보고서 정보
주관연구기관 |
해양수산과학원진도센터 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2013-10 |
과제시작연도 |
2012 |
주관부처 |
농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 |
TRKO201400020200 |
과제고유번호 |
1545005297 |
사업명 |
수산실용화기술개발사업 |
DB 구축일자 |
2014-11-10
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201400020200 |
초록
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Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 연구개발 목적
외해가두리 양식장 적용을 위한 자동먹이급이 시스템을 설계, 제작하고 실용화시킴으로서, 한국형 외해가두리에 보급하여 풍파 등 해양환경에 의해 사료 공급에 지장을 초래하는 문제를 해결하여 고품질, 고부가가치의 해산어류를 안정적으로 생산할 수 있는 방안을 마련함과 동시에 적정량의 사료를 자동 급이하여 외해가두리 운영을 자동화할 수 있는 기반을 마련하는데 있음.
2. 필요성
지금까지 무한대의 자원으로 평가 받아오던 수산업은 어획도구의 발달로 남획되면서 수자원의 회복이
Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 연구개발 목적
외해가두리 양식장 적용을 위한 자동먹이급이 시스템을 설계, 제작하고 실용화시킴으로서, 한국형 외해가두리에 보급하여 풍파 등 해양환경에 의해 사료 공급에 지장을 초래하는 문제를 해결하여 고품질, 고부가가치의 해산어류를 안정적으로 생산할 수 있는 방안을 마련함과 동시에 적정량의 사료를 자동 급이하여 외해가두리 운영을 자동화할 수 있는 기반을 마련하는데 있음.
2. 필요성
지금까지 무한대의 자원으로 평가 받아오던 수산업은 어획도구의 발달로 남획되면서 수자원의 회복이 한계에 도달하였으나, 세계적으로 수산식품 소비 수요는 계속적으로 증가하고 있다.
어업생산량이 2000년 이후 증가되지 않는 것에 비해 양식생산량은 지난 10년 동안 약 250%가 증가하면서 수산물공급에 양식의 중요성이 현저히 커지고 있다.이와 더불어 미래의 전략적 식량 보급을 위해 현재의 육상양식은 해산생물에 적합한 사육환경을 경제적으로 조성하기 위한 고밀도 순화여과양식 방법까지 발전하고 있으며, 해상은 연안에서 멀리 떨어진 외해의 중·저층을 이용하는 형태의 외해가두리 양식 개발이 유일한 대안으로 인식되어 현재 기술보급 중에 있다.종래의 내만중심의 양식어업은 이미 환경 수용능력(carryingcapacity)을 넘어선 상태이며 이로 인한 직·간접적인 피해 즉, 양식 어류의 생산량 감소, 적조, 질병, 폐사, 품질 및 채산성 저하 등으로 양식어업의 자연적, 사회적 그리고 무엇보다 경제적 환경이 악화되고 있는 실정이다.
국내 외해 양식산업의 발전은 현재 초기단계에 있는 외해 수중 가두리 양식으로 대표되는 친환경적이고 고부가가치를 창출하는 새로운 양식기술의 안정적인 정착과 제도화를 주요 내용으로 하는 것으로 외해 수중 가두리 양식은 기존에 연안양식 활동으로 인한 환경오염, 태풍 등과 같은 자연재해에 피해를 최소화 하고, 양식 경영의 악순환을 극복할 수 있는 대안으로 부각되고 있다.미래지향적인 관점에서 세계 양식기술의 흐름을 전망했을 때, 생산 지향적 양식에서 환경 지향적 양식으로 바뀌고 있으며, 따라서 양식 산업은 생산지속적이면서도 환경 친화적 그리고 생태기반의 양식을 생각한다면 외해로 진출할 수밖에 없는 형편이다. 현재의 양식 산업에 활로를 개척하고 경쟁력을 강화하기 위해서는 수질이 양호한 외해에서 고품질 어류의 안정적인 생산이 필요하다.
