KR101714379B1 - 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배수지에 설치되어 수위를 검출하는 수위검출 장치; 최소 부하 시간 때 송수펌프를 가동시키고, 중간 또는 최대부하 시간대 송수펌프의 가동을 중지시키는 인터록(inter lock) 스위치 모듈; 수위검출 장치로부터 배수지의 수위 정보, 인터록(inter lock) 스위치 모듈로부터 송수펌프의 운영 패턴 정보, 및 데이터베이스로부터 전력요금 변화 정보를 전달받는 서버; 서버로부터 송수펌프의 운영 패턴 정보 및 전력요금 변화 정보와, 연계 배수지 상황 정보를 전달받아 한 화면에 표출되도록 하는 모니터 모듈;을 포함하여, 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에 따라 일일 수요량의 12 시간 분을 확보하기 위해 현재저장량 및 체류시간을 실시간 표출하여 모니터링 하며 안정성 범위 안에서 운영이 가능하도록 하여 지방상수도 공기업 재무건전성 및 경영합리화 개선에 기여할 수 있는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배수지에 설치되어 수위를 검출하는 수위검출 장치; 최소 부하 시간 때 송수펌프를 가동시키고, 중간 또는 최대부하 시간대 송수펌프의 가동을 중지시키는 인터록(inter lock) 스위치 모듈; 수위검출 장치로부터 배수지의 수위 정보, 인터록(inter lock) 스위치 모듈로부터 송수펌프의 운영 패턴 정보, 및 데이터베이스로부터 전력요금 변화 정보를 전달받는 서버; 서버로부터 송수펌프의 운영 패턴 정보 및 전력요금 변화 정보와, 연계 배수지 상황 정보를 전달받아 한 화면에 표출되도록 하는 모니터 모듈;을 포함하여, 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에 따라 일일 수요량의 12시간 분 이상의 배수지 저장용량 범위 내에서 보다 안정적으로 운영하기 위해 현재저장량 및 체류시간을 실시간 표출하여 모니터링 하며 배수지와 연계한 가압펌프 운영 효율 극대화를 위한 적정한 펌프 가동 범위를 실시간 제공하고 자동제어를 통한 최적화 운영으로 상수도 공기업 재무건전성 및 경영합리화 개선에 기여할 수 있는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 관한 것이다.
최근 수도에 대한 소비자의 요구가 다양화되고 수도사업자에 대한 경영상의 요구도 강화되어 안전한 물의 공급, 수압의 적정화, 갈수(渴水)시나 사고시의 공평한 급수, 에너지 절약, 생산비용의 절감 등이 요구되고 있다.
우리나라의 광역상수도를 포함한 상수도 운영은 여러 계통이 단계별로 건설되어 복잡한 용수 공급 체계를 가지고 있으며, 각 계통이 비상 연결 관로를 통하여 연계 운영 중에 있다. 또한, 상수도 분야의 사업장은 취수장, 정수장, 가압장 및 배수지로 구분할 수 있는데 송수 시설(취수장, 정수장 및 가압장)과 배수시설(배수지)의 운영 기준은 서로 다르다.
일반적으로 송수시설물의 운영기준은 안정적인 용수공급 조건 하에 전력요금의 절감이 핵심 기준이다.
우리나라의 산업용 전력요금은 시간대별(심야, 주간, 저녁)로 2배 이상 차이가 나기 때문에 전력요금이 저렴한 심야시간대에 용수의 생산 또는 공급량을 최대화하고 전력요금이 비싼 시간대에는 최소화하는 것이 매우 중요하다. 국내 용수 생산 단가의 50% 이상이 전력요금이 차지하는 비중이다.
배수시설의 운영기준은 안정적인 용수공급이 핵심으로 배수지의 수위를 일정수준 또는 일정 범위로 항시 유지하는 것이 운영 기준이다. 따라서 서로 상이한 운영기준으로 운영 중인 시설물들을 결합하여 용수 공급 계통 전체의 생산성을 향상(전력요금 절감에 의한 생산단가 절감)하는 것이 수운영시스템 최적화의 핵심 요소이다.
기존의 최적화는 정수장의 배수지 용량을 활용하는 것으로 전력요금이 싼 심야시간대(23시부터 익일 09시)에 생산된 용수를 배수지에 저장하고 저장된 용수를 전력요금이 비싼 시간대에 단순히 공급하는 방식으로 운영한다.
