1. 개념 전세계적으로기후변화및강우패턴의변화에따른가뭄발생빈도의증가로 인해용수공급능력이현저히감소되고있는반면, 20세기이후물사용량은 6 배이상급증하였으며, 2025년에는세계인구의약 3분의 2 이상이물부족에 처할것으로전망되고있다. 또한, 지역간물분쟁이점차가속화되고있으며, 2

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해진 제갈
6 years ago
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2 1. 개념 전세계적으로기후변화및강우패턴의변화에따른가뭄발생빈도의증가로 인해용수공급능력이현저히감소되고있는반면, 20세기이후물사용량은 6 배이상급증하였으며, 2025년에는세계인구의약 3분의 2 이상이물부족에 처할것으로전망되고있다. 또한, 지역간물분쟁이점차가속화되고있으며, 2008년기준으로최근 10년간우리나라 5대강유역과각행정권역에서발생한 물분쟁사례를살펴보면한강/ 강원 12 건, 한강/ 수도권 7 건, 낙동강/ 경상 18 건, 금강/ 충청권 8 건, 영산강/ 섬진강/ 전라권 2 건, 기타 11건으로총 58건의물분쟁 사례가발생한것으로보고되고있다 (SWRRC 2008). 그러나환경과경제성의문제로향후대형댐에의한전통적인대규모 수자원확보가용이하지않으므로용수의안정적인공급이어려울것으로 예상되고, 취수 정수 송수시설의노후화진행과비효율적운영으로인한 추가비용과누수발생으로인해향후용수확보와공급서비스의질적하락이 예상된다. 따라서새로운용수관리시스템은분산형시스템과대체수원의 적극적인활용을통해기후변화에대응하여 안전(safe) 하게수자원을확보할 수있어야하고, 용수관리인프라시설의효율적인유지관리및비용손실 최소화를위해 지능적(smart) 이며, 효율적운영에따라에너지절약및 온실가스배출량을저감하여 저탄소녹색성장(green) 에기여해야한다. 이에따라, 최근에물관리차세대개념으로서 스마트워터그리드(Smart Water Grid) 가제시되고있으며, 이는기존수자원관리시스템의한계를 극복하기위해첨단정보통신기술 (Information Communication Technology; ICT) 기술을활용하여하천수, 우수, 지하수, 하폐수처리수, 해수담수등다양한 수자원을효율적으로배분 관리 수송하여수자원의지역적 시간적불균형을 해소하는 지능형물관리시스템 이다( 국토해양부 2011). 또한, 스마트워터 그리드는적용규모에따라, 마이크로(micro) 그리드, 매크로(macro) 그리드, 메가(mega) 그리드로구분할수있으며< 그림 1 참조>, 용수의생산및 소비정보를양방향 실시간으로감시함으로써용수관리와에너지효율을최적화 할수있는장점이있다( 한국건설기술연구원 2010). 2

2. 주요요소기술 스마트워터그리드는 < 그림 2> 에제시된것처럼다양한수자원( 자연형 수자원, 능동형수자원등) 을 water platform에수집및저장하며용수의 배분 관리 수송을물리적으로통합관리할수있는수자원관리기술과 수자원의확보 수송 활용등에대한실시간모니터링과분석, 통합관리및의사결정을지원할수있는 물정보의 ICT-기반통합관리기술등의주요 요소기술이있다(

3 2. 주요요소기술 스마트워터그리드는 < 그림 2> 에제시된것처럼다양한수자원( 자연형 수자원, 능동형수자원등) 을 water platform에수집및저장하며용수의 배분 관리 수송을물리적으로통합관리할수있는수자원관리기술과 수자원의확보 수송 활용등에대한실시간모니터링과분석, 통합관리및의사결정을지원할수있는 물정보의 ICT-기반통합관리기술등의주요 요소기술이있다( 한국건설기술연구원 2010; 국토해양부 2011; 김준하, 2011; 이상호, 2011). 또한, 기존수자원관리인프라의최적화및상하수도 인프라의고도화, water-energy nexus를고려한물관리인프라구축및 효율적인유지관리및비용손실최소화를위한인프라관리기술이또다른 주요요소기술중하나로언급된다( 이상호, 2011). 일례로미국의스마트워터그리드는 Metering Infrastructure), (2) (1) 지능형검침인프라(Advanced 스마트그리드를이용한 water-energy nexus 최적화, (3) 수자원및수질관리센서네트워크, 그리고 (4) 국가단위의 효율적수자원관리시스템등 4개의주요요소기술을중심으로진행되고 있으며( 이강윤, 2011), 다양한형태의융복합기술 ( 클라우드기반물관리 등) 이현재개발및적용되고있다. 3

