초록 ▼

개발 목적 및 필요성
기후변화로 인한 물부족, 에너지고갈이 심화되면서 물관리, 에너지관리 기술이 중요해지고 ICT기반의 상수도 원천 기술 확보가 시급해졌다. 상수시스템은 전체 사용 에너지의 89%가 Pumping을 통해서 소비되고 있으며, 펌프 운영 및 송배수 운영, 유지보수비용이 Pump Life Cycle 예산에 95%를 사용한다. 때문에 펌프운영을 위한 수요예측 및 최적운전 원천기술 확보가 필요하다.
상수관망 운영에서의 에너지 저감 기술이 요구되며 다양한 Application을 통합 할 수 있는 지능형 SCADA(원

개발 목적 및 필요성
기후변화로 인한 물부족, 에너지고갈이 심화되면서 물관리, 에너지관리 기술이 중요해지고 ICT기반의 상수도 원천 기술 확보가 시급해졌다. 상수시스템은 전체 사용 에너지의 89%가 Pumping을 통해서 소비되고 있으며, 펌프 운영 및 송배수 운영, 유지보수비용이 Pump Life Cycle 예산에 95%를 사용한다. 때문에 펌프운영을 위한 수요예측 및 최적운전 원천기술 확보가 필요하다.
상수관망 운영에서의 에너지 저감 기술이 요구되며 다양한 Application을 통합 할 수 있는 지능형 SCADA(원방감시제어) 플랫폼 및 GIS(지리정보시스템) 플랫폼이 필요하다. 세계적으로 신재생 기술 전쟁이 대두되고 있지만, 소수력을 이용한 에너지 회수장치 기술은 선진국에 비해 뒤처지고 있으며 그 중 상수관망에 잉여압력을 대체하여 에너지를 회수하는 기술은 개발확보가 시급하다.

연구개발결과
- 에너지 최적운영 기술 및 시스템개발
▪ 상수관망용 수요예측 및 패턴분석 패키지
▪ 에너지 절약형 펌프최적 운영 및 패키지
- 지능형 플랫폼 개발
▪ 실시간 감시 및 운영시스템
▪ GIS 기반 지능형 플랫폼 기술 및 시스템
- 에너지 회수 시설 개발
▪ 상수관망용 소수력(20kW급) 발전 시스템
- 연구개발 성과물 실증 및 사업화
▪ 테스트베드(파주, 성남) 실증시험
▪ 사업화를 통한 국내외 실증

성능사양 및 기술개발수준
▪ 일, 시간량 수요예측 및 패턴 분석 수요예측 패키지 개발
▪ 펌프 운전최적 운영 패키지 개발
▪ 상수관망 통합 DB / 네트워크 / User Interface 개발
▪ Real Time Historical DB 기반 감시제어 시스템 개발
▪ 상수관망 통합 관리용 최적화 DB 설계/구축 기술 개발
▪ 상수관망 인프라용 GIS Engine 도입 및 플랫폼 개발
▪ 수차 모델 실험 및 CFD 분석, 실증 실험을 통해 수차의 수력학적 성능검증
▪ 상수관망을 이용한 소수력 개발적지 조사
▪ 소수력 시운전을 통한 실증자료검증을 통한 발전 시스템 완성
▪ 소수력 수차 수도기자재 및 위생인증 확보
▪ 테스트베드 개발 시스템의 현장 사이트 적용을 통한 실증 검증

활용계획
- 본 연구를 통해 상수관망 에너지 최적운영 패키지, 실시간 지능형 플랫폼 및 GIS플랫폼 , 상수관망 에너지 회수 시스템 사업화를 위해 지속적으로 진행할 계획
- 파주 테스트베드 데이터를 통해 수요예측 패키지, 펌프최적운영 패키지의 성능을 지속적으로 보완하고자 함
- 해외수출 및 국내 에너지자립사업에 참여하여 에너지 회수장치에 지속적인 성능 개선을 진행 하고자 함