그러나 일반적으로 배수지 가용 저장 용량이 하루 생산량의 20 % 내지 30 %정도 밖에 안되기 때문에 전력요금의 절감에 한계가 있다. 전력요금이 시간대별로 다른 나라에서는 이를 해결하기 위해 대규모의 조정지를 건설하여 운영하고 있으나 이는 건설 초기 설계단계에서 검토 되어 건설되어져야 하는 것으로 기 건설 운영 중인 상황에서는 계측제어 시스템의 많은 부분을 변경하여야 하는 문제가 발생함으로 현실적으로 어렵다.
또한 현재 한국의 산업용 전기 요금 중『산업용(을) 고압A 선택Ⅱ』종별 요금의 구성을 보면 아래 표 1과 같으며 하루 중 배수지에서 빠져나가는 용수의 최대 수요량이 발생하는 시점 또는 심야전력 요금 구간이 끝나는 매일 09:00 기준으로 배수지의 저장용량 한계점(만수위)에 근접하지 못하면 주간 중간 및 최대부하 시간대 상대적으로 비싼 전력요금이 생산 및 공급원가 상승의 원인이 되므로 운영에 어려운 문제점이 발생하였다.
한편 상수도 분야 중 배수지와 연계한 가압장 수운용 최적화를 위한 가장 중요한 요인은 송·배수량의 수요 예측이며, 이에 따라 배수상태의 추정이나 배수지의 최적운용, 송수펌프의 효율적인 운전방식이 결정되고, 수량의 배분이나 수원운용의 최적화를 도모할 수 있게 된다.
환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에서는 수운용 최적화를 위한 수요예측을 위하여 과거의 배수량 데이터 해석방법으로 최소2승법, GMDH필터법, 칼만필터법 등을 제시하고 있다.
이러한 수요예측에 의해 정해진 송·배수량을 효과적으로 배분하고 계획하여 한국의 산업용 전력요금 체계 하에서 최적의 운영효율을 달성 할 수 있는 운영방법이 필요시 되는 이유이기도 하다.
배수지는 배수량의 시간적 변화를 흡수하기 위한 저류시설이며 물의 위치에너지 확보와 함께 화재에 대한 소화수 수량의 확보, 혹은 각종 재해 시 비상용 시설로서의 역할을 하므로, 배수지의 유효용량은 시간변동 조정용량과 이상 시 대응용량을 고려하여 계획 일일 최대 급수량의 12시간분을 표준으로 하고 있다.
배수지는 저장용량 한계에 다다르면 유입수 차단을 위하여 송수를 중단하여야 하는 특성이 있으며, 특히 배수량이 타 시간대에 비해 극히 적은 심야시간대 저장한계에 도달 할 경우 연계운영 가압장의 송수펌프의 정지시간이 길어지거나 펌프의 최소 운영으로 값싼 심야전력 활용 효율이 떨어진다는 문제가 발생한다.
따라서, 배수지의 저장한계점을 하루 중 수요량이 급증하는 시간대로 이동 할 수 있는 운영방법이 필요시 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 하루 중 심야전력 구간의 사용비율을 높이고 전력요금이 비싼 중간 및 최대부하 구간의 사용율을 감소시키는데 목적이 있다.
즉, 심야전력 구간(최소 부하 시간 대) 최대 송수를 통해 배수지의 저장한계점(만수위)에 근접 시키고, 중간 및 최대부하 시간에는 펌프의 운영중단 또는 최소운영으로 배수지와 연계한 가압시설의 운영비용 대부분을 차지하는 전력요금을 절감할 수 있는 시스템이다.
또한, 본 발명은 시설별 시간대 배수량 변화추이 등을 데이터베이스화하여 이들의 특성을 분석하여 운영매뉴얼을 작성하고, 운영매뉴얼에 따라 최소부하 시간에 송수펌프를 가동하여 배수지의 목표 수위를 확보할 수 있는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 취수장, 정수장, 송수펌프로 가압하는 가압장과 배수지를 포함하여 구성되는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 있어서, 상기 배수지에 설치되어 수위를 검출하는 수위검출 장치; 최소 부하 시간 때 상기 송수펌프를 가동시키고, 중간 또는 최대부하 시간대 상기 송수펌프의 가동을 중지시키는 인터록(inter lock) 스위치 모듈; 상기 수위검출 장치로부터 배수지의 수위 정보, 상기 인터록 스위치 모듈로부터 상기 송수펌프의 운영 패턴 정보, 및 데이터베이스로부터 전력요금 변화 정보를 전달받는 서버; 상기 서버로부터 상기 송수펌프의 운영 패턴 정보 및 전력요금 변화 정보와, 연계 배수지 상황 정보를 전달받아 한 화면에 표출되도록 하는 모니터 모듈; 상기 전력요금 변화에 따른 전력 요금 분석 및 관리를 위한 일일 및 월간 리포트 생성 모듈; 상기 전력요금이 시간대별로 다른 나라의 경우, 최대부하시간대, 최소부하시간대, 중간부하시간대의 전력 요금 정보를 저장하는 데이터베이스;를 포함한다.
