(견 본 용)

Ⅶ. 에너지절약기술 수요조사 제안서(2)

※ 본 제안서는 연중 수시로 접수합니다.

			접수번호
구 분			기술분야 code. No.
기술명	도로터널용 전기집진식 환기 통합 시스템을 위한 엔지니어링 기술
제안자	기관명		부서명
	직 위		성 명
	주 소
	E-mail 주소
	전 화		F A X

1. 개요(제안하는 기술의 내용 및 특성을 기술하여 주십시오 - 핵심기술 위주로 작성요망)

본 기술은 터널의 구조상 발생되는 터널 내부의 오염상태를 적정 상태로 유지하기 위한 여러 가지 환기방식 중의 한가지 방식이다. 전기집진기를 이용한 환기시스템은 가시거리에 영향을 주는 매연 제거에 가장 경제적이고 효율적이라고 알려져 있다. 이와같은 전기집진식 환기시스템을 구성하기 위해서는 크게 다음의 세가지 기술이 필요하다.

1) 환기시스템 계획 / 성능평가 기술 : 차량의 운행 상태에 따른 터널내의 오염도 예측

2) 도로터널용 전기집진시스템 기술 : 전기 집진장치의 설계 및 제조, 수처리 설비 설계 및 제작

3) 도로터널용 전기집진 장비의 운용 기술 : 터널내의 장비 선정 및 집진 터널의 설계, 터널내 운행조건에 적절한 장비들의 자동제어 기술 등

도로터널용 전기집진식 환기 통합 시스템을 위한 엔지니어링 기술은 위와 같은 세부 기술을 바탕으로 각 세부 기술을 통합한 시스템 엔지니어링 기술을 의미한다. 시스템 엔지니어링 기술은 세부기술의 발전과는 또다른 문제로서, 많은 경험과 기본기술에 대한 완벽한 이해가 전제되지 않고서는 달성할 수 없는 기술이다. 따라서 본 기술을 습득하기 위해서는 각 세부 요소에 관한 연구와 더불어 이를 통합할 수 있는 기법도 병행하여 연구하여야 한다.

2. 적용범위(제안하는 기술이 적용되는 제품 또는 기술을 제시하여 주시기 바랍니다.)

본 엔지니어링 기술을 확립한다면 첫째, 각 세부 기술의 습득을 통하여 터널의 건설비를 절감하고 최적의 환기시스템을 선정하는데 활용할 수 있으며 현재 국내의 환기량 산정기준을 검토하고 수정사항을 제안할 수 있을 것이다. 현재 터널 1기당 환기설비 시스템의 일괄도입 가격은 250□/s의 집진풍량 기준 약 40억에 이르며(한국 도로공사 자료) 여기에는 엔지니어링 기술료가 포함되어 있다. 본 연구에 의한 기술개발이 완성될 시에는 기기 제작가격만 필요하게 되어 터널 1기당 약 20억원의 절감이 예상된다.

둘째, 차도 및 터널내의 환경개선, 인체보호 및 안전향상이 이루어질 수 있으며 차도 및 터널내에서 발생하는 부유분진 및 자동차 배출 매연 등 각종 미세한 부유 먼지를 제어하여 차도, 터널, 입출구 및 너널내의 환경을 개선하고 시정을 확보함으로써 운전자와 승객의 건강과 안전향상을 도모할 수 있다.

셋째, 대기오염방지 및 생태계 보호차원으로 터널내의 오염물을 외부로 배출하지 않고 자체에서 처리함으로 날로 심각해지는 대기오염을 방지할 수 있으며 배출구 부근의 생태계를 보호할 수 있다.

넷째, 기업화 측면에서 수입가격이 1 SET당 3백만원인데 반하여 개발품은 2백만원으로 1백만원의 절감효과가 잇으며 연간 매출액은 내수 30억 수출 5억으로 매출액 향상에 크게 기여하게 된다. 또한 기존 국내 전기집진기의 검증되지 않은 성능과 부진한 기술개발 및 투자로 국내시장이 수입제품에 잠식당할 가능성이 커진 상황에서 고성능, 고효율의 비교적 저가의 제품이 나옴으로써 터널 집진시설이라는 새로운 시장에 적용하여 집진 Filter시장의 인식도 제고에 큰 역할을 하게 돌 것으로 기대한다.

