KR20110008890A - 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치 - Google Patents

통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 상수, 하수, 도시 가스, 전력, 폐기물 처리 서비스를 공급하는 통합 유틸리티 시설에 있어서 실시간 수요 데이터에 기반하여 생산 시설과 저장 시설들을 제어하여 실시간으로 공급해야 하는 전력 생산의 최대 전력 부하를 저감시키고 효율적으로 에너지를 사용할 수 있도록 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치에 관한 것이다.
Figure P1020090066442
통합 유틸리티, 전력, 가스, 상수도, 냉난방, 폐기물, 하수, 통합운영, 환경

Description

통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치{Multi operation apparatus for the multi utility complex}
본 발명은 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 상수, 하수, 도시 가스, 전력, 폐기물 처리 서비스를 공급하는 통합 유틸리티 시설에 있어서 실시간 수요 데이터에 기반하여 생산 시설과 저장 시설들을 제어하여 실시간으로 공급해야 하는 전력 생산의 최대 전력 부하를 저감시키고 효율적으로 에너지를 사용할 수 있도록 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치에 관한 것이다.
기존의 도시 내 상수, 하수, 도시 가스, 전력, 폐기물 처리 서비스 등 환경 및 에너지 관련 유틸리티 서비스는 모든 도시에 반드시 포함되는 필수불가결한 요소임에도 불구하고 개별적인 관점에서 구축되고 운영이 되고 있다.
이는 발전기, 보일러 및 냉각기와 같이 다른 유틸리티 시설과 공유될 수 있는 설비의 중복적인 투자를 야기하고, 도시에서 제공하는 유틸리티 서비스의 전반 적인 효율성을 저하시키는 문제를 발생시키고 있다.
현재 유사한 사업 별로 부분적으로 통합되어 운영되는 유틸리티는 있으나, 주요 기술 개발이 개별 유틸리티의 생산 또는 처리 시설의 고도화 및 효율성에 집중되고 있어서, 부분적인 최적화는 가능하나 전체적인 관점에서 오히려 효율성이 저하되는 현상이 발생한다.
특히 유틸리티 시설은 에너지 다소비 시설이라, 각자의 생산 또는 처리 스케쥴 하에 동시에 운영하게 되면 도시 단위에서의 전력 소비가 급증하게 되어 추가적인 발전 설비의 증설이 필요하게 되고, 도시 내 발전 시설은 이러한 유틸리티 시설의 최대 전력을 고려하여 불필요한 에너지 소비를 감수하여야 한다.
각각의 유틸리티 시설은 자체 시설을 운영하기 위하여 다른 유틸리티 시설에서 생산하는 전력, 물, 열, 하수 처리 또는 폐기물 처리가 필요하다. 즉, 다음의 표와 같이 유틸리티 시설 간의 생산과 공급은 유기적으로 연결되어 있음에도 불구하고, 현재는 이러한 정보가 실시간으로 전달되지 않아 각 공급시설에서는 전체 수요의 최대 전력을 고려하여 생산하게 된다.
생산품 부산품 필요 주요 유틸리티
전력 전력 열 전력, 도시가스, 물
도시 가스 도시 가스 없음 전력
정수 정수 슬러지 전력
냉/난방 열 없음 전력, 도시가스, 물
폐기물처리 폐기물 처리 열, 전력 전력, 도시가스
하수처리 하수 처리 슬러지 전력
이러한 유틸리티 시설은 다음의 표와 같이 생산 단계와 저장 단계, 그리고 공급단계로 구성이 되어 있으며, 각각의 단계에서 수집되는 정보를 유기적으로 공유하여 저장시설이 없는 전력을 위주로 최적화 한다면, 도시 차원에서의 최적의 에너지 효율적인 유틸리티 서비스 제공을 기대할 수 있다.
