🚨 역세시간: AI 기술로 최적화하는 정수장 운영 효율성

오늘의 사회 뉴스 | 2025.07.10

📌 AI 정수장, 전력 효율화로 연간 92억 원 절감 기대

💬 한국수자원공사가 화성 AI 정수장에서 도입한 인공지능 시스템이 여과지의 물양과 수위 등을 분석해 최적의 역세시간을 도출하고 있습니다. 이를 통해 전기료가 가장 낮은 시간대에 역세 작업을 진행함으로써 전력비를 절감하고 있으며, 연간 약 92억 원의 비용 절감 효과를 기대하고 있습니다. 이러한 기술이 국제표준으로 확정되면 전 세계 AI 정수장 구축의 기준이 될 수 있어 국내 기술의 우수성을 입증하는 사례로 평가받고 있습니다.

요약

• 역세시간은 정수장에서 여과지를 청소하는 작업 시간을 말합니다.
• AI 기술을 활용해 전력비가 가장 낮은 시간대에 역세 작업을 진행합니다.
• 스마트 정수장 기술로 운영비용을 대폭 절감하고 효율성을 높입니다.

1️⃣ 정의

역세시간이란 정수장에서 여과지를 청소하기 위해 물의 흐름을 역방향으로 바꿔서 청소 작업을 수행하는 시간을 말합니다. 쉽게 말해, 깨끗한 물을 만들기 위한 필터를 청소하는 시간입니다.

정수장에서는 물을 깨끗하게 만들기 위해 여과지(필터)를 사용하는데, 시간이 지나면서 이 필터에 불순물이 쌓이게 됩니다. 이때 역세(역세척) 작업을 통해 필터를 청소해야 하며, 이 작업을 언제 수행하느냐가 바로 역세시간입니다.

💡 왜 중요한가요?

• 깨끗한 물 공급을 위해 필수적인 정수장 운영 과정입니다.
• 전력비가 많이 드는 작업이므로 최적 시간대 선택이 중요합니다.
• AI 기술로 최적화하면 막대한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
• 안정적인 상수도 공급과 직결되는 핵심 기술입니다.

2️⃣ 역세시간의 원리와 AI 최적화 기술

📕 역세 작업의 기본 원리

• 역세 작업은 정수장 운영의 핵심 과정입니다. 주요 원리는 다음과 같습니다.

  • 정상 운영 시에는 위에서 아래로 물이 흘러 여과지를 통과하며 불순물이 걸러집니다.
  • 시간이 지나면서 여과지 표면과 내부에 불순물이 축적되어 여과 효율이 떨어집니다.
  • 역세 시에는 물의 흐름을 반대로 바꿔 아래에서 위로 강한 물줄기를 분사합니다.
  • 이 과정에서 여과지에 쌓인 불순물들이 제거되어 원래의 여과 성능을 회복합니다.
  • 역세 작업은 대량의 물과 전력을 사용하는 에너지 집약적 과정입니다.

• 전통적인 역세시간 결정 방식의 한계가 있었습니다. 주요 문제점은 다음과 같습니다.

  • 기존에는 정해진 시간 간격이나 단순한 기준으로 역세 작업을 수행했습니다.
  • 실제 여과지 상태와 관계없이 획일적으로 청소가 이루어져 비효율적이었습니다.
  • 전력 요금이 높은 시간대에도 무차별적으로 작업이 진행되어 비용이 많이 들었습니다.
  • 과도한 역세로 인한 에너지 낭비나 부족한 역세로 인한 여과 성능 저하 문제가 발생했습니다.

📕 AI 기술을 활용한 스마트 역세시간 최적화

• AI가 다양한 데이터를 분석하여 최적 시점을 결정합니다. 주요 분석 요소는 다음과 같습니다.

  • 여과지의 물양, 수위, 압력 등 실시간 운영 데이터를 종합 분석합니다.
  • 수질 변화, 유입량 변동, 계절적 요인 등을 고려하여 예측 모델을 구축합니다.
  • 과거 운영 데이터와 패턴을 학습하여 최적의 역세 주기를 도출합니다.
  • 전력 요금 체계를 반영하여 비용이 가장 낮은 시간대를 선별합니다.
  • 상수도 공급 수요 패턴을 고려하여 서비스 중단을 최소화합니다.

• 경제적 효과와 운영 효율성이 크게 향상됩니다. 주요 개선 효과는 다음과 같습니다.

  • 화성 AI 정수장의 경우 연간 약 92억 원의 전력비 절감 효과를 기대하고 있습니다.
  • 불필요한 역세 작업을 줄여 물 사용량도 대폭 절약할 수 있습니다.
  • 여과지의 수명을 연장하여 교체 비용과 유지보수 비용을 절감합니다.
  • 더 정확한 시점에 청소함으로써 수질 안정성이 향상됩니다.
  • 24시간 무인 운영이 가능해져 인력 운영비도 절약할 수 있습니다.