3. 목표 및 내용(제안하는 기술의 규격(개발목표 및 내용)을 수치적으로 기술하여 주시기 바랍니다.)

- 최종목표

본 기술은 실제 도로터널용 전기집진식 환기 일괄 시스템을 구성하여 제작과 설치 및 운용을 위한 엔지니어링 기술을 확립하는 것이 최종 목표이다. 환기 시스템 계획과 성능평가 기술, 도로터널용 전기 집진시스템 기술 그리고 도로터널 용 전기집진 장비의 운용 및 오폐수처리 기술의 개발을 통하여 전기 집진기 설계기술 뿐만 아니라 그에 따른 운영방식과 여러 가지 제반 설계기술, 즉 터널의 성능예측 및 평가, 집진 바이패스터널의 설계, 집진기의 배치방법, 환기유동의 구성방법, 오염물의 처리방법 등이 모두 이어진 통합적인 엔지니어링 기술을 습득하는 것이다.

- 개발내용

전기집진식 환기통합 시스템 엔지니어링 기술개발 내용을 크게 나누어보면 다음과 같다.

1) 환기시스템 계획 / 성능평가 기술

2) 도로터널용 전기집진시스템 기술

3) 도로터널 용 전기집진  장비의 운용 및 오폐수 처리 기술

각 부분의 개발 내용은 다음과 같다.

환기시스템 계획 / 성능평가 기술 개발의 목표는 터널의 필요 환기량 산정과 집진터널 입·출구에서의 유동장과 유해물질의 분포를 예측할 수 있는 방안과 시스템의 성능 평가방안을 선정하고, 환기량 결정시에 필요한 각종 계수의 유효성을 검증하고 개발된 S/W를 적용하여 실증용 시스템의 성능 평가방안을 제시하는 것이다.

도로터널용 전기집진시스템 기술 개발의 목표는 전기 집진기의 효율을 향상과 전기적 연결성 향상을 위한 방안 연구와 무색, 무취, 무독성 수용성 점착액(VISCOSINE)의 개발로 집진효율을 향상시키며 추가 동력이 없는 수압에 의한 NOZZLE HEADER 회전식 SPRAY 방식의 개발에 관한 연구를 수행하여 보다 우수한 전기집진 방식의 집진기를 제작하는 것이다.

도로터널 용 전기집진 장비의 운용 및 오폐수처리 기술 개발의 목표는 집진 작용을 하는 전기집진기의 설계와 전기집진장비에 대한 외국의 자료를 바탕으로 하여 이론적인 제반 사항을 습득하고 우리나라에 적용된 전기집진장비에 대한 사례조사와 함께 문제점 및 개선점을 모새하여, 우리나라 실정에 맞는 전기집진설비에 대한 연구와 함께, 덕트, 장비배치 등 실시설계시 중요한 요점을 연구할 것이다. 또한 우리나라 실정에 적합한 설계시스템을 알아보고, 현재 운전이 되지 않고 있는 운전모듈에 대한 체계적인 작업을 통해서 전기집진 설비의 운전모듈을 제시하는 것이다.

본 엔지니어링 기술로 전기집진기 설계기술 뿐만 아니라 그에 따른 운영방식과 여러 가지 제반 설계기술, 즉 터널의 성능예측 및 평가, 집진 바이패스터널의 설계, 집진기의 배치방법, 환기유동의 구성방법, 오염물의 처리 방법 등이 모두 이어진 통합적인  엔지니어링 기술을 습득할 수 있을 것이다.

4. 국내외 기술개발 동향(현황) (제안하는 기술의 국내외 개발동향 및수준을 기재하여 주시기 바랍니다.

