1. 기술로드맵

□ (총론) 수질 모니터링 시스템, 스마트 에너지 등 기술 이슈에 대응하는 스마트 물관리 등을 위한 중소기업 전략기술로드맵 구축

○ (중소기업 기술개발전략1) 데이터 기반 누수 탐지 알고리즘 및 플랫폼 SW 개발 필요

○ (중소기업 기술개발전략2) 데이터 공유 및 통합 조기경보 시스템, 플랫폼 개발 필요

○ (중소기업 기술개발전략3) 에너지를 효율적으로 사용하는 보일러 및 히트펌프의 온수 생산 및 보관, 제어 기술 개발

[ 「스마트 물관리 시스템」 기술개발 로드맵 ]

2. 개요

가. 정의 및 필요성

(1) 정의

□ 수자원 및 상·하수도 관리의 효율 향상을 위하여 첨단 정보통신 기술을 융합하는 스마트 수질 관리 시스템

○ 하수 및 폐수 발생원의 수질 상황을 실시간으로 자동 측정 및 자동 전송하는 시스템, 측정, 전송된 데이터의 빅데이터 기반 관리/분석 기술 및 최적 처리 시스템, 처리수의 스마트시티 용도별 수질 맞춤형 용수 확보/공급 기술이 포함됨

[ 스마트시티 품목로드맵 내 스마트 물관리 시스템 ]

(2) 기술개발 필요성

□ 기후변화로 인해 전 세계적으로 과거와 다른 강우 패턴의 발생

○ 우리나라의 경우, 동남아 지역 스콜 형태로 강우 패턴의 변화가 조금씩 관측되고 있으며, 연간 약 1,200mm의 강수량이지만 여름 3개월 동안 900mm의 강우가 집중됨에 따라 수자원 관리 분야에서도 과거와 다른 대응 방안이 요구되고 있음

□ 강우 이외의 스마트시티 내, 대체 활용 가능 수자원의 효율적 활용 전략 필요

○ 도시에서 발생하는 하수에 대한 개념이 ‘처리하여 버리는 물’에서 ‘처리하여 안정적으로 재활용할 수 있는 수자원’으로 변화됨

□ 수자원 통합 관리 실행에 따른 Quantity, Quality 동시 관리 기술 수요 증가 예상

○ 수자원 통합 관리 시행에 따라 수량과 수질을 동시에 관리하는 기법과 기술에 관한 관심이 높아지고 있음에 따라 효율적인 수량, 수질 동시 통합 관리를 위해서는 수량, 수질 관련 데이터의 On-Line, On-Site, On-Time 정도가 고도로 진행되어야 함

□ ICT 중심의 스마트시티에 수질 관리 분야의 빠른 포지셔닝 전략 필요

○ 스마트시티의 중심 기술은 ICT 기술이나 수질 관리를 포함한 환경 분야의 낮은 On-Line, On-Site, On-Time 특성으로 인해 지금까지 수질 관리를 포함한 환경 분야에서는 ICT 기술 접목이 활발하지 못함

나. 범위 및 분류

(1) 가치사슬

□ ICT 기반의 스마트 수질 관리 시스템이 구축될 경우, 실시간 모니터링용 수질 시스템 등 통합 물관리가 가능하므로 산업의 운영 등에 있어 효과적으로 시각화할 수 있어 물과 관련된 전방산업 분야에서 추가적 부가가치 창출이 가능

○ 빅데이터 및 스마트 네트워크를 이용한 통합형 물관리 시스템은 수자원 및 상하수도 관리의 효율성 제고

○ 이력 정보 관리, 외부정보 연계, 모바일 연계 등 다양한 콘텐츠와 기능으로 담당자의 유지관리업무 효율 증대하고 데이터 분석을 통한 다양한 분석결과를 통해 사전예방 및 관리비용 절감 등에 활용

[ 스마트 물관리 시스템 분야 산업구조 ]