생산(처리) 시설 저장 시설 공급 시설
전력 발전소 없음 배전소
도시 가스 없음 가스 탱크 정압기
정수 정수 처리 시설 정수지/배수지 펌프
냉/난방 보일러/ 냉각기 축열조 펌프
폐기물처리 소각, 매립 등 폐기물 집하장 운송 시설
하수처리 하수 처리 시설 유량조정조 펌프
본 발명의 목적은 생산 시설과 저장시설 등을 일정 구역 내 단일 시설물로 건설하고 운영하여, 이로부터 생산된 생산품과 부산품을 도시에 공급하고, 도시 내에서 발생한 쓰레기, 하수를 회수하여 폐기물 처리, 하수처리 시설에서 처리하고 자원화 하며, 도시 내 실시간 수요 데이터에 기반하여 다양한 유틸리티 생산 처리 시설과 저장 시설을 제어하여 최적의 생산 스케쥴을 동적으로 제공함으로써 통합 유틸리티 시설의 안정적이고 효율적인 운용을 지원할 수 있도록 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 환경과 에너지 관련 생산 시설과 저장시설과 공급시설이 통합된 통합 유틸리티 시설의 시설 용량 설계시 산정된 수요 패턴을 실시간 수요 데이터를 수집하여 보정하여 보정된 수요 패턴을 생성하는 출력하는 수요 예측부; 상기 수요 예측부에서 예측된 수요 패턴에 따라 환경과 에너지 관련 시설의 설계 정보를 기반으로 수요 패턴을 만족하는 생산 스케쥴을 계획하여 제공하는 생산 계획부; 상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴을 친환경성, 경제성, 타당성을 고려하여 최적화하여 출력하는 동적 공급관리부; 생산 시설을 모니터링하고 제어하는 생산 관제부; 저장시설과 공급시설을 모니터링하고 제어하는 공급관리부; 및 상기 동적 공급관리부에서 제공되는 최적화된 생산 스케 쥴에 따라 생산 시설과 저장시설 그리고 공급시설에 대하여 생산 관제부와 공급관리부에 작업을 지시하여 제어하도록 하는 공정관리부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 생산 시설은 전력 생산 시설과, 정수 처리 시설과, 하수 처리시설과 지역 난방 시설, 지역 냉방 시설, 폐기물 처리 시설을 포함하며, 상기 공급시설은 전력 공급시설을 포함하며, 상기 저장시설은 정수지, 하수저장소, 폐기물 집하시설을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 수요 예측부는 실시간 수요 데이터를 수용가에 설치된 지능형 양방향 계량기를 통하여 통신망을 사용하여 수집하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 통합 유틸리티 시설과 관련된 환경 지표를 계산하여 제공하는 환경-인덱스 관리부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 환경-인덱스 관리부가 제공하는 환경-인덱스에는 에너지 수요 인덱스, 에너지 효율성 인덱스, 대기 오염 인덱스, 수질 오염 인덱스, 탄소배출 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 동적 공급 관리부는 상기 환경-인덱스 관리부로 상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴에 대한 친환경성 평가를 요청하여 예측된 환경-인덱스를 전송받아 친환경성을 평가하는 것을 특징으로 하며, 상기 환경-인덱스 관리부는 상기 동적 공급 관리부에서 생산 스케쥴에 대한 친환경성 평가가 요청된 경우에 환경-인덱스를 예측하여 예측된 환경-인덱스를 상기 동적 공급 관리부로 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 통합 유틸리티 시설의 운영에 소요되는 원가를 산출하여 제공하는 원가 관리부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 동적 공급 관리부는 상기 원가 관리부로 상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴에 대한 원가 비용을 요청하여, 예측된 원가 비용을 전송받아 경제성을 평가하는 것을 특징으로 하며, 상기 원가 관리부는 원가 예측 모델을 사용하여 생산 스케쥴에 따라 예상되는 원가 비용을 산출하여 상기 동적 공급 관리부로 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 동적 공급 관리부는 생산 스케쥴에 따른 전력 총부하량을 산출하여 공급 가능 범위내인지를 판정하여 타당성을 판정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 동적 공급 관리부는 타당성의 판정 결과, 전력 총부하량이 공급 가능 범위 이상인 시간대가 존재하는 경우에 상기 환경과 에너지 관련 생산 시설을 전력 총부하량이 공급 가능 범위 이상인 시간외에 가동량을 증가시키고 공급 가능 범위 이상인 시간대에는 가동량을 감소되도록 생산 스케쥴을 조정하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 다양한 유틸리티의 생산 시설과 저장 시설을 실시간으로 제어하여 도시 내의 유틸리티 수요를 가장 저렴한 비용과 가장 친환경적인 방법으로 만족시킴으로써, 도시 내의 삶의 질을 향상시키고 도시 경쟁력을 제 고시킬 수 있는 효과가 있다.