가. 국내(해당기술의 수준 및 동향, 상품화/시장점유 실태 및 전망 등)

근래 한국건설기술연구원, 생산기술연구원, 한국도로공사에서 도로너털환기에 대한 기술개발의 필요성을 강조하고 있으며 이결과 환기 시설 설계기준이 준비되고 터널용 전기 집진기 기술에 대한 부분적인 검토가 이루어지고 있다. 그러나 국내 실제 터널에 환기설비 실시 설계는 현재까지 외국사의 기술에 의존되고 있다. 전기집진기 자체는 국내에서 제작될 수 있지만 그에 따른 여러 가지 제반, 설계기술, 즉 집진 바이패스터널의설계, 집진기의 배치방법, 환기유동의 구성방법, 오염물의 처리방법 등이 모두 이어진 전체적인 엔지니어링 기술이 완벽하게 발전되지 못하였다. 이러한 이유로 터널공사 발주자는 완벽한 터널의 완성을 위하여 하는 수 없이 전기집진 시스템에 포함되는 모든 설비를 외국의 기술보유사에게 맞기고 있는 실정이다. 특히 국내에서는 실제 환기상태에 대한 검증이 미흡하고 한국도로공사의 규정도 완전히 검증되지 않은 실정이다. 이로 인해서 전체 환기 시스템의 성능평가는 대부분 외국 엔지니어링사에 의뢰되고 있으며 국내 기술에 의한 성능평가 방안에 대한 연구는 초보적인 단계에 머물러있다. 근래에 들어 기본 기술에 대한 연구가 몇몇 연구기관과 기업에서 이루어지고 있으나 그 성과가 실제 터널설계에 직접적으로는 반영되지는 못하고 있으며, 본 기술에 대한 국내 기술수준을 아래의 도표로 나타내었다.

단위기술	기술사항	기술수준비교(선진국:100)
		선진국	국내
오염도 예측기술	차량의 운행조건에 따른 오염도 예측기술 집진터널 주위의 유동장 및 오염물분포예측 신뢰성있는 설계자료	100 100 100	60 60 40
총괄 시스템기술	각 유닛을 통합한 시스템 구성기술 각 유닛을 통합한 시스템 평가기술	100 100	20 30
전기집진기 설비	전기집진기 설계기술 전기집진기 제작기술 전기집진기 성능예측 전기집진설비 구성기술	100 100 100 100	50 70 60 40
폐수처리설비	폐수처리 방식 설계기술 폐수처리 장치 제작기술 폐수처리 선정기술 폐수처리 시스템 구성기술	100 100 100 100	40 60 40 40
집진실 구조설계	집진실 유동경로 설계기술 내부 장비 선정기술 에너지 절약기술	100 100 100	30 40 50
오염도 예측기술	차량의 운행조건에 따른 오염도 예측기술	100	70

표 1. 전기집진식 환기 통합시스템을 위한 엔지니어링 기술수준

단위기술	기술사항	기술수준비교(선진국:100)
		선진국	국내
오염도 예측기술	차량의 운행조건에 따른 오염도 예측기술 집진터널 주위의 유동장 및 오염물분포예측 신뢰성있는 설계자료	100 100 100	60 60 40
총괄 시스템기술	각 유닛을 통합한 시스템 구성기술 각 유닛을 통합한 시스템 평가기술	100 100	20 30
전기집진기 설비	전기집진기 설계기술 전기집진기 제작기술 전기집진기 성능예측 전기집진설비 구성기술	100 100 100 100	50 70 60 40
폐수처리설비	폐수처리 방식 설계기술 폐수처리 장치 제작기술 폐수처리 선정기술 폐수처리 시스템 구성기술	100 100 100 100	40 60 40 40
집진실 구조설계	집진실 유동경로 설계기술 내부 장비 선정기술 에너지 절약기술	100 100 100	30 40 50
오염도 예측기술	차량의 운행조건에 따른 오염도 예측기술	100	70

표 2. 국내의 전기집진부 환기방식 현황

선진외국과 선진기업은 연구를 통하여 쌓인 노하우를 바탕으로 세계 각국의 도로터널이나 지하공간의 환기설비 시장을 장악하고있으며 만약, 국내에서 이와 같은 연구가 이루어지지 않는다면 앞으로도 많은 기술료를 지불하며 이를 수입해야할 것이다. 표 2는 우리나라에 건설중이거나 건설예정인 도로터널 중 전기집진기를 채택한 터널을 나타내고 있다. 국내 기술의 부족으로 집진 시스템을 통째로 구입하므로 과다한 비용을 지불하고 있는 실정이며 이는 앞으로도 더욱 심각해질 수도 있다.