상기 모니터 모듈은, 배수유량(㎥)과 송수유량(㎥)으로 표시되는 송배 수량 표시창; 계획평균 체류시간(Hr)과 현재저장 체류시간(Hr)으로 표시되는 체류 시간 표시창; 목표송수량(㎥/Hr)과 기준시간까지 적정한 펌프선택 유량인 적정송수량(㎥/Hr)으로 표시되는 수량 산출 표시창; 계획송수량(㎥), 누적배수량(㎥), 배수예상량(㎥)으로 표시되는 수요예측 표시창; 배수지의 현재저장량(㎥), 목표수위(M), 예측수위(M)로 표시되는 예측 표시창; 및 일일 수요량이 급증하는 기준시간까지 남은 시간(Hr)을 표시하는 계획시간 표시창;으로 구성된다.
상기 배수유량은 배수지 유출유량 데이터 순시 값이고, 상기 송수유량은 배수지 유입유량 데이터 순시 값이며, 상기 계획평균 체류시간은 배수지제원÷[계획송수량÷24]이고, 상기 현재저장 체류시간은 현재저장량÷[계획송수량÷24]이며, 상기 목표송수량은 기준시간까지 송수할 유량으로서, (배수지제원-현재저장량)＋(계획송수량-누적배수량)이고, 상기 적정송수량은 목표송수량÷기준시간 = 시간당유량(㎥/hr)이며, 상기 계획송수량은 계절 및 요일별 일일 배수지의 예상 유출 유량이고, 상기 누적배수량은 기준시간으로부터 현재까지 배수지에서 나간 유량이며, 상기 배수예상량 현재부터 기준시간까지 배수지에서 나갈 유량(계획송수량-누적배수량)이고, 상기 현재저장량은 배수지의 수위를 체적의 개념으로 변환하는 [배수지용량÷월류관높이] X 현재수위값 X 배수지의갯수이고, 상기 목표수위는 일반적으로 배수지의 저장한계를 넘어설 경우 월류를 통한 수돗물 유출의 원인이 되므로 안정적인 운영을 위한 설정값으로서 월류관 높이-0.3m이며, 상기 기준시간 확보수위는 현재의 송수량으로 기준시간까지 송수할 경우 확보가 예상되는 배수지의 높이로써 {[(송수유량 X 계획시간)＋현재저장량]-(계획송수량-누적배수량)}÷(배수지의 제원÷월류관의 높이) 이다.
상기 서버는 상기 최대 부하 시간대에 도달하기 일정 시간 직전에 적정송수량을 이용한 펌프의 가동으로 배수지의 수위를 목표수위에 근접하여 최대 수위로 올리고, 상기 최대 부하 시간대에 도달 시 인터록 모듈에 의해 운전을 중지하도록 한다.
그리고, 운영자가 미리 지정한 적정송수량에 도달하면 펌프를 다시 가동하여 배수지의 저장 한계점이 하루 중 최대수요가 발생하는 시간에 근접하여 이동할 수 있는 운영 패턴을 제공 한다.
또한, 배수지와 연계 운영되는 펌프가 인버터 제어로 회전수에 의한 송수량의 가감이 가능한 펌프를 운영하는 경우 상기 서버에서 산출된 적정송수량을 PID CONTROLLER에 의한 펌프의 실제 송수량으로 설정하여 24시간 균등송수를 통해 송수배관이 받는 스트레스를 최소화함으로 가압장과 배수지를 연결하는 배관 등 수도설비의 내구성을 증대시키고 그에 따른 누수사고율 저하로 유수율 향상에 기여할 수 있다.
상기 서버는 현재 저장용량 대비 실시간 체류시간의 감시를 가능하게 하고, 계획시간 대비 평균 체류시간과 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에서 정한 배수지의 표준 체류시간 범위 내에서 배수지가 운영되도록 연계 펌프의 인터록 모듈의 설정으로 보다 안정적인 배수지의 운영이 가능하다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명은 심야 전기를 사용하여 가정에 공급하기 위한 수돗물을 저장하는 배수지를 보다 효율적으로 운영하고 제어할 수 있고, 최소 부하 시간에 배수지의 배수량을 예측하고 유입량계획을 고려하여 적절히 운영할 수 있다.
