BEMS(Building Energy Management System)혁신을 위한 인공지능, 블록체인 도입 사업계획서

세계적으로 지속가능성(Sustainability)의 필요성에 대한 인식이 높아짐에 따라, 많은 기업에서 에너지 효율성이 최우선 과제가 되고 있음. 에너지 효율성이 특히 중요한 분야 중 하나는 건물 관리임. 건물은 상당한 양의 에너지를 소비하기 때문에, 에너지 효율 기술은 이 소비를 줄이는 데 도움이 되어 비용절감과 탄소 배출 감소에 이바지할 수 있음. 따라서 당사는 건물에너지 관리시스템(BEMS)을 기반으로 사업을 개시하고, 세계적인 환경 니즈와 국내 정치적 필요성(NEEDS)에 부합한 ICT융합 비즈니스 모델을 도출하여 사업수익성을 제고하고 환경, 산업, 국가의 발전에 이바지할 수 있는 기술개발을 진행함.

 

1. 빌딩에너지관리시스템(BEMS) 사업정의

BEMS는 건축물의 쾌적한 실내 환경유지와 효율적인 에너지 관리를 위하여 에너지 사용내역을 모니터링하고, 최적화된 건축물에너지 관리방안을 제공하는 계측·관리·운영 등이 통합된 시스템을 의미함. 건물 내 에너지 사용설비(조명, 공조시스템, 환기설비, 콘센트 등)에 센서와 계측장비를 설치하고, 통신망으로 연계하여, 에너지원별(전력, 가스, 연료 등) 사용량을 실시간 모니터링하고, 수집된 에너지 사용 정보를 최적화 소프트웨어를 통해 효율적으로 자동 제어하는 시스템임.

BEMS구성도

BEMS의 구성요소

계측장비, 통신 및 제어장비, 모니터링을 위한 하드웨어와 분석 및 관리 등 모니터링을 위한 소프트웨어로 구성되며 사용자의 요구에 따라 선택적 적용.

BEMS 구성요소

 

2. 사업배경: BEMS의 중요성(전체에너지 사용량에서 차지하는 비중)

 

• 건물부문 에너지관리의 중요성
  건물부문은 전 세계적으로 에너지 소비의 상당부분을 차지하고 있음. 건물 부문은 에너지 절약과 온실 가스 배출 감소를 위한 중요한 대상으로 지목되고 있음. 
  한국에서도 건물 부문은 전체 에너지 소비 중 27%를 차지하고 있으며, 온실 가스 배출량의 23%를 발생시키고 있음. 이에 대한 대응책으로 한국정부는 2025년까지 건물 에너지 사용량을 30% 감축하는 것을 목표로 하고 있음
  -자료출처 1: 이성욱, '건물 에너지 효율성 제고방안, "대한건축학회 논문집 계획계, 제32권, 제1호,
  -자료출처 2: 국토교통부, "건축물의 에너지절감 및 에너지효율성 제고에 관한 법률, " 2019
  -자료출처 3: 국토교통부, "건물 에너지효율성 제고를 위한 정책방향, " 2019.
  
  
• 에너지 효율화 기술(Energy Efficinet Technology)의 장점
  건물 관리에서 에너지 효율적 기술을 사용하는 것은 첫째, 비용 절감을 들 수 있음. 에너지 소비를 줄이면 기업은 에너지 요금을 절감함. 이는 특히 상당한 양의 에너지를 소비하는 대형 건물에서 중요성이 큼.
  
  두 번째 장점은, 탄소 배출을 줄일 수 있다는 것임. 건물은 상당량의 탄소 배출 근원으로, 에너지 효율화 기술은 에너지 소비를 줄이는 것으로 이러한 배출을 줄이는 데 기여함. 이는 지속 가능성과 환경 영향을 줄이기 위해 노력하는 기업에게 특히 중요함.
  
  셋째로, 비용 절감과 탄소 배출 감소 외에도, 에너지 효율적 기술은 건물 사용자의 편안함과 생산성을 향상할 수 있음. 예를 들어 에너지 효율적 조명은 조명 품질을 향상하고 선명도를 줄여 생산성을 향상하고 눈의 스트레스를 줄일 수 있음.
  
