효율등급제도는 제품 효율등급을 5단계로 구분해 소비자에게 선택권을 부여하지만 삼상유도전동기를 포함한 몇몇 품목들은 최저소비효율만을 제한해 기준치 이하의 성능을 보이는 제품의 시장진입을 막고 있다.

또한 발전하는 기술력과 에너지의 효율적 관리 측면을 고려해 최저소비효율기준을 점차 강화시키고 있다. 2018년 10월1일부터는 삼상유도전동기의 최저소비효율기준이 전용량대에 걸쳐 프리미엄급(IE3)이 적용될 예정이다. 삼상유도전동기 품목은 △지난 2015년 10월 37~200kW △2016년 10월 200~375kW △2018년 10월 0.75~37kW에 IE3급 성능을 최저기준으로 단계적으로 적용해왔다. 

국제전기기술위원회(IEC)에서 IEC 60034-30 규격으로 정한 전동기 효율등급을 IE1(7.5kW 기준 효율: 일반 87.5%)→IE2(고효율 89.5%)→IE3(프리미엄 91.7%)→(IE4 92.4%)슈퍼프리미엄으로 구분하고 있다.



해외 선진국은 2010년대부터 삼상유도전동기의 최저기준을 IE3급으로 강화해 관리하고 있으며 최근에는 일부 해외 메이저 제조사에서 IE4급 기술을 상용화해 시제품을 출시하고 있다. 국내는 2015년부터 단계적으로 IE3급을 최저기준으로 도입해 오는 10월에 전용량대에 IE3급이 적용되며 국내기업들도 IE4급 전동기 기술개발을 위한 연구에 박차를 가하고 있다.



전동기, 국내 전기에너지 54% 차지
전동기는 국가 전력소비량 비중이 크고 효율향상을 통한 에너지절감 및 온실가스 저감효과가 큰 전기기기로 분류된다. 특히 산업부문에서는 펌프, 팬, 공기압축기에, 건물부문에서는 펌프, 팬, 승강기 등 구동시스템에 널리 활용되고 있다.

2018년 에너지경제연구원 분석에 따르면 이러한 전동기 구동시스템은 국내 전체 에너지의 약 20%, 전기에너지의 54%(글로벌: 53%)를 차지하는 것으로 추정된다.

업종

업종별 전력사용량(MWh)

업종별 전동기 전력사용비중(%)

업종별 전동기 전력사용량(MWh)

광업

1,754,503

72.5

1,272,015

식품

10,998,804

69.1

7,600,174

섬유의복

11,425,575

66.0

7,540,880

제지목재

11,931,615

88.4

10,547,548

석유화학

58,483,202

59.4

34,739,022

요업

12,575,440

60.1

7,557,839

금속

54,042,187

78.0

42,152,906

기계

66,564,048

85.5

56,912,261

산업기타

26,803,148

60.0

16,081,889

합계

254,578,522

72.4

184,404,533

<업종별 전동기 전력사용량> (출처: 전동기 기술, 시장, 보급현황 조사 분석 및 보급 활성화 방안 연구, 2017)

IE1 및 IE3 전동기의 효율차이는 4.2%로 작아보이나 기존 IE1급 제품을 IE3로 40%로 교체 시 국가 전력소비량의 약 1% 절감이 가능할 만큼 잠재량은 크다.

국내 전동기 전체 시장은 2016년 기준 약 4조원 규모를 형성하고 있다. 동력용(0.75~375kW) 범위의 시장규모는 7,000억원으로 추정되며 이 중 수입은 2,000억원 규모를 차지하고 있다.

전체 전동기시장 중 효율기자재 대상의 시장규모는 약 4,350억원이며 수입비중은 18%(800억원) 정도로 추정된다.