또한 본 발명은 송배수유량과 체류시간, 일일수요예측 등을 데이터베이스화하고, 현재 송수량을 토대로 기준시간까지 도달 수위와 확보할 수 있는 수량을 기존 데이터베이스로 예측하여 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에서 정한 배수지 목표 수위를 보다 용이하게 확보하거나 유지할 수 있다.
또한 본 발명은 가압장 송수펌프의 운영방법 개선을 통한 운영비용 절감으로 , 상수도 공기업 재무건전성 및 경영합리화 개선에 기여하고, 공기업에 종사하는 소속원들의 경영마인드 고취를 위한 계기를 마련 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따라 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 배수지 상황 표시 화면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 비교적 체류시간이 넉넉한 시설인 청덕송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 체류시간이 넉넉지 못한 신봉송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 목표적정송수량과 최대부하시간을 패턴에 따라 적용시키는 순서를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 배수지 상황 표시 화면을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 비교적 체류시간이 넉넉한 시설인 청덕송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 체류시간이 넉넉지 못한 신봉송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 목표적정송수량과 최대부하시간을 패턴에 따라 적용시키는 순서를 보여주는 도면이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명에 따라 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 배수지 상황 표시 화면을 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 취수장(1), 정수장(2), 가압장(3) 및 배수지(4)로 구분되는 광역상수도의 사업장에서, 송수펌프(31)로 가압하는 가압장(3)과 수위가 어떤 한도 이상이 되면 자연 배수가 되도록 설치되는 월류관이 설치된 배수지(4)를 포함하여 구성된다.
본 발명은 가압장(3)에 인터록 스위치 모듈(32)이 설치되고, 배수지(4)에 수위검출 장치(41)가 연결되며, 네트워크 등으로 서버(5), 모니터 모듈(51), 일일 및 월간 리포트 생성 모듈(52), 데이터베이스(53) 등이 연결된다.
상기 수위검출 장치(41)는 상기 배수지(4)에 설치되어 수위를 검출하는 장치이다.
인터록 스위치 모듈(32)은 최소 부하 시간 때 상기 송수펌프(31)를 가동시키고, 중간 또는 최대부하 시간대 상기 송수펌프(31)의 가동을 중지시키는 장치로서, 전력비가 높은 중간 및 최대부하 시간 대 송수펌프(31)의 가동 중단이 가능하다.
서버(5)는 상기 수위검출 장치(41)로부터 배수지(4)의 수위 정보, 상기 인터록 스위치 모듈(32)로부터 상기 송수펌프(31)의 운영 패턴 정보, 및 데이터베이스로부터 전력요금 변화 정보를 전달받는 장치로서, 자체적으로 메모리를 갖거나 데이터베이스(53)에 연결되어 정보를 저장한다.
모니터 모듈(51)은 상기 서버(5)로부터 상기 송수펌프(31)의 운영 패턴 정보 및 전력요금 변화 정보와, 연계 배수지 상황 정보를 전달받아 한 화면에 표출되도록 하는 장치로서, 담당자가 상기 정보들을 참고하여 전력비가 높은 중간 및 최대부하 시간 대 송수펌프(31)의 가동 중단을 명령할 수 있으며, 상기 데이터베이스(53)에 누적된 정보를 이용하여 현 배수지 유출유량(101)과 현 배수지 유입유량(102) 등이 일정치 내에서 유사한 상황이 과거에 발생되었다면, 최대부하시간대인 기준시간(익일 07:00 또는 09:00)까지 남은 시간인 계획시간 내에서, 배수지 수위 X M당 용량 = 배수지 내 저장량이므로 체류시간 및 펌프 가동시점을 상기 과거 정보와 유사하게 판단하여 송수펌프(31)의 가동을 제어할 수 있다.
