• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2017

상수관망을 통한 용수 공급에서는 송수펌프, 배수지 등의 수리 시설물이 중요한 역할을 수행한다. 우리나라의 송 배수 방식은 송수펌프를 통해 고지대의 배수지에 물을 확보하고, 이를 자연유하 방식으로 공급하는 것이 일반적이며, 따라서 송 배수시스템의 운영이란 송수펌프의 가동과 그에 따른 배수지의 수위 현황을 관리하는 것을 의미한다. 이 때, 펌프의 가동을 위한 전력소모에 많은 비용이 발생되므로 효율적인 펌프 운영을 위한 최적화 연구의 필요성이 제기되었다. 기존 연구를 통해 송 배수시스템의 운영을 모의하고, 펌프 가동비용을 최소화 하는 실시간 최적 펌프운영 모형이 개발되었으나, 미리 결정된 펌프와 배수지를 바탕으로 송 배수시스템을 모의하기 때문에 계획 및 설계 단계에서 이를 활용할 수 없는 한계점이 존재하였다. 본 연구에서는 최적화 알고리즘 중 하나인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 사용하여, 실시간 펌프운영뿐만 아니라 송수펌프와 배수지의 효율적인 용량을 제시할 수 있는 최적화 모형을 개발하였다. 특히, 개발 모형은 펌프와 배수지의 설계/운영 시, 국내 설계기준, 시설물 비용, 시간별 전력단가 등을 제약조건으로 고려하여 현실적인 결과를 도출할 수 있도록 개발되었다. 본 연구는 실제 운영 중인 S시의 광역상수도 시스템을 바탕으로 개발 모형을 적용하였으며, 또한 송 배수시스템의 계획 및 관리에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2015년도 학술발표회
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• pp.158-158
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• 2015

대부분의 대규모 배수지는 고지대에 위치함으로써 자연유하를 통해 배, 급수지역으로 용수를 공급한다. 이를 위해 배수지 전단에는 가압장이 위치하여 정수장에서 처리된 용수를 고지대에 위치한 배수지로 송수한다. 이때 가압장에서 발생하는 전력소비량이 매우 높은 것으로 알려져 있으며, 효율적인 펌프운영을 통해 상당한 전력비용 절감이 가능할 것으로 판단된다. 일반적인 가압장의 운영은 시스템 운영자의 경험을 토대로 해당 가압장에 연결된 배수지의 수위에 따라 펌프의 작동여부를 결정하는 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 운영방법은 용수공급의 안전성을 우선시함으로써 배수지의 수위를 일정하게 유지하고자 빈번하게 펌프를 작동하게 되고 따라서 가압장에서 소모되는 전력량이 커서 운영효율 측면에서는 바람직하지 않다고 할 수 있다. 또한 빈번한 펌프의 작동으로 인해 펌프의 수명이 단축될 뿐만 아니라, 배수지내 용수의 수질저하 문제도 발생할 수 있다. 본 연구에서는 효율적인 펌프장 운영을 위해 급수지역의 24시간 용수사용량을 예측하고, 그에 따른 펌프장의 가압 유량 및 양정을 파악하여 적정용량의 펌프를 선정하고 운영함으로써 펌프의 운영비용의 최소화 및 안정적인 용수공급을 동시에 달성하고자 한다. 이를 위해, 실시간 최적화 모형을 개발하였다. 개발된 최적화 모형은 상수관망해석 프로그램(EPAENT)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 운영상황을 모의하였다. 최적화 기법으로는 유전자알고리즘을 사용하였으며, 실제 시스템의 운영상황를 반영하기 위한 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하였다. 개발된 모형은 정속펌프(혹은 On/Off 펌프) 뿐만 아니라, 최근 실무에서 널리 사용되고 있는 변속펌프(variable speed pump)를 추가적으로 고려하였다. 개발된 모형은 국내에서 실제 운영되고 있는 송, 배수 시스템에 적용하여 모형의 실무 적용가능성을 검증하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2016년도 학술발표회
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• pp.185-185
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• 2016