  
• 에너지 효율화 기술 유형(Types of Energy Efficinet Technology)
  가장 일반적인 유형중 하나는 조명을 들 수 있음. LED 조명과 같은 에너지 효율적인 조명은 건물 내의 에너지 소비를 줄이고 조명의 품질을 향상시킴.
  
  다른 유형의 에너지 효율적인 기술은 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템임. 에너지 효율적인 공조시스템은 에너지 소비를 줄이고 건물 이용자의 편안함을 향상할 수 있음. 예를 들어, 스마트 온도 조절기를 사용하면 건물 내 온도를 더 효율적으로 조절하여 비용 절감과 향상된 편안함을 가져올 수 있음.
  
  기타 에너지 효율화 기술에는 건물 자동화 시스템을 들 수 있음. 이를 통해 에너지 소비를 최적화할 수 있음. 또한 태양광 패널 및 풍력 터빈과 같은 재생 에너지 시스템도 있으며, 이를 통해 현장에서 전기를 생산하여 에너지제로빌딩(Zero Energy Building)을 실현할 수 있음.
  
  
  
• 건물 관리에서 사용되는 에너지 효율 기술 및 BEMS의 정량적 효율성
  건물 관리에서 사용되는 에너지 효율 기술의 예로, 미국 뉴욕 시의 엠파에어 스테이트 빌딩을 들 수 있음. 이 건물은 5억 5천만 달러의 개조를 거쳐 에너지 효율 조명, 공조시스템 및 건물 자동화 시스템을 설치함. 그 결과 건물의 에너지 소비를 38% 줄이고 상당한 비용 절감과 탄소 배출 감소를 이끌어 냄. 두 번째 예로 시애틀의 불릿 센터(Bullitt Center)를 들 수 있음. 이 건물은 제로에너지 빌딩을 구현하여, 태양광 패널, 지열 난방 및 냉각, 그리고 우천수 확보 등의 에너지 효율 기술의 조합을 사용함.
  
  국내 공공건물의 사례를 보면, 한국건설기술연구원 화성청사에는 BEMS 플랫폼, 에너지 소비량 분석 알고리즘, 하이브리드 냉난방 제어알고리즘 및 복합센서를 통해 2020년 기준 설치 전 비교 24.2%의 에너지 절감효과를 냄. 두번째 사례로 아산시립 중앙박물관은 BEMS 플랫폼, 에너지소비량 분석 알고리즘, 축열 냉방 운전 알고리즘을 통해 설치전 대비 30%의 에너지 저감과 시스템 설치비 34.7%를 달성함.
  (자료출처: BEMS KS 기바의 설계, 시공, 운영, 관리기술 개발 및 실증 자료, 2020 국토교통부)
  
  
• 에너지 효율기술이 지속 가능성에 미치는 영향
  건물은 상당한 양의 에너지를 소비하며, 에너지 효율 기술은 이 소비를 줄이고 이에 따라 탄소 배출량도 감소시킬 수 있음. 이는 세계적으로 지속 가능성이 필요한 시점에서 매우 중요한 어젠다임.
  
  에너지 소비와 탄소 배출량을 줄이는 것 외에도, 에너지 효율 기술은 태양광, 풍력, 지열 등의 신재생에너지 효율화를 지원하여 제로에너지빌딩(ZEB)의 실현을 도울 수 있는 핵심 기술임.

3. BEMS 시장규모와 성장잠재력

건물에너지 관리시스템(BEMS) 시장은 2021년에 78.6억 달러의 가치를 가졌으며, 총수익은 2022년부터 2029년까지 12.4% CAGR의 속도로 성장하여 2029년에는 거의 200.4억 달러에 이를 것으로 예상됨. 전 세계적으로 인구 증가와 도시화로 인해 인프라 건설이 증가함. 그러나 건설 산업은 건물 내 에너지 소비 장비의 증가로 인해 탄소 배출을 줄이는 필요성이 커지면서 더욱 정책적 통제를 받고 있음. 많은 주체들이 주거 및 상업용 건물에서 에너지 낭비를 모니터링하기 위해 독특한 BEMS를 개발 적용함. 대부분의 건물에서 실시간 원격 모니터링 및 연결 시스템에 대한 수요가 증가함에 따라 BEMS 산업의 전망이 크게 전망됨.

