KR100492752B1

KR100492752B1 - 배수지 최적 운영 방법

Info

Publication number: KR100492752B1
Application number: KR10-1999-0004246A
Authority: KR
Inventors: 남의석
Original assignee: 엘에스산전 주식회사
Priority date: 1999-02-08
Filing date: 1999-02-08
Publication date: 2005-06-07
Also published as: KR20000055568A

Abstract

본 발명은 배수지 최적 운영 방법에 관한 것으로, 종래의 방법에 있어서는 단순히 수위 안정화에 기초한 운전이기 때문에 펌프 사용에 따른 전력 요금의 절감 효과는 기대할 수 없으며 배수지 유입변의 밸브 제어에 의해 유입량 변동이 발생하므로 상위 취수계통의 자동화된 운전 계획 수립이 어렵고, 또한 부분적인 고압에 의한 관파열 사고의 우려가 높은 문제점이 있었다. 따라서, 본 발명은 용수 수요가 적고, 요금이 싼 심야 시간대에는 배수지의 수위가 상한에서 유지되도록 펌프 운전 대수를 늘여 운전하면서도 원활한 용수 공급이 이루어지도록 유입량을 계획하고, 전력 요금이 비싼 주간 시간대에는 상기와 반대로 운전함으로써 경제적인 운전이 되도록 하고, 배수지 유입량 계획치가 배수량 예측치, 배수지 수위, 전력비에 따라 수립되게 하여 취수계통의 펌프 운전 계획 수립이 용이하고 취수계통 자동화가 용이한 효과가 있다.

Description

배수지 최적 운영 방법{OPTIMUM OPERATING METHOD FOR DISTRIBUTION WELL}

본 발명은 상수도 시스템의 배수지 운영 방법에 관한 것으로, 특히 경제적인 배수지 운용이 되기 위하여 배수지의 수위, 유출량 예측치, 시간대별 전력요금을 고려하여 배수지 유입량을 게획할 수 있도록 하는 배수지 최적 운영 방법에 관한 것이다.

오늘날 산업의 급속한 발달과 도시 인구의 증가, 도시화의 확대, 생활수준의 향상, 공업 입지의 확대 등으로 용수수요는 계속 증가하는 반면 수원의 고갈, 수질 오염 등의 확대 등으로 인하여 기존의 수원을 안정된 취수원으로 운용하기가 어렵다.

또한 최근 2∼3년간의 경험한 가뭄은 농업용수 뿐 아니라 일상생활에 가장 중요한 요소가 되는 생활용수의 공급에 상당한 어려움을 주게 되어 격일제 급수, 급수차를 동원한 급수 등 비상수단에 의한 생활용수 공급의 사례가 빈번하게 되었다.

이를 위하여 광역 상수도 체계가 점차 확대되고 있으나, 이에 대한 통합적 계획이나 운영이 이루어지지 않을 경우 과대한 시설 낭비 뿐 아니라 소비자인 지방자치 단체간 또는 대규모 공장간에 용수공급상에 공평성 유지도 문제점으로 제기된다.

따라서, 이러한 용수 부족 상태에 대한 해결책은 장래 용수수요 예측에 의한 적정 규모의 추가 상수도 시설의 조기 신설과 정확한 용수수요 예측에 의한 공급량을 지방 자치 단체별 및 시간대별로 적절히 조절하는 체제가 시급히 요구된다.

펌프와 배수지만으로 구성된 취수설비의 운영에 있어서 펌프가동의 경제적 운영은 주어진 시간내에 수용가의 요구량만으로 결정되는 반면, 취수원과 연계된 운영에 있어서는 유입량 및 수요량을 함께 고려하여야 한다.

이러한 경우 취수설비의 운영계획수립은 배수지의 수위, 유출량 예측치, 시간대별 전력요금을 고려하여 배수지 유입량을 계획하는 문제로 정식화 된다.

그러나 기존의 배수지 운영은 단순히 배수지의 유입량 평활화 및 안전된 수위 유지가 기본을 이룬다.

즉, 펌프 가동율이나 가동 대수의 조절은 고려하지 않고 단지 배수지의 수위가 운영 상하한을 벗어나지 않고 일정 수위를 유지하도록 유입량을 계획하는 것으로 주로 배수지 유입단의 밸브 제어에 의해 이루어진다.