(2) 용도별 분류

□ 차세대 물관리 시스템은 깨끗한 물(수질) 및 지속 가능 개발(환경)에 효율성, 공평성 및 지속 가능성이 강조된 통합 물관리 체계를 지향

○ (분산된 자원) 우수, 지하수, 하수 처리수 등의 다양한 수자원

○ (측정기기) 스마트 워터 미터 및 센서

○ (양방향 실시간 유통) 용수의 다원적 생산/관리, 활용 목적에 맞는 수량/수질 공급

○ (서비스 패러다임) 물의 질, 실시간 가격제 등

3. 환경 분석

가. 시장 현황 및 전망

(1) 개황

□ SWC(Smart Water City)로 취수원에서 수도꼭지까지 공급 전 과정에 ICT 접목하여 차세대 물관리 서비스 확대

○ 수량과 수질을 과학적으로 관리하고 수돗물 정보를 제공하여 소비자가 믿고 마실 수 있는 건강한 물 공급체계 수립

○ 잔류 염소 균등화, 자동 드레인 설비, 공급 전 과정 실시간 수질측정 및 수질정보 제공, 관 세척, 선진 무 단수 탐사장비 운용, 스마트미터링, 원격 누수감시시스템, 관망운영관리시스템 등 우수기술을 활용하여 국민 물 안심 서비스 제공

○ 스마트 물관리를 물관리 전반에 적용하는 시스템인 스마트워터그리드(Smart Water Grid, SWG)를 구축

○ 물 순환 전 영역 통합 관리 모델 SWM(Smart Water Management)를 통해 안정적인 시설 관리·운영 가능

○ 물·에너지·도시 융합 서비스 확대

○ 물산업 오픈 플랫폼 구축

□ 국민 삶의 질 및 공공가치 향상을 위한 수변 공간 창출

○ 탈도시화, 산업구조의 고도화, 소득수준의 향상으로 삶의 질과 연계된 수변 공간 활용 요구 증가

(2) 관련 시장 규모 및 전망

① 세계 시장

□ 스마트 물관리 세계 시장규모는 2021년 136억 달러에서 2027년 226억 달러로 증가할 것으로 전망

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 8.8%로 전망

[ 스마트 물관리 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 십억 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
세계 시장	13.6	15.1	16.6	18.1	19.6	21.1	22.6	8.8
* 출처 : Smart Water Management Market by Water meter (AMR, AMI), Solution (Enterprise Asset Management, Network Management, Smart Irrigarion), Service(Professional, Managed), End User (Residential, Commercial, Industrial) and Region - Global Forecast to 2028_Marketsnadmarkets(`23.09)

② 국내 시장

□ 스마트 물관리 국내 시장규모는 2021년 7억 5,500만 달러에서 2027년 16억 9,700만 달러로 증가할 것으로 전망

○ 2021년부터 2027년까지의 연평균 성장률은 14.5%로 전망

[ 스마트 물관리 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위 : 백만 달러, %)

구분	‘21년	‘22년	‘23년	‘24년	‘25년	‘26년	‘27년	CAGR (‘21∼’27)
국내 시장	755	886	1,003	1,164	1,317	1,524	1,697	14.5
* 출처 : Smart Water Management Market Global Forecast to 2028_Markets and Markets(`23.09)

나. 기술개발 동향

(1) 개황

□ 정보 통신 기반 스마트 수질 시스템 구축 및 핵심 기술 확보에 주력

○ 주요 선진국과 물산업계는 스마트 물관리 체계로의 전환과 관련 기술 확보를 위한 연구개발에 집중

○ 지능형 검침 인프라(Advanced Metering Infrastructure, AMI) 보급

○ 스마트워터그리드 비즈니스 모델을 효과적으로 구축하기 위한 고도의 제어 시스템이 필요

□ 실시간 계측 제어 시스템

○ 스마트 물관리 시스템(물관리 자동화시스템)은 중앙관리소 및 원격장치로 구성된 실시간 계측제어 시스템으로 구축

□ 물 관련 4차 산업 기술 응용 확대

○ 물 관련 사회기반시설의 운영 및 유지관리를 위해 다양한 기술을 연결·융합한 물 과학기술과 함께 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능 및 정보통신기술을 통해 노후 수도 인프라를 개선 및 운영비용 절감

○ (한국) 환경부 실시간 수질 정보 시스템은 측정된 수질자료 및 수질지수를 실시간으로 제공하며 4대강 수계 실시간 수질 측정 및 감시, 수질오염사고 감시를 위한 경보체계 운영, 수질 예보제 운영 지원 등 지원

□ 첨단 IT 기반의 유량 측정·모니터링 및 정보제공 기술 개발

○ 미국 등 선진국은 첨단 IT기반의 유량 측정·모니터링 및 정보제공 기술을 중심으로 스마트 물관리 시스템 핵심기술 확보 연구에 주력하고 있음

(2) 주요 기술개발 동향

① 해외 기업

□ (IBM, 미국) 미국의 허드슨 강, 브라질의 아마존 강, 네덜란드 암스테르담 등 전 세계 주요 호수와 바다를 대상으로 IoT 기반의 첨단 물관리 솔루션 적용

