KR20160045158A - 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템 - Google Patents

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Abstract

저류조의 물을 고가수조로 공급하기 위해 용수 공급펌프가 설치되는 메인 스마트 감지관, 고가수조의 물을 밭에 설치되는 스프링클러로 공급하기 위한 서브 스마트 감지관, 서브 스마트 감지관에 설치되어 고가수조의 물을 펌핑하여 스프링클러로 공급하기 위한 시스템 공급펌프, 서브 스마트 감지관 내를 흐르는 물을 이용하여 발전하기 위한 발전장치, 발전장치에서 생산된 전력을 축전하는 축전기, 메인 스마트 감지관과 서브 스마트 감지관 등의 현장 시설에 설치되어 각종 유량과 수압 계측정보를 획득하고 밭의 토양 수분 정보와 강우 정보를 센서를 통해 획득하고 회득된 정보를 출력하는 모니터링부, 현장에 설치되어 모니터링부에서 획득된 계측정보를 네트워크 통신망을 이용하여 원격의 관리센터로 전달하고 관리센터로부터의 제어신호를 현장 시설의 구동부의 구동을 위해 전달하는 원격 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템이 게시된다.

Description

농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템{MANAGING SYSTEM AND ENERGY PRODUCTION USING ASRICULTURAL PIPELINE}
본 발명은 농업용 관수로를 흐르는 유체(농업용수 등)를 이용하여 에너지를 생산하고를 이를 관리할 수 있는 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템에 관한 것이다.
현재 영농작업의 기계화와 영농방식의 변화, 밭작물 재배를 위한 용수공급 요구 등 영농환경의 변화로 인하야 경지면적의 감소에도 불구하고 농업용수의 사용은 증가하고 있는 실정이다.
또한, 영농환경의 변화, FTA 체결에 따른 농업 분야에서의 경쟁력 제고, 수자원의 중요성 증대, 잦은 기상이변으로 인한 홍수, 침수, 가뭄 등의 재난 예방 등을 위해서 농업용수의 효율적 관리 및 이용의 필요성이 대두하고 있다.
특히, 수자원은 한정되어 있고 점진적으로 물부족 상황이 초래하고 있는 상황에서, 한정된 수자원을 이용하여 단순히 농업용수로만 사용하는 현재의 수자원 관리시스템에서는 수자원의 낭비라고 볼 수 있는 실정이다. 즉, 수력발전을 통해 수자원을 이용하여 에너지를 생산하는 방법 이외에는, 대부분이 수자원을 먼 곳까지 농업용 관수로를 이용하여 보내기 위해서 많은 에너지(이송 펌프, 수위감지, 스프링클러 작동, 농업용 관수로 감시장치 등에 들어가는 전기에너지 등)가 소모되므로 수자원을 이용하는데 따른 막대한 에너지 손실이 발생하고 있는 상황이다.
이에 따라서, 에너지원으로 사용할 수 있는 수자원을 농업용 관수로를 이용하여 이송하는 과정에서 에너지를 생산할 수 있음은 물론, 이를 효율적으로 관리할 수 있는 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있는 상황이다.