지속적인 기술 발전과 건물 에너지 관리 시스템의 신속한 개선으로 BEMS의 적용 범위가 확대되어 점차 많은 최종 사용자의 관심을 끌고 있음. 장비의 운영을 규제함으로써 BEMS는 에너지 효율성과 사용성을 향상시키고 있음. 고전력 사용 활동을 더 잘 관리하여 비용을 절약하기 위해 전력 요금과 수요를 직접 공급 업체와 협력하는 경향은 시장의 수요를 높이고 있슴.

BEMS 시장분석

4. BEMS 시장 분류에 따른 분석

소프트웨어 기반 분석

시장은 데이터 관리, 자산 성능 최적화, 응용 프로그램 플랫폼, 공조(HVAC) 시스템 및 조명 시스템으로 세분화됨. 공조시스템 세그먼트는 예측 기간 동안 다른 부문보다 빠른 속도로 성장할 것으로 예측됨. 이는 에너지 사용감소에 대한 점점 더 많은 강조와 규제, 급격하게 변화하는 기후 시스템 및 정부 지원 및 세금 공제 제도의 증가가 기여함. 난방, 환기 및 공조 시스템은 건물이나 가정의 실내 환경 조건을 제어하기 위한 비용 효율적인 방법임.

 

통신기술 기반 분석

시장은 유선과 무선으로 세분화되어 있음. 예측 기간동안, 무선 부문은 더 빠른 CAGR로 증가할 것으로 예측됨.(글로벌 리서츠 회사 MMR의 시장분석, 2022) 이는 원격 장소에서 쉽게 작동할 수 있는 스마트 빌딩 관리 시스템에 대한 성장하는 NEEDS와 세계적인 디지털화 증가에 관련되어 있슴. 시장 수요는 스마트 기기의 보급 증가와 무선 연결 시스템에 대한 수요 증가로 인해 증가하고 있슴. 전통적인 유선 시스템과 비교하여, 유연하며, 설치 시간이 적게 소요되며, 더 나은 성능을 제공하고 있슴.

 

산업기반 분석

시장은 제조업, 통신 및 IT, 사무 및 상업용 건물, 지방자치단체, 기타로 세분화 되어 있음. 리서치 회사 MMR의 분석에 따르면 사무 및 상업용 건물 부문은 더 빠른 연평균 성장률로 상승할 것으로 예측함. 기업 사무실, 대형 소매몰 및 공항, 철도와 같은 대중 교통 밀집시설에 건물 에너지 관리 시스템을 도입하는 것이 이 부문의 성장을 촉진할 것으로 예측함.

 

또한, 에너지 소비를 줄이고 생활 수준을 개선하기 위해 에너지 효율적인 조명 및 공조 제어 시스템에 대한 수요가 증가하고 있어 부문의 성장을 촉진하고 있슴.

 

5. BEMS주요 Key Player와 에너지 기술의 과제 및 단점

국제 BEMS Key Player

회사	핵심기술
ABB Ltd.	건물 자동화, 에너지 관리 시스템
Accruent Inc.	IoT, 클라우드 기반 솔루션
Azbil Corporation	HVAC, 에너지 관리 시스템
BuildingIQ Pty Ltd.	인공지능, 건물 자동화 시스템
C3.ai.Inc.	인공지능, 빅데이터 기반 에너지 관리 솔루션
Carma Industries Inc.	건물 자동화, 에너지 관리 솔루션
Daikin Applied	HVAC 솔루션
Enel X	에너지 관리 솔루션
eSight Energy Ltd.	에너지 관리, 에너지 분석 솔루션
General Electric Company	에너지 관리, 스마트 빌딩 솔루션
GridPoint	에너지 관리, 스마트 빌딩
Honeywell International, Inc.	HVAC, 건물 자동화 솔루션
IBM Corporation	인공지능, 빅데이터 솔루션
Johnson Controls	HVAC, 에너지 관리 솔루션
Optimum Energy LLC.	HVAC, 에너지 관리 솔루션
Schneider Electric SE	스마트 빌딩, 에너지 관리 솔루션
Siemens AG	HVAC, 건물 자동화 솔루션
Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation	HVAC, 에너지 관리 솔루션

 

에너지 효율화 기술의 과제 및 단점

 

건물 관리에서 에너지 효율 기술을 사용하는 것에는 많은 장점이 있지만, 동시에 일부 과제와 단점이 존재함. 그중 하나는 기술을 설치하는 초기 비용임. 에너지 효율 기술은 설치 비용이 비싸며, 에너지 절감으로 비용을 회수하는 데 상당 기간을 소요함.