상기 서버(5)는 상기 배수지(4)가 안정성 범위 안에서 운영이 가능하도록 상기 데이터베이스(53)에 누적된 정보를 이용하여 상기 송수펌프(31)를 제어할 수 있는 데, 비교적 체류시간이 미리 저장된 일정치(평균 체류시간) 이상이어서 넉넉한 것으로 판단된 경우, 적정송수량을 모니터링하며 기준시간까지 적정한 펌프선택 유량(㎥/hr)인 적정송수량으로 송수펌프(31)를 기동하고 최대부하시간 도달 전 송수펌프(31)를 정지하는 방법으로 운영하거나, 체류시간이 미리 저장된 일정치 이하여서 넉넉지 못한 경우 최대부하 시간에 최소한의 일정치 범위 안에서 송수펌프(31)를 기동하다가, 최소부하 시간에 최대부하시간 도달 전 까지 송수펌프(31)를 기동하여 상기 적정송수량을 상기 배수지에 송수하여 심야전력구간을 최대한 활용할 수 있다.
또는 본 발명의 일실시예로서, 상기 서버(5)가 최대부하시간대 직전 송수펌프(31)를 가동하여 배수지(4)를 최대수위로 올리고, 최대부하시간대에는 운전을 완전히 중지하는 방법을 사용할 수도 있다.
따라서 매일 기준시간에 만수위가 확보되지 않으면 주간 중간 및 최대부하 시간대에 운영이 어려우므로 최소 부하 시간을 이용한 집중 가동 및 배수지의 목표 수위를 확보하는 것이 바람직하다.
일일 및 월간 리포트 생성 모듈(52)은 상기 전력요금 변화에 따른 전력 요금 분석 및 관리를 위한 장치이다.
데이터베이스(53)는 상기 전력요금이 시간대별로 다른 나라의 경우, 최대부하시간대, 최소부하시간대, 중간부하시간대의 전력 요금 정보를 저장하는 장치로서, 상기 서버(5)에서 전달된 정보와 같이 누적하여 시설별 시간대 배수량 변화추이 등 특성 분석으로 운영매뉴얼이 저장될 수 있다.
한편, 모니터 모듈(51)에 표시되는 정보로서, 송배 수량은 배수유량과 송수유량으로 표시되고, 체류 시간은 계획평균 체류시간과 현재저장 체류시간으로 표시되며, 수량 산출은 목표송수량과 적정송수량 (㎥/Hr)으로 표시되며, 수요예측은 계획송수량, 누적배수량, 현재저장량으로 표시되고, 기준 시간 확보 예측은 목표수위와 예측수위와 예측수량으로 표시되며, 마지막으로 계획시간이 표시되어 현재 송수량을 토대로 기준시간까지 도달 수위와 확보할 수 있는 수량을 예측하여 송수펌프(31)를 가동시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 모니터 모듈(51)에는 현 배수지 유출유량(배수유량; 101), 현 배수지 유입유량(송수 유량; 102), 배수지의 계획송수량을 기준 평균 배수능력(시간)(계획시간 대비평균; 103), 현재 배수지의 저장량을 기준 평균 배수능력(시간)(현재저장 체류시간; 104), 기준시간 이내 송수 하여야 할 목표 유량(목표송수량; 105), 기준시간 까지 적정한 펌프선택 유량(㎥/hr)(적정송수량; 106), 일일 예측 배수지의 배수량(계획송수량; 107), 기준시간부터 현재까지 배수지의 유출유량(누적배수량; 108), 현재부터 기준시간까지 배수지에서 나갈 배수량(배수예상량; 109), 현 배수지의 저장량(현재저장량; 110), 저장한계점 - 0.3M(목표 수위; 111), 기준시간 확보수위(112), 계획시간(113), 기준시간까지 남은 시간(114) 등이 표시된다.
구체적으로, 도 2의 배수유량은 배수지 유출유량 데이터 순시 값을 표현한 것이고, 송수유량은 배수지 유입유량 데이터 순시 값을 표현한 것이다.
계획평균 체류시간은 배수지제원÷[계획송수량÷24], 현재저장 체류시간은 현재저장량÷[계획송수량÷24]이다.
목표송수량은 기준시간까지 송수할 유량으로서 (배수지제원-현재저장량)＋(계획송수량-누적배수량)이고, 적정송수량(㎥/Hr)은 목표송수량÷기준시간 = 시간당유량 (㎥/hr)이다.