국내등록특허 제10-0850770호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 농업용 관수로를 통해 이동되는 수자원을 이용하여 에너지를 생산하고 관리할 수 있는 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템은, 저류조의 물을 고가수조로 공급하기 위해 용수 공급펌프가 설치되는 메인 스마트 감지관; 상기 고가수조의 물을 밭에 설치되는 스프링클러로 공급하기 위한 서브 스마트 감지관; 상기 서브 스마트 감지관에 설치되어 상기 고가수조의 물을 펌핑하여 상기 스프링클러로 공급하기 위한 시스템 공급펌프; 상기 서브 스마트 감지관 내를 흐르는 물을 이용하여 발전하기 위한 발전장치; 상기 발전장치에서 생산된 전력을 축전하는 축전기; 상기 메인 스마트 감지관과 상기 서브 스마트 감지관 등의 현장 시설에 설치되어 각종 유량과 수압 계측정보를 획득하고, 상기 밭의 토양 수분 정보와 강우 정보를 센서를 통해 획득하고, 획득된 정보를 출력하는 모니터링부; 현장에 설치되어 상기 모니터링부에서 획득된 계측정보를 네트워크 통신망을 이용하여 원격의 관리센터로 전달하고 상기 관리센터로부터의 제어신호를 현장 시설의 구동부의 구동을 위해 전달하는 원격 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 관리센터는, 상기 네트워크 통신망을 통해 상기 원격제어장치와 상기 모니터링부와 상호 신호 전송 가능한 통신장치; 상기 통신장치를 통해 전달받은 계측정보와, 입력된 관계망 정보 및 설정된 기준값 등이 저장되는 데이터베이스; 관리자가 정보를 입력하는 입력부; 상기 관계망 정보와 관계망의 구동 및 관리상태를 표시하여 출력하는 출력부; 관리자 단말기 및 밭 재배자 단말기로 필요한 문자서비스를 제공하는 문자 발생부; 및 상기 통신장치를 통해 관계망의 구동부를 제어하기 위한 제어신호를 전송하고, 상기 모니터링부에서 전달된 계측정보를 상기 데이터베이스에 저장된 기준값과 비교하여 점검할 장치를 확인하고, 점검이 필요한 장치의 발견시 상기 문자 발생부를 통해 상기 발전장치를 포함하는 현장 설비의 점검요청신호를 발송하도록 관리하는 관리서버;를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템에 따르면, 농업용 관수로에 발전장치를 설치하여 에너지를 생산함으로 물론, 생산된 에너지를 이용하여 현장설비의 구동에 사용할 수 있다.
또한, 농업용 관수로의 관계망에 설치되는 각종 계측센서를 통해 관수로의 상태와 농업용수의 공급상황, 환경상황 등의 계측정보를 획득하고, 획득된 계측정보를 이용하여 원격에서 자동으로 관계망의 구동 및 점검 등의 유지 관리가 가능하게 된다.
따라서, 농업용 관수로의 유지관리 비용을 줄일 수 있음은 물론, 이상 발견시 관리자 단말기 또는 밭 재배자 단말기로 문자를 발송하여 즉각적인 현장점검 및 후속조치기 이루어지도록 하여 농업용수의 공급이 원활하게 이루어질 수 있도록 관리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발전장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템을 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템(100)은, 저류조(110)의 물을 고가수조(120)로 공급하기 위해 수조 공급펌프(131)가 설치되는 메인 스마트 감지관(130)과, 고가수조(120)의 물을 밭(10)에 설치되는 스프링클러(20)로 공급하기 위한 서브 스마트 감지관(140)과, 서브 스마트 감지관(140)에 설치되어 고가수조(120)의 물을 펌핑하여 스프링클러(20)로 공급하기 위한 시스템 공급펌프(141)와, 상기 서브 스마트 감지관(141) 내를 흐르는 물을 이용하여 발전하기 위한 발전장치(150), 발전장치(150)에서 생산된 전력을 축전하는 축전장치(160), 메인 스마트 감지관(130)과 서브 스마트 감지관(140) 등의 현장 시설에 설치되어 각종 계측정보를 획득하는 모니터링부(170)와, 현장에 설치되어 모니터링부(170)에서 획득된 계측정보를 네트워크 통신망(30)을 이용하여 원격의 관리센터(200)로 전달하고 관리센터(200)로부터의 제어신호를 현장 시설의 구동을 위해 전달하는 원격 제어장치(190)와, 원격에서 현장의 시설을 자동으로 관리하고 운영하는 관리센터(200)를 구비한다.
상기 저류조(110)에는 수위센서(111)가 설치되어 그 수위 측정정보가 모니터링부(170)로 제공될 수 있다. 저류조(110)의 용수는 메인 스마트 감지관(130)을 통해 고가수조(120)로 공급된다. 고가수조(120)에도 수위센서(121)가 설치되어 고가수조(120)의 수위를 측정하고, 측정정보는 모니터링부(170)로 제공된다. 메인 스마트 감지관(130)에는 저류조(110)의 용수를 고가수조(120)로 펌핑하여 공급하기 위한 수조 공급펌프(131)와, 유량계(133) 및 밸브(135)가 설치된다. 수조 공급펌프(131), 밸브(135)는 원격제어장치(190)에서 전달되는 제어신호에 의해 온/오프 구동제어된다. 그리고 유량계(133)에서 측정된 유량측정 정보는 모니터링부(170)로 제공된다. 또한, 밭(10)에는 토양의 수분을 측정하기 위한 토양 수분센서(171)가 설치되고, 밭의 주변에는 강우센서(173)가 설치된다. 토양 수분센서(171)와 강우센서(173)에서 측정된 정보도 모니터링부(170)로 전달되어 집계된다.