터널명	용량(CMS)	대수(SET)	적용년도	제작사	발주처
수정산 터널	225	1	1993.4	일본/Panasonic	부산시
수리터널(하행)	225	1	1995.6	노르웨이/CTA	한국도로공사
진부1터널(상행)	285	1	1995.12	노르웨이/CTA	한국도로공사
양미재(상행)	270	1	1996.5	일본/Panasonic	한국도로공사
양미재(하행)	300	1	1996.5	일본/Panasonic	한국도로공사
대관령1터널(하행)	551	1	1996.9	일본/Panasonic	한국도로공사
육십령터널(상행)	205	1	1996.12	노르웨이/CTA	한국도로공사
육십령터널(하행)	290	1	1996.12	노르웨이/CTA	한국도로공사
장성터널(하행)	215	2	1997.10	노르웨이/CTA	한국도로공사
죽령터널(상행)	230	1	1997.10	노르웨이/CTA	한국도로공사
우면산터널(상행)	100	2	1997.12	노르웨이/CTA	서울시
우면산터널(하행)	100	1	1997.12	노르웨이/CTA	서울시
와촌터널(하행)	100	1	1998.6	노르웨이/CTA	한국도로공사
와촌터널(상행)	100	1	1998.6	노르웨이/CTA	한국도로공사
사패산터널(상행)	350	2	1998.7	노르웨이/CTA	한국도로공사
사패산터널(하행)	130	1	1998.7	노르웨이/CTA	한국도로공사

나. 국외(해당기술의 수준 및 동향, 상품화/시장점유 실태 및 전망 등)

터널에 대한 연구는 주로 터널내의 유해가스 및 가시거리에 대한 분야에 집중되어있고 이런 결과를 운용에 적용하는 기술은 선진 2개사(CAT사. 미쓰비시사)의 독점적인 know-how에 의존하고 있다. 이와같은 자료는 대부분 비공개되어있는 실정이다.

일본의 동경만 횡단 해저도로터널(연장 9.6km)은 수직갱(인공섬), 제트팬, 전기집진기를 조합한 종류환기방식을 채택하고 있으며 이 해저터널이 연약지반에 위치하기 때문에 여건상 전기집진기를 설치하기 위한 바이패스 터널을 차도의 천장부에 설치하고 있다. 이러한 천장형 전기집진시스템은 유럽의 노르웨이 Hell터널(연장 3.9km)에 적용된 바 있으며 일본은 동경만횡단 해저터널의 천장형 전기집진기 설치를 위하여 노르웨이측의 기술협조를 요청하고 있다. 이 분야에 관한 대부분의 연구는 선진국과 선진기업의 주도로 이루어지고 있으며 많은 연구 투자를 통하여 자국의 입지조건과 교통조건에 적합한 도로터널 환기기스템을 구축하고자 노력하고 있다.

5. 시장규모(제안하는 기술의 국내외 시장규모를 다음표에 기재하여 주시기 바랍니다.)

(단위 : 억원, 환율 1（ = 1,300)

산출근거 :

구분	1999년	2000년	2001년	2002년	2003년
국외	1000	1500	2000	3000	5000
국내	60	72	85.2	92.40	80.00
합계	1060	1572	2085.2	3092.4	5080

6. 수출입효과(기술개발 완료시 예상되는 수입대체 금액과, 수출금액을 다음표에 기재하여 주시기 바랍니다.

