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과제기본정보

역삼투압방식 해수담수화플랜트 공정고도화 기술 개발5년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 플랜트연구사업 과제번호 18IFIP-B089908-05
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 건설 환경설비 기술 | 상 하수도 시스템 설계 시공 관리기술 적용분야 환경
2순위 환경 | 물관리 | 양질의 상수원수 확보 유지관리기술 실용화대상여부 실용화
3순위 건설 교통 | 시설물 설계 해석기술 | 플랜트 과제유형 개발
과제명 역삼투압방식 해수담수화플랜트 공정고도화 기술 개발
주관연구기관 광주과학기술원
총괄연구 책임자 성명 김인수
소속 광주과학기술원 직위 교수
기관 대표번호 062-715-2436 FAX 062-715-2584
총 연구기간 2014-12-19 ~ 2019-12-18
당해연도 연구기간 2018-01-01 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금
현금 현물 소계
5차년도 1,913,000,000 212,906,100 1,276,423,900 1,489,330,000 3,402,330,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 현재 해수담수 시장에서 주요기술인 역삼투방식의 해수담수화 공정기술의 국산화는 해수담수화플랜트 사업단을 통해 선진국 수준에 근접한 기술을 소유
○ 해수담수 시장은 EPC기술과 O&M 기술을 필요로 하고 있으나 현 국내기술은 EPC에 치우쳐 있으므로 에너지 저감을 위한 공정고도화 기술 개발에 초점
○ 역삼투 방식 해수담수화 공정에서 에너지 저감을 위한 공정고도화 기술은 크게 O&M 효율화를 위한 설계기술과 이를 활용한 공정기술 그리고 ICT 융합을 통한 시스템 통합관리 시스템을 이용한 O&M 기술 등으로 구성
○ 본 연구단은 크게 ISD와 CFD를 활용한 트레인 이노베이션 기술과 ICT기술을 활용하여 공정개선, 에너지 절감, 운전최적화 등을 방향성으로 각 기술의 융합을 통해 공정고도화 기술을 개발
○ 기술개발과는 별도로 향후 지속적으로 농축수 등의 해수담수화플랜트의 부산물에 의한 환경 영향성에 대한 관심이 증가할 것이 예측되는 바, 전략적 시장진입 방향성을 설정을 위한 농축수의 해양 생태계에 대한 영향성을 모니터링할 수 있는 기술을 개발
최종목표 ○ 기장 TB 플랜트 전체 에너지 0.3 kWh/ton 에너지 저감 (고플럭스 역삼투막 사용 시 0.5 kWh/ton 저감 목표, 3.9→3.4 kWh/ton)
○ 역삼투 해수담수화공정 고도화를 위한 Database (DB) 구축
○ 스마트 운영 기술 및 ICT 기반 O&M 통합 시스템 개발 (1-1세부과제)
○ 역삼투방식 트레인 이노베이션 설계 기술 개발 (1-2세부과제)
○ 해수담수화 플랜트 농축수의 생태위해성평가기법 개발
○ 위해가능 물질군 생물평가 및 국제표준시험종 활용연구
○ 염분과 염분 이외의 물질에 대한 위해성평가기법 개발연구
○ 해수담수화 부산물 모니터링 소프트웨어 개발
연구내용 및 범위 (주관과제)
○ 플랜트 에너지 저감을 위한 고플럭스막 적용 전략 수립 (1)
- 국내·외 상용 역삼투막 문헌조사
(역삼투막 전수조사를 통한 역삼투막 제조 현황 및 고플럭스 역삼투막 선별)
- 고플럭스 역삼투막에 대한 물리화학적인 기초 성능 자료 분석 및 고찰 (실험적 측정)
- 고플럭스 역삼투막 적용에 따른 전체 TB의 운영 효율성 및 경제성 분석 (이론적 내용을 토대로 시뮬레이션 tool을 이용한 접근)

○역삼투 공정 고도화를 위한 최신 융합공정 기초 성능분석 (1)
- 차세대 막 중심 융합 해수담수화 공정 DB & 플랜트 O&M 관련 설비 및 단위공정 DB 구축 (실제 운영 플랜트를 최우선적으로 선별하여 문헌조사 수행)
- TB 내 공정수 수질분석을 통한 TB 에너지 및 운영 효율성 분석 (이론적 내용을 토대로 한 실제 공정수 분석을 실험적으로 수행)

(1세부)
○ SWRO 플랜트 에너지 절감 기술 개발
- 설계/실측 Data간 Gap 분석을 통한 R&D Idea 도출/검증
- 선도사 Practice 및 R&D 결과 BM 통한 개선 Idea 도출/검증
- 목적함수 변경을 통한 설계 및 운전 최적화 방안 도출