 

또 다른 과제는 일부 에너지 효율 기술의 복잡성임. 예를 들어, 건물 자동화 시스템은 특수한 지식과 전문 기술이 필요하여 설치 및 운영이 복잡할 수 있음. 마지막으로 일부 건물 사용자에게는 편안함과 편리함 측면에서 오히려 에너지 효율 기술이 단점으로 작용함. 예를 들어, 에너지 효율화 조명은 전통적인 조명보다 밝기가 적을 수 있으며, 이는 일부 건물 사용자에게 불편함을 주게 됨.

6. 지속 가능 성장모델 도입의 필요성

최근 전 산업분야에서 ICT 융합 사업모델이 도출되는 것과 같이 에너지관리 분야에서 인공지능 및 블록체인 기술은 BEMS의 상업화에 큰 기여를 할 것임. BEMS는 기업이 에너지 비용을 줄이고 건물 성능을 개선하며 제품 및 서비스의 전반적인 품질을 향상하는 데 도움이 됨. AI는 데이터를 분석하고 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 도와 제품 개발, 마케팅 및 판매 전략을 개선할 수 있음. 이는 BEMS의 최종 사용자 입장에서 에너지 효율과 사용편익(즉, 백화점의 경우는 에너지 효율과 마케팅 효용을 동시에 충족할 수 있는 편익이 있어야 함)을 개선할 수 있게 함. 블록체인은 공급망 관리를 개선하고 위험을 줄이며, 고객과의 신뢰를 강화하는 데 도움이 될 수 있음. 예를 들어, 공공기관의 에너지 관리시스템이 통합될 경우에 외부의 침입으로부터의 데이터 보호 및 시스템의 보안의 문제가 중요한 이슈가 될 수 있음.

 

따라서, 지금까지 에너지 절감 및 탄소배출의 문제 해결에 초점이 맞는 기술 개발의 단계를 넘어서 사용자의 편익을 증진시킬 수 있는 BEMS의 사업화는 향후, 에너지관리 시스템 시장에서 중요한 화두로 등장할 것이며, 이에 대한 선도적인 기술개발 및 시장개척은 당사의 발전과 국내 에너지 관리 시스템 기술의 세계 선점, 그리고 지속가능한 세계적 에너지 관리 모델이 될 것임.

7. 인공지능, 블록체인 기술 융합모델의 개발

세계 주요 기업의 인공지능 및 블록체인 기술 연구 사례

BEMS AI 및 블록체인을 이미 상용화에 활용하는 기업들이 생겨나고 있음. 예를 들어 시멘스는 건물 성능 최적화를 돕는 Desigo CC라는 BEMS 플랫폼을 개발함. 이 플랫폼은 고급 분석 및 기계학습(Machine Learning)을 사용하여 에너지 효율성을 개선하고 비용을 절감함. 또 다른 예로 아마존을 들 수 있슴. 아마존은 AI를 사용하여 고객 데이터를 분석하고 제품 개발 및 마케팅 전략에 대해 더 나은 결정을 내림. 즉 고객 맞춤 친화형 인공지능기반 에너지 관리 시스템을 제공할 기반을 가짐. 아마존은 또한 블록체인을 사용하여 공급망 관리를 개선하고 사기 위험을 감소시킴. 

 

BEMS AI 및 블록체인을 상업화에 활용하는 또 다른 기업은 월마트를 들 수 있슴. 월마트는 건물 전반적인 성능을 개선하고 에너지 비용을 절감하는 데 도움이 되는 BEMS 플랫폼을 구현함. 이 플랫폼은 AI를 사용하여 데이터를 분석하고 에너지 사용에 대한 더 나은 결정을 내림. 월마트는 또한 블록체인을 사용하여 공급망 관리를 개선하고 사기위험을 감소시킴.