종래의 배수지 유입량 계획은 배수지 수위 안정화를 기본으로 각 배수지별로 예측된 배수량에서 사전에 배수지 수위의 운영폭(상하한)을 결정하고 시시각각으로 변하는 배수량에 따라 유입량 변동을 최소화 하여 배수지 운용폭의 범위내에서 자동적 제어가 가능하도록 계획이 수립되도록 한다.

시각 t에서의 배수지 수위는 도1과 같은 경우에 대해 다음 수학식 1과 같이 계산된다.

여기서, 는 시간 t에서의 수위,

는 시간 t-1에서의 수위,

는 시간 t=0에서의 유입량,

는 시간 t에서의 측정 예측치,

S는 배수지 단면적을 나타낸다.

유입량 계획치가 하한 이하로 추정되는 경우의 유입량 계획치는 다음 수학식 2와 같이 계산된다.

여기서, 는 시간 t에서의 유입량 계획치,

는 시간 t=0에서의 유입량,

은 배수지 운용 하한 수위,

은 배수지 예측 최저 수위,

S는 배수지 단면적,

T는 유입량 변경 시간부터 익일 t=0까지의 시간 수를 나타낸다.

도2는 예측 수위가 이하인 경우 유입량 변경에 관한 것을 보여준다.

유입량 계획치가 상한을 초과할 것으로 추정되는 경우의 유입량 계획치는 다음 수학식 3과 같이 계산된다.

여기서, 는 시간 t에서의 유입량 계획치,

는 시간 t=0에서의 유입량,

은 배수지 운용 하한 수위,

은 배수지 예측 최고 수위,

S는 배수지 단면적,

도3은 예측 수위가 이상인 경우 유입량 변경에 관한 것을 보여준다.

그러나, 상기 종래의 방법에 있어서는 단순히 수위 안정화에 기초한 운전이기 때문에 펌프 사용에 따른 전력 요금의 절감 효과는 기대할 수 없으며 배수지 유입변의 밸브 제어에 의해 유입량 변동이 발생하므로 상위 취수계통의 자동화된 운전 계획 수립이 어렵고, 또한 부분적인 고압에 의한 관파열 사고의 우려가 높은 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로, 용수 수요가 적고, 요금이 싼 심야 시간대에는 배수지의 수위가 상한에서 유지되도록 펌프 운전 대수를 늘여 운전하면서도 원활한 용수 공급이 이루어지도록 유입량을 계획하고, 전력 요금이 비싼 주간 시간대에는 상기와 반대로 운전함으로써 경제적인 운전이 되도록 하고, 배수지 유입량 계획치가 배수량 예측치, 배수지 수위, 전력비에 따라 수립되게 하여 취수계통의 펌프 운전 계획 수립이 용이하고 취수계통 자동화가 용이한 배수지 최적 운영 방법을 제공 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전력 사용 요금이 저가인 심야 시간대에는 배수지 수위가 운용 상한에 위치하도록 배수지 유입량을 계획하고, 전력 사용 요금이 고가인 주간 시간대에는 배수지 수위가 운용 하한에서 운용되도록 시간대별로 전력 사용 요금과 배수지 수위를 고려하여 배수지 유입량을 계획하도록 함으로써 달성되는 것으로, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 배수지 유효 저수 용량을 충분히 활용함으로써 전력비를 감축할 수 있는 배수지 유입량 계획을 목적으로 한다. 즉, 시간대별(심야, 주간, 저녁)전력 비용과 배수지 수위를 고려하여 시간별 배수지 유입량을 계획한다.

전력 요금이 저가인 심야 시간대에는 배수지 수위가 운용 상한에 위치하도록 하고, 전력 요금이 고가인 주간 시간대에는 배수지 수위가 운용 하한에서 운용되도록 시간별 유입량 계획치를 작성한다.

일단, 다음 수학식 4와 같이 시간대별 배수량 예측치의 평균값을 구하고, 도4를 참조하여 수학식 5∼수학식 8과 같이 경제적 배수지 운용을 위한 배수지 운용 여유 변화분과 시간대별(심야, 주간, 저녁)배수량 평균값을 이용하여 시간대별 유입량 계획치를 구하게 된다.