1. 수자원관리기술 통합적수자원관리기술은다양한수자원( 자연형수자원, 능동형수자원 등) 을 water platform 에수집및저장하며용수의배분 관리 수송을 물리적으로통합관리하여지역간의수자원불균형을해소하고세계물시장 선점을위해필요한핵심요소기술이다. 현재수자원관리시스템은실시간수자원물정보가부족하고정보관련 인프라와 IT 기반정보전송기술이매우취약하다.

4 1. 수자원관리기술 통합적수자원관리기술은다양한수자원( 자연형수자원, 능동형수자원 등) 을 water platform 에수집및저장하며용수의배분 관리 수송을 물리적으로통합관리하여지역간의수자원불균형을해소하고세계물시장 선점을위해필요한핵심요소기술이다. 현재수자원관리시스템은실시간수자원물정보가부족하고정보관련 인프라와 IT 기반정보전송기술이매우취약하다. 또한수자원관리체계가 표준화되지않고, 다중수원의최적활용이이뤄지지않고단순히물소비량을 일방적으로검침 통보하는수준이다. 따라서미래수자원관리시스템은 실시간수자원물정보를확보하여수자원의이송및관리를최적화하고 물소비량을실시간으로모니터링하여적재적소에필요한물을풍부하게 공급하면서도전체적인물소비에따른에너지를절감하고새로운물산업 개척에따라일자리창출이가능할것으로판단된다< 그림 3 참조>. 4

1.1 국내수자원관리기술개발현황및도입사례 수자원관리기술과 ICT기술을접목하여스마트워터그리드구축을시도한 국토해양부의수자원관리종합정보시스템(WAMIS) 는수문기상, 유역, 하천, 댐, 지하수, 수도, 환경생태, 자연재해, 지형공간등의다양한정보를하천과 지형공간을기반으로한수자원관련주제도로제공하고있다.

5 1.1 국내수자원관리기술개발현황및도입사례 수자원관리기술과 ICT기술을접목하여스마트워터그리드구축을시도한 국토해양부의수자원관리종합정보시스템(WAMIS) 는수문기상, 유역, 하천, 댐, 지하수, 수도, 환경생태, 자연재해, 지형공간등의다양한정보를하천과 지형공간을기반으로한수자원관련주제도로제공하고있다. 이보다 확대된물관리정보유통시스템(WINS) 은물관리정보표준에따라 5개의 부처와지자체를포함한각물관련기관의수자원정보를통합하여제시하고 있으나단순수량/ 수질/ 수문/ 지질자료의취합이며, 의사결정지원을위한 수자원분석/ 모의/ 관리시스템은제공되지않고있다. 또한, 지역단위의물 부족위험평가및예보시스템등이개발되어있지않아물부족위협에 대응할수있는체계및의사결정시스템이구축되어있지않고있는 실정이다. 울산태화강과화성동탄신도시등에구축된유비쿼터스(ubiquitous) 물관리 시스템은유역내구축된수위계, 유량계, 수질 TMS(tele monitoring system) 및영상자료를활용한수자원의단순모니터링과경보수준의정보를 제공하고있는실정이며, 국가하천의하천수사용허가관리및유량조사등은 취 배수량을고려한하천유량현황파악및상하수도사업소의생활용수, 5

