• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2017.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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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.

• Journal of Korea Water Resources Association
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• v.40 no.11
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• pp.877-886
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• 2007

An urban drainage system consists of two major systems : flood drainage facilities and operating practices. The facilities are composed of sewer networks, gates, and pumping stations and the operating practice consists of pump or gate operation. Then, a real time simulation system which is able to simulate urban runoff and the pump operation and to consider the backwater effect is required to operate efficiently the pump. With this system, the efficient pump operating rule can be developed to diminish the possible flood damage on urban areas. In this study, a real time simulation system was developed using the SWMM 5.0 DLL and Visual Basic 6.0 equipped with EXCEL. Also, for developing efficient pump operating Rules, two new Rules were suggested. The first Rule is designed to operate pumps considering the condition of sewer networks such as depths of each junction. The second is to discharge all the amount of inflow at each time step. Results obtained by those Rules were compared with one by the current pump operating Rule which is able to consider only the depth of the retard basin. The developed model was applied to Joonggok retard basin and verified their applicability.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.113-113
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• 2013

최근 반도체 산업의 급속한 발전과 더불어 핵심기술로 부각되고 있는 진공 기술은 다양한 응용목적을 위한 진공시스템 설계와 운영을 필요로 한다. 이는 진공에 대한 기초지식과 이해가 요구되며, 설계제작 및 운영은 많은 시간과 큰 비용이 요구된다. 따라서 응용 진공시스템 제작에는 구성에 따른 시스템 진공특성을 예측하는 것이 중요하며 목적에 부합한 진공펌프를 선택하고 운영하여 최소비용으로 시스템 활용효율성을 극대화할 수 있는 설계를 해야 한다. 현재 반도체 및 디스플레이 공정의 저전력, 대유량화 추세에 따라 최대 3,000 m3/h급의 드라이펌프가 여러 공정에서 적용되고 있는 추세이다. 이에 대응한 고유량 영역의 드라이펌프 부하 내구성 대응 요구에 부응하는 객관적 내구성평가의 정립 및 표준 측정 시험평가 방법의 필요성이 점차 대두되고 있는 경향에 있다. 이러한 현실적인 요구 조건에 필요한 기본적인 평가로 압력대별 드라이펌프의 적응능력을 실시간 측정하였다. 실험 조건으로는 각 드라이펌프 용량별 N2 가스를 1 시간에서 3 시간동안 1 mbar에서 최대 300 mbar까지 연속적인 부하 조건에서의 유량, 진동, 소음, 소비전력 등을 실시간으로 측정하였다. 이에 부응하는 평가장치 구축 및 시험분석은 한국표준과학연구원 진공펌프 평가실험실에서 수행되었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.145.2-145.2
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• 2014

최근 반도체 산업의 급속한 발전으로 반도체 생산 설비 시설 또한 꾸준히 증설되어가는 추세이다. 이에 따라 반도체 산업의 핵심기술로 부각되고 있는 진공 기술은 다양한 응용목적을 위한 진공시스템 설계와 운영을 필요로 한다. 진공시스템의 알맞은 설계는 시스템 구성에 따른 진공특성을 예측하는 것이 중요하며 목적에 부합한 진공펌프를 선택하고 운영하여 최소비용으로 시스템 활용효율성을 극대화할 수 있는 설계를 해야 한다. 또한 공정의 저전력, 대유량화 추세에 따라 고유량 영역의 드라이펌프 부하 내구성 대응 요구에 부응하는 객관적 내구성평가의 정립 및 표준 측정 시험평가 방법의 필요성이 점차 대두되고 있는 경향에 있다. 본 연구에서는 드라이펌프의 공정현장 적응능력 평가를 위하여 최소 1시간에서 3시간동안 압력별 가스부하에 따른 드라이펌프의 실시간 특성을 관찰하였다. 실험은 1 mbar에서 최대 300 mbar까지의 연속적인 부하 조건에서 유량, 진동, 소음, 소비전력과 Sudden Vent Test를 실시간으로 측정하였고 드라이펌프의 특성 분석은 각 용량별 압력에 따른 유량, DP BP 소비전력, 소음, 진동, DP Body Temperature 등의 데이터를 Type에 따라 비교 분석하였다. 이에 부응하는 평가 장치 구축 및 데이터분석은 한국표준과학연구원 진공펌프 평가실험실에서 수행되었다.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2019.05a
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2004.05b
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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.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2015.05a
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• pp.630-630
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• 2015