일반적인 송 배수시스템의 운영은 지대가 높은 곳에 위치한 배수지(tank)에 용수를 저장한 후, 자연유하에 의해 수요절점으로 용수를 공급한다. 이때 배수지에 용수를 송수하기 위한 펌프장 운영에서 많은 전기에너지가 소모된다. 일반적으로 송수펌프의 운영은 다년간의 운영자료를 기반으로 운영자의 판단에 의해 이루어지거나, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)시스템을 통해 관측되는 배수지 수위를 기준으로 펌프 작동여부를 결정하고 있다. 본 연구에서는 이러한 기존 펌프운영방법을 개선하고 좀 더 효율적인 운영방법을 모색하기 위해 실시간 송수펌프 최적운영 모형을 개발하였다. 최적화 기법으로는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 사용하였으며, 다양한 제약조건(operational constraints)을 적용하고 급수지역의 24시간 용수사용량을 미리 예측하여 실제 시스템의 운영형태와 근접하게 반영하였다. 또한 최적화 과정에서 상수관망해석 프로그램(EPANET)을 연계하여 수요절점의 수압조건 및 시스템의 운영상황을 모의하였다. 개발된 모형을 국내 P시의 광역상수도 시스템에 실제 적용하였으며, 현장 실시간 운영 데이터를 입수하여 전력사용량, 배수지수위, 이산화탄소 발생량 등을 비교, 분석하였다. 개발 모형을 이용하여 펌프운영을 실시하였을 경우, 기존의 운영방식과 비교하여 경제적/환경적으로 뚜렷한 개선 효과를 확인할 수 있었다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제52권5호
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• pp.373-380
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• 2019

본 연구에서는 상수도관망의 피해율 저감을 위한 최적의 펌프운영기법을 제안하였다. 펌프운영시스템은 효과적인 펌프운영을 위하여 개발되었다. 이를 위해 펌프와 소통할 수 있는 압력센서가 상수도관망의 관말단부에 설치되었다. 펌프운영시스템은 관말단의 센서로 부터 수신된 데이터를 통하여 펌프를 제어하게 된다. 따라서 펌프운영시스템은 관말단부에 충분한 유량을 전달할 수 있는 압력을 유지할 수 있고 불필요한 압력을 줄일 수 있다. 펌프운영시스템의 효과를 입증하기 위해 신뢰성해석모형이 사용되었고 기존의 펌프운영시스템과 새로운 펌프운영시스템의 운영결과를 통하여 상수도관의 파괴확률을 정량적으로 비교하였다. 이를 위해서 부정류해석을 수행하였고 그 결과는 파괴확률을 산정하는데 사용되었다. 그 결과, 새로 제시된 펌프운영시스템은 상수도관의 파괴확률을 현저히 낮출 수 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국방재학회 논문집
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• 제10권3호
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• pp.155-165
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• 2010

도시 저지대에는 원활한 우수배제 및 내수침수의 방지를 위하여 빗물펌프장이 설치되어 있다. 특히 인구가 과밀화 되어있고 도시화가 완전히 진행된 서울시의 경우 빗물펌프장의 효율적인 운영을 위하여 자동운영시스템이 설치되어 있다. 그러나 현재 자동운영시스템은 유수지의 수위가 일정수위에 도달해야 순차적으로 펌프가 작동하게 되어 있어, 집중 호우 시 효과적인 펌프의 운영이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 전환돈 등(2007)에 의해 제안된 실시간 빗물펌프장 운영시스템을 개선하고 서울시 가산 1 빗물펌프장에 적용하였다. 다양한 확률호우사상에 대하여 본 연구에서 제안된 시스템과 현재 자동운영시스템에 의한 펌프장 운영을 비교한 결과, 유수지의 최대수위가 10-70 cm 저감되는 것으로 나타났으며, 상류유역의 월류량은 약 50% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 제안된 시스템을 설치함으로 얻을 수 있는 치수방지효과를 경제적 지표로 나타내었다. 펌프를 증설하여 동일한 효과를 얻기 위해서는 약 49억원의 펌프증설비용이 소요되는 것으로 나타났으며, 우수저류시설을 설치할 경우에는 3.2~6.9억원의 예산이 필요한 것으로 나타났다. 본 연구를 통하여 설치된 빗물펌프장 운영 프로그램은 기존의 빗물펌프장을 더욱 효율적으로 사용하여 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며, 빗물펌프장 증설이나 우수저류시설을 설치하는 것 보다 저렴하게 도시유역의 치수안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제40권11호
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• pp.877-886
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• 2007