전체 전동기

(41,850억원)

발전기 (6,550억원)

소형전동기 (28,350억원)

동력용전동기

(6,950억원)

저압삼상유도전동기

(4,350억원)

국산

3,550억원

수입

800억원

산업용고압전동기

(1,400억원)

국산

1,150억원

수입

250억원

기타

(1,200억원)

국산

200억원

수입

1,000억원

소계

국산

4,900억원

수입

2,050억원

<전동기 시장규모>

최근 한국에너지공단이 실시한 시장조사결과 IE3급은 IE2급대비 30%가량 가격이 비싸기 때문에 사용자 입장에서는 초기 투자비용이 부담되는 것이 현실이다.

하지만 전동기의 경우 사용수명이 길기 때문에 수명 전주기를 고려할 경우, 전체 소요비용 중사용전력요금이 96% 이상을 차지하므로 일반 전동기보다 고효율 전동기를 사용하는 것이 기업 입장에서도 경제적인 선택이다.

구분

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

업체수()

105

128

144

163

179

196

207

신고모델수()

2,486

3,188

3,365

3,690

3,796

4,889

5,513

판매량()

654,287

621,182

571,426

539,453

588,383

649,244

(집계중)

<전동기 효율등급 신고 및 판매량>

삼상유도전동기에 적용되는 규격은 유럽의 시험표준인 IEC 60034-2-1으로 한국을 비롯한 중국과 일본 등 다수의 국가에서 표준으로 정하고 있으며 IE2 등급에서 IE3, IE4, IE5로 이동하는 전 세계적인 트렌드다.

이제 IE3에 진입을 앞두고 있는 국내 시장이 세계적인 경쟁력을 갖기 위해서는 기업들의 장기적인 기술개발이 필요할 것으로 보인다. 또한 국내 시장에서도 향후 IE4와 IE5 전동기도입을 위한 장려 프로그램과 로드맵에 대한 계획을 수립하고 국가간 인증의 상호인정제도를 통해 국내 관련기업이 해외진출 시 인증문제로 인한 장벽이 발생되지 않도록 국가차원의 노력이 필요한 상황이다.

변압기, 저소음·소형화·경량화 추세
변압기는 교류전압을 변환하는 설비로 배전용 유입식·건식 삼상·단상 변압기를 말한다. 적용범위는 KS C 4306(일단 접지 주상 변압기), KS C 4311(건식 변압기), KS C 4316(특별 고압 주상 변압기), KS C 4316(3MVA 이하 배전용 변압기)에서 규정한 변압기로 50% 부하일 때의 효율을 계산해 KS C IEC 60076-1, KS C IEC 60034-11에 따른 손실측정방법을 사용한다.

현재 전 세계적으로 변압기 효율은 98~99.5% 수준으로 초전도 기술을 적용하지 않는 이상 성능향상에 있어 기술적 한계에 도달했다고 평가받는다. 이에 따라 최근에는 효율향상 기술 보다는 저소음, 소형화, 경량화 기술개발에 중점을 두고 있는 추세다.

변압기는 2015년 10월부터 1,500kVA 이상 건식 및 유입변압기의 최저효율기준이 0.1~0.3% 상향됐으며 2016년 10월부터 일단접지변압기 및 1,500kVA 미만 건식 및 유입변압기의 최저효율기준이 0.1~0.6% 상향된 바 있다.

민수용 변압기 국내시장 규모는 지난해 약 3,000억원 규모인 것으로 집계됐다. 변압기는 교류시스템을 사용하는 곳에서는 항상 사용되는 주요 전력설비로 변압기의 효율향상(변환 손실저감)은 발전전력을 소비처까지 온전히 공급하기 위해 필수적이다. 특히 1년 365일 8,760시간 항상 가동되기 때문에 효율이 매우 중요한 요소로 자리잡는다.

구분

2012

2013

2014

2015

2016

2017

업체수()

69

78

90

91

102

108

신고모델수()

2,417

3,900

4,959

5,690

6,560

6,627

판매량()

41,918

72,899

111,936

83,797

88,804

(집계중)

<변압기 효율등급 신고 및 판매량>