즉, 본 발명에 따르면, 실시간 유틸리티 수요를 용이하게 만족시킴으로 안정적인 서비스를 제공하고 고품질의 서비스를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 전력 수요 최대값을 제어할 수 있어 추가 발전시설 구축에 필요한 비용을 절감할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 생산시설 운영에 필요한 자체 유틸리티 수요를 내부에서 충족시키고, 개별적으로 운전시 버려질 수 있는 폐열, 폐수의 자원화를 통한 운영비 절감을 가져올 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저장 시설 효율을 최적함으로써 저장에 소비되는 전력 등 운영 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 환경 지표 중의 하나인 탄소 배출을 실시간으로 시뮬레이션을 하여 향후 기후협약에 따른 탄소 배출 거래권 획득을 위한 인증을 보다 용이하게 할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이제, 도 1 이하의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명이 적용되는 통합 유틸리티 시설의 조감도로서, 통합 유틸리티 시설은 도시 가스 기반시설(City Gas Substation)(10)과, 전력 공급 시설(Power substation)(20)과, 전력 생산 시설(Peak Power Generation)(30)과, 지역 난방 냉 방 시설(District Heat/Cooling)(40)(지역 난방 시설과 지역 냉방 시설로 분리하여 설치되는 것을 포함함)과, 폐기물 처리 시설(Waste Treatement)(50)과, 정수 하수 처리 시설(Water Treatment)(60)(정수 처리 시설과 하수 처리 시설로 분리하여 설치되는 것을 포함함)을 포함하고 있다.
도시 가스 기반시설(10)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역에 내에 위치하고 가스 탱크에 저장된 가스를 지역 난방 냉방 시설(40)이나 수용가에 제공한다.
이와 같은 도시 가스 기반시설(10)은 가스를 직접 생산하는 시설이 아니기 때문에 생산시설은 아니나, 가스 탱크에 저장된 가스를 도시의 수용가에 제공하는데 많은 전력이 소모되고 있어 통합 유틸리티 시설에 포함되도록 하였다.
또한, 도시 가스 기반시설(10)은 지역 난방 냉방 시설(40)에 근접하게 설치하게 되면 가스 수송에 필요한 파이프라인등의 설치 비용을 절감할 수 있어 통합 유틸리티 시설에 포함되도록 하였다.
그리고, 전력 공급 시설(20)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역에 내에 위치하며, 전력 생산 시설(30)에서 생산된 전력을 가스 기반 시설(10), 지역 난방 냉방 시설(40), 폐기물 처리 시설(50), 정수 하수 처리 시설(60), 수용가 등에 제공한다.
이러한 전력 공급 시설(20)은 전력 생산 시설(30)에서 생산된 전력을 제공하는 것으로, 직접 생산하는 시설이 아니기 때문에 생산 시설은 아니다.
하지만, 전력 공급 시설(20)은 전력을 지역 난방 냉방 시설(40), 폐기물 처리 시설(50), 정수 하수 처리 시설(60) 등에 공급하는데 용이하고, 또한 폐기물 처 리 시설(50)에서 생산되는 전력을 수집하여 수용가 등에 배분하는데 유리하기 때문에 통합 유틸리티 시설에 포함되도록 하였다.
다음으로, 전력 생산 시설(30)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역에 내에 위치하며, 전력을 생산하여 제공하는 생산 시설로, 원자력 또는 대형 화력 발전소가 아닌, 도시 단위에 적용 가능한 열병합 발전소가 바람직하다.
이러한, 전력 생산 시설(30)은 전력 생산 과정에서 발생되는 폐열을 지역 난방 냉방 시설(40)로 제공하고, 폐수를 정수 처리 시설(60)로 제공하여 정수 하수 처리 시설(60)에서 정수된 공정수를 제공받을 수 있기 때문에 통합 유틸리티 시설에 포함되도록 하였다.
이와 같은 전력 생산 시설(30)은 지역 난방 냉방 시설(40)이나 폐기물 처리 시설(50)에서 발생되는 폐열을 이용하여 발전을 할 수도 있다.
그리고, 지역 난방 냉방 시설(40)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역에 내에 위치하며, 전력 공급 시설(20)에서 제공되는 전력을 이용하여 수용가에 온수를 제공하거나 냉방을 제공한다.
여기에서, 지역 난방 냉방 시설(40)중에서 지역 냉방 시설의 경우 중앙 집중형 축열식 냉방설비로 운영되거나, 경우에 따라 온수만을 제공하고 각 수용가에서 온수 기반의 흡수식 냉동기를 설치 운영하여 냉방을 제공할 수 있도록 할 수 있다.
다음으로, 폐기물 처리 시설(50)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역 내에 위치하여 전기와 열을 생산할 수 있는 소각 방식과 플라즈마를 이용한 처리시설을 사용하여 폐기물을 처리하며, 소각 방식은 열 용융, 가스화, 일반 소각 모두 가능하다.