상기 서브 스마트 감지관(140)은 고가수조(120)의 용수를 밭(10)의 스프링클러(20)로 공급하기 위해 설치되는 것이다. 이러한 서브 스마트 감지관(140)에는 시스템 공급펌프(141), 밸브(142), 유량계(143), 압력계(144)가 설치될 수 있다. 시스템 공급펌프(141)와 밸브(142)는 원격제어장치(190)에 의해 온/오프 구동 제어된다. 상기 유량계(143)와 압력계(144) 각각은 서브 스마트 감지관(140)을 통해 스프링클러(20)로 공급되는 용수의 유량과 공급압력을 측정하고, 측정된 정보는 모니터링부(170)로 제공된다. 이때 바람직하게는, 유량계(143)와 압력계(144)는 발전장치(150)의 하류에 설치되어 발전장치(150)를 통과한 용수의 유량과 압력을 측정하는 것이 바람직하다. 따라서 발전장치(150)를 통과한 용수의 압력이 스프링클러(20)에서 요구되는 펌핑압력에 미달 될 경우에, 모니터링부(170)로부터 압력계(144)의 측정값과 유량계(143)의 측정값을 전달받은 관리센터(200)에서는 유량발전장치(150)의 터빈(151)의 동작 이상이나 허용범위 이상으로 과부하가 작용하고 있는 것으로 판단하여 발전장치(150)를 점검할 수 있도록 후속조치를 취할 수 있으며, 보다 구체적인 내용은 후술하기로 한다.
상기 발전장치(150)는 서브 스마트 감지관(140)에 설치되어 이송되는 용수를 이용하여 전력을 생산한다. 이러한 발전장치(150)는 도 2에 도시된 바와 같이, 서브 스마트 감지관(140)의 내부에 설치되는 터빈(151)과, 터빈(151)의 회전력을 전달받아 전력을 생산하는 발전기(153)를 구비한다. 발전기(153)는 서브 스마트 감지관(140)의 외측에 설치되어 터빈(151)이 회전력을 전달받도록 설치된다. 터빈(151)은 그 형상 및 구조가 다양하게 적용될 수 있으며, 특정한 구조에 한정되지 않는다. 예를 들어, 터빈(151)은 다리우스(Darrieus)형, 크로스 플로우(Cross Flow)형, 사보니어스(Savonius) 형 등이 적용될 수 있다.
그리고 상기 발전기(153)에서 생성된 전력에너지는 축전지(160)로 전달되어 축전된다.
물론, 상기 발전기(153)에서 생성되는 전력은 즉시 사용처로 공급되어 사용될 수도 있고, 축전기(160)에 축전되어 있다가 사용처에서 사용될 수도 있다. 여기서, 상기 전력 소비처는 농업용수 관수로 시스템의 구동을 위한 구동장치들(펌프, 밸브 등 포함)를 포함할 수 있으며, 주변의 가로등이나, 비상등 내지 감시카메라 등의 구동전력으로 제공될 수도 있다.
또한, 상기 발전장치(150)는 서브 스마트 감지관(140)에 복수 마련되어 복수 위치에 설치될 수도 있음은 당연하다.
또한, 축전지(160)에는 축전량을 측정하기 위한 축전센서(165)가 설치되어 축전지의 축전량을 계측하고, 계측정보는 모니터링부(170)로 전달될 수 있다.
상기 모니터링부(170)는 앞서 설명한 바와 같이, 현장 설비에 설치되는 여러 가지 계측장치(센서, 측정기, 계량기, 토지 수분센서, 강우센서, 축전센서 등)로부터 계측값을 전달받아 수집하고, 수집된 정보는 네트워크 통신망(30)을 통해 관리센터(200)로 제공된다.
