자동차 도장공정 폐열회수시스템에 대한 투자 경제성 분석 연구

Abstract

본 연구는 자동차 제조공정의 에너지 효율화를 통한 비용 절감을 목표로 에너지 소모량이 가장 높은 도장공정에 폐열회수시스템을 적용 시 경제적 인 투자 타당성이 있는지를 분석하고자 한다. 자동차 제조공정에서 가장 큰 에너지 소비를 차지하는 도장공정을 대상으로, 폐열회수시스템(WHRS; Waste Heat Recovery System) 도입 전‧후의 에너지 사용 데이터를 비 교하여 연도별 절감 효과를 평가 및 예측하였다. 초기 투자비, 운영비용, 에너지 절감에 따른 비용 절감 효과를 종합적으로 고려하여 투자 경제성 분석을 하고, 각 사례별 투자 경제성 분석은 순현재가치(Net Present Value), 편익-비용 비율(Benefit/Cost Ratio), 내부수익률법(Internal Rate of Return) 기법을 활용하여 종합적으로 평가하였다. Case 1과 Case 2는 실제 적용된 사례이고, Case 3과 Case 4는 향후 적용을 검토하고 있 는 시나리오이다. Case 1에서는 차체 도장공정의 폐열회수시스템을 적용하여 도장 오븐용 LNG 사용량을 현저히 줄이는 효과를 확인하였다. 투자 3년 차인 2009년부터 순현재가 치는 279백만원으로 0보다 커 투자 타당성이 있음을 알 수 있었다. Case 2에서는 범퍼 도장공정의 폐열회수시스템을 적용하여 온수용 LNG 사용량 을 줄이는 효과가 확인되었다. 투자 4년 차인 2021년부터 NPV는 11백만원으로 0보다 커 투자 타당성이 있음을 알 수 있었다. Case 3에서는 차체 도장공정의 기존 스팀 보일러를 고효율 히트펌프 시스템으 로 교체하는 방안을 분석하였다. 투자 9년 차에는 NPV가 –55백만원이며 10년 차 부터 NPV가 46백만원으로 수익이 나는 것으로 나타났다. Case 4에서는 범퍼 도장공정의 RTO(Regenerative Thermal Oxidizer) System 적용에 대한 투자 경제성 분석을 실시하였다. 투자 4년 차는 NPV가 – 587백만원이나 5년 차부터 NPV가 60백만원으로 전환되었으며, 휘발성 유기화합 물(Volatile Organic Compounds) 배출 감소와 에너지 절감을 동시에 달 성할 수 있으나 초기 투자비가 많고, 수익이 회수되는 시점도 5년 이상 걸 리는 것으로 분석되어 단기보다는 중‧장기적으로 투자 가치가 있는 것으로 판단되었다. 향후 연구로는 실시간 에너지 모니터링 시스템을 도입하여, 데이터 기반 의 에너지 소비 분석을 강화할 예정이다. 이를 위해 IoT(Internet of Things)와 같은 스마트 기술을 접목하여 실시간으로 에너지 사용량을 수 집, 분석하고, 이를 바탕으로 최적의 에너지 절감 방안을 도출하는 체계를 구축하고자 한다. 이러한 시스템은 예측 모델을 통해 에너지 소모 패턴을 분석하고, 이상 탐지를 통해 에너지 손실을 조기에 감지할 수 있도록 하 여, 운영 효율성을 높이고 비용을 절감할 것이다. 최신 산업 동향인 지속 가능성 및 탄소 중립 목표에 부합하는 연구 방향으로, 제조업의 에너지 효 율성 강화와 환경적 지속가능성 실현에 이바지할 것이다. 기업이 ESG(Environmental, Social and Governance) 경영 전략을 강화하고 친 환경 제조공정으로 나아가는 기반을 마련하여 지속 가능한 경영을 실현하 는 데 있어 기여할 수 있을 것으로 판단된다. 주요용어: 폐열회수시스템, 에너지 절감, 경제적 타당성 분석, 휘발성 유 기화합물 저감, 자동차 제조, 도장공정, ESG 전략|This study aims to evaluate the economic feasibility of implementing Waste Heat Recovery Systems (WHRS) to improve energy efficiency and reduce costs in automotive manufacturing process, with a specific focus on the energy-intensive painting process. By comparing energy consumption data before and after the implementation of WHRS, the annual savings effects were assessed and projected. This study analyzed initial investment costs, operational expenses, and cost reductions driven by energy savings to comprehensively evaluate the economic feasibility of each case. The study employs Net Present Value (NPV), Benefit-Cost Ratio (B/C Ratio), and Internal Rate of Return (IRR) methodologies for comprehensive evaluation. Cases 1 and 2 represent actual implementations, while Cases 3 and 4 are prospective scenarios under consideration. In Case 1, The application of the WHRS to the body painting process significantly reduced LNG consumption in the painting oven. From the third year of investment (Y2009), the Net Present Value (NPV) reached 279 million KRW, indicating economic feasibility. In Case 2, In the bumper painting process, the WHRS reduced LNG consumption for hot water systems. Starting from the fourth year of investment (Y2021), the NPV exceeded zero at 11 million KRW, demonstrating its economic viability. In Case 3, Replacing the existing steam boiler with a high-efficiency heat pump system for the painting process showed long-term potential. However, it required nine years before the NPV transitioned from a loss of -55 million KRW to a profit of 46 million KRW in the tenth year. In Case 4, The economic analysis of the RTO (Regenerative Thermal Oxidizer) system revealed an NPV of -587 million KRW in the fourth year, turning positive at 60 million KRW in the fifth year. Despite reducing VOC emissions and achieving energy savings, the system’s high initial investment cost suggested its value lies in medium-to-long-term use rather than immediate returns. Future research will focus on integrating real-time energy monitoring systems to enhance data-driven energy consumption analysis. Incorporating smart technologies, such as the Internet of Things (IoT), will enable the real-time collection and analysis of energy usage data, facilitating the development of optimized energy-saving strategies. This system will include predictive models to analyze energy consumption patterns, detect anomalies early, and maximize operational efficiency while reducing costs. This aligns with contemporary industrial trends emphasizing sustainability and carbon neutrality. Furthermore, integrating WHRS with renewable energy sources like solar and wind power could establish a foundation for eco-friendly manufacturing processes. These efforts are expected to support companies in enhancing their Environmental, Social, and Governance (ESG) strategies and achieving sustainable management practices. Keywords: Waste Heat Recovery Systems, Energy Savings, Economic Feasibility, VOC Reduction, Automotive Manufacturing, Painting Process, ESG Strategies.