정수 하수 처리 시설(60)은 통합 유틸리티 시설 설치 지역내에 위치하며, 일반적인 정수처리, 하수처리 시설과 동일하다.
이러한 정수 하수 처리 시설(60)은 전력 공급 시설(30)이나 지역 난방 냉방 시설(40)이나 폐기물 처리 시설(50)에서 폐수를 공급받아 정수하여 공정수를 각 설비에 제공한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치(300)는 물리적 시설(100)과 접속되어 물리적 시설(100)을 모니터링하고 제어하며, 수용가(200)와 인터넷 등의 통신망을 통하여 접속하여 수용가(200)에 설치된 지능형 양방향 계량기(Smart meter)(210)로부터 실시간으로 전력 등의 사용 검침량을 전송받는다.
여기에서, 상기 물리적 시설(100)은 생산 시설(110), 저장 시설(120), 공급시설(130)로 구분된다.
물리적 시설(100)을 구성하는 상기 생산 시설(110)은 전력을 생산하기 위한 전력 생산 시설(30)과, 온수나 냉방을 제공하기 위한 지역 난방 냉방 시설(40)과, 폐기물을 처리학 위한 폐기물 처리 시설(50), 공정수 등을 제공하기 위한 정수 하수 처리 시설(60)을 포함한다. 각 시설은 광역 단위의 생산 시설이 아닌 도시 단위에서 적용 가능한 생산 시설이다.
다음으로, 저장시설(120)은 가스를 저장하기 위한 가스 탱크(11), 온수 등을 저장하기 위한 축열 시설(41), 폐기물을 저장하기 위한 폐기물 집하시설(51), 정수된 공정수 등을 저장하기 위한 정수지(61), 하수를 저장하기 위한 하수 저장소(61)등을 구비하고 있다.
그리고, 공급시설(130)은 가스 탱크(21)에 저장된 가스를 공급하기 위한 도시 가스 기반 시설(10)과, 전력 생산 시설(30)에서 생산된 전력을 공급하기 위한 전력 공급 시설(20) 등으로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 물리적 시설(100)은 내부시설간에 전력, 가스, 폐수, 폐열, 공정수 등을 교환한다. 또한, 물리적 시설(100)은 수용가(200)에 전력, 가스, 상수도, 냉난방을 제공하고, 폐기물이나 하수등을 수집하여 처리한다.
이와 같은 물리적 시설(100)중에서 전력 생산 시설(30)은 전력을 저장을 할 수 없으며 바로 전력 공급 시설(20)을 통하여 생산된 전력을 수용가등에 공급한다.
그리고, 정수 처리 시설(60)은 은 통합 유틸리티 시설 내의 정수지(61)에서 1차적으로 저장을 하며, 도시 내 구역 별로 배수지에서 최종 저장되어 수용가(200)에 공급된다.
지역 난방 냉방 시설(40)의 경우에 축열 시설(41)을 이용하여 야간에 남는 잉여 전력으로 냉방열을 축열하였다가 낮 시간대 피크 수요를 충족할 수 있도록 운영하거나, 흡수식 냉동기 사용을 위해 수용가(200)에 온수만을 공급할 경우 온수를 수용가(200)인근의 별도 축열조에 저장하도록 할 수 있다.
폐기물 처리 시설(50)은 수용가에서 배출된 폐기물은 도시 지역 내의 구역 별 집하시설에서 1차 저장이 된 후, 통합 유틸리티 시설로 운반하여 시설 내 폐기 물 집하 시설(51)에 저장한 후에 처리한다.
하수 처리 시설(60)은 수용가에서 배출된 하수를 하수 관거를 통하여 하수 하수 저장소(61)에 저장하여 하수의 수질과 유량을 안정화 시킨다.
그리고, 하수 처리 시설(60)은 분뇨 등 유기성 하수의 경우, 구역 내 정화조에서 저장하여 1차적인 처리된 하수에서 유기성 슬러지를 주기적으로 수거하여 처리한다.
한편, 수용가(200)는 물리적 시설(100)에서 전력, 가스, 상수도, 냉난방 등을 공급받으며, 물리적 시설(100)에 폐기물, 하수 등을 공급하여 처리하도록 한다.
이와 같은 수용가(200)에는 각 유틸리티의 사용량을 실시간으로 측정할 수 있는 지능형 양방향 계량기(Smart Meter)(210)가 설치되어 있다.
지능형 양방향 계량기(210)는 유선 또는 무선으로 통합운영 장치(300)와 통신하여 각 유틸리티 별 현재 실시간 수요 정보를 송신한다.