8. BEMS 인공지능 및 블록체인 개발: 정부지원의 필요성

세계적인 ICT융합의 움직임에 부합하고 현실적인 제품화, 상업화를 고객 편의, 맞춤형으로 제공하는 경쟁력을 갖추기 위해서는 적절한 전문성, 자원 및 인프라가 필요함. 각 분야의 전문가와 기술이 융합하여 BEMS, AI, BlockChain을 구현하는 첫 번째 단계는 비즈니스의 요구 사항과 목표를 평가하여야 함. 이를 통해 기업은 특정 요구사항과 목표를 평가할 수 있음. 즉, 국가 지원형 정부 R&D사업을 통해 이종 산업 간의 융합을 계획하고, 통합 솔루션을 개발 및 상용화의 테스트 베드를 제공받음으로 완성할 수 있는 사업임.

 

기업은 또한 BEMS, AI 및 블록체인을 지원하기 위한 적절한 인프라에 같이 투자하여야 함. 이는 이러한 기술에서 생성된 데이터 및 거래를 처리할 수 있는 하드웨어, 소프트웨어 및 네트워크를 포함하게 됨. 따라서 이러한 시스템을 개발하고 유지, 관리하기 위한 전문가의 지원 또한 필요함.

 

개별기업 개발의 어려움

BEMS, AI 및 블록체인 구현에는 개별기업의 여러 가지 어려움이 존재함. 이 중 가장 큰 어려움 중 하나는 구현 비용임. 이러한 기술은 구현 비용이 높고, 기업은 이러한 기술을 개발하고 유지하기 위해 상당한 자원을 투자하여야 함. 

 

또 다른 어려움은 이러한 기술에 대한 전문 지식의 부족임. 기업은 단독으로 각 분야의 전문가를 고용하여 이러한 시스템의 개발과 유지를 하기에는 비용 외에도 전문인력 양성의 능력이 현실적으로 어려움.

 

마지막으로, 데이터 개인 정보 보호와 보안에 대한 우려가 있음. BEMS, AI 및 블록체인은 많은 양의 데이터를 생성하며, 기업은 이러한 데이터가 사이버 위협으로부터 안전하고 보호되도록 보장하여야함. 이에 대한 융합기술개발 및 장비와 전문인력의 지원또한 정부의 지원이 필요한 이유임.

 

9. 기대효과

사회적, 환경적 기대효과

BEMS, AI, 블록체인의 미래는 매우 유망함. 이러한 기술들은 계속해서 진화하며, 기업들이 효율성과 혁신성을 개선하는 데 도움이 되는 새로운 혁신이 등장하고 있음. 예를 들어 BEMS는 스마트 그리드 및 재생 에너지원과 같은 다른 시스템과 통합될 수 있어, 기업이 탄소발자국을 줄이고 지속 가능성을 향상시키는 데 도움이 됨.

 

산업발전의 기대효과

AI도 빠르게 발전하고 있으며, 자연어 처리, 이미지 인식 및 예측 분석과 같은 분양서 새로운 응용 프로그램이 등장하고 있슴. 이러한 혁신은 기업이 데이터를 보다 효율적으로 분석하고 더 나은 결정을 내리는 데 도움이 됨. 따라서 인공지능의 도입은 BEMS관련 에너지 관리 설루션 산업계의 발전을 가져오는 이종 결합이 될 것이며, 이 에너지 관리 설루션의 혁신은 산업전반적인 에너지 관리 방식의 개선을 통해 연쇄적 상승효과를 가져오게 됨.

 

또한 블록체인은 보안과 투명성을 향상하고 사기 위험을 줄이는 데 도움이 됨. 따라서 기술 개발을 통해 보안이 강화된 BEMS시스템은 마찬가지로 BEMS산업에서의 제품 품질 향상을 가져오고, 나아가 연관 산업의 연쇄 상승효과를 가져오게 됨.

 

정책적 기대효과

이러한 ICT융합을 통한 혁신기술의 개발은 정부의 탄소중립 목표달성을 위한 여러 가지 자원투입의 효율성을 제고할 수 있고, 사회 인프라의 보안 안전을 지킬 수 있어서, 에너지 관리시스템 도입의 위험성을 최소화하는데 기여함.

 

마치며

이상 기본 사업방향과 시장분석, 기술개발 방향과 기대효과를 정리하였으며, 추가로 업체의 실현가능성을 보여주는 회사업력, 구성원, 연구개발 실적을 추가하여야 함. 또한 개발계획과 단계별 목표설정, 그리고 개발 기술의 정량적, 정성적 평가방법, 그리고 사업화 모델까지 제시하면 사업계획서가 완성됨.