일반적인 도시 내배수시스템은 시설물과 운영방법으로 구분된다. 시설물은 관거, 수문, 배수펌프장 등으로 구성되며 운영방법은 펌프 및 수문운영으로 구성된다. 이러한 내배수시스템에서 유역의 유출 및 펌프 운영을 실시간으로 모의하고 배수효과를 고려할 수 있는 운영 모형은 펌프를 효과적으로 운영하기 위하여 필요하며, 이러한 실시간 운영 모형을 통하여 도시유역의 침수 위험을 감소시키기 위한 효율적인 펌프 운영 기법의 개발이 가능하다. 본 연구에서는 SWMM 5.0 DLL과 Excel을 포함한 Visual Basic 6.0을 연계하여 실시간 운영 모형을 개발하였다. 또한, 효율적인 펌프 운영을 위한 두 개의 펌프 운영 기법을 제안하였다. 첫째는 각 맨홀의 수위를 통하여 현재 상황을 고려한 펌프의 운영이며, 둘째는 실시간으로 운영되는 각 시간단위별 유입량 전량을 배제하는 기법이다. 제안된 두 개의 기법은 현재의 펌프장 운영 기법인 유수지 수위에 따른 펌프 운영을 모의한 결과와 비교하였으며 개발된 모형은 중곡배수분구에 적용되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2019년도 학술발표회
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• pp.200-200
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• 2019

본 연구에서는 실제 가압장 및 가압장후단부의 상수도관망에 발생가능한 수충격해석을 수행하고 신뢰성해석을 수행하여 파괴확률을 정량적으로 산정하였다. 이를 위해 가압장의 펌프운영조건을 다르게 적용하였고 관말단부의 압력센서를 이용하여 토출압을 선택적으로 운영하면 수충격의 규모도 작아지고 파괴확률도 대폭 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 가압장의 토출압을 선택적으로 운영하기 위해서는 관말단부에 필수적으로 충분한 수압이 존재해야하며 이를 위해서 실시간 모니터링이 가능한 압력계를 설치하게 된다. 이 압력계로부터 수신되는 데이터를 통하여 펌프의 운영이 이루어지고 최소한의 에너지 사용을 통해 효율을 증대하고 피해율도 저감하게 된다. 본 연구에서 개발된 센서기반 펌프운영시스템이 적용된 실제 상수도관망은 현재 가압장의 운영조건으로 24시간 75m의 펌프 토출압을 유지하고 있으며 관말단부의 수용가에 충분한 수압이 전달되고 있다. 가압장의 고압유지는 관말단부에 충분한 수압을 전달하기 위한 것이지만 상수도관망에서 누수와 시설물에 대한 많은 피해를 유발할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 가압장의 펌프토출압을 75m와 60m로 선택적 운영을 할 수 있도록 프로그램을 개발하였다. 기존 가압장의 운영조건과 선택적 운영조건을 사용하여 수충격해석을 수행하였고 신뢰성해석모형을 사용하여 파괴확률을 정량적으로 산정할 수 있었다. 가압장의 운영조건을 최적화하여 효율은 증대하고 피해율을 저감할 수 있는 방법을 찾을 수 있었다. 이를 위해서 가압장의 인버터 설치는 물론이고 펌프의 최적운영을 위해 개발된 펌프운영 프로그램을 가압장 배전반에 장착하여 경제적인 운영이 될 수 있을 뿐만 아니라 실제 상수관망에서 과도한 수압으로 인해 발생할 수 있는 여러 가지 피해를 최소화할 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 본 연구에서는 기존의 펌프장 토출압으로 운영되었을 때와 비교하여 에너지 절감율을 정량적으로 산정하여 비교분석하였다. 가압장 후단의 작은 마을을 대상으로 하여 절감된 전기요금은 적은 양이라 할 수 있겠으나 개발된 시스템을 전국에 적용한다면 에너지 절감으로 인한 경제적 파급효과는 크다고 할 수 있다.