전력, 정수, 냉난방, 도시가스의 경우 기존의 계량기에 유무선 통신 모듈이 추가된 지능형 양방향 계량기(210)를 사용한다.
폐기물의 경우, 폐기물 투입구가 폐기물 소각 시설에서 에너지원으로 사용될 수 있는 폐기물과 재활용 가능 폐기물, 그 외 기타 매립성 폐기물로 구분되어 각각의 배출량을 실시간으로 측정한다. 하수의 경우 일반 생활 하수와 분뇨를 구분하여 배출량을 측정한다.
한편, 통합 운영 장치(300)는 지능형 양방향 계량기(Smart Meter)(210)에서 수집된 실시간 수요 데이터를 기준으로 친환경성과 경제성을 고려하여 생산 시 설(110), 저장 시설(120), 공급 시설(130)을 제어하며, 수용가(200)에 효율적이고 안정적으로 유틸리티를 공급하는 역할을 담당한다.
이러한, 통합 운영 장치(300)는 수요 예측부(210), 생산 계획부(320), 환경-인덱스 관리부(330), 공정관리부(340), 생산 관제부(350), 공급관리부(360), 동적 생산 관리부(370), 원가 관리부(380)를 포함하고 있다.
이와 같은 통합 운영 장치(300)에 구비된 수요예측부(310)는 실시간 수요 데이터를 수집하여 수요 패턴을 생성한다.
이 경우에 운영 초기에는 수요 이력이 많지 않기 때문에, 시설 용량 설계 시 산정된 수요 패턴을 활용한다.
향후 충분한 수요 이력이 수요 이력 데이터베이스(315)에 쌓이게 되면, 각각의 유틸리티의 상관 관계와 계절, 시간대 별 추세를 분석하여 시설 용량 설계시 산정된 수요 패턴을 보정하여 1차 보정된 수요 패턴을 생성한다.
이러한 수요 패턴에 실시간 수요 데이터를 활용하여 다시 한번 보정하여 더욱 정교한 2차 보정된 수요 패턴을 생성하여 생산 계획부(320)에 제공한다.
다음으로, 생산 계획부(320)는 생산 처리 시설(110), 저장시설(120), 공급 시설(130)의 설계 정보를 기반으로 수요 패턴을 만족하는 생산 스케쥴을 제공한다.
이러한 생산 스케쥴은 수요 패턴에 기반하여 예상되는 수요를 만족할 수 있는 복수의 시나리오를 포함하며 또한 제약 조건으로 인하여 공정 상 유동성이 제한되는 주요 공정(critical path)을 분석하여 이를 제공한다.
특히, 열과 전력을 동시에 생산하는 열병합 발전의 특성에 맞추어 열 손실과 발전 손실을 최소화하며 발전 효율을 높일 수 있는 생산 스케쥴을 생산한다.
다음으로, 환경-인덱스 관리부(330)는 유틸리티 운영과 관련한 다양한 환경 관련 지표를 정의하고 이를 계산하여 친환경적인 유틸리티 시설 운영이 가능하도록 지원한다.
환경-인덱스 관리부(330)에서 제공하는 환경-인덱스(Eco-Index)는 크게 1) 에너지 수요 인덱스, 2) 에너지 효율성 인덱스, 3) 대기 오염 인덱스, 4) 수질 오염 인덱스, 5) 탄소 배출 인덱스 등 5가지 분류로 구분된다.
환경-인덱스 관리부(330)는 생산 시설(110), 저장 시설(120), 공급 시설(130)의 설계 정보와 지능형 양방향 계량기(210)에서 수집된 실시간 정보를 기반으로 생산 스케쥴을 평가하여 운영 시 예상되는 환경-인덱스를 동적 공급 관리부(370)에 제공하여 친환경적인 시설 관리가 가능하도록 한다.
또한, 환경-인덱스 관리부(330)는 지능형 양방향 계량기(210)에서 수집된 실시간 정보를 기반으로 현재 실제 실시간 환경-인덱스를 제공하여 친환경적인 시설 운영이 가능하도록 한다.
다음으로, 원가관리부(380)은 유틸리티 시설에 도입되는 ERP 시스템의 한 요소로 유틸리티 생산 및 시설 운영에 소요되는 원가를 계산한다.
본 발명에서는 이러한 기능 이외에 원가 예측 모델이 포함되어 주어진 생산 계획에 따른 예상되는 원가 비용을 시뮬레이션 하여 가장 경제적인 시설 운영이 가능하도록 한다.