그러나, 최근 들어 국내 양식업은 인건비 상승, 계절별 과잉생산 및 주변국 양식 어류의 무차별 수입 등에 의한 가격 폭락으로 도산 위기에 직면하고 있기 때문에, 외해가두리 양식장의 자동화는 필수적이다.외해가두리 양식장의 운영 중 가장 중요한 부분은 매일 사료를 공급해야 하는 것이지만, 2005년에서 2007년까지 제주도에서 실시한 외해가두리 양식장 시범운영에서 총82일 중 50일만 사료를 공급할 수 있었으며, 또한 사료를 공급한 50일 중에서도 하루에 2회의 사료를 공급할 수 있었던 일수는 8일 밖에 되지 않아 정상적인 사료 급이율은 약 35%에 지나지 않는 것으로 외해가두리 환경에서 정상적 사료 급이가 매우 어려움을 나타냈다. 이처럼 외해가두리 양식장에 원활한 사료 공급이 이루어지지 않는 것은 풍파로 인한 선박운항의 어려움과 어선을 이용한 사료공급에서 계류하며 장시간 사료를 공급하는 것이 어려운 실정이다. 따라서 외해가두리 양식 산업의 성공을 기하기 위해서는 수중 가두리 시설의 안정성과 더불어 많은 노동력을 필요로 하는 사료 급이에 있어서 생산원가 및 안정적인 급이가 가능한 자동사료 급이 장치의 개발과 적용이 시급하다.또한, 사료구입비, 인건비 등은 외해가두리 양식의 경제적인 손익분기점을 결정하는 주요 요인이며, 따라서 양식 산업에서 사료의 적정공급은 양식 사업의 성패를 가름할 만큼 중요한 요소이다.그리고 사료유실에 의한 환경오염 방지를 위해서도 외해가두리 양식장에서 자동으로 사료를 급이함과 동시에 각종 센서에 의한 환경 및 양식장 정보를 실시간으로 파악함으로써 적정 급이량을 산정하는 자동화 시스템의 개발은 매우 중요하다고 할 수 있다.
Ⅲ. 연구개발 내용 및 범위
1. 연차별 연구개발 목표 및 내용
2. 연구개발 방법
가. 외해 침하식가두리 적용 사료 자동급이 장치 개발
(1) 침하식 가두리양식장에 적용하기 위해 모터의 회전수를 제어하기 위한 BLDC 모터와 컨트롤러, 모터 드라이버 그리고 해수와 사료를 수중으로 공급하기 위해 임펠러펌프를 이용한 사료 공급장치 제작
(2) Silo로부터 사료를 배출하기 위해 스크류형 배출장치 설계 및 제작
나.광학 용존산소 센서 개발
(1) 광학적으로 용존산소를 검출하기 위해 형광표지물질로 산소분자에 의해 형광감쇄 현상을 일으키는 루테늄(II)-복합체 합성
(2) 광학센서막의 제조를 위해 알콕시 실란 기반의 졸-겔을 이용하여 산소분자의 확산이 용이한 비극성 광학센서막 제조
(3) 형광분석에 의해 산소분자 농도를 검출하기 위해서 470 nm의 광을 출력하는 고휘도 LED를 여기광원으로 사용하고, 실리콘 포토다이오드를 광 검출기로 하는 형광검출 회로 제작
(4) 수온에 따른 용존산소의 검출량을 보정하기 위해 반도체형 온도센서인 LM35를 온도 보정용 센서로 사용하고, 수온에 따른 센서의 보정을 위한 Stern-Volmer식 유도
(5) 해수에서 견딜 수 있는 방수 설계를 위해 용존산소 센서의 재질은 아세탈로 가공하여 사용하였으며, 모든 연결부는 방수링과 볼트체결 방식 적용
(6) 광학 용존산소 센서의 해수적용 평가는 해수 수조에서 6개월 동안 모니터링 시험 실시 및 보완
다. 독립형 전원 공급시스템 개발
(1) 자동 급이기에 설치되는 모터, 펌프, 무선AP, 센서, 카메라의 동작 시간에 따른 소비전력을 산출하고 태양광 발전시스템 용량에 적용
라. 태양광 발전시스템 제작
(1) 120W급 sola-cell8세트와 3KW급 축전지를 기본으로 구성
(2) 태양광으로부터 발전된 전기의 충전을 위해 Buck-Boostconvert회로를 제작하고 출력 특성을 분석 한 후, 발전시스템에 적용
마. 연구개발 수행내용
(1) 부표식 먹이 보관함(Silo)및 사료 이송장치의 설계 및 제작
(가) 부이 고정형 Silo설계 및 제작
(나) 배합사료를 Silo내부에 외부로 이송할 수 있는 장치 개발
(2) 수질측정 모니터링용 센서 모듈 제작
(가) 실시간 DO 측정용 센서 개발
(나) 실시간 수질측정용 센서 제작
(3) 독립형 전원공급 시스템 개발
(가) 자동급이기 운영에 소요되는 전력 산정
(나) 태양광 발전에 의한 주 전원 공급 시스템 개발
(다) 풍력발전에 의한 보조 전원 공급 시스템 개발
(4) 메인 제어 시스템 개발
(가) 산업용 PC 기반의 자동급이 시스템 제어용 마이컴 제작
(나) 데이터 전송 및 처리를 위한 미들웨어 개발
(다) 해수 및 파랑에 안정성을 갖춘 제어기 함체 제작
(5) 무선통신 시스템 구축
(가) 무선 AP와 바이너리 CDMA 기반의 원거리 대용량 데이터 전송 시스템 제작
(나) 무선통신용 안테나 제작
(다) 수중 영상 및 이미지 전송용 스트리밍 개발