6 공장등의공업용수등의수요관리를위주로한정보를제공하고있는 실정이다( 국토해양부, 2011). 비록기후변화에따른수자원여건변화에대응할수있는자동화, 무인화, 첨단화는현재새롭게건설되는신도시의 u-eco city 사업의일환및 4대강 살리기사업의후속사업으로일부추진중에있으나, 수질관리센서 network 향후수자원및 의효율성및경제성을증대시키기위해센서의 소형화 복합화가실현되어야하며, 저전력센싱을위한시그널처리및고신뢰 전원공급기술을탑재한플랫폼등의개발이요구된다< 그림 4 참조>. 또한, 유역내 ubiquitous sensing network(usn) 저비용실현을위한 네트워킹기술과무선통신표준제정에관련된연구개발및 필요하다고판단된다< 그림 5 참조>. test-bed 적용이 6

7 1.2 국외수자원관리기술개발현황및도입사례 미국의 Lawrence Livermore National Lab에서제안한 National Smart Water GridTM 은미국중남부지역의풍부한수자원을콜로라도강과서부 지역으로관로수송하여홍수방지와가뭄해소를통해순이익이 이상발생할것으로추정하였다< 그림 6 참조>. 330억불 7

또한, 미국 IBM사에서제공하는수자원관리서비스는수자원을측정하기 위한센싱시스템, 실시간수자원활용현황및수질/ 수량계측, 수자원관리를 위한수자원분석/ 모의/ 관리시스템과의사결정시스템을포함하고있으며, 현재 뉴욕의허드슨강을포함한일부지역에적용되고있다< 그림 7 참조>.

8 또한, 미국 IBM사에서제공하는수자원관리서비스는수자원을측정하기 위한센싱시스템, 실시간수자원활용현황및수질/ 수량계측, 수자원관리를 위한수자원분석/ 모의/ 관리시스템과의사결정시스템을포함하고있으며, 현재 뉴욕의허드슨강을포함한일부지역에적용되고있다< 그림 7 참조>. 국토의 90% 이상이물스트레스지역인호주의경우, 극심한가뭄을겪은 후 SEQ Water Grid 프로젝트를도입하여물이풍부한지역에서부족한 지역으로수송시키는파이프라인네트워크(535 km) 구축과수처리플랜트, 해수담수화시설등의도입을추진하고있다< 그림 8 참조>. 이를통해 최소비용으로지역내물격차문제를해결하고물안보(water security) 를 달성하고자한다. 중국은양쯔강의물을물부족이심각한북부지역으로공급하기위한 남수북조사업을 네덜란드는 IBM 2014 년까지완료할것을목표로현재추진중이며, 등과함께운영중인홍수통제프로그램의정확성을높이기 위해센서를제방에설치하고, 이를네트워크화하여강과운하, 댐, 저수지 등총 하였다. 2,200 km에이르는물길의흐름을예측하여홍수피해를최소화 8

9 2. 지능형검침인프라(Advanced Metering Infrastructure) 지능형검침인프라는부재중수용가의지속적증가에따른검침업무의 난해함을해소하고, 검침누락예방및고지업무의투명성을확보할수있는 장점을가지고있다. 또한, 용수사용의실시간고지 분석을통해누수 탐지가가능하므로용수사용절약을유도할수있으며, 용수수요정보를 양방향 실시간으로감시 대응하여메가시티에적합한스마트워터그리드의 핵심요소기술이다. 일반적인지능형검침인프라의구성은디지털수도계량기 (water meter), 센서( 유량, 수질, 온도등) 를통해검출된데이터를수집기로전송해주는 검침단말기(meter interface unit, MIU), 유 무선통신망, 검침단말기의데이터를전송하는 전송된데이터를일정구역단위로저장하고검침서버로 전송해주는수집기(data concentration unit, DCU), 정보처리장치및 검침된데이터를수집하고관리하는검침서버(server) 로구성된다 ( 그림 9 참조). 수집된데이터를수집기로전송하는방식은유선방식( 예, 전력선통신, 인터넷네트워크, 전화선, 케이블 TV 망등), 무선방식( 예, RF, Binary CDMA, Zigbee, bluetooth 등), 장거리무선방식( 예, CDMA, SMS paging network, 9

