In actual seawater desalination plant, the pressure loss due to frictional force of pipe is about 3~5 bar. Also, the pressure loss at pipe connection about 1~3 bar. Therefore, the total pressure loss in the pipe is expected to be about 4~8 bar, which translates into 0.111 to 0.222 kWh/m3 of energy when converted into the Specific Energy Consumption(SEC). Reducing energy consumption is the most important factor in ensuring the economics of seawater desalination processes, but pressure loss in piping is often not considered in plant design. It is difficult to prevent pressure loss due to friction inside the pipe, but pressure loss at the pipe connection can be reduced by proper pipe design. In this study, seawater desalination plant piping analysis was performed using a commercial network program. The pressure loss and SEC for each case were calculated and compared by seawater desalination plant size.

기후변화로 인해 가속화되고 있는 충남 지역 가뭄현상에 대응하고 대산 임해산업단지의 증가하는 용수 수요를 만족하기 위해서, K-water에서는 100,000 m3/일 규모 역삼투 해수담수플랜트 건설 사업을 추진하고 있다. 이에 본 연구에서는 해수담수플랜트 운영비용의 70% 이상을 담당하는 역삼투 공정 성능에 영향을 미치는 주요 인자에 대한 성능 분석을 수행하였다. 대산 지역 해수 염분농도 및 수온 변화 조건에서 RO 공정의 전력소모는 2.39 ± 0.13 kWh/m3로 나타났으며, 막여과유속과 회수율이 낮을수록 전력소모가 절감되어 연간 운영비용이 감소하였다. 주요 막 제조사별 고유량 막의 성능 비교 결과, 전량 2단 여과공정(full two pass) 기준 생산수 TDS는 평균 3.84 mg/L로 양호하였고, 전력소모는 2.22 ± 0.13 kWh/m3 수준으로 확인되었다. 역삼투 공정 구성을 전량 2단 여과방식에서 partial 또는 split partial 방식으로 변경함에 따라 전력소모는 최대 0.29 kWh/m3, 막모듈 설치비용은 최대 15.6% 절감 가능할 것으로 기대된다.

본 연구는 역삼투 해수담수화 플랜트의 실 데이터 분석을 통해 에너지 소모를 줄이는 방안을 제안한다. 이를 위해 10,000m3/d 이상의 플랜트를 대상으로 70여개의 데이터를 수집하고 분석하였다. 역삼투 해수담수화 플랜트의 에너지 소모는 에너지회수장치 발전으로 인해 크게 감소하였으나 각 요인에 따라 다른 값을 보였다. 에너지 소모는 유입수 수질에 영향을 받고, 높은 수질의 생산수를 얻기 위해선 더 많은 에너지가 소모됨을 확인하였다. 또한, 플랜트 규모가 커지면 에너지 소모가 줄어든다고 알려져 있으나 반드시 그런 것은 아니며, 역삼투시스템 운영 시 에너지 소모가 최소가 되는 회수율이 있음을 알아냈다. 마지막으로 에너지 소모와 관련된 요인을 정리하고 이를 바탕으로 저에너지 소모를 위한 3가지 방안을 제시한다.

해수담수화는 지구 수자원의 97%에 해당하는 해수를 활용하기 때문에 물부족 문제를 해결할 지속가능한 대안으로 평가받고 있다. 최근에는 증발식 해수담수화 대비 에너지 소모가 낮은 분리막 방식이 널리 적용되고 있으며, 에너지 소모는 3-4 kWh/m3 정도이다. 해수담수화 플랜트 소요비용 중 운영비용이 약 35~65%를 차지하므로 해수담수화 기술의 확대 적용을 위해서는 비용 절감형 운영 기술 개발이 필수적이다. 이에 K-water에서는 ‘중동지역 맞춤형 저에너지 해수담수화플랜트 기술개발’ 과제 참여를 통해 저에너지⋅고효율 해수담수화 운영 기술을 개발하고 있으며, UAE에 구축될 1,000m3/d 규모 플랜트에 적용할 계획이다. 본 기술 적용을 통해 해수담수플랜트 연간 운영비용 증가율을 5% 이내로 유지하는 것을 목표로 한다.

본 연구는 해수담수화 플랜트의 에너지 사용량을 이론적으로 분석하고 최적화하기 위한 기법을 개발하기 위하여 수행되었다. 먼저 해수담수화 공정모사 모델을 개발하였으며 이를 이용하여 에너지 흐름을 분석하고 각 단계별 유효에너지와 에너지 손실을 계산하였다.

해수담수화 플랜트 사업단은 2006년 해수담수화 플랜트 시장의 주력기술로 활용되었던 역삼투방식 해수담수화 플랜트 기술을 세계적인 수준으로 개발하고자 시작되었다. 특징적으로 10 MIGD 기장 플랜트를 통하여 8 MIGD급 트레인, 4.0 kWh/m³ 이하의 에너지 소모량, 파울링 저감 50% 등의 기술적 목표를 실현하였으며, 기술개발 주체인 두산중공업이 2013년 칠레 해수담수화 플랜트를 수주하는데 기여하는 등, 기술적 가치로서 1조 9천억에서 6조 9천억으로 평가받고 있다. 향후 기장내 공업용수 혹은 생활용수 공급용 정수 플랜트로 활용될 예정에 있다.

본 연구는 RO 공정을 통한 해수담수화 플랜트의 에너지 저감을 위한 FO/RO hybrid pilot plant 실증 연구에 관한 것이다. 폐수처리 방류수를 이용하여 FO 공정을 통해 해수를 희석시키고, 희석된 해수는 RO 공정을 통해 담수를 생산하는 공정으로 폐수재이용과 저에너지 담수화를 목적으로 하였다. 이 공정은 RO 공정에 유입되는 해수의 염도가 낮아지기 때문에 담수화 에너지를 획기적으로 낮추는 것이 가능하다. 운전된 system은 유입수 기준 1ton/hr의 처리용량을 가 지는 FO/RO hybrid 공정으로 화력발전소 내의 해수담수화 설비내에서 운전하였다. 이를 통하여 기존 RO system 대비 약 20~30%정도의 에너지 소비 저감 효과 및 RO의 fouling 개선 효과가 있음을 확인하였다.

Smart water grid is a water network with communication to save water and energy using various water resources. In smart water grid, water product from the various sources can be blended to be supplied to end-users. The product water blending was reported by literatures while feed water blending has been rarely reported so far. In this work, a commercial reverse osmosis (RO) system design software provided by a membrane manufacturer was used to elucidate the effect of feed water blending on the performance of seawater reverse osmosis (SWRO) plant. Fresh water from exisiting water resource was assumed to be blended to seawater to decrease salt concentration of the RO feed water. The feed water blending can simplify the RO system from double to single pass and decrease seawater intake amount, the unit prices of the RO system components including high pressure pump, and operation risk. Due to the increase in RO plant capacity with the feed water blending, however, the RO membrane area and total power consumption increase at higher water blending rates. Therefore, a specific benefit-cost analysis should be carried out to apply the feed water blending to SWRO plants.