[일본] MEMS 센서 네트워크에 의한 10%의 에너지절약 효과 실증
- 그린 MEMS 센서로 스마트사회를 실현 -
NEDO와 기술연구조합 NMEMS기술연구기구는 무선통신 기능, 자립전원기능, 초저소비전력 기능을 탑재한 혁신적인 그린 MEMS(미소전기기계시스템) 센서를 개발하고, 이 센서를 이용한 센서 네트워크 시스템을 구축하여 선진적인 에너지관리의 에너지절약 효과에 대해 실증실험을 수행한 결과, 10% 이상의 에너지절약 효과를 확인하였다. 스마트사회의 실현을 위해 사회 인프라, 농업, 건강의료분야 등에의 응용이 기대된다.
종래 기기를 효율 향상 및 단열에 의해 에너지를 절약할 수 있는 ICT를 이용한 유지관리에 의한 선진적인 에너지절약 방법이 주목을 받고 있다. 단 이 방법은 많은 센서를 배치한 센서 네트워크를 구축하는 것이 중요하지만, 지금까지는 센서의 크기 및 배터리 교환 등의 제약에 의해 그 보급이 진행되지 않았다.
NEDO와 기술연구조합 NMEMS 기술연구기구는 2011년부터 그린 센서 네트워크 시스템 기술개발 프로젝트에서 센서 네트워크에 사용되는 센서 디바이스의 공통적인 과제인 무선통신 기능, 자립전원기능 및 초저소비전력 기능을 탑재한 혁신적인 그린 MEMS 센서의 개발과 개발한 센서를 이용한 네트워크 시스템의 구축 및 그 도입에 의한 선진적인 에너지관리의 에너지절약 효과에 관해 실증실험을 수행하였다.
그 결과, 센서 자신의 그린화, 에너지절약화(초소비전력화, 소형화)라는 새로운 콘셉트로 에너지절약형 센싱, 에너지절약형 통신방식, 미소압력변화를 트리거로서 동작하는 이벤트 드리븐(Event Driven) 구동, 플렉시블 전원 등의 요소기술을 통합한 센서를 개발하였다. 구체적으로는 무선통신 기능, 자립전원 기능 및 초저소비전력 기능을 탑재한 (1) 전류, 자계센서, (2) 먼지량 센서, (3) 가스(이산화탄소, 휘발성유기화합물) 농도 센서, (4) 적외선 앨리 센서이다.
또한 이러한 센서를 이용한 센서 네트워크 시스템을 점포, 사무실 및 제조현장 등에 구축하여 환경계측 및 에너지 소비량 등의 파악 및 에너지 소비량의 제어에 의해 10% 이상의 에너지절약 효과를 실증실험에 의해 확인하였다.
이번에 개발한 센서 및 실증실험 내용은 다음과 같다.
(1) 그린 MEMS 센서의 개발
자립전원(발전량 150uW)으로 구동, 무선통신하는 그린 MEMS 센서(소비전력 100uW) 중에서 전류, 자계, 먼지, 적외선 앨리 센서를 순차적으로 실증현장에 투입하여 편의점, 사무실, 공장 등 실증환경에서 에너지절약 가시화를 위한 원격 자동 데이터 수집 도구로서 실용화할 수 있을 것으로 생각된다. 가스 농도센서도 현재 실증현장에 투입하여 기능 검증을 진행하고 있다.
(2) 센서 네트워크시스템 실증실험에 의한 가시화 및 최적화의 에너지절약 효과
그린 MEMS 센서를 이용한 에너지절약 실증실험으로서 편의점 약 2,000개 점포에 무선 전류센서, 무선환경(온습도) 센서, 집신기(concentrator)를 설치하여 설비기구의 상태, 설치환경, 워크인(walk-in) 도어의 개폐상황 등을 가시화 및 개선함으로써 10%의 에너지절약 효과가 얻어진다는 것을 실증하였다. 이 삭감량은 일반가정 약 8천 세대의 소비전력에 해당한다.
또한 중소규모(500m2 미만)의 사무실에 자립전원으로 구동, 무선송신하는 적외선 앨리 센서, 집신기를 설치하여 층 전체의 온도분포, 사람 위치의 가시화에 기초한 에너지절약 지시(공조, 환기, 창문 개폐)의 실시에 의해 10% 이상의 에너지절약 효과가 얻어진다는 것을 실증하였다.
