에너지 원단위 관리 — 전력·용수·가스를 제품당 원가로 환산하기

한전 고지서 금액을 월 생산량으로 나누면 제품당 전력비가 나온다고 생각하기 쉽다. 이렇게 구한 값은 생산량이 늘어난 달에 저절로 좋아지고 줄어든 달에 나빠지기 때문에, 설비 효율이 실제로 달라졌는지 판단할 수 없다. 개선 활동의 성과를 이 숫자로 평가하면 물량이 늘어난 것을 개선 성과로 착각하게 된다.

고지서에 적힌 kWh 단가로 절감액을 계산하는 것도 오류의 원인이다. 전기요금에는 사용량과 무관하게 최대수요전력으로 정해지는 기본요금이 들어 있고, 야간 대기 전력을 줄여도 기본요금은 줄지 않는다. 전력, 용수, 가스는 성격이 서로 달라 제품 원가로 옮기는 분모도 각각 다르게 잡아야 한다.

이 글은 총량 원단위가 놓치는 기저부하를 분리하는 방법, 설비 계측값을 제품당 원가로 옮기는 순서, 전력요금을 기본요금과 전력량요금으로 나누어 보는 이유를 사출과 열처리 현장 예시로 정리한다.

총 전력을 총 생산량으로 나누면 개선처럼 보이는 것

공장 전력에는 생산과 무관하게 나가는 몫이 있다. 사출기 히터 밴드의 온도 유지, 컴프레서 무부하 운전, 조명, 냉난방이 그 예다. 이런 기저부하가 있으면 생산량이 늘 때 총 원단위(kWh/개)는 설비를 하나도 손보지 않아도 내려간다. 가정해 보자. 세 달의 생산량과 전력 사용량이 다음과 같다.

총 원단위는 0.550에서 0.375로 31.8% 좋아졌지만 이 세 점은 한 직선 위에 있다. 생산량이 20,000개 늘 때마다 전력이 4,000kWh씩 늘었으므로 변동 원단위는 0.2kWh/개이고, 40,000개일 때 22,000 − 0.2 × 40,000 = 14,000kWh가 기저부하다. 설비 효율은 그대로이고 기저부하 14,000kWh가 더 많은 제품에 나눠졌을 뿐이다. 그래서 목표는 총 원단위 하나가 아니라 기저부하(kWh/월)와 변동 원단위(kWh/개)로 나누어 둔다. 대기전력 차단은 기저부하를, 사이클 개선이나 인버터 적용은 변동 원단위를 줄인다. 라인을 세운 휴일에 읽은 전력량으로 기저부하를 직접 확인하면 직선의 절편과 대조할 수 있어 계산이 맞는지 검증된다.

고지서 금액을 제품 원가로 옮기는 순서

공장 전체 계량기만 있으면 어느 설비가 얼마나 쓰는지 알 수 없다. 정격 용량이 큰 설비부터 서브미터를 달고, 지침값을 정해진 시간에 읽어 설비별 kWh와 가동시간을 함께 기록한다. 교대 시작 시점에 읽으면 교대별 사용량도 나누어 볼 수 있고, 근무자가 바뀌어도 같은 기준으로 비교된다. 설비별 kWh를 가동시간으로 나누면 가동 중 평균 전력(kW)이 나오고, 여기에 제품의 기계시간 원단위를 곱하면 개당 kWh가 된다.

예를 들어 450톤 사출기 한 대가 월 500시간 가동하면서 18,000kWh를 썼다면 평균 36kW다. 이 기계에서 사이클 45초, 캐비티 2개로 만드는 제품은 시간당 3,600 ÷ 45 × 2 = 160개를 생산하므로 개당 전력은 36 ÷ 160 = 0.225kWh다. 제품마다 사이클과 캐비티가 다르니 같은 기계에서도 개당 kWh가 다르다. 이 방식은 사이클 중 부하 변동을 평균으로 뭉개는 근사이므로, 대표 품번 한두 개는 사이클 동안의 전력을 직접 계측해 평균값과 비교해 둔다.

계정 처리도 확인해 둔다. 공장 전력비는 제조경비의 전력비로 잡히지만 관리동처럼 생산과 무관한 건물의 사용분은 판매비와관리비로 나뉜다. 고지서가 하나뿐이면 이 구분이 안 되므로 서브미터로 분리해서 제조경비에는 생산 관련 사용분만 넣는다. 냉난방과 항온항습 전력도 생산 설비와 따로 계측하면 계절 변동이 생산 원단위에 섞이지 않는다.

