국내 하수처리시설 에너지 소비 패턴 진단 및 평가 = Diagnosis and Evaluation of Energy Consumption Patterns in Wastewater Treatment Plants

국문 초록 (Abstract)

국내 하수처리시설 확충 및 처리효율 제고를 위한 신기술 도입 위주의 정책으로 인해 1980년대 하수처리 사업 초기에 비해 국내 물 환경은 비약적으로 개선되었으나, 하수처리시설 운영을 위한 에너지 소비량은 매년 증가하고 있다. 전 세계적으로도 온실가스 배출규제 및 UN의 지속가능한 개발로 에너지 절감을 위한 연구 및 정책이 추진되고 있다. 특히 국가 인프라 산업 가운데 하수처리시설은 주 에너지 소비원으로 인식되고, 수질기준 강화에 따라 점차적으로 전력 소모량이 증가되고 있다. 본 논문에서는 환경부에서 발표한 하수도 통계를 기준으로 지역별, 규모별 등 다양한 기준을 가지고 분석을 진행하여 국내 하수처리시설의 전반적인 에너지 소비패턴을 분석하였고, 하수처리시설 에너지 진단 프로그램 Tool-kit을 활용하여 하수처리시설의 주 에너지 소비실태를 분석하였다. 국내 하수처리시설의 경우 에너지 사용량은 해외 하수처리시설과 유사한 패턴을 보였지만, 소규모 하수처리시설에서의 에너지 소비는 다소 높게 평가되었다. 재생에너지 생산은 혐기성 소화를 활용한 바이오가스 생산이 가장 많은 부분을 차지하였다. 세부적으로 하수처리시설의 에너지 과소비 설비를 평가한 결과 송풍기와 펌프설비가 전체 하수처리시설 전력사용량의 50% 이상을 차지하고 있었다. A 하수처리시설 대상으로 에너지 분석 결과 2차처리의 에너지 소비 비율이 60% 이상 차지하고 있으며, 주 설비로는 송풍기가 가장 많은 부분을 차지하고 있었다. 다음으로는 1차처리의 펌프 설비들이 2순위를 차지했다. 2차처리 설비 중 전력사용량이 가장 많은 송풍기의 경우 일 평균 21,817kWh의 전력사용량을 보인다. A 하수처리시설 일 평균 전력소모량이 43,046kWh인 것과 비교하였을 때 송풍기가 전체 50.7%를 차지하고 있다. 펌프의 경우에는 일 평균 7,783kWh의 전력사용량을 보이며 18.1%를 차지하고 있다. 에너지 과소비 설비를 개선하고자 송풍기와 펌프설비의 효율을 분석하였고, 펌프설비에 대한 효율이 낮아 개선이 필요한 것으로 검토되었다. 펌프의 정격효율은 28~30%이나, 실제 효율은 22%로 분석되었다. 이를 고효율 펌프로 개선하여 정격효율 60%대의 펌프를 사용하게 되면 연간 455,520kWh 절감 효과를 보이게 된다. 에너지 과소비 설비를 우선적으로 개선 시 에너지 절감 효과를 크게 볼 수 있게 된다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 목적 6
• Ⅱ. 연구방법 8
• 2.1 하수처리시설 에너지 분석 및 진단 8
• 2.2 특광역시 하수처리시설 에너지 분석 9
• 2.3 Tool-kit을 활용한 하수처리시설 에너지 진단 11
• Ⅲ. 결과 및 고찰 14
• 3.1 국내 하수처리시설 에너지 소비 패턴 분석 14
• 3.2 특광역시 하수처리시설 에너지 소비 패턴 분석 15
• 3.2.1 시설규모 및 오염물질 제거량 대비 에너지 소비 패턴 분석 16
• 3.2.2 시설규모 및 에너지 자립률에 따른 에너지 생산량 분석 18
• 3.2.3 지역별 에너지 생산 및 소비 패턴 분석 22
• 3.2.4 공법 및 설비별 에너지 소비 패턴 분석 26
• 3.3 A 하수처리시설 에너지 소비 패턴 분석 29
• 3.3.1 A 하수처리시설 현황 29
• 3.3.2 Tool-kit을 활용한 A 하수처리시설 에너지 분석 31
• 3.3.3 A 하수처리시설 에너지 분석 결과 33
• Ⅳ. 결론 및 고찰 37
• 참고 문헌 38
• Abstract 43