□ (Oracle, 미국) 다양한 인프라에서 수신된 데이터를 통합/관리하여 변환, 해석, 예측을 통해 소비자와 관리자 들이 필요로 하는 의사결정에 도움을 주는 서비스 개발

□ (Hitachi, 일본) 고도수처리기술, 해수담수화설비, 효율적 시스템 통합을 위한 IT기술인 지능형 물 시스템 개발

□ (Siemens, 독일) 스마트워터그리드에 대한 로드맵을 제시하였고, SWITCH(Sustainable Water Management Improve Tomorrows Cities Health) 프로젝트로 향후 `30~`50년 후 미래도시의 물관리를 위해 물이용·재이용, 하천유역 친환경적 물관리 기술개발 추진 중

□ (Suez Water, 프랑스) 정보통신기술을 물과 폐기물관리에 적극적으로 적용하고 있으며 약 5.5억 유로의 이익을 창출, 프랑스에서 약 3,500개의 생활쓰레기 수거 효율을 높이기 위한 센서가 설치되어 시행 중

□ (Veolia, 프랑스) 미국과 캐나다에서 물 및 폐수처리 서비스 진행 중

□ (APQ Group, 스위스) ARQ는 North East Water와 협력하여 Victorian 유틸리티의 엔지니어가 원격 모바일 액세스를 통해 하수도 펌프의 상태를 확인하고 유지 관리 문제를 미리 예측할 수 있는 하이브리드 디지털 트윈 플랫폼을 구축함

□ (Itron, 미국) 도시의 물 전송 네트워크에서 물 손실을 모니터링하고 Itron의 유압 모델링으로 SCADA 데이터를 활용하여 네트워크를 최적화하고 누수를 식별하며 물 수요 변동을 지원함

② 국내 기업

□ 한국수자원공사

○ 스마트 물관리 이니셔티브를 `17년부터 홟라하게 추진하고 있으며 국민 물 복지 확대 및 통합 물 솔루션인 Water-K 개발

○ 스마트 물관리 이니셔티브(Smart Water Management Initiative, SWMI)를 2017년부터 활발하게 추진

○ 한국수자원공사는 IT 기술을 활용한 스마트 상수도 운영관리 체계 구축 및 데이터 기반 취약계층 사회안전망 확충 등 국민 물 복지를 확대 중

○ GE와 협력하여 글로벌 시장을 타겟으로 중앙 집중식 통합 물 솔루션인 Water-K 개발

○ 통합 수질 모니터링을 통해 실시간으로 수집된 모든 물 관련 데이터를 제공하고 있음

□ LG유플러스

○ ESG 경영이념에 따라 환경 자원을 절감하기 위한 노력을 꾸준히 하고 있으며, 빗물 재활용 시스템, 지하수 재활용 시스템 등을 도입하여 운영하고 있음

○ 데이터센터 운영 시 냉방에 사용된느 용수의 절감을 위해 외기냉방 시스템의 도입과 개선 및 냉방 시스템의 효율 증대 등의 노력을 통해 냉동기와 냉각탑의 가동시간을 줄여 운영 시 사용되는 용수의 사용량 절감

○ 평촌메가센터에 지하수를 배수하기 위한 설비가 구성되어 있어 버리는 지하수를 슬러지 고형물 발생 방지용 용수로 활용하여 연간 3,163리터의 시수 절감

□ 한국환경공단

○ 공공하수처리 시설의 에너지 효율 향상 및 유지 보수 방식 개선을 위한 공공하수처리 시설 지능화 체계(시스템) 구축 사업 추진하여 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등 적용

○ 대상시설에 설치된 사물인터넷 기반의 감지기(센서)가 수질오염, 온도 상승, 전력소비 증가 등 이상 징후 및 관련 정보 전송

□ 한국건설기술연구원

○ `22년 침전공정과 부상공정을 하나의 반응조 안에 융·복합해 하수처리장의 부지를 50% 이상 절감할 수 있는 ‘일체형 침전부상공정(SeDAF: Sedimentation and Dissolved Air Flotation)’ 개발

○ 하천 홍수 예측의 시공간적 확장 기술 개발로 홍수 위험의 사전 감지 및 맞춤형 홍수 정보에 대한 시공간적 확장 기반 고성능 수치해석 모형 개발하여 현행 홍수 예측의 정확도를 개선