여기서, S={심야, 주간, 저녁},

는 k배수지의 S시간대의 배수량 예측치 평균,

는 k배수지의 시간 t에서의 예측치,

는 S시간대의 시작 시간,

n은 S시간대 끝시간을 나타낸다.

다음, 심야 시간대의 유입량 계획치는 다음 수학식 5와 같이 계산된다.

여기서, 는 k배수지의 심야 시간대의 유입량 계획치,

는 k배수지의 심야 시간대의 배수량 예측치 평균,

는 시간대별 시간 간격으로 심야=8, 주간=10, 저녁=4이다.

는 k배수지의 시간대별 운용 수위,

는 k배수지의 현재 수위,

는 k배수지의 단면적을 나타낸다.

주간 및 저녁 시간대의 유입량은 주간과 저녁을 같은 시간대로 간주하여 를 계산하고, 전력 요금에 반비례하여 를 주간과 저녁 시간대로 나누어 수학식 6,7과 같이 계산한다.

여기서, 은 각각 주간 및 저녁 시간대의 전력 요금, 는 k배수지의 주간과 저녁 시간대를 합한 시간대의 운용 수위를 나타낸다.

그리고, 22시∼24시는 심야 시간대이지만 별도로 0시∼8시 까지의 심야 시간대의 시간 간격 비율을 적용하여 수학식 8과 같이 계산한다.

시간대별 유입량이 계획되면 현재시간부터 t시간 이후의 수위는 수학식 9에 의해 계산된다.

여기서, 는 k배수지의 시간 t에서의 예측 수위,

는 k배수지의 현재 수위,

는 k배수지의 현재 시간부터 t시간까지의 유입량 총합,

는 k배수지의 현재 시간부터 t시간까지의 유출량 총합,

는 k배수지의 단면적을 나타낸다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 배수지 최적 운영 방법은 용수 수요가 적고, 요금이 싼 심야 시간대에는 배수지의 수위가 상한에서 유지되도록 펌프 운전 대수를 늘여 운전하면서도 원활한 용수 공급이 이루어지도록 유입량을 계획하고, 전력 요금이 비싼 주간 시간대에는 상기와 반대로 운전함으로써 경제적인 운전이 되도록 하고, 배수지 유입량 계획치가 배수량 예측치, 배수지 수위, 전력비에 따라 수립되게 하여 취수계통의 펌프 운전 계획 수립이 용이하고 취수계통 자동화가 용이한 효과가 있다.

도1은 일반적인 배수지의 구성도.

도2는 예측 수위가 LWL이하인 경우 유입량 변경을 보인 그래프도.

도3은 예측 수위가 이상인 경우 유입량 변경을 보인 그래프도.

도4는 각 시간대에 따른 배수지 유입량 계획도.

Claims

전력 사용 요금이 저가인 심야 시간대에는 배수지 수위가 운용 상한에 위치하도록 수학식1에 의해 배수지 유입량을 계획하는 단계와;

전력 사용 요금이 고가인 주간 및 저녁 시간대에는 배수지 수위가 운용 하한에서 운용되도록 시간대별로 전력 사용 요금과 배수지 수위를 고려하여, 수학식2에 의해 배수지 유입량을 계획하는 단계와;

상기 심야 시간대와는 별도로 22시부터 24시까지 시간대의 배수지 유입량을 수학식 3에 의해 계획하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배수지 최적 운영 방법.

(수학식 1)

여기서, 는 k배수지의 심야 시간대의 유입량 계획치,

는 k배수지의 심야 시간대의 배수량 예측치 평균,

는 시간대별 시간 간격으로 심야=8, 주간=10, 저녁=4이다.

는 k배수지의 시간대별 운용 수위,

는 k배수지의 현재 수위,

는 k배수지의 단면적.

(수학식 2)

여기서, 은 각각 주간 및 저녁 시간대의 전력 요금,

는 k배수지의 주간과 저녁 시간대를 합한 시간대의 운용 수위.

(수학식 3)
삭제
삭제
삭제