(출처 : 요약서 4p)

Abstract ▼

Ⅳ. Results

The purpose of this study is to establish a reliable water supply plan and to use it in optimal operation by forecasting water demand using actual Paju Test-Bed DB data. Forecasting models such as, moving average, exponential smoothing, multiple regression, artificial neural networ

Ⅳ. Results

The purpose of this study is to establish a reliable water supply plan and to use it in optimal operation by forecasting water demand using actual Paju Test-Bed DB data. Forecasting models such as, moving average, exponential smoothing, multiple regression, artificial neural network, K-nearest neighbor method, support vector machine, and ensemble algorithm was developed for flexible field application.

Predictability within the predicted error rate target of 7% was secured, and the performance of the model was obtained through conformity assessment.

Optimal-cost operating model of optimal water pump was developed by applying demand forecasting model and by linking optimization algorithms (genetic algorithms, mixed-integer linear programming). highest operational modelling was carried out by constraining conditions of capacity utilization and optimal operation of electricity in consideration of peak hours within optimal water level. By comparing and analyzing the data of Paju Test-Bed DB currently in operation and optimal operation model developed by this study, the result of optimal pump operating model shows that the goal has been achieved by confirming 15-30% decrease in operational cost per week from an one week consecutive simulation.

Through development of intelligent SCADA platform system for water network, integrated monitoring and communication network test of Paju test bed has been completed and LTE router, ETOS gateway communications equipment (hardware) was constructed for data acquisition instrument and real-time data acquisition. Real time DB engineering and DB Services function test between real-time DB and historical DB was completed for communication with Paju site by new installation of monitoring devices.

And unit test of real-time monitoring system was completed. (monitoring HMI, trends, alarms, etc.). In addition, GIS platform was applied to Paju Test-Bed, and localization achieved by building integrated DB and GIS platform testing environment.

2kW and 20kW small hydropower for water network was developed and 84% aberration efficiency was achieved by developing energy retrieval systems. certifications for water equipment and sanitation was acquired, and by successfully exporting overseas (Japan), actual network application was complete.

(출처 : SUMMARY 16p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요 약 서 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 18
• 그림목차 ... 28
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 51
• 1-1. 연구개발 목적 ... 51
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 53
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 55
• 2-1. 해외 기술개발 동향·시장 ... 55
• 2-2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 59
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 65
• 3-1. 연구개발의 내용(범위) 및 최종목표 ... 65
• 가. 연구개발의 최종목표 ... 65
• 나. 연도별 연구개발의 목표 및 내용 ... 67
• 다. 연도별 연구개발의 추진일정 ... 71
• 라. 연구개발의 추진전략․체계 및 연구수행 방법 ... 74
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 82
• 1. 에너지 최적운영 시스템 ... 82
• 2. 지능형 플랫폼 ... 206
• 3. 에너지 회수 시설 ... 417
• 4. 테스트베드 구축 및 실증 결과 ... 510
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 686
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 687
• 4-1. 목표달성도 ... 687
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 705
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 708
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 711
• 6-1. 국외의 상수관망 통합관리시스템 현황 조사 ... 711
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 718
• 8. 국가과학기술종합정보시스템(NTIS)에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 718
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 718
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 719
• 11. 최종보고서 수정 및 보완사항 ... 721
• 11-1. 상수관망 통합관리용 최적 DB설계/구축 기술의 차별성 ... 721
• 11-2. 상수관망 소수력 개발적지 선정 절차 ... 728
• 11-3. 소수력 자원 탄소배출량 및 경제적 가치 ... 730
• 11-4. 에너지최적운영, 회수 실용화 및 사업화 계획 ... 731
• 12. 참고문헌 ... 734
• 부록 1 : 상수관망수요예측 패키지 시뮬레이션 및 실시간 운영 화면사용자 매뉴얼 ... 742
• 부록 2 : GBEST 지능형 플랫폼사용자 매뉴얼 ... 777
• 끝페이지 ... 865