10 위성통신등) 으로구분할수있다( 한국상하수도협회 2009). 2.1 국내지능형검침인프라개발현황및도입사례 국내의지능형검침인프라는 2002년부터서울시와일부지자체를중심으로 도입되었으며, 초기에는카메라를활용한촬상(image reading) 방식을도입 하여기존의습식미터의지침영상을숫자로변환후전송하였으며, 이후 많은디지털수도계량기제작사에서다양한지능형검침인프라를개발및 개량하여현장에적용하였다. 일반적으로대부분의제작사는 리드스위치(reed switch) 방식의건식디지털수도계량기를활용해검출한 데이터를 RF(424 MHz, 10 mw) 와 Zigbee 무선통신(1.8 GHz, 23 mw) 방식을활용해수집기로전송후 전송하고있다( 주진철외, 2011). CDMA/PCS 방식을통해검침서버로 2.2 국외지능형검침인프라개발현황및도입사례 국외의원격수도검침시설은상수도무인운영, 정확한검침과통계분석을위해 자동화와함께객관적이고 1970 년대부터수도분야및가스, 전력분야에 지능형검침인프라를도입하였다. 또한, 최근에시장조사전문기관인 Scott Report & IMS Research(2010) 의보고서에따르면, 북미지역내지능형검침 인프라가탑재된디지털계량기는 1억 6,500만개가구축되어있고이중 원격검침용수도계량기는 and Fox, 2010). 4,400 만개가구축된것으로추정하고있다(Loeff 국외( 북미지역중심) 의주요디지털수도계량기주요제작사는 Neptune, Badger, Itron, Sensus, Aclara, Master, Datamatic, Elster 이며, Badger사는 10

Orion과 Galaxy라는원격검침통합관리시스템을구축하여단순한수도계량 원격검침(Automatic Meter Reading, AMR) 에서지능형검침인프라 (Advanced Metering Infrastructure, AMI) 로진화할수있었으며, IBM의 통합자산관리시스템인 maximo 와연동함으로써수자원관리, 용수의 생산 공급 소비, 하

11 Orion과 Galaxy라는원격검침통합관리시스템을구축하여단순한수도계량 원격검침(Automatic Meter Reading, AMR) 에서지능형검침인프라 (Advanced Metering Infrastructure, AMI) 로진화할수있었으며, IBM의 통합자산관리시스템인 maximo 와연동함으로써수자원관리, 용수의 생산 공급 소비, 하 폐수의처리및재이용등용수관리전분야에걸쳐 양방향 실시간으로용수관리정보를감시 대응할수있는시스템을 구축하였다< 그림 10 참조>. < 그림 11> 과같이 IBM은최근에미국 Iowa주의 Dubuque 시에클라우드 컴퓨팅을활용한지능형검침인프라시스템을파일럿규모로구축하였다. Neptune 사의 R900 디지털수도계량기를설치하고용수의공급 소비데이터를 900 MHz 무선통신망을활용송신후클라우드컴퓨팅기반으로저장 분석후 웹포탈에용수소비량과가격등을실시간으로고지하였다. 참여가구의용수 소비량분석결과, 웹포탈접속자의 79% 정도의용수소비량이감소되고용수 소비패턴이변화, 누수가발생및예측되는곳을감지 대응함으로써 9주동안 약 89,090 갤런의용수를절감할수있었다(IBM 2011). 11

유럽은미국에비해서지능형검침인프라의도입이다소늦게 시작되었으나최근에는빠르게도입되고있는추세이며, 영국의경우전기와 수도계량부분의원격검침시스템을 2020년까지도입하는것을목표로하고 있다. 또한, 프랑스와스페인, 네덜란드등에총 1,100 만개의전기, 수도, 가스등의스마트미터가추가로도입될것으로예상되며, 제정하기위한노력이지속되고있다( 국토해양부 2011).

