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해수담수화 및 염도차 에너지 발전·회수(SWRO-PRO Hybrid 공정) 기술 개발
  • 작성자선광웅
  • 연구기관GS건설 환경공정설계팀
  • 조회수3112
  • 작성일2017-12-28
  • 연구책임자 첨부된 이미지가 없습니다. 박태신
  • 소속기관GS건설 환경공정설계팀
  • 연구기간2013 ~ 2018
  • 이메일/연락처 /

해수담수화(Sea Water Reverse Osmosis, SWRO) 플랜트 시장은
매년 20%씩 성장하는 폭풍시장이다. 이 시장에서의 기술경쟁력
은 담수 생산원가의 40%를 차지하는 전력비를 절감할 수 있는
기술과 최근 강화되어 가고 있는 환경규제에 대응할 수 있는 기
술 확보를 통해 얻을 수 있다. 본 과제에서는 기존 SWRO 해수담
수화 공정기술 대비 전력비를 획기적으로 절감하고, 농축수의 해
양배출 문제를 개선하는 기술로 도약하고자 한다.


□연구목적


해수담수화 플랜트의 수주경쟁력 확보를 위한 전력비 절감과 해수담수화 농축수의 해양배출 문제를 개선,
그 운영비용을 절감할 수 있도록 하는 기술을 개발하는데 목적이 있다. 이 목표를 달성하기 위해 해수담수
화 플랜트에서 발생되어 바다로 직접 방류되는 농축수(해수농도의 약 2배 정도)와 민물간의 농도차에 의해
발생하는 염도차에너지(삼투에너지)를 생산하면서 동시에 회수하는 최적의 SWRO-PRO Hybrid Desalination
공정 기술 확보를 목적으로 한다.


□주요성과


염도차에너지 회수(SWRO-PRO Hybrid Desalination)기술 성공
해수담수화 플랜트에서 해양으로 배출되는 고농도의 농축수와 기존 하수처리장에서 해양 혹은 하천으로
배출되는 하수처리방류수를 염도차에너지 생산을 위한 PRO 공정의 원수로 사용하였으며, 최적의 고효율
염도차에너지 생산 및 회수공정기술 개발과 실증에 성공하였다.


친환경 플랜트기술
SWRO-PRO 해수담수화 시스템에서 PRO의 유도용매를 SWRO의 농축수로 사용할 경우, 해수를 사용하
는 경우보다 2배 이상의 에너지 밀도를 생산할 수 있다. 또한 기존의 해수담수화 플랜트에서 바다로 그대
로 버려지는 농축수를 해수 수준으로 희석하고, 신재생에너지원으로 활용하는 측면에서 친환경적이며, 경
제적인 플랜트 기술이다.



□연구의 차별적 특징


현존하는 기술 중 소모전력량 최저
기존 해수담수화 플랜트 대비 SWRO 주요공정의 전력소모량 (중동지역 실플
랜트 기준) 25%이상, 운영비 10%이상 절감 가능한 SWRO-PRO 최적 공정 설
계 및 운영기법을 도출하였으며, 현존하는 국내외 해수담수화 공정기술 중 최
고의 소모전력량 절감이 가능하다.


염도차에너지 생산 및 회수 공정시설 구축
해수담수화 농축수 및 하수방류수를 재이용하여 매우 효율적인 염도차에너
지 회수기술 및 설계/운영 기법을 확보했다.


거대한 규모의 실증파일럿 운영
고효율 해수담수화-염도차에너지-에너지회수(Pressure Exchanger 외) Hybrid
Desalination 실증파일럿을 설계하고 구축하였으며 현재까지 운영 중
에 있다.


□연구 성과의 파급효과


● 기술부문


전력비 약 25%이상 절감
기존 해수담수화 플랜트 대비 SWRO 주요공정의 전력소모량 (중동지역 실플랜트 기준) 25%이상, 운영비
10%이상 절감이 가능하여 현존하는 국내외 해수담수화 공정기술 중 최고의 소모 전력량 절감이 가능하다.
이를 통해 향후 국내외 해수담수화 시장에 대한 경쟁력을 높일 수 있는 기반을 마련하였다. 또한 세계적으
로 해양환경 분야에서 문제되고 있는 기존 해수담수화 농축수의 농도(약 6~7% 수준)를 해수 농도(약 3~4%)
까지 2배 이상 감소시킬 수 있어서, 해양생태계의 안정에 기여할 수 있고, 기존의 해수담수화 농축수 희석처
리 시설 및 운영비용을 획기적으로 절감할 수 있다. 따라서 국가 차세대 성장 동력인 해수담수화 분야뿐만
아니라 신재생에너지기술 분야의 원천기술로도 활용이 가능하다.


● 사회경제사업화부문


해외 공동 실증연구 및 사업추진
염도차에너지 사업은 타 신재생에너지 사업과 달리 날씨에 직접적인 영향을 받지 않고 일년 365일 하루
24시간 일정하고 끊임없이 에너지를 생산할 수 있다는 장점이 있다. 또 환경적인 위해요소가 없으며 에너
지 저장장치(Energy Storage System, ESS)와 같은 추가적인 고가의 부속설비가 필요 없다. 현재 싱가포르
PUB(수자원공사), 쿠웨이트 KISR(국가연구기관) 등 관련 기관에서 본 기술에 대한 공동 파일럿 및 실증화 연
구, Scale-up을 통한 시범사업 추진에 대해 관심이 많으며, 2016년, 2017년에 두 차례 방문하여 공정 구
성 및 운영현황에 대해 견학과 협의를 진행하였다. 특히, 싱가포르 수자원공사(PUB)의 경우 2018년부터
SWRO-PRO Hybrid Desalination 파일럿 연구를 시작할 예정이며, 현재 국제협력방안에 대해 논의 중
이다.​


안정적 생산을 위한 최적화기술
PRO 플랜트에서 사용가능한 유입원수로서 대표적으로 해수나 해수담수화 플랜트 농축수가 있으며, 사해
지역과 같이 고농도의 지표수 등 다양한 원수를 활용할 수 있다. 따라서 안정적인 PRO 공정의 운영 및 에
너지 생산을 위해서는 핵심공정 요소기술로서 PRO 전처리공정, PRO 전용막 제조기술, 막 성능평가, 막
파울링 제어, 공정최적화 기술 및 설계/운영 기법이 확보되어야 한다. 본 연구에서는 세계 최대 규모 및 최
고 효율의 SWRO-PRO Hybrid Desalination 실증파일럿 설계 및 구축에 성공하였으며, 대규모 실플랜
트 구축을 위한 설계 및 운영기술 확보를 위해 현재까지 안정적으로 운전 중에 있다.


공정효율에 기초한 설계기법 확보
실증파일럿을 통한 SWRO-PRO 공정효율 제고를 위한 최적화 기술개발과 PRO막의 성능(플럭스, 압력, 유
량, 전력밀도 등)에 따른 설계기법 연구를 통해 단위공정 및 전체공정에 대한 PRO시스템 엔지니어링 기술
및 공정최적화 기술을 확보하였다.​

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