출처 : SONOW
압력·유량·수질을 통합한 지하 관망 가시화
전국 주요 도시의 상하수도 관망에 구축된 디지털 트윈이 보이지 않는 지하 인프라를 완벽하게 가시화하여 물 관리의 효율성을 혁신적으로 개선하고 있다. 이 시스템은 수도관과 하수관의 압력, 유량, 수질 데이터를 실시간으로 수집하여 3D 네트워크 모델에서 통합 관리한다.
서울시 상수도사업본부가 운영하는 디지털 트윈은 총 연장 8,500km의 배수관망과 2만 3천개의 소화전, 15만개의 수도계량기를 실시간으로 모니터링한다. 5개 정수장에서 생산된 수돗물이 각 가정까지 도달하는 전 과정의 압력 변화와 수질 상태가 3D 지도에서 색상과 그래프로 시각화된다.
부산시 상하수도사업본부에서는 해안 지역 특성상 염수 침입과 관로 부식을 중점 관리한다. 취수원부터 배수지, 가압장을 거쳐 최종 급수지점까지 총 6,200km 관망의 압력과 염소 농도, pH 변화를 실시간으로 추적한다. 특히 해수면 상승이나 태풍으로 인한 염수 역류 위험을 사전에 감지하여 대응한다.
AI 누수탐지로 무수손율 15%에서 8%로 개선
디지털 트윈의 가장 큰 성과는 정확한 누수 위치 추정이다. AI 알고리즘이 관망 전체의 압력과 유량 패턴을 분석하여 누수 지점을 50m 오차 범위 내에서 특정한다. 기존 음향 탐지 방식 대비 정확도와 효율성이 크게 향상되었다.
대구시 상수도사업본부에서는 야간 최소유량 분석과 압력 변화 패턴을 조합하여 누수를 감지한다. 정상 급수구역의 야간 유량 패턴과 비교하여 3% 이상 편차가 발생하면 누수 의심 구역으로 분류하고, 정밀 조사를 실시한다. 이를 통해 무수손율을 15%에서 8%로 대폭 개선했다.
인천시에서는 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 데이터와 연계한 스마트 누수 탐지를 수행한다. 30만 가구의 스마트 계량기에서 수집되는 시간별 사용량 데이터를 분석하여 이상 사용 패턴을 감지한다. 심야 시간대 지속적인 소량 사용이나 급격한 사용량 증가 시 누수나 도난 가능성을 즉시 알린다.
광주시에서는 관로 노후도와 누수 이력을 종합 분석하여 예방적 교체 계획을 수립한다. 30년 이상 노후관 중에서 누수 위험이 높은 구간을 우선순위로 선정하여 계획적으로 교체함으로써 예방 정비 효과를 극대화하고 있다.
펌프 효율 최적화로 에너지 비용 연간 25억원 절감
상하수도 시설의 가장 큰 운영비는 펌프 가동을 위한 전력비이다. 디지털 트윈은 실시간 수요 예측과 전력 요금을 고려하여 펌프장과 가압장의 최적 운영 계획을 수립한다.
경기도 고양시 상수도사업소에서는 8개 가압장의 펌프 가동을 통합 제어한다. 시간대별 급수 수요와 전력 요금을 예측하여 야간 저렴한 시간대에 배수지 저수량을 늘리고, 주간 피크 시간대에는 펌프 가동을 최소화한다. 연간 전력비를 25억원 절감하면서도 급수 서비스 수준은 유지하고 있다.
울산시에서는 공업용수와 생활용수 공급을 통합 최적화한다. 산업체의 용수 사용 패턴과 일반 가정의 생활용수 수요를 종합 분석하여 취수장과 정수장 가동률을 조절한다. 특히 여름철 냉방용 급수 증가와 겨울철 동파 방지를 위한 사전 급수 공급을 정밀하게 계획한다.
창원시에서는 하수처리장 운영도 최적화한다. 강우 시 유입되는 우수와 평상시 생활하수를 구분하여 처리 공정을 조절하고, 슬러지 처리와 바이오가스 생산까지 연계하여 에너지 자립률을 높인다. 하수처리장에서 생산된 바이오가스로 펌프 가동 전력의 30%를 자체 공급한다.
피크 요금제와 수요관리로 kWh/㎥ 지표 35% 향상
물 공급 시스템의 에너지 효율성을 나타내는 핵심 지표인 에너지 원단위(kWh/㎥)를 디지털 트윈이 획기적으로 개선하고 있다. 피크 요금제 도입과 지능형 수요관리를 통해 같은 양의 물을 공급하면서도 에너지 소비를 크게 줄이고 있다.
수원시에서는 계절별·시간대별 차등 요금제를 시뮬레이션으로 설계했다. 여름철 오후 2-5시 피크 시간대에는 요금을 30% 할증하고, 야간과 새벽 시간대에는 20% 할인하여 수요를 분산시킨다. 시민들의 물 사용 패턴이 변화하면서 피크 시간대 급수량이 25% 감소하고 전체 에너지 효율이 35% 향상되었다.
성남시에서는 대형 건물과 산업체를 대상으로 한 수요반응 프로그램을 운영한다. 급수 시설 부하가 높은 시간대에 협력업체들이 자발적으로 급수량을 줄이면 요금 할인 혜택을 제공한다. 50개 협력업체 참여로 피크 시간대 급수 부하를 15% 감축하는 성과를 거두었다.
화성시에서는 빗물 활용과 중수도 시스템을 디지털 트윈으로 통합 관리한다. 강우 예보에 따라 빗물 저장 시설을 미리 비우고, 수집된 빗물을 조경용수나 청소용수로 활용하여 상수도 사용량을 줄인다. 중수도 처리 시설과 연계하여 물 재이용률을 40%까지 높였다.
향후 이 시스템은 기후변화 대응과 물 순환 관리로 확장될 예정이다. 가뭄이나 홍수 등 극한 상황에서도 안정적인 물 공급이 가능하도록 광역 상수도와 지하수, 해수담수화까지 포함한 통합 물 관리 시스템으로 발전할 것으로 기대된다.