전력은 기본요금과 전력량요금을 나누어 본다

산업용 전력요금은 최대수요전력에 따라 정해지는 기본요금과 사용한 kWh에 시간대별 단가를 곱한 전력량요금으로 이루어진다. 기본요금은 15분 평균 전력의 최대치가 좌우하므로 사출기 여러 대를 동시에 기동하는 순간이 한 달 기본요금을 정할 수 있다. 시간대별 요금제가 적용되면 같은 kWh도 야간에 돌린 제품과 주간에 돌린 제품의 전력비가 다르다. 건조기나 열처리처럼 가동 시간을 옮길 수 있는 공정은 경부하 시간대로 옮기면 kWh당 단가가 내려가지만, 납기와 교대 편성에 맞아야 하므로 생산계획과 함께 검토한다.

앞의 사출 제품에 전력량요금 kWh당 130원을 적용하면 개당 0.225 × 130 = 29.25원이다. 공장 월 기본요금이 6,000,000원이고 월 사용량이 100,000kWh라면 기본요금 배부율은 kWh당 60원이므로 개당 0.225 × 60 = 13.5원이 더해져 제품당 전력비는 42.75원이다. 이때 절감 효과를 계산할 때 평균 단가 190원(130 + 60)을 쓰면 안 된다. 야간 대기전력 차단으로 월 2,000kWh를 줄였다면 절감액은 2,000 × 130 = 260,000원이다. 평균 단가로 계산하면 380,000원이 되어 120,000원이 과대 계상되는데, 기본요금은 최대수요전력이 내려가지 않는 한 그대로이기 때문이다.

용수와 가스는 분모가 제품 개수가 아니다

에너지원마다 사용량을 결정하는 물리량이 다르므로 분모는 그 공정의 물리량으로 잡고 제품 수량은 마지막에 곱한다. 열처리로의 도시가스는 처리한 소재 중량(kg)이나 로 가동시간이 분모이고, 개당 가스량은 제품 중량을 곱해 구한다. 용접 보호가스는 유량(L/분)에 아크 시간(분)을 곱해 개당 사용량을 잡는다. 가정해 보자. 열처리로 1로트가 소재 1,500kg을 처리하면서 도시가스 90㎥를 쓴다면 처리 소재 1kg당 0.06㎥이고, 제품 1개가 0.3kg이면 개당 0.018㎥다. 가스 단가를 ㎥당 1,000원으로 두면 개당 가스비는 18원이다. 도시가스는 검침 단위와 청구 단위가 다를 수 있으니 고지서의 단위로 통일한다.

용수는 금형과 유압유 냉각수, 세척수가 대부분이다. 냉각수를 냉각탑으로 순환시키면 계량기에 찍히는 것은 증발과 배출로 줄어든 보충수량이다. 상수도 요금과 하수도 요금이 사용량에 연동되므로 보충수량을 유량계로 재면 개당 용수비를 계산할 수 있다. 가정해 보자. 순환 설비가 없을 때 월 3,000㎥를 쓰던 냉각수가 순환 후 보충수 600㎥로 줄고, 상수도와 하수도 요금 합이 ㎥당 1,600원이라면 절감액은 (3,000 − 600) × 1,600 = 3,840,000원이다. 순환에 쓰는 펌프와 냉각탑의 전력이 늘어나므로 순절감액은 여기서 그 전력비를 뺀 값이다. 압축공기는 컴프레서 전력이 대부분이라 공기 사용처별로 배분하는데, 라인이 서 있는 휴일에 컴프레서가 얼마나 자주 부하 운전을 하는지 보면 누기 규모를 짐작할 수 있다.

실무에서 자주 틀리는 부분

계측기 설치 대상을 정할 때는 개수보다 순서가 중요하다. 정격 용량이 큰 메인 컴프레서, 대형 사출기와 프레스, 열처리로부터 달아 월 사용량의 대부분을 먼저 설명한 뒤 범위를 넓힌다. 처음부터 전 설비에 달겠다고 계획하면 예산 때문에 시작이 늦어지고 데이터가 쌓이지 않는다.

생산량이 늘면 원단위가 무조건 좋아진다는 판단도 위험하다. 기저부하가 분산되는 효과는 맞지만 설비가 정격 용량에 가까워지면 변동 원단위가 올라가는 구간이 있다. 월별 산점도에 점을 찍어 보면 어느 구간에서 직선이 꺾이는지 보인다. 계절 보정은 냉난방 전력을 분리 계측해서 처리하고, 단가는 전력량요금과 기본요금을 나누어 두 값 모두 기준정보에 등록한다. 에너지 원단위를 고객사에 제출해야 하는 경우도 있으므로 계측 기록의 산출 방법은 남겨 둔다.

매주 읽을 서브미터와 월별 표 한 장

설비 담당자가 정격 용량 상위 설비의 전력량 지침값을 매주 같은 요일, 같은 시간에 읽어 가동시간과 함께 기록한다. 원가 담당자는 월 생산량과 함께 표로 쌓아 3개월이 지난 시점에 기저부하와 변동 원단위를 구한다. 그 값으로 제품당 전력비 표준을 만들고, 이후 절감 활동은 전력량요금 기준으로 금액을 환산해 보고한다.