상기 원격제어장치(190)는 현장에 설치되어 네트워크 통신망(30)을 통해 관리센터(200)로부터 시설물의 운전 구동을 위한 제어신호를 전달받고, 전달받은 제어신호를 각각의 장치구동부로 전달하여 구동제어동작이 이루어지도록 한다. 여기서 상기 장치구동부는 용수 펌프(131)와, 시스템 펌프(141)와, 밸브(133)(142)를 포함할 수 있다.
또한, 원격제어장치(190)는 모니터링부(170)와 일체로 즉, 하나의 장치로 통합하여 제작되어 설치될 수도 있다.
상기 관리센터(200)는 네트워크 통신망(30)을 통해 원격제어장치(190) 및 모니터링부(170)와 상호 신호 전송 가능한 통신장치(210)와, 관리서버(220), 데이터베이스(230), 입력부(240), 출력부(250) 및 문자발송부(260)를 구비한다.
관리서버(220)는 통신장치(210)를 통해 전달되는 현장 시스템의 계측정보 즉, 모니터링부(170)를 통해 수집된 뒤 전달되는 계측정보를 근거로 하여, 상기 원격제어장치(190)로 상기 장치구동부의 온/오프 구동을 위한 구동 제어신호를 생성하여 전달하여 원격에서 농업용수 관수로(관계망)를 자동으로 관리한다.
데이터베이스(230)에는 밭(10)의 정보 즉, 토지 수분정보, 밭의 작물정보, 강우정보, 그리고 시설물의 계측정보(용수 공급 유량정보, 수압정보, 축전 양 정보 등)가 전달되어 저장될 수 있다. 또한, 데이터베이스(230)에는 시스템 전체의 사양과, 용량, 등 유지관리에 필요한 다양한 정보가 저장 관리된다. 또한, 상기 압력계(144)에서의 측정되는 수압의 기준압력값이 저장되고, 각종 현장 구동부의 구동을 위한 기준값들이 저장관리될 수 있다. 또한, 데이터베이스(230)에는 용수를 공급하기 위한 조건에 해당되는 밭의 토양수분의 임계값이 설정되어 저장될 수 있다.
입력부(240)는 농업용 관수로의 원격 자동 관리에 필요한 정보를 입력하고, 데이터를 수정 및 보완하기 위한 정보 입력을 위한 것으로서, 관리센터(200)에 구비되는 컴퓨터는 물론, 네트워크망을 통해 관리서버(220)에 접속 가능한 컴퓨터 기기나 모바일 기기 등을 포함할 수 있다.
상기 출력부(250)는 관리센터(200)에 구비되는 모니터 및 스피커 등을 포함할 수 있다. 따라서 모니터 등을 통해서는 밭(10)의 관계망 정보가 지도 정보와 함께 표시되며, 관계망의 동작상태가 모니터상에 온/오프 구동이 구분되어 표시될 수 있다. 따라서, 센터의 관리자는 모니터를 확인하면서 농업용수 관계망의 동작상태를 자세히 관찰 및 확인할 수 있게 되고, 문제 발생된 부분을 쉽게 확인하여 수속조치를 취하도록 할 수 있다.
상기 문자발송부(260)는 관계망의 동작상태에 따른 동작정보를 관리자 단말기(181) 및 밭 재배자 단말기(183)로 전송한다. 즉, 구체적으로 보면, 모티터링부(170)에서 계측된 계측정보는 물론, 용수 펌프(131)와 시스템 펌프(141)의 동작 여부 및 발전장치(150)의 동작상태 및 축전지(165)의 축전량 등의 정보가 전송될 수 있다.
또한, 상기 압력계(144)에서 측정된 압력값이 기준값 이하인 경우에, 관리서버(220)에서는 시스템 펌프(141)의 정상동작 상태를 확인하고, 정상동작상태로 확인된 경우 발전장치(150)에 문제가 발생된 것으로 판단하여 문자발송부(260)를 통해 관리자 단말기(181)로 발전장치(150)의 점검을 요청하는 문자를 발송한다. 따라서 관리자는 문자를 확인하고, 현장으로 나가 발전장치(150)의 문제 발생 여부를 확인하여 조치를 취할 수 있게 된다. 즉, 터빈(151) 등의 문제로 인하여 정상적으로 동작되지 않게 되면, 감지관(140)을 흐르는 용수에 큰 부하가 발생되고, 따라서 압력계(144)에서의 측정값이 기준값에 미치지 못하여 스프링클러(20)를 통해 물 공급이 원활하게 이루어지지 못하게 되므로, 이를 감지하여 관리자가 후속조치를 취하도록 함으로써 밭(10)에 용수를 정상적으로 공급할 수 있게 된다.