○ SWRO 플랜트 운전 및 유지 보수 최적화를 위한 운영 기술 개발
- 타 산업 및 선도국가 Best Practice Bench Marking을 통한 개선 Idea 도출
- 현장 중심 R&D Idea 도출 및 적용

○ ICT 기반 SWRO 플랜트 O&M 최적화 통합시스템 개발
- 수학적 모델 및 분석 기법 활용 및 실측 Data 통한 검증 수행
- 타 산업 연구 결과를 이용한 융합연구 수행
- 실 O&M Data 통한 Customizing & Optimizing

○ 역삼투막 분석
- 평가 장비를 이용한 평막 단위에서의 막 성능평가 시험
- DOW사의 특성별 막 4종류를 구입하여 성능 비교분석 실시
- 일반적인 DMF전처리 이후에 사용가능한 역삼투 막중 최고수준의 고플럭스 막에 대한 제조사간 성능비교

○ 모델링
- 제조사 제공 역삼투 플랜트 건설 디자인 프로그램을 이용한 모델 값 도출
- ISD기술을 이용한 벳셀단위 설계에 대한 모델값 도출
- 각 운영 인자 (압력, 유량, 회수율)와 원수조건에 따른 벳셀단위의 성능평가

○ 실험실 조건 분석 장비 구축
- 베셀 환경 조성 가능한 성능평가 설비의 구축

(2세부)

○ 위해원인물질탐색 USEPA TIE 기법 적용 평가
- 해양생태위해성물질 위해물질군 분석
- 농축수를 대상으로 한 암모니아, 부유물질, 휘발성물질, 산화제, 중금속, 유기화합물 위해성 평가
- 해양시료를 대상으로 한 암모니아, 부유물질, 휘발성물질, 산화제, 중금속, 유기화합물 위해성 평가
- 해양시료채취 및 생물위해성평가

○ 국제표준시험생물종 실험실 구축
- 발광박테리아(Vibrio fisheri) 분석 시스템 구축(Microtox)
- 물벼룩(Daphnia magna) 분석 시스템 구축
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
5차년도 ○ 고플럭스 역삼투막 2 MIGD 시뮬레이션 적용 및 에너지 저감효율 분석 (1-1협동과제와 사전 협의 필요)

○ 최신 융합공정 기초 성능분석 및 관련 데이터 DB 구축 (3)

○ 소비전력 3.65 kWh/m3 이하 달성

○ MMO 현장 구축, LCCA 초도품 개발, OTS 설계서 확보

○ 오보홀 27일 이하 달성
○ 고플럭스 역삼투막 2 MIGD 시뮬레이션 적용 및 에너지 저감효율 분석 (1-1협동과제와 사전 협의 필요)
- 1-1세부 과제 과제(두산중공업)으로부터 2 MIGD 운전 자료를 제공받아 DB 구축
- 2 MIGD 고플럭스 막 적용 시 시뮬레이션을 통한 테스트베드 에너지 사용량 분석
- 시뮬레이션으로 2 MIGD 고플럭스막 적용 후 기수행된 모델링 결과에 대한 검증 실시
- 2 MIGD 시뮬레이션으로 도출된 결과를 바탕으로 향후 8 MIGD 시뮬레이션 방안 수립

○ 최신 융합공정 기초 성능분석 및 관련 데이터 DB 구축 (3)
- 국내외의 주요 해수담수화 연구기관과 기업의 최신 해수담수화 설비 O&M 기술에 대한 조사 및 DB 구축