특히, 환경-인덱스 관리부(330)에서 제공되는 친환경성 지표를 원가로 환산 하여 최적 생산 스케쥴 선택을 보다 직관적으로 수행할 수 있도록 지원한다.
그리고, 공정관리부(340)은 생산 계획을 받아서 생산관제부(350)과 공급 관리부(360)에 작업 지시를 한다.
공정관리부(360)는 작업 흐름(Workflow) 엔진을 포함하고 있으며 생산 시설(110)과, 저장 시설(120), 공급 시설(130)의 시설 정보 및 공정 정보를 활용하여 생산 계획을 만족하는 세부 일정으로 생성하고 작업 지시를 수행한다.
또한, 작업 지시에 따른 각 시설의 현황을 모니터링하며 환경오염 기준 초과 등의 문제 발생 시 작업을 중단하고 운영자에게 상황을 보고하여 적절한 조치를 수행하도록 한다.
다음으로, 생산관제부(350)는 전력, 정수, 지역 냉난방, 폐기물 처리, 하수 처리 등 5가지 개별 유틸리티 생산 시설(110)을 통제한다.
개별 유틸리티 생산 시설(110)은 고유한 분산 제어 시스템(Distributed Control System (DCS)), 또는 프로그램 논리 제어(Programmable Logic Controller (PLC))에 기반하여 통제 및 모니터링 된다.
생산관제부(350)는 이러한 개별 DCS/ PLC와 연계하여 공정관리부(340)에서 지시된 작업을 이행하고 처리 상황에서 발생되는 다양한 이벤트를 분석하여 문제 발생 여부를 판단한다.
공급관리부(360)는 도시가스, 정수, 지역 냉난방, 폐기물 처리, 하수 처리 등 5가지 개별 유틸리티의 저장 및 공급 시설(120, 130)을 통제한다.
개별 유틸리티 저장/공급 시설(120, 130)은 고유한 분산 제어 시스 템(Distributed Control System (DCS)), 또는 프로그램 논리 제어(Programmable Logic Controller (PLC))에 기반하여 통제 및 모니터링 된다.
공급관리부(360)은 이러한 개별 DCS/ PLC와 연계하여 공정관리부(340)에서 지시된 작업을 이행하고 처리 상황에서 발생되는 다양한 이벤트를 분석하여 문제 발생 여부를 판단한다.
한편, 동적 생산 관리부(Dynamic Supply Management System)(370)는 생산계획부(320)에서 제공한 예상되는 수요를 만족시키는 생산 스케쥴을 기반으로 친환경성, 경제성, 타당성을 평가하여 최적의 생산 스케쥴을 생성한다.
동적 생산 관리부(370)는 다음과 같은 프로세스로 동작한다.
1) 생산계획부(320)에서 생산 스케쥴을 입력 받는다.
여기에서 생산 스케쥴은 수요 예측 정보에 기반하여 6가지 유틸리티를 이용하여 생산하고 공급하는 계획을 포함한다.
이러한 계획은 위급 상황의 단기적인 계획과 장기적인 계획을 모두 포함하며, 동적 생산 관리부(370)에서는 장기적인 관점에서 생산/처리 공정을 최적화 한다.
2) 동적 생산 관리부(370)은 생산 스케쥴을 최적화하기 위하여 허용가능한 범위내에서 복수의 생산 스케쥴 대안을 마련하여 환경-인덱스 관리부(330)에 입력하여 각각의 스케쥴에 대한 친환경성을 평가한다.
3) 또한, 동적 생산 관리부(370)는 원가관리부(380)와 연계하여 친환경성에 대한 기회비용을 화폐가치로 환산하여 각각의 생산 스케쥴에 대한 경제성을 판단한 다(환경-인덱스 관리부(330)의 평가 결과 허용가능한 경우에 수행하면 효과적이다).
4) 또한, 동적 생산 관리부(370)은 현재 생산 시설 현황과 유틸리티의 저장 시설, 공급 시설의 현황을 반영하여 생산 스케쥴의 타당성을 평가한다.
일예로 도 3에 도시된 시간 대 총부하량(소요 전력) 그래프와 같은 생산 스케쥴의 경우에 도시된 바와 같이 24시부터 08시 사이에는 해칭(hatching)이 없는 그래프 영역에서 처럼 공급 가능한 전력량보다 훨씬 적은 양의 전력이 소요되어 문제가 없고, 19시부터 24시까지 또한 해칭이 없는 그래프 영역에서 처럼 공급 가능한 전력량보다 훨씬 적은 양의 전력이 소요되어 문제가 없다.