물론, 관리자는 발전장치(150)가 정상적인 경우에는, 시스템 펌프(141)의 이상여부를 확인하여 후속조치를 취할 수 있게 되며, 시스템 펌프(141)도 정상적인 동작이 이루어지고 있는 경우에는 감지관(140)에 누수가 발생되는 것으로 판단하여 감지관(140)의 누수된 부분을 찾아서 후속조치를 취할 수 있게 된다.
또한, 상기 관리서버(220)는 축전지(160)에 축전된 전력이 다른 사용처에서도 사용하기에 충분한 양이라고 판단되면, 미리 설정되어 정해진 곳으로 정해진 전력을 공급하도록 제어할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 농업관수로를 이용한 에너지 생산 및 관리시스템에 따르면, 관수로를 통해 이송되는 농업용수를 이용하여 발전을 통해 에너지를 생산할 수 있으며, 생산된 에너지를 이용하여 관계망의 구동부를 구동하는데 사용할 수 있음은 물론, 주변의 사용처로 제공할 수 있다.
또한, 스마트관을 통과하는 물의 수압을 측정하여 발전장치(150)의 이상 여부는 물론, 시스템 펌프(141)의 이상 또는 스마트관의 누수까지 판단할 수 있게 되어 관계망의 유지관리가 용이한 이점이 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
100..농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템
110..저류조 120..고가수조
130..메인 스마트 감지관 140..서브 스마트 감지관
150..발전장치 160..축전지
170..모니터링부 181..관리자 단말기
183..밭재배자 단말기 190..원격제어장치
200..관리센터 210..통신장치
220..관리서버 230..데이터베이스
240..입력부 250..출력부
260..문자발송부

Claims (2)

  1. 저류조의 물을 고가수조로 공급하기 위해 용수 공급펌프가 설치되는 메인 스마트 감지관;
    상기 고가수조의 물을 밭에 설치되는 스프링클러로 공급하기 위한 서브 스마트 감지관;
    상기 서브 스마트 감지관에 설치되어 상기 고가수조의 물을 펌핑하여 상기 스프링클러로 공급하기 위한 시스템 공급펌프;
    상기 서브 스마트 감지관 내를 흐르는 물을 이용하여 발전하기 위한 발전장치;
    상기 발전장치에서 생산된 전력을 축전하는 축전기;
    상기 메인 스마트 감지관과 상기 서브 스마트 감지관 등의 현장 시설에 설치되어 각종 유량과 수압 계측정보를 획득하고, 상기 밭의 토양 수분 정보와 강우 정보를 센서를 통해 획득하고, 획득된 정보를 출력하는 모니터링부;
    현장에 설치되어 상기 모니터링부에서 획득된 계측정보를 네트워크 통신망을 이용하여 원격의 관리센터로 전달하고 상기 관리센터로부터의 제어신호를 현장 시설의 구동부의 구동을 위해 전달하는 원격 제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관리센터는,
    상기 네트워크 통신망을 통해 상기 원격제어장치와 상기 모니터링부와 상호 신호 전송 가능한 통신장치;
    상기 통신장치를 통해 전달받은 계측정보와, 입력된 관계망 정보 및 설정된 기준값 등이 저장되는 데이터베이스;
    관리자가 정보를 입력하는 입력부;
    상기 관계망 정보와 관계망의 구동 및 관리상태를 표시하여 출력하는 출력부;
    관리자 단말기 및 밭 재배자 단말기로 필요한 문자서비스를 제공하는 문자 발생부; 및
    상기 통신장치를 통해 관계망의 구동부를 제어하기 위한 제어신호를 전송하고, 상기 모니터링부에서 전달된 계측정보를 상기 데이터베이스에 저장된 기준값과 비교하여 점검할 장치를 확인하고, 점검이 필요한 장치의 발견시 상기 문자 발생부를 통해 상기 발전장치를 포함하는 현장 설비의 점검요청신호를 발송하도록 관리하는 관리서버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 관수로를 이용한 에너지생산 및 관리시스템.
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