에너지 해석의 새로운 지표 : EXERGY
제1회 소개 : 새로운 에너지 해석 지표의 필요성
JMAC의 에너지 절약 활동=에너지의 계측·해석에 기초한 에너지 소비 구조의 개혁
JMAC에서는 1970년대 오일 쇼크 이후, 일관되게 에너지 절약의 컨설팅을 실시하고 있다.
컨설팅의 테마는 기업에 따라 다양하지만, 특히 [에너지를 대량 소비하는 공장]을 대상으로 하는 경우가 많다. 기존에는 비용 절감이 목적이었던 에너지 절약 활동이
최근에는 2030년 CO2 삭감 목표 달성을 위한 탈탄소형 생산 프로세스를 목표로 한 에너지절약 활동으로 변화하고 있다.
일반적으로 에너지 절약 활동 내용을 기업에 물어보면,
• 부재 장소의 소등이나 공조 온도 설정을 재검토하고 있다
• 단열재의 찢어진 부분을 보수하고 있다
• 현장에서 에어 누출 대책을 하고 있다
• 중유 보일러를 가스식 최신 보일러로 교체했다
• 조명을 LED로 바꿨다
등, 「낭비 · 절전 운동적 어프로치」와 「고효율 설비로 대체하는 어프로치」 가 많다.
또 공장의 설비부서 등 유틸리티 관리 부문에 물으면 보일러 공기비 개선이나 컴프레서의 가급압 재검토 등 보다 전문적인 「 유틸리티 설비 운용 개선 어프로치 」
시책도 나온다. 많은 기업이 이 3가지 접근방식으로 에너지 절약에 대응하고 있다.
그러나 원래 에너지가 어디에서 얼마나 소비되고 있는지는 불분명한 채, 생산 활동과 분리된 활동에 머무르고 있기 때문에, 에너지 절약에 한계감을 느끼고 있는
기업도 많은 것이 실태이다.
이에 JMAC에서는 제4의 접근법으로서 에너지 사용측인 공정측으로부터 에너지 소비의 구조를 상세하게 명확히 하고, 있어야 할 이론에너지와 실태에너지의
차이를 로스로 파악해 그 구조를 바꾸는 접근법 「에너지 소비구조 개혁에 의한 에너지 절약 컨설팅」을 실시하고 있다.
자주 사용되는 원리원칙 = 「열역학 제1법칙」
에너지를 상세하게 파악하고 해석을 진행해 나가는 작업에 있어서는 여러 물리학의 원리원칙을 활용하지만, 공장에서는 「열」을 활용하는 공정은 매우 많기 때문에
「열역학 제1법칙」은 매우 잘 활용된다. 열역학 제1법칙은, 에너지의 보존을 열에 특화해 말한 것으로 「열에너지와 기계적 에너지는 상호 변환 가능하며, 그 총량은
보존된다」라고 하는 것이다.
예를 들어 PL가스를 보일러로 태워 증기를 만들고 반응조의 액체를 가열하는 등의 경우 LP가스라는 화학에너지가 증기에너지로 변환되고 다시 액체의 열에너지로
변환되는데, 그 에너지의 총량은 설비의 효율, 기기 자체의 승온, 방열 등도 고려하면 보존되는 것이다. 이 법칙을 활용해 우리는 여러 가지 에너지를 같은 잣대로 측정해
등가 변환시켜 로스 산출을 하고 있다.
「열역학 제1법칙」의 불가사의
이러한 이론을 활용해 에너지 해석하면 할수록, 이러한 이론의 베이스(가정)를 두는 방법과 현실에 적용하는 세계 사이에 다양한 의문을 느끼게 되었다.
예를 들어 열역학 제1법칙은 이상상태(전혀 로스가 없는 상태, 이른바 가역과정)를 가정하여 만들어진 이론이다. 그러나 현실 세계는 돌이킬 수 없는 과정이다.
예를 들어 열은 내버려두면 온도가 내려가고, 아무것도 에너지를 가하지 않고는 원래의 온도로 돌아가는 일은 없다. 히터를 이용해 물을 끓이는 공정에서는 히터의
전기에너지가 물의 열에너지로 변환돼 등가로 간주되지만 열에너지는 모두 전기에너지로 변환할 수 없다. 「엎질러진 물 = 돌이킬 수 없는」이 현실세계다.
나아가 이들 이론은 에너지의 양에 대해 기술한 것으로, 에너지의 질(가치)에 대해서는 일절 고려되지 않았다. 현실 세계에서는 에너지가 일로 효과적으로 사용되는
것이 중요하며, 일로 변환할 수 없는 사용할 수 없는 에너지는 가치가 없다. 실은 에너지에는, 이와 같이 「유효하게 사용할 수 있는 에너지」와 「가치가 없는 무효의
에너지」가 존재하는 것이다. 그것들을 정량화해, 한정된 에너지를 얼마나 가치 있는 유효 에너지로서 활용해 나갈지, 무효인 에너지를 얼마나 적게 할 지를 생각하는
지가 중요하다.
에너지의 새로운 지표 : 엑서지(EXERGY)
이 현실의 세계에 있어서의 유효하게 사용할 수 있는 에너지를 정량적으로 나타내는 것이 「Exergy」이다. 종래의 에너지 「양」의 평가뿐만 아니라, 현실적으로 활용할
수 있는 에너지, 즉 Exergy 라고 하는 새로운 척도를 이용해 에너지의 질도 고려한 에너지 해석이 중요하다고 생각하고 있다.
현재 JMAC 사내에서도 연구를 진행하고 있는 이 「 Exergy 」에 대해서, 「에너지 해석의 새로운 지표 : Exergy 」라고 하는 주 타이틀 아래, 원래 에너지나 열이란
무엇인가, Exergy의 개념, 실제의 에너지 해석의 활용 사례 등 몇 차례의 연재로 칼럼을 써 가고자 한다.
또한 앞으로의 이야기는 조금 전문적인 내용이 되므로, 에너지 관리나 에너지 절약을 기술적인 입장에서 추진하고 있는 분 등을 대상으로 하고 있다. 계산식 등은 계의 두는
방법 등에 의해서 복잡해지지만, 가장 기본적인 생각이나 계산식에 머무른다. 그 점 양해해 주시기 바랍니다.
야마다아키라 (山田 朗)
생산컨설팅사업본부
시니어 컨설턴트
1991년 JMAC 입사. 생산, 개발 부문의 컨설팅을 거쳐, 15년 정도 전부터 환경 분야를 중심으로 한 컨설팅에 종사. 주요 테마는, 환경 경영 전략 입안, 환경 매니지먼트
시스템(ISO 14001)의 고도화, LCA를 활용한 환경 부하의 정량화와 삭감, 에너지 절약 추진(에너지 생산성), 자원 생산성 향상 지원 등. 환경을 입구로서 개발, 구매,
생산, 물류, 마케팅 등의 다양한 기능의 생산성 향상에 연결하는 지원을 지향하고 있다.
출처 : JMAC HOME PAGE : www.jmac.co.jp