○ 현행 홍수예측시스템의 정확도 및 사용성을 개선하기 위한 특보지점 우선순위 선정 기법, 매개변수 보정 자동화 기술 개발을 통하여 홍수예측의 시공간적인 확장을 위한 고정밀, 고정확도 홍수예측기법인 HPC를 활용한 분포형 모형, 1~2차원 연계 하도유출모형의 적용과 강우앙상블 시나리오를 활용한 빅데이터 인공지능 기법 기술 개발

□ 롯데건설

○ `22년 8월, 롯데건설이 제어 시스템 전문기업 (주)엠에스텍과 연구 협약을 맺고 'AI기반 스마트 수돗물 수질 측정 시스템'을 시범 운영 중

○ 6가지 수질 항목(잔류염소, 탁도, 전기전도도, 총 용존 고형물, 수소이온 농도, 수온)을 측정할 수 있는 '지능형 수돗물 수질 측정기', 수질관련 빅데이터를 구축할 수 있는 '클라우드 컴퓨팅 웹서버', 사용자가 모바일을 통해 수질 정보를 확인할 수 있는 '분석데이터 시각화 플랫폼'과 '긴급상황 알림 서비스 플랫폼'으로 구성됨

□ 비츠로시스

○ 전력자동화/스마트그리드/지능형교통/스마트 물환경 사업과 같은 국가 기반 인프라 자동제어 및 시스템통합 사업 수행

○ 스마트그리드 분야의 수도 등의 유틸리티 관련 통합 서비스를 개발하여 제공

○ 환경 전문기업 상림이엔지와 사업 공동발전을 위한 업무협약(MOU)을 체결했으며, 신제품 기술 개발 및 기술 고도화 강화할 예정

□ 아름다운환경

○ 하수처리시설 모니터링 최적화 위한 ‘스마트 수질분석장비’ 실증화 테스트베드 실시

○ 하수처리시설용 스마트 수질 측정 장비 개발하고 IoT 기반의 모니터링 시스템 구축을 목표로 함

○ 스마트 수질 측정 장비는 하수처리장용 수질측정센서 통합장치 및 공정 모니터링용 측정 장비로 구성

□ 워터코리아

○ 하수와 폐수 등 수질에 따른 친환경 수질개선을 SWIQ 플랫폼을 활용해 실시간 수질데이터를 확인하여 친환경 수질개선 공법으로 하천과 저수지의 수질을 개선시켜주는 기술을 갖추고 있음

○ 수질개선 공법으로 친환경적인 마이크로 오존버블 공법을 사용하며 수집되는 수질 데이터를 기반으로 운용되는 친환경 수질개선 시스템인 스마트와스를 개발함

□ 이엔아이씨티

○ IoT를 기반으로 상·하수도 분야에 다양한 솔루션을 개발하고 있으며, 지하에 매설된 다양한 시설물에 대한 모니터링을 위해 센서 및 IoT 통신 디바이스를 제작해 이를 종합적으로 관리할 수 있는 플랫폼을 직접 서비스하는 기업

○ 주력 서비스는 하·폐수 이상수질 감시시스템(무단 폐수방류 감시시스템)으로 하·폐수 수질을 2차원적으로 분석할 수 있는 임피던스 센서를 이용해 수질상태를 평가함

□ 위세아이텍

○ 수돗물 품질 향상과 국민 신뢰도 제고를 위해 상수원·취수장·정수장 운영 데이터 통합 모니터링 시스템을 구축하고 AI 기반 수질예측 서비스를 개발

○ 대청댐 수계의 수질정보를 실시간으로 상호 공유하고, 분석 및 예측의 자동화를 구현할 예정

③ 국내 연구개발 기관

□ (대표 연구개발 기관) 연구원 공기업에서 지능형/스마트 물관리에 관한 연구개발 진행

[ 스마트 물관리 시스템 주요 연구조직 현황 ]

4. 특허 분석

□ 전략품목에 대한 특허동향 분석, 기술동향 분석, 주요 출원인 분석을 통해 아래와 같이 결과 확인

[ 특허 분석 결과 ]

□ 4개 평가지표(활동도, 부상도, 시장력, 영향력)에 따른 정량적 분석 결과는 아래와 같이 도출

[ 평가지표/ 정량적 분석 ]

*각 평가지표 값은 원 계산 값에 상대적 비교의 편의성을 위해 최고점 100점으로 환산한 값이며, 상대적 기술경쟁력은 각 평가지표의 가중치를 1:1로 반영하여 평균값을 도출

[ 주요 특허 선별지표 ]

5. 기술개발 로드맵

□ 전략품목에 대한 핵심기술 및 개발목표 등을 토대로 기술개발 로드맵 구축

[ 「스마트 물관리 시스템」 기술개발 로드맵 ]