(라) 수중카메라 영상 처리용 소프트웨어 개발
(마) 영상시스템 전송 장치 제작
(6) 도난방지 및 유실감지용 장치 제작
(가) 해상 감시용 카메라 설치 및 모니터링
(나) GPS를 이용한 유효 장소 설정
Ⅴ. 연구성과 및 성과활용 계획
본 연구개발 과제를 통하여 개발된 기술은 다음과 같은 영역에서 활용할 계획임
○ 외해 및 내만 가두리 자동먹이 공급시스템 국내 및 국제 특허출원
○ 사업종료 후, 지속적인 투자와 테스트베드 구축을 통해 상용화 제품을 개발하여, 시장을 창출함
○ 가두리 양식어업 자동화에 대한 정책자료 제공
○ Buck-Boostconverter를 이용한 해상용 자가발전 시스템 국내 및 국제 특허출원
○ 자가전원 공급시스템의 개발은 전력이 필요한 다양한 독립형 해상 구조물의 전력 공급장치 활용이 가능함
Abstract
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In offshore aquaculture submerged fish farming cages application is increasing of the problems concerning the installation sites. Often submitted to rough weather conditions. Feeding is one of the main problems in offshore aquaculture, above all where submerged fish farming cages are installed becau
In offshore aquaculture submerged fish farming cages application is increasing of the problems concerning the installation sites. Often submitted to rough weather conditions. Feeding is one of the main problems in offshore aquaculture, above all where submerged fish farming cages are installed because of the long time procedure involved and the skilled personnel required to do that increase the accident risks and the management costs.
This project is aimed to develop the automatic feeding system for the offshore cage.
The automatic feeding system consists of silo, feed convey device, control system, power system, GPS, camera, ultra-sonic wave sensor and dissolved oxygen sensor.
The silo has an inside volume of about 4 m3 and is designed for palletised dry feed. To avoid condensation problems and have a non-corrosive light and stiff design the silo is made of stainless still(SUS316). An inspection hatch and ladder is provided on the silo for inspection, cleaning etc. Solar power generation system to use it as a power source for offshore aquaculture automatic feeding system and designed and developed Buck-Boost Converter based on these results. And we have designed a main controller for the control system based on AVR to collect data from all kinds of motors, pump, dissolved oxygen sensor, cameras and ultra-sonic wave sensors. Also the main controller makes it possible to be monitored remotely including communication with a computer in land.
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