12 유럽은미국에비해서지능형검침인프라의도입이다소늦게 시작되었으나최근에는빠르게도입되고있는추세이며, 영국의경우전기와 수도계량부분의원격검침시스템을 2020년까지도입하는것을목표로하고 있다. 또한, 프랑스와스페인, 네덜란드등에총 1,100 만개의전기, 수도, 가스등의스마트미터가추가로도입될것으로예상되며, 제정하기위한노력이지속되고있다( 국토해양부 2011). 이를표준화를 스마트워터그리드는기존수자원관리시스템의한계를극복하고지역간의 수자원불균형을해소하고미래의물복지문제를해결하기위한글로벌 물산업의급격한변화에대비하는차세대물관리시스템이다. 향후전 세계적으로적용할수있는통합기술(integrated technology) 과표준화기술 (standard technology) 선점및 IT, NT, BT 기술을융합한혁신기술(innovative technology) 개발을통해급성장하고있는미래물시장을주도해야할것이다. 국토해양부의국가 R&D 연구사업중 워터그리드지능화연구단 에서는 향후연구방향및목표< 그림 12> 와기술개발및실용화전략< 그림 13> 을 구체적으로제시하였다. 제시된바와같이, 연구개발단계와실증단계를 12

13 통해최종적으로 smart water grid 기술의세계표준화및사업화를추진시안전하고편리한사회기반시설의구축과메가시티로의변화에능동적으로대응하여신성장산업을육성하는효과를유발할것으로기대된다. 13

14 기원격검침시스템은실험실규모및일부파일럿규모로시도되었으며, 최근에도일부시범사업등을통해서장 단점및경제적타당성등을검토 하였으나, 유비쿼터스환경에대한수요증대, 시민생활수준의향상, 국내 IT 기술의선진화, 전자소자및네트워크시스템의발전등으로전기, 가스, 수도, 온수등의통합원격검침시스템에대한수요가증가하고있는 실정이다. 따라서, 신도시구축및도시재생사업시스마트워터그리드 맞춤형저전력원격검침시스템의도입은향후확대될것으로예상된다. 향후저전력원격검침시스템의발전방향은계절별로온도차가큰우리나라 기후특성에맞게하절기침수및동절기동파를예방하여데이터의 수신율이저하되지않도록디지털수도계량기보호통을개선하고전자통신 부품의내구성을개선해야할것이다. 또한, 배터리소모로인해교체및 유지관리가발생하지않도록저전력센싱및 개선이요구된다. network 방식의획기적인 디지털수도계량기에수질센서를추가하여수질정보를 제공하여능동형수자원을다양한용처에활용할수있으리라판단된다. 마지막으로상수도원격검침시스템은디지털계량기, 무선단말기, 리피터, 수집기, 검침서버등이종합적으로구성되는통합관리시스템이므로각 구성부및통신규격에대한표준화작업이선행되어야하며, 용수소비량과 수질정보, 요금고지이외에도다양한부가서비스( 누수경보, 동파 침수경보, 탄소포인트적용서비스등) 를병행시수자원의효율적활용및에너지 효율을최적화한스마트도시의건설이가능할것으로판단된다. 14

15 15

<464B4949B8AEC6F7C6AE2DC0AFBAF1C4F5C5CDBDBABBEABEF7C8AD28C3D6C1BE5FBCD5BFACB1B8BFF8BCF6C1A4292E687770>

<464B4949B8AEC6F7C6AE2DC0AFBAF1C4F5C5CDBDBABBEABEF7C8AD28C3D6C1BE5FBCD5BFACB1B8BFF8BCF6C1A4292E687770> 국내 유비쿼터스 사업추진 현황 본 보고서의 내용과 관련하여 문의사항이 있으시면 아래로 연락주시기 바랍니다. TEL: 780-0204 FAX: 782-1266 E-mail: minbp@fkii.org lhj280@fkii.org 목 차 - 3 - 표/그림 목차 - 4 - - 1 - - 2 - - 3 - - 4 - 1) 유비쿼터스 컴퓨팅프론티어사업단 조위덕 단장