(그림 1) 프로젝트의 전체상
(그림 2) 개발한 그린 MEMS 센서
(그림 3) 그린 센서를 이용한 편의점의 에너지절약 모니터링 시스템
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 2월 6일]
[원문보기]
MEMSセンサーネットワークによる10％の省エネ効果を実証
NEDOと技術研究組合NMEMS技術研究機構は、無線通信機能、自立電源機能、超低消費電力機能を搭載した革新的なグリーンMEMS（微小電気機械システム）センサーを開発するとともに、このセンサーを用いたセンサーネットワークシステムを構築、先進的エネルギーマネジメントの省エネ効果について実証実験を行ったところ、10％以上の省エネ効果を確認しました。
スマート社会の実現に向け、社会インフラ、農業、健康医療分野等への応用が期待されます。
このプロジェクトの成果の詳細は、2月12、13日の両日に東京国際フォーラムで開催する「NEDOフォーラム」、26日に国立科学博物館で開催する成果報告会で発表します。
従来の機器の効率向上や断熱による省エネに変わる、ICTを用いたマネジメントによる先進的な省エネ手法が注目されています。ただし、この手法では、多くのセンサーを配置したセンサーネットワークを構築することが重要ですが、これまではセンサーの大きさやバッテリー交換等の制約によりその普及が進んでいませんでした。
そこで、NEDOと技術研究組合NMEMS技術研究機構は、2011年度より、グリーンセンサ・ネットワークシステム技術開発プロジェクト（現・社会課題対応センサーシステム開発プロジェクト）において、センサーネットワークに使用されるセンサーデバイスの共通的な課題である、無線通信機能、自立電源機能及び超低消費電力機能を搭載する革新的なグリーンMEMS※1センサーの開発と、開発したセンサーを用いたネットワークシステムの構築及びその導入による先進的エネルギーマネジメントの省エネ効果について実証実験を行ってきました。
その結果、センサー自身のグリーン化・省エネ化（超低消費電力化、小型化）という新たなコンセプトのもと、省エネセンシング、省エネ通信方式、微小圧力変化をトリガーとして動作するイベントドリブン駆動、フレキシブル電源等の要素技術をインテグレートしたセンサーを開発しました。具体的には、無線通信機能、自立電源機能及び超低消費電力機能を搭載した（1）電流・磁界センサー、（2）塵埃量センサー、（3）ガス（CO2、VOC）濃度センサー、（4）赤外線アレーセンサーとなります。
また、これらのセンサーを用いたセンサーネットワークシステムを店舗、オフィス及び製造現場等において構築し、環境計測やエネルギー消費量等の把握（見える化）及びエネルギー消費量の制御（最適化）により、10％以上の省エネ効果を実証実験により確認しました。
今後、本プロジェクトの成果については、グリーンセンサーでスマート社会の実現を目指して、省エネばかりでなく、社会インフラ、農業、健康医療分野等の社会課題への応用が期待されます。
なお、成果の詳細については、2月12日から13日に東京国際フォーラムで開催する「NEDOフォーラム」、2月26日に国立科学博物館で開催する成果報告会で発表します。
今回開発したセンサー及び実証実験の内容は以下のとおり。
（1）グリーンMEMSセンサーの開発
自立電源（発電量150μW）で駆動・無線送信するグリーンMEMSセンサー（消費電力100μW）の中で、電流・磁界、塵埃、赤外線アレーセンサーを順次実証現場に投入し、コンビニ、オフィス、ファクトリ等の実証環境で省エネ見える化のための遠隔自動データ収集ツールとして実用化できる見通しを得ました。ガス（CO2、VOC）濃度センサーについても、現在、実証現場（オフィス、ファクトリ）へ投入し、機能検証を進めています（図2）。
（2）センサーネットワークシステム実証実験による見える化及び最適化の省エネ効果
グリーンMEMSセンサーを用いた省エネ実証実験として、コンビニエンスストア（セブンイレブン）約2,000店舗に無線借電型電流センサー、無線環境（温湿度）センサー、コンセントレータを設置し、設備機器の状態・設置環境、ウォークイン扉の開閉状況等を見える化・改善することで10％の省エネ効果が得られることを実証しました（図3）。この削減量は一般家庭約8千世帯の消費電力に相当します。
また、中小規模（500m2未満）のオフィスに自立電源で駆動・無線送信する赤外線アレーセンサー、コンセントレータを設置し、フロア全体の温度分布・人位置の見える化に基づく省エネ指示（空調・換気・窓開閉）の実施により、10％以上の省エネ効果が得られることを実証しました（図4）。
技術研究組合NMEMS技術研究機構の組合員企業から順次プロジェクトの成果が実用化されることが期待されます。直近ではオムロン株式会社にて、本プロジェクトで開発した成果を活用した人感センサーを、2015年上期に、主として実証実験を目的とした販売開始を予定しています。
また、NEDOでは社会インフラ分野において、「インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト」を2014年度から開始し、的確にインフラの状態を把握できるモニタリングシステムの開発の中で、本成果の活用が図られます。
[사진 원문참조]
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