계획송수량은 계절 및 요일별 일일 배수지 예상 유출 유량이고, 누적배수량은 기준시간으로부터 현재까지 배수지에서 나간 유량이며, 상기 배수예상량은 현재부터 기준시간까지 배수지에서 나갈 유량인 (계획송수량 - 누적배수량)이고,
상기 현재저장량은 배수지의 수위를 체적의 개념으로 변환하는 [배수지용량÷월류관높이] X 현재수위값 X 배수지의갯수이고,
상기 목표수위는 일반적으로 배수지의 저장한계를 넘어설 경우 월류를 통한 수돗물 유출의 원인이 되므로 안정적인 운영을 위한 설정값으로서, 배수지의 월류관높이-0.3m이며, 상기 예측수위는 현재의 송수량으로 기준시간까지 송수할 경우 확보가 예상되는 배수지의 높이로서, {[(송수유량 X 계획시간)＋현재저장량]-(계획송수량-누적배수량)}÷(배수지의 제원÷월류관의 높이)이다.
계획시간은 현재로부터 최대부하시간대인 기준시간까지 남은 시간으로서, 최하단 화면에 표시된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 비교적 체류시간이 넉넉한 시설인 청덕송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 한국의 체류시간이 넉넉지 못한 신봉송수가압장에서 가압장 운영방법 개선을 통한 절감 효과를 나타내는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 한국의 비교적 체류시간이 넉넉한 시설인 청덕송수가압장에서 오전 9시까지의 심야전력구간과, 9시부터 17시까지 최대부하 구간에서 (a) 2015년 7월 9일날 본 발명을 적용하지 않은 상태에서 요금 변화와 (b) 2016년 7월 9일 본 발명을 적용한 상태에서 적용해 본 결과이며 최대부하시간 도달 전 모니터링한 적정송수량으로 송수펌프(31)를 기동하고 최대부하시간 시작시 펌프를 정지하는 방법으로 운영해 본 결과 요금 변화를 비교하여 (c)와 같은 현저한 절감 효과를 얻어낼 수 있었다.
또 다른 예로서 도 4에 도시된 바와 같이, 한국의 체류시간이 넉넉지 못한 신봉송수가압장의 심야전력구간, 최대부하에서 (a) 2015년 6월 7일날 본 발명을 적용하지 않은 상태에서 요금 변화와 (b) 2016년 6월 7일 본 발명을 적용하여, 최대부하 시간에 최소한의 범위 안에서 펌프를 기동하며 적정송수량이 제시한 시점에 다시 펌프를 기동하여 심야전력구간을 최대한 활용한 상태에서 요금 변화를 비교하여 (c)와 같은 현저한 절감 효과를 얻어낼 수 있었다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 목표적정송수량과 최대부하시간을 패턴에 따라 적용시키는 순서를 보여주는 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이 왼쪽의 붉은 사각형 내는 수위의 높낮이에 의한 일반적인 운영 패턴을 보여준다.
이에 대하여, 본 발명은 심야시간대 집중 가동하고 최대 부하시간대 운영중지, 목표적정송수량 도달 시 재가동하는 2번 순서도와, 인버터가 설치 된 펌프운영 시 산출 된 적정송수량으로 24시간 균등하게 송수하는 3번 순서도가 가동된다.
상술한 구성에 의하여 살펴보면, 상수도 시설 중 배수지와 연계한 가압시설의 운영비 대부분을 차지하는 것이 전력요금으로, 이를 효과적으로 절감하는 것이 수운용 시스템의 효율을 결정하는 중요한 요소라 할 수 있다.
그간 보편화 된 운영방법의 하나로써, 배수지 수위의 높고 낮음에 의존한 펌프의 운영방법은 하루 중 계획된 배수량과 저장용량 대비 너무 과도한 송수량으로 배수지 저장한계 도달시점의 인위적인 제어가 어려워 저렴한 심야전력의 활용 효과를 저하시키는 문제가 있다.
따라서, 하루를 24시간으로 배분하여 펌프 운영계획을 수립하고, 실시간으로 산출되는 적정송수량 범위 안에서 펌프의 송수량을 제어하는 것이 매우 중요하다.
여기서 적정송수량은 운영자가 시스템에서 설정한 임의의 시간을 기준으로 하루에 계획 된 배수지에서 부담하여야 하는 배수량을 모두 소화하는 동시에 배수지가 저장한계점(만수위)에 근접할 수 있는 펌프의 시간 당 송수유량(㎥/h)을 말한다.
본 발명 시스템에서 산출한 적정송수량은 하루 중 배수지에서 부담하여야 하는 수돗물의 배수량 및 배수지의 제원과 저장한계점까지의 용량을 각각 분석하여 계절별 배수지 운영 환경에 부합하도록 운영자가 선택한 일일 최대급수량이 발생하는 시점으로 임의의 기준시간을 이동할 수 있는 운영방법을 제공한다.