하지만, 08시 부터 19시 사이에는 검게 해칭된 그래프 영역에서 처럼 전력 부하량이 급등하면 공급 가능한 전력량보다 많게 되어 문제가 되며 이 경우에 동적 생산 관리부(370)는 타당성 평가에서 타당하지 않다고 평가한다.
이러한 전력 분포를 생성하는 요소로는 수용가에서 사용하는 전력이외에 도 4의 (a)에 도시된 정수 하수 처리 시설(60)에서 사용하는 소요 전력과, 도 4의 (b)에 도시된 폐기물 처리 시설(50)의 소각 시설에서 사용하는 소요 전력과, 도 4의 (c)에 도시된 폐기물 처리 시설(50)의 플라즈마 처리 시설에서 사용하는 소요 전력과, 도 4의 (d)에 도시된 지역 냉방 시설(40)에서 사용하는 소요 전력의 총합으로 표현된다.
한편, 이와 같이 하수 처리 시설(60)이나 폐기물 처리 시설(50)에서 사용되는 소요 전력은 심야시간을 이용하여 분산할 수 있으며, 그러한 분산예로 도 4의 (a)', (b)', (c)'에 도시되어 있는데, 이처럼 하수 처리 시설(60)과 폐기물 처리 시설(50)에서 사용되는 소요 전력을 분산하여 생산 스케쥴을 보정하면, 도 3에 도시된 바와 같이 공급 가능한 최대 전력 내에서 전력을 공급할 수 있게 된다.
도 3에서 보정된 스케쥴에 따른 부하량은 24시부터 08시 사이에는 헤칭이 있는 그래프 영역이 되며 보정 되지 않은 생산 스케쥴에 따른 것보다 증가되었지만 여전히 공급 가능한 전력량보다 훨씬 적어 문제가 없고, 8시 부터 19시 사이에는 헤칭되지 않은 그래프 영역이 되며 보정되지 않은 생산 스케쥴에 따른 것보다 감소되어 공급 가능한 전력량보다 적게 되어 문제가 해결되었으며, 19시부터 24시까지는 헤칭된 그래프 영역이 되며 보정되지 않은 생산 스케쥴보다 증가되었지만 여전히 공급 가능한 전력량보다 훨씬 적은 양의 전력이 소요되어 문제가 없다.
이처럼 동적 생산 관리부(370)는 타당성 분석을 통하여 공급 가능한 범위내에 총부하량이 있는지를 평가하고, 공급가능한 범위내에 총부하량이 없다면 내부 시설의 운용 시간을 심야시간등으로 변경하여 총 부하량이 공급가능한 범위내에 있도록 보정을 한다.
5) 동적 생산 관리부(370)은 생산 스케쥴의 친환경성과 경제성, 타당성을 고려하여 최적의 생산 스케쥴을 선정하고 이를 공정관리부(340)에 전달한다.
그러면, 공정관리부(340)는 생산 스케쥴에 따라 생산 관제부(350)과 공급 관리부(360)에 작업지시를 내려, 생산 관제부(350)가 생산 시설을 제어하도록 하고, 공급 관리부(360)가 저장시설과 공급 시설을 제어하도록 한다.