AI 역세시간 최적화의 주요 과제

1. 시스템 안정성: AI 시스템 오류 시 안전한 백업 운영 방식 확보 필요
2. 데이터 품질: 정확한 AI 판단을 위한 고품질 센서 데이터 확보 중요
3. 기술 표준화: 국제 표준 확립을 통한 기술 호환성 및 확산 필요
4. 전문 인력: AI 시스템 운영 및 관리를 위한 전문 인력 양성
5. 초기 투자비: AI 시스템 도입을 위한 높은 초기 비용 부담

3️⃣ 국내외 스마트 정수장 기술 동향

✅ 국내 스마트 정수장 기술 발전

• 한국은 세계 최고 수준의 스마트 정수장 기술을 보유하고 있습니다. 주요 현황은 다음과 같습니다.

  • 한국수자원공사의 화성 AI 정수장은 세계 최초 완전 무인 AI 정수장으로 주목받고 있습니다.
  • 실시간 데이터 분석과 머신러닝을 통해 정수 과정의 모든 단계를 자동화했습니다.
  • 수질 예측, 약품 투입량 최적화, 설비 예방 정비 등 종합적인 AI 관리 시스템을 구축했습니다.
  • K-water의 기술이 국제표준화기구(ISO)에서 국제표준으로 채택될 예정입니다.
  • 이미 여러 해외 국가에서 한국의 스마트 정수장 기술 도입을 문의하고 있습니다.

• 전국 정수장의 스마트화가 가속화되고 있습니다. 주요 추진 현황은 다음과 같습니다.

  • 2024년까지 전국 주요 정수장에 AI 기술 도입을 완료할 계획입니다.
  • 기존 정수장의 디지털 전환(DX)을 통해 운영 효율성을 높이고 있습니다.
  • 중소 규모 정수장에도 적용 가능한 표준화된 AI 솔루션을 개발 중입니다.
  • 정부는 스마트 상수도 구축을 위해 대규모 예산을 투입하고 있습니다.

✅ 해외 스마트 정수장 기술과 비교

• 선진국들도 정수장 자동화에 적극 투자하고 있습니다. 주요 사례는 다음과 같습니다.

  • 싱가포르는 NEWater 플랜트에서 AI 기반 운영 시스템을 도입했습니다.
  • 네덜란드는 IoT와 빅데이터를 활용한 스마트 워터 관리 시스템을 운영합니다.
  • 독일은 Industry 4.0 기술을 정수장 운영에 적용하여 효율성을 높이고 있습니다.
  • 미국은 머신러닝을 활용한 수질 예측 시스템과 자동 제어 기술을 개발했습니다.

• 한국 기술의 경쟁력과 차별화 요소가 뚜렷합니다. 주요 특징은 다음과 같습니다.

  • 완전 무인 운영이 가능한 수준의 자동화 기술은 세계 최초입니다.
  • 역세시간 최적화 등 세부 운영 요소까지 AI로 관리하는 포괄적 시스템입니다.
  • 에너지 효율성 측면에서 매우 우수한 성과를 보이고 있습니다.
  • 아시아 지역의 환경과 조건에 최적화된 기술로 해외 진출에 유리합니다.
  • 비용 대비 효과가 뛰어나 개발도상국에도 적용 가능합니다.

4️⃣ 관련 용어 설명

🔎 여과지

• 여과지는 정수장에서 물을 깨끗하게 만드는 필터 시설입니다.
  • 여과지란 정수장에서 원수(정수되기 전 물)에 포함된 불순물을 제거하기 위해 설치된 필터 역할을 하는 시설을 말합니다. 모래, 자갈, 활성탄 등의 여과재를 층층이 쌓아 만든 거대한 필터라고 생각하면 됩니다.
  • 여과지의 구조와 기능으로는 첫째, 상부에는 고운 모래층이 있어 미세한 불순물을 걸러냅니다. 둘째, 중간에는 중간 크기의 모래와 자갈층이 있어 중간 크기 불순물을 제거합니다. 셋째, 하부에는 굵은 자갈층이 있어 물의 흐름을 원활하게 하고 큰 불순물을 걸러냅니다. 넷째, 활성탄층이 있어 냄새와 맛을 개선하고 화학물질을 제거합니다.
  • 여과지는 지속적으로 사용하면 불순물이 쌓여 성능이 떨어지므로, 정기적인 역세(역세척) 작업을 통해 청소해야 합니다. 이때 역세시간의 최적화가 정수장 운영 효율성의 핵심이 됩니다.