이는 곧, 하루 중 최대급수량이 발생하는 시점 또는 전력비가 비싼 최대부하시간을 기준으로 인터록 모듈에 의해 펌프의 운영을 중단하거나 최소화 하고, 다시 펌프의 재가동 또는 정상운영 시점을 미리 지정한 설정 값에 의해 자동운전 하여 다음 기준시간까지 배수지에서 부담하여야 하는 일일 배수량을 모두 소화하는 동시에 배수지의 저장한계점으로의 도달을 가능하게 한다.
아울러, 전력비가 비싼 주간 최대부하시간대 펌프의 운영 중단 내지 최소운영의 의미는 전력비가 저렴한 심야시간 대 운영효율 극대화를 위해 펌프의 최대 송수량을 고려하여 배수지 내 여유 내지 저장 공간을 만드는 것을 말한다.
이러한 운영 방법은 심야전력 사용량의 사용비율을 높이고 중간 및 최대 부하 사용비율을 감소시키는 결과로 이어져 결국엔 전력요금 절감이라는 효과를 거둘 수 있다.
또한, 배수지와 연계 운영되는 펌프가 인버터 제어로 회전수에 의한 송수량의 가감이 가능한 펌프를 운영하는 경우 상기 시스템의 서버에서 산출된 적정송수량을 PID CONTROLLER에 의한 송수량으로 설정하여 24시간 균등송수를 통해 배관이 받는 스트레스를 최소화하여 가압장과 배수지를 연결하는 배관 등 수도설비의 내구성을 증대시키고 그에 따른 누수사고율 저하로 유수율 향상에 기여 할 수 있다.
상기 서버는 현재 저장용량 대비 실시간 체류시간 변화의 감시가 가능하고, 계획시간 대비 평균 체류시간과 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에서 정한 배수지의 표준 체류시간 범위 내에서 배수지가 운영되도록 연계 펌프의 인터록 모듈의 설정으로 보다 안정적인 배수지의 운영을 가능하게 한다.
또한, 하루 중 어느 때라도 배수지의 저장용량 한계점 도달이나 기타 불가피한 사유로 펌프를 정지하거나, 최대부하 시간에 도달하여 펌프를 정지할 경우 미리 설정한 임의의 기준시간에 배수지에서 부담하여야 하는 일일 배수량을 모두 소화하는 동시에 배수지의 저장한계점으로의 도달이 가능한 시점을 적정송수량 데이터를 통한 자동운전으로 가능하게 된다.
1 : 취수장
2 : 정수장
3 : 가압장
32 : 스위치 모듈
4 : 배수지
41 : 수위검출 장치
5 : 서버
51 : 모니터 모듈
52 : 일일 및 월간 리포트 생성 모듈
53 : 데이터베이스
2 : 정수장
3 : 가압장
32 : 스위치 모듈
4 : 배수지
41 : 수위검출 장치
5 : 서버
51 : 모니터 모듈
52 : 일일 및 월간 리포트 생성 모듈
53 : 데이터베이스
Claims (7)
- 취수장, 정수장, 송수펌프로 가압하는 가압장과 배수지를 포함하여 구성되는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템에 있어서,
상기 배수지에 설치되어 수위를 검출하는 수위검출 장치; 최소 부하 시간 때 상기 송수펌프를 가동시키고, 중간 또는 최대부하 시간대 상기 송수펌프의 가동을 중지시키는 인터록 스위치 모듈; 상기 수위검출 장치로부터 배수지의 수위 정보, 상기 인터록 스위치 모듈로부터 상기 송수펌프의 운영 패턴 정보, 및 데이터베이스로부터 전력요금 변화 정보를 전달받는 서버; 상기 서버로부터 상기 송수펌프의 운영 패턴 정보 및 전력요금 변화 정보와, 연계 배수지 상황 정보를 전달받아 한 화면에 표출되도록 하는 모니터 모듈; 상기 전력요금 변화에 따른 전력 요금 분석 및 관리를 위한 일일 및 월간 리포트 생성 모듈; 상기 전력요금이 시간대별로 다른 나라의 경우, 최대부하시간대, 최소부하시간대, 중간부하시간대의 전력 요금 정보를 저장하는 데이터베이스;를 포함하며,
상기 모니터 모듈은, 배수유량(㎥)과 송수유량(㎥)으로 표시되는 송배 수량 표시창; 계획평균 체류시간(Hr)과 현재저장 체류시간(Hr)으로 표시되는 체류 시간 표시창; 목표송수량(㎥/Hr)과 기준시간까지 적정한 펌프선택 유량인 적정송수량(㎥/Hr)으로 표시되는 수량 산출 표시창; 계획송수량(㎥), 누적배수량(㎥), 배수예상량(㎥)으로 표시되는 수요예측 표시창; 배수지의 현재저장량(㎥), 목표수위(M), 확보수위(M)로 표시되는 기준 시간 확보 예측 표시창; 및 일일 수요량이 급증하는 기준시간까지 남은 시간(Hr)을 표시하는 계획시간 표시창;으로 구성되되,
상기 배수유량은 배수지 유출유량 데이터 순시 값이고,