○ SWRO 에너지 절감 기술 개발

○ ICT 기반 O&M 통합 시스템 개발

○ SWRO 플랜트 운영 최적화 기술 개발


연구성과 기술적 기대성과 ○ 현 해수담수 시장의 중심인 “에너지 저감”이라는 경쟁력 확보를 통해 시장에서의 우월적 지위 확보
○ 저 에너지 해수담수화 플랜트 운영을 통하여 운영 비용을 최소화 한 해수담수화 플랜트 설계 능력에 대한 기술력 입증 및 해수담수화 공정 강화를 위한 핵심 요소기술들의 적용으로 기존 해수담수화 공정의 기술적 한계를 극복하고 효율성과 기술적 역량 제고
○ ICT를 활용한 운영 효울 개선과 유지관리 최적화는 해수담수화 플랜트의 수명 연장을 가능하게 하며, 이는 곧 더 많은 물을 생산할 수 있기 때문에 물 값 하락 요인이 될 수 있어 이를 통한 플랜트 경쟁력을 확보
○ 역삼투방식 해수담수플랜트의 독자적인 기술 확보를 통해 해수담수 분야의 기술강국 이미지 제고와 EPC 시장이 아닌 고 부가가치 시장으로 진입교두보 마련
○ 현 선진국 추격형 성과물을 탈피하여 독창적이고 세계를 선도할 수 있는 엔지니어링 기술 확보와 이에 따른 국제적 브랜드 가치 증대
○ 파일럿플랜트와 기장플랜트 내 기술적용과 검증을 통해 타 기술에 비해 우월성 확보에 대한 신뢰성 확보와 이에 따른 수월한 시장진입 기대
○ 에너지?환경 관련 플랜트 건설산업의 선진화 및 국가경쟁력 확보를 통한 국내 건설산업의 세계 플랜트 시장 진출기반 확보
사회 경제적 파급효과 ○ 30 MIGD(136,380 ㎥/d)용량 규모의 역삼투방식 담수화 플랜트를 2년에 걸쳐 한 개씩만 수주한다고 가정하더라도, 매년 1200억의 수주 효과가 기대됨. 본 연구를 통하여 개발한 기술을 적용하여 약 10%의 원가 절감 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료되며, 이 경우 매년 120억원의 경쟁력을 확보하는 것으로 분석될 수 있음
○ 2020년 이후 세계 역삼투방식 해수담수시장의 10~20% 범위의 점유율 확대시 2020년부터 향후 10년간의 경제적 편익은 5000억에서 1조원 이상으로 추정 (계산근거: 2020년 약 150조원 규모의 시장 형성 예상, 연평균 5% 성장, 영업이익율 10% 가정)
○ 현재까지 국내 플랜트 기술 인력은 정유, 화학, 제철, 발전, 수처리 플랜트에 주로 국한되어 있었고 해수담수화 기술 인력은 극히 드물지만, 본 플랜트의 공정고도화 과정을 통하여 직/간접적으로는 엔지니어, 운전자, 유지 보수자 수십 명의 육성이 가능
○ 부산 기장 해수담수화 플랜트를 운영 경험을 바탕으로 단순히 EPC 공사만 하는 것이 아니라 민자발전담수 (IWPP), BOT방식 및 자산인수 (AOT) 방식 프로젝트에 진출할 수 있는 토대를 마련
○ 순수 국내 기술개발에 의한 시장진입을 통해 국가 브랜드 가치 상승 및 이에 따른 해외수출 기회 증가
○ 국내 순수 기술개발을 통한 국가 산업분야 창출은 관련 산업에 대한 전문인력을 필요로 하며, 이와 관련된 분야에 있어 질 좋은 일자리 창출 등의 2차적인 효과를 유발
활용방안 ○ 급수 용량 별 공정 최적화 및 대형 RO Train 운영 기술 개발을 통해 각 단계별 최적 운전 공정을 개발하여 공정개선 및 효율적인 운전 기반으로 최적 운전을 하여 전력 비용 절감, 기존 상수도 시설 대비 경쟁력 확보
○ 진보된 형태의 유지보수인 예방 정비(Preventive Maintenance) 시스템 구축을 통해 플랜트 가동 정지에 따른 제품 생산 중단을 최소화 하여 플랜트 이용률(Availability)을 현재 90%에서 93%로 향상과 이에 따른 연간 약 50만톤의 해수담수 생산량 증대 기대
○ RO막의 현재 오염 상태를 파악하고 이에 따라 RO막을 적절히 교체하는 형태의 최신 정비 시스템을 구축하고 이 시스템을 통하여 RO 막 수명을 17% 향상시켜 플랜트의 성능 안정화 및 운영비 절감을 달성
○ 설계 최적화 기술의 현장적용 방안
- 타 R&D 및 국내 담수플랜트 현장 등과 상의 후 트레인 설계에 대한 컨설팅 등을 실시하고 현장 적용 방안 협의
○ 설계 최적화 기술의 사업화 방안
- 기장 플랜트내 적용을 통해 충분한 기술 및 성능에 대한 검증 이후 기업의 기술이전을 통해 해외 시장 진입
- 해외 시장 진입 전량을 위해 국토교통부 등 R&D의 국제 협력 연구 등을 활용하여 기술의 현지화 전략 등을 수립하여 원활한 해외시장 진입
- 글로벌 담수화 연구센터 (GDRC)를 통해서 기술에 대한 국제적 홍보 마케팅 전략을 수립하고 해수담수시장의 최우선 국가와 협력전략 수립을 통해 해수담수 시장 진입 전략 추진
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 역삼투공정 ICT 시스템 테스트베드 (TB) 데이터베이스 (DB) 위해성평가
영문 Process intensification ICT system Test bed (TB) Database (DB) Risk Assessment
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