🔎 스마트 워터 그리드

• 스마트 워터 그리드는 ICT 기술을 활용한 지능형 상수도 관리 시스템입니다.
  • 스마트 워터 그리드란 정보통신기술(ICT)을 활용하여 상수도 시설의 취수부터 정수, 송수, 배수까지 전 과정을 실시간으로 모니터링하고 최적화하는 지능형 물 관리 시스템을 말합니다. 전력 분야의 스마트 그리드 개념을 상수도에 적용한 것입니다.
  • 스마트 워터 그리드의 주요 구성 요소로는 첫째, 실시간 수질 모니터링 센서와 IoT 기기들이 있습니다. 둘째, 빅데이터와 AI를 활용한 수요 예측 및 공급 최적화 시스템이 있습니다. 셋째, 누수 감지와 예방을 위한 스마트 계량기와 압력 관리 시스템이 있습니다. 넷째, 비상시 대응을 위한 자동 제어 및 경보 시스템이 있습니다.
  • 스마트 워터 그리드를 통해 물 손실 최소화, 에너지 효율성 향상, 수질 안전성 확보, 운영비용 절감 등의 효과를 얻을 수 있습니다. 역세시간 최적화도 이러한 스마트 워터 그리드의 핵심 기능 중 하나입니다.

🔎 정수처리 공정

• 정수처리 공정은 원수를 안전한 수돗물로 만드는 일련의 과정입니다.
  • 정수처리 공정이란 강이나 댐에서 취수한 원수를 가정에서 안전하게 사용할 수 있는 수돗물로 만들기 위한 일련의 처리 과정을 말합니다. 여러 단계의 물리적, 화학적, 생물학적 처리를 통해 불순물을 제거하고 수질을 개선합니다.
  • 정수처리 공정의 주요 단계로는 첫째, 취수 단계에서 강이나 댐의 물을 정수장으로 끌어옵니다. 둘째, 침전 단계에서 약품을 넣어 큰 불순물을 가라앉힙니다. 셋째, 여과 단계에서 여과지를 통해 미세한 불순물을 걸러냅니다. 넷째, 소독 단계에서 염소 등을 넣어 세균을 제거합니다. 다섯째, 배수 단계에서 깨끗해진 물을 각 가정으로 공급합니다.
  • 각 단계마다 수질 검사와 관리가 이루어지며, 특히 여과 단계에서의 역세시간 관리는 전체 공정의 효율성과 수질에 직접적인 영향을 미칩니다. 최근에는 AI 기술을 도입하여 각 공정을 최적화하고 자동화하는 추세입니다.

5️⃣ 자주 묻는 질문 (FAQ)

Q: AI로 역세시간을 최적화하면 수질 안전성에는 문제가 없나요?

A: AI 역세시간 최적화는 오히려 수질 안전성을 높이는 방향으로 작동합니다. AI 시스템은 수질 데이터를 실시간으로 모니터링하면서 여과 성능이 떨어지는 징후를 조기에 감지할 수 있어, 기존의 정해진 시간 간격으로 청소하는 방식보다 더 정확한 시점에 역세 작업을 수행합니다. 또한 여러 안전장치가 마련되어 있습니다. 첫째, 수질이 기준치를 벗어나면 즉시 알람이 울리고 자동으로 역세 작업이 시작됩니다. 둘째, AI 시스템에 문제가 생기면 기존의 수동 운영 방식으로 자동 전환됩니다. 셋째, 24시간 실시간 모니터링을 통해 수질 변화를 지속적으로 추적합니다. 넷째, 정기적인 수질 검사와 시스템 점검을 병행하여 이중 안전망을 구축합니다. 실제로 화성 AI 정수장의 경우 AI 도입 후 수질이 더욱 안정적으로 유지되고 있으며, 기존 대비 수질 기준 초과 사례가 현저히 감소했습니다.

Q: 다른 정수장에도 이런 AI 기술을 적용할 수 있나요?

A: 네, 다른 정수장에도 충분히 적용 가능하며 실제로 확산이 진행되고 있습니다. 다만 정수장의 규모와 시설 현황에 따라 도입 방식과 범위가 달라질 수 있습니다. 대규모 정수장의 경우 화성 AI 정수장처럼 완전 무인 자동화 시스템 구축이 가능하며, 투자 대비 효과도 매우 큽니다. 중소 규모 정수장의 경우에는 핵심 기능 위주로 단계적 도입이 가능하며, 표준화된 AI 솔루션을 통해 비용 부담을 줄일 수 있습니다. 기존 정수장에 AI 기술을 도입하기 위해서는 몇 가지 조건이 필요합니다. 첫째, 충분한 센서와 계측 장비가 설치되어야 합니다. 둘째, 안정적인 통신 인프라와 데이터 수집 시스템이 구축되어야 합니다. 셋째, AI 시스템 운영을 위한 전문 인력이 확보되어야 합니다. 한국수자원공사는 2024년까지 전국 주요 정수장에 AI 기술 도입을 완료할 계획이며, 중소 정수장을 위한 패키지형 솔루션도 개발하고 있습니다. 또한 해외 진출도 활발히 추진하여 한국의 스마트 정수장 기술을 전 세계에 확산시키고 있습니다.