기존의 내배수시설에 대한 모의 및 시스템 운영과 관련하여 기존의 연구들은 강우의 설계빈도 및 제한적 호우 시나리오에 국한된 침수의 모의 및 대응에 기반을 하고 있다. 이러한 연구들의 경우 해석에 따른 모의결과에 기반하고 있기 때문에 도시지역에 실시간으로 발생하는 수문현상을 적절하게 반영하지 못하고 있으며, 이에 따른 내배수시설의 효율적 운영 및 침수발생 지점의 예측에 대한 불확실성이 크다고 볼 수 있다. 본 연구에서는 도시하천에서의 외수위 변화 예측에 따른 단기간 내 펌프 조기가동의 효과를 검토에 따른 향후 내수침수 위험성을 감소시키고자 한다. 인공신경망을 이용하여 보다 정확한 단기간 내 외수위 변동성에 대한 분석을 실시하였으며, 상하류 관측수위 기반 펌프 조기가동에 대한 운영 알고리즘을 개선하고자 한다. 이를 위해 최근 몇 년간의 하천의 홍수사상들 중 교차상관계수($R^2$) 값이 비교적 높은 다수의 수문 관측 사상들을 수집 및 적용이 필요하다고 판단되었으며 도림천 유역 내에 위치한 펌프장들에 대한 외수위 관측자료들을 수집하여 연구에 적용하였다. 인공신경망 구성을 위해 입력값으로는 상류지점의 관측 수위지점 자료를 지정하여 입력을 실시하였으며, 출력값으로는 하류단 수위지점 자료를 지정하여 수위 예측을 실시하였다. 다만 수위예측의 경우에 있어 수위를 가장 잘 대변할 수 있는 수위관측소를 선정하는 것이 매우 중요하다고 판단되었으며, 해당 연구에서는 주요 빗물펌프장들의 외수위 자료를 대표 적용하였다. 선정된 지점과 하류의 수위예측지점을 연계하여 운영할 경우 효율적인 수위 예측이 가능하기 때문이다. 결과적으로 수위관측소 지점이 빗물펌프장임을 감안하여 상류단 빗물펌프장의 유역특성이 반영된 유출특성 및 토출특성으로 인하여 하류의 수위 변동에 영향을 미치며 이는 펌프장의 방류수문 개폐시기 및 조기가동의 시점을 선정하는데 있어 밀접한 연관이 있다고 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.08a
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• pp.201-201
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• 2012

다양한 응용목적을 위한 진공시스템 설계와 운영은 진공에 대한 기초지식과 이해가 요구되며, 설계제작 및 운영은 많은 시간과 비용이 요구된다. 따라서 응용 진공시스템 제작 이전에 구성에 따른 시스템 진공특성을 예측하는 것이 중요하며 목적에 부합한 장비들을 선택하여 최소비용으로 시스템 활용효율성을 극대화할 수 있도록 해야 한다. 진공시스템의 최적화 설계를 위해서는 펌프의 조합 이외에도 진공 챔버의 부피, 도관의 구조(직경, 길이), 진공재료의 기체방출 등 여러 요소들을 고려해야 한다. 하지만, 본 연구에서는 진공시스템의 최적화 설계를 위한 기초연구로 도관의 구조 즉 conductance 변화에 따라서 수식을 통한 이론적 접근과 실험에 근거한 실험적 접근에서의 배기속도 및 진공펌프의 특성을 비교 분석 하였다. 배기속도가 $600m^3$/h 용량의 펌프를 사용하여 한국표준과학연구원 측정 절차서에 따라 수행하였다. 진공용기 내 압력은 측정 불확도가 적은 CDG (최대 압력범위가 1000, 100, 10, 1, 0.1 mbar)를 사용하여 압력측정 정확도를 높였다. 또한, 펌프의 소비전력, 소음, 진동, 배기구 압력 등의 변화 등을 측정하여 진공펌프의 상태 변화를 실시간 관찰 하였다.