서울기술연구원이 IoT로 열수송관 파열사고를 예방하는 기술을 국내 최초로 개발했다. 서울 전역에 광범위하게 매설된 열수송관 전체를 첨단 IoT로 실시간 모니터링 해 선제적으로 유지 관리해 나간다는 계획이다.

서울연구원은 해당 기술을 지난 11월말 서울에너지공사 중계-신내지구 신설 열수송관(80m)에 시범 구축했다. 5개월간 시범 운영을 통해 실증 작업을 거쳐 내년엔 서울에너지공사가 열 수송관을 신설하는 구간에 확대 적용한다는 계획이다.

작년 고양시, 목동에서 발생한 노후 열수송관 파열 같은 사고를 예방하고, 혹여 사고가 발생하더라도 신속하게 대응할 수 있을 것으로 기대된다.

서울기술연구원의 ‘첨단 IoT 기술 기반 열수송관 유지관리 기술’은 손상 지점을 실시간 파악하고 이 정보를 무선 통신망으로 유지관리자에게 바로 전송하도록 개발됐다. 기존 기술의 인적‧기술적 한계를 보완, 열수송관의 관리와 열수송관 파열 예방 효과를 높일 것으로 기대된다.

이를 위해 열수송관 전체를 최소 10cm 간격으로 촘촘하게 감지하는 분포형 계측선을 설치했다.

기존 열수송관 유지관리는 작업자가 지상에서 GPR(지표투과레이더), 열화상카메라 등을 이용해 일일이 점검하는 방식으로, 열수송관 전체를 다 관리하는 데 어려움이 있고 정확도도 떨어지는 한계가 있었다. 고양시‧목동에서 발생한 사고 역시 노후 열수송관에 대한 선제적 관리가 이뤄지지 않은 것이 주원인으로 지적됐다.

시범 적용된 기술은 ▴‘분포형 계측선’ 센서로 사고지점 측정 ▴측정 정보 실시간 변환 ▴무선 통신망 활용 ‘모니터링 시스템’으로 구성됐다.

분포형 계측선 센서로 사고지점 측정 : 긴 전선형태 센서인 ‘분포형 계측선’을 통해 열수송관 손상 지점 측정의 정확도(±3% 이내)를 높였다. 관 전체에 최소 10cm 구간 마다 전류를 흘려보내고, 보낸 전류가 얼마나 다시 되돌아오는지를 측정해 관로 손상 지점을 감지한다. 최대 적용 길이는 1km다. 현장에서 매설하기 편하도록 롤 형태로 제작했다. 전선으로 피복돼 열수송관보다 내구성도 뛰어나고 수명도 길다.

측정 정보 실시간 변환 : 분포형 계측선으로 측정한 2차원의 전기파형 정보를 온도, 누수량(함수비) 등 원하는 정보로 실시간 변환(필터링/보정)하는 기법도 새롭게 개발했다. 실내 검증을 거쳐 모니터링 기기에 프로그램으로 탑재했다. 실시간으로 자동 분석이 가능해지고, 정확한 손상 정보만 관리자에게 전달된다.

정보 변환은 일반적인 전기회로의 편미분 방정식을 이용하면 계측선 전체 값을 보정하지 못하는 한계가 있기 때문에, ‘이동평균법’과 ‘이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform)’을 이용해 개발했다. 이를 통해 2차원 전기파형으로 부터 10cm 간격의 손상 정보를 획득할 수 있다.

무선 통신망 활용 ‘모니터링 시스템’ : 무선 통신망을 활용한 모니터링 시스템을 개발했다. 변환된 정보는 첨단 IoT 기술인 ‘지중 무선 센서 네트워크 시스템(uWSN; Underground Wireless Sensor Network)’을 통해 관리자에게 실시간 전송된다. 그동안 광범위하게 매설된 열수송관 손상 감지를 위해 많은 비용과 시간이 소요됐다면, 이제는 저비용으로 효율적으로 모니터링 할 수 있게 된다.

서울기술연구원(연구책임자 : 박민철 수석연구원)은 “이 기술은 열수송관 뿐만 아니라 지하관로를 선제적으로 유지관리하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 또 서울시의 지하 안전 확보에 대한 비전도 제시했다”며 “앞으로도 시민의 안전을 지킬 수 있는 우수 기술의 개발을 위해 적극 노력하겠다”고 말했다.