도 1은 본 발명이 적용되는 통합 유틸리티 시설의 조감도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 생산 계획부에 의해 산출된 생산 스케쥴시의 총부하량과 동적 생산 관리부에 의해 조정된 생산 스케쥴에 따른 시간 대 총부하량을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 생산 계획부에 의해 각 시설에 대하여 산출된 생산 스케쥴과 동적 생산 관리부에 의해 조정된 생산 스케쥴을 보여주는 시간 대 부하량 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 도시 가스 기반 시설 20 : 전력 공급 시설
30 : 전력 생산 시설 40 : 지역 난방 냉방 시설
50 : 폐기물 처리 시설 60 : 정수 하수 처리 시설
100 : 물리적 시설 110 : 생산 시설
120 : 저장 시설 130 : 공급 시설
200 : 수용가 210 : 지능형 양방향 계량기
300 : 통합 운영 장치 310 : 수요 예측부
320 : 생산 계획부 330 : 환경-인덱스 관리부
340 : 공정 관리부 350 : 생산 관제부
360 : 공급 관리부 370 : 동적 생산 관리부
380 : 원가 관리부

Claims (10)

  1. 환경과 에너지 관련 생산 시설과 저장시설과 공급시설이 통합된 통합 유틸리티 시설의 시설 용량 설계시 산정된 수요 패턴을 실시간 수요 데이터를 수집하여 보정하여 보정된 수요 패턴을 생성하는 출력하는 수요 예측부;
    상기 수요 예측부에서 예측된 수요 패턴에 따라 환경과 에너지 관련 시설의 설계 정보를 기반으로 수요 패턴을 만족하는 생산 스케쥴을 계획하여 제공하는 생산 계획부;
    상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴을 친환경성, 경제성, 타당성을 고려하여 최적화하여 출력하는 동적 공급관리부;
    생산 시설을 모니터링하고 제어하는 생산 관제부;
    저장시설과 공급시설을 모니터링하고 제어하는 공급관리부; 및
    상기 동적 공급관리부에서 제공되는 최적화된 생산 스케쥴에 따라 생산 시설과 저장시설 그리고 공급시설에 대하여 생산 관제부와 공급관리부에 작업을 지시하여 제어하도록 하는 공정관리부를 포함하여 이루어진 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  2. 청구항 1에서
    상기 생산 시설은 전력 생산 시설과, 정수 처리 시설과, 하수 처리시설과 지역 난방 시설, 지역 냉방 시설, 폐기물 처리 시설을 포함하며,
    상기 공급시설은 전력 공급시설을 포함하며,
    상기 저장시설은 정수지, 하수저장소, 폐기물 집하시설을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  3. 청구항 1에서
    상기 수요 예측부는 실시간 수요 데이터를 수용가에 설치된 지능형 양방향 계량기를 통하여 통신망을 사용하여 수집하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  4. 청구항 1에서
    통합 유틸리티 시설과 관련된 환경 지표를 계산하여 제공하는 환경-인덱스 관리부를 더 포함하여 이루어진 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  5. 청구항 4에서
    상기 환경-인덱스 관리부가 제공하는 환경-인덱스에는 에너지 수요 인덱스, 에너지 효율성 인덱스, 대기 오염 인덱스, 수질 오염 인덱스, 탄소배출 인덱스를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  6. 청구항 5에서
    상기 동적 공급 관리부는 상기 환경-인덱스 관리부로 상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴에 대한 친환경성 평가를 요청하여 예측된 환경-인덱스를 전송받아 친환경성을 평가하는 것을 특징으로 하며,
    상기 환경-인덱스 관리부는 상기 동적 공급 관리부에서 생산 스케쥴에 대한 친환경성 평가가 요청된 경우에 환경-인덱스를 예측하여 예측된 환경-인덱스를 상기 동적 공급 관리부로 제공하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  7. 청구항 1에서
    통합 유틸리티 시설의 운영에 소요되는 원가를 산출하여 제공하는 원가 관리부를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  8. 청구항 7에서
    상기 동적 공급 관리부는 상기 원가 관리부로 상기 생산 계획부에서 제공되는 생산 스케쥴에 대한 원가 비용을 요청하여, 예측된 원가 비용을 전송받아 경제성을 평가하는 것을 특징으로 하며,
    상기 원가 관리부는 원가 예측 모델을 사용하여 생산 스케쥴에 따라 예상되는 원가 비용을 산출하여 상기 동적 공급 관리부로 제공하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  9. 청구항 1에서
    상기 동적 공급 관리부는 생산 스케쥴에 따른 전력 총부하량을 산출하여 공급 가능 범위내인지를 판정하여 타당성을 판정하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
  10. 청구항 9에서
    상기 동적 공급 관리부는 타당성의 판정 결과, 전력 총부하량이 공급 가능 범위 이상인 시간대가 존재하는 경우에 상기 환경과 에너지 관련 생산 시설을 전력 총부하량이 공급 가능 범위 이상인 시간외에 가동량을 증가시키고 공급 가능 범위 이상인 시간대에는 가동량을 감소되도록 생산 스케쥴을 조정하는 것을 특징으로 하는 통합 유틸리티 시설의 통합 운영 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20150037410A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 한국전력공사 분산 전원의 스케쥴링 및 실시간 제어를 통한 빌딩 에너지 관리 장치
WO2015147353A1 (ko) * 2014-03-27 2015-10-01 부산대학교 산학협력단 환경영향평가를 이용한 다수의 하수처리시설에 대한 슬러지 통합관리 시스템 및 그 방법
KR20160027710A (ko) 2014-09-02 2016-03-10 한전케이디엔주식회사 에너지 관리장치
CN108919737A (zh) * 2018-06-29 2018-11-30 河南聚合科技有限公司 一种可远程监控的气水暖电供应及污水处理的运维系统

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