• 한국수자원학회논문집
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• 제51권12호
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• pp.1171-1180
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• 2018

국내 송 배수 시스템은 산지가 많은 지형적 특성을 이용하여 송수펌프를 통해 고지대에 위치한 배수지에 용수를 저장한 후, 급수구역으로 자연유하방식으로 배수하는 방식을 사용한다. 이 과정에서 송수펌프 운영에 많은 전기 에너지가 소모되며, 이는 전체 상수관망 시스템 운영에서 가장 큰 비중을 차지하는 것으로 알려져 있다. 송수펌프의 적정 용량과 운영방법은 하류단에 위치한 배수지의 크기에 영향을 받게 되므로 송, 배수 시스템의 경제적인 설계와 안정적인 운영을 위해서는 초기 시설물의 규모 결정 단계에서 송수펌프 및 배수지의 건설비용과 송수펌프의 장기간 운영비용을 함께 고려하는 것이 타당하다고 할 수 있다. 본 연구에서는 최적화 기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 활용하여 송수펌프와 배수지의 최적규모와 송수펌프의 운영스케줄링을 동시에 최적화 할 수 있는 모형을 개발하였다. 개발 모형은 국내에서 운영 중인 송 배수시스템에 적용하여 검증을 실시하였다. 본 연구는 송 배수시스템의 초기 설계에 있어 송수펌프와 배수지의 최적규모 산정에 도움을 줄 것으로 기대한다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2011년도 제42회 하계학술대회
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• pp.1171-1172
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• 2011

본 논문에서는 대형펌프장 펌프 소비동력을 절감하고 효율적인 펌프설비 운영을 하기위하여 펌프설비의 설계용량 보다 저유량을 공급시에 현재의 밸브 교축운전으로 인한 강제유량조절 운영방식과 펌프의 회전수를 낮추고 밸브에 발생되는 손실수두룰 최소화 할 수 있는 인버터시스템 운영방식을 비교하여 에너지절감 및 효율적인 운영방법을 연구분석 하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2004년도 학술발표회
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• pp.1316-1320
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• 2004

생활수준의 향상과 기술발전에 따라 상수도 관망시스템에 관할 관점 또한 기존의 설계 및 해석의 개념에서 안정적이고 효율적인 용수공급 운영의 측면으로 변화하고 있다. 본 연구에 서는 상수도 시스템을 효율적으로 운영하기 위한 방법을 관망운영의 측면에서 모색하였으며, 수도권 광역상수도를 대상으로 하여 시범 적용하였다. 본 연구는 현재 시점에서 안정적인 용수공급이 가능한 가능최소 에너지 비용을 구하는 것이 목적이다 용수수요량의 변화 등 운영여건이 바뀌게 되면, 수리적 안정성이 확보되는 범위내에서 가능한 최적의 펌프운영패턴을 도출하였다. 현재 용수공급량 변동시 또는 연계운영 방법의 변경시와 같은 운영여건 변동에 따른 경제적운영 방안 등에 대한 연구가 미비하여 가장 최적의 운영방안 도출이 어려운 실정이므로, 본 연구를 통하여 연계운영에 최적화 기법의 적용 및 운영방안의 도출을 수행하였다. 운영여건의 변경시 펌프장 등에서의 전력원단위 변화 등 각 단계별 수도시설의 종합적 고려를 통한 경제적 운영방안을 검토할 수 있는 상수관망 최적운영모형의 실제 탑재 모델을 개발하였으며, 이를 기반으로 하여 실제 현장에서 담당자가 쉽게 사용할 수 있는 사용자 편의 환경을 개발하였다.