(단위 : 억원, 환율 1（ = 1,300)

구분	2001년	2002년	2003년	2004년	2005년
수입대체	50	60	40	50	60
수출금액	0	0	0	0	0

산출근거 :

구분	1999년	2000년	2001년	2002년	2003년
국외	1000	1500	2000	3000	5000
국내	60	72	85.2	92.40	80.00
합계	1060	1572	2085.2	3092.4	5080

7. 제약요인(제안하는 기술을 개발 또는 상품화하는데 필요한 제약조건(특허, 부품조달 등)을 기재하여 주시기 바랍니다.)

본 기술은 궁극적으로는 실제 시스템을 제작하여 운전하며 발생되는 문제점을 보완하며 그 기술을 발전시켜야 하는 특성이 있는 관계로 기반 기술 개발도 수행하여야하고 이를 바탕으로 실제 터널에 실증용 설비도 장착하여야 한다. 따라서 많은 비용과 시간뿐 아니라 관계기관과의 긴밀한 협조도 필요로 한다. 그러므로 이 분야에 관한 국가적인 지원이 제공되어야 한다. 또한 국내에서 제작되는 각종 장비를 신뢰성 있는 장소에서 실험으로 검증할 수 있는 방안도 마련되어야 할 것이다.

8. 제안사유(중요성 및 필요성) (이 기술을 제안하는 사유를 기술하여 주시기 바랍니다.)

국내 터널설비 기술은 관련설비의 설계 및 제조, 운용장비 등에 걸쳐 전반적으로 낮은 수준에 머물러 있어 국내 개통예정인 터널의 전기집진시스템 대부분은 외국에서 전량 수입하고 있는 실정이다. 환경관련 설비 기술은 소수의 선진국이 독점적으로 지배하고 잇으며 이로 인해 앞으로는 환경관련 장비 수입도 늘어날 수 밖에 없을 것으로 사료된다. 시스템의 선정, 설계 및 운용 기술 부족으로 기본 자재 비용과 엔지니어링 요금을 포함하여 본래 가격보다 약5∼10배 정도 고가로 수입할 수밖에 없어 국내 자체 기술의 발전을 저해시키고 선진국과의 무역역조도 심화시킬 것으로 예상된다. 여러 산업 중 환경관련 산업이 미래의 고부가가치 산업이 될 것으로 여겨지며 이는 세계의 환경보호 정책을 살펴보면 확실히 알 수 있는 것이다. 본 연구를 통하여 도로 터널에 대해차량 운행에 따른 오염물의 분포예츨 기술, 많은 자이와 운영체계로 구성된 집진 설비기술과 집진된 오염물을 처리하는 오·폐수 처리설비기술의 기반이 다져진다면, 관련된 국내 기술의 발전을 촉진시켜서 수입대체 효과뿐만 아니라 나아가서 이와같은 설비를 발달된 국내의 건설기술과 병행하여 해외에 진출할 수도 있으리라 여겨지므로 본 연구는 반드시 이루어져야할 것으로 여겨진다. 또한 터널의 환기시스템 설계는 각국의 지형특성, 기후특성, 자동차의 특성등에 따라 많은 차이를 보이게 되므로 설계에 필요한 자료를 장기간에 걸쳐 체계적으로 정립하고 지속적으로 보완하여야 하는 분야이다. 선진 외국에서는 오래전부터 터널의 환기대책에 지대한 관심을 가지고 이에 대처해 오고 있으나, 우리나라의 경우에는 외국의 경험 및 기술에 전적을 의존하고 있는 형편이다. 따라서 국내에서도 우리나라의 지형특성, 기후특성, 자동차의 특성을 고려한 적절한 전기집진설비 및 오폐수처리 일괄 시스템에 대한 기본 엔지니어링 기술과 제조 및 설비기술에 관한 많은 연구가 반드시 필요하다 하겠다.

9. 개발 소요 기간, 금액 및 인력

(단위 : 백만원, 년, 명)

정부부담금액	8,000
민간부담금액	4,000
합 계	12,000
소요인력(명)	31
개 발 기 간	3