상기 송수유량은 배수지 유입유량 데이터 순시 값이며,
상기 계획평균 체류시간은 배수지제원÷[계획송수량÷24]이고,
상기 현재저장 체류시간은 현재저장량÷[계획송수량÷24]이며,
상기 목표송수량은 기준시간까지 송수할 유량으로서, (배수지제원-현재저장량)＋(계획송수량-누적배수량)이고,
상기 적정송수량은 목표송수량÷기준시간 = 시간당유량(㎥/hr)이며,
상기 계획송수량은 계절 및 요일별 일일 배수지의 예상 유출 유량이고,
상기 누적배수량은 기준시간으로부터 현재까지 배수지에서 나간 유량이며,
상기 배수예상량은 현재부터 기준시간까지 배수지에서 나갈 유량으로서, (계획송수량 - 누적배수량)으로 계산되고,
상기 현재저장량은 배수지의 수위를 체적의 개념으로 변환한 량으로서, [배수지용량÷월류관높이] X 현재수위값 X 배수지의갯수이고,
상기 목표수위는 배수지의 저장한계를 넘어설 경우 월류를 통한 수돗물 유출의 원인이 되므로 안정적인 운영을 위한 설정값으로서, 배수지의 월류관높이-0.3m이며,
예측수위는 현재의 송수량으로 기준시간까지 송수할 경우 확보가 예상되는 배수지의 높이로서, {[(송수유량 X 계획시간)＋현재저장량]-(계획송수량-누적배수량)}÷(배수지의 제원÷월류관의 높이)인 것을 특징으로 하는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 서버는 상기 최대부하시간대에 도달하기 일정 시간 직전에 적정송수량을 이용한 펌프의 가동으로 배수지의 수위를 목표수위에 근접하여 최대 수위로 올리고, 상기 최대 부하 시간대에 도달 시 인터록 모듈에 의해 운전을 중지하도록 상기 송수펌프를 가동시키는 것을 특징으로 하는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 서버는 체류시간이 미리 저장된 평균 체류시간 이상이어서 넉넉한 것으로 판단된 경우, 상기 적정송수량으로 송수펌프를 기동하고 최대부하시간 도달 전 송수펌프를 정지하는 방법으로 운영하거나, 상기 체류시간이 미리 저장된 평균 체류시간 이하여서 넉넉지 못한 경우 최대부하 시간에 최소한의 일정치 범위 안에서 송수펌프를 기동하다가, 최소부하 시간에 최대부하시간 도달 전 까지만 상기 적정송수량으로 상기 배수지에 송수펌프를 기동하여 송수하는 것을 특징으로 하는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 서버는 현재 저장용량 대비 실시간 체류시간의 감시를 가능하게 하고, 계획시간 대비 평균 체류시간과 환경부 제정 상수도시설 유지관리 매뉴얼에서 정한 배수지의 표준 체류시간 범위 내에서 배수지가 운영되도록 연계 펌프의 인터록 모듈의 설정으로 배수지의 운영이 가능한 것을 특징으로 하는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템. - 제1항에 있어서,
배수지와 연계 운영되는 펌프가 인버터 제어로 회전수에 의한 송수량의 가감이 가능한 펌프를 운영하는 경우 상기 시스템의 서버에서 산출된 적정송수량을 PID CONTROLLER에 의한 송수량으로 설정하여 24시간 균등송수하는 것을 특징으로 하는 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템.
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| KR1020160123819A KR101714379B1 (ko) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | 송수펌프를 이용한 가압장의 전력요금 절감 시스템 |
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|---|---|---|---|
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| KR (1) | KR101714379B1 (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2019109861A (ja) * | 2017-12-20 | 2019-07-04 | 株式会社東芝 | 運転計画支援装置、運転計画支援方法及びコンピュータプログラム |
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