1) Title & Author
Journal: Proceedings of the 2009 IEEE IEEM
Title: Integrated Design using Dynamic Simulation of Reverse Osmosis Plants
Author: Luis Palacin, Fernando Tadeo, Cesar de Prada


2) Summary of Paper
이 논문은 해수담수화 플랜트의 동적 시뮬레이션을 통한 최적 디자인을 제안하고자 하는 논문입니다. 플랜트를 제어하는 목적으로 다음과 같이 3가지를 고려하고 있습니다.
1. 시간에 따라 다르게 요구되는 수량을 맞추기 위해서
2. 에너지 소비를 최소화하기 위해서
3. 생산되는 유량이 저장탱크의 최저, 최고 수위의 범위 내에 있게 하기 위해

또한, 이러한 목적을 수행함에 있어 운전한계, 펌프의 물리적 한계, 그리고, 주기적인 세척의 필요성 등 여러 가지 제약조건들을 고려하고 있습니다.
아래에 보여지는 그림은 48시간 동안 측정된 물의 요구량과 시뮬레이션을 한 결과를 보여줍니다.

보시는 바와 같이 낮 시간 동안 물의 사용량은 많지만, 밤 시간 동안에는 물의 사용량이 급격히 줄어드는 것을 볼 수 있습니다. 이를 위해, supply pump와 high pressure (HP) pump를 제어하고 있습니다. 이 연구에서의 Supply pump는 on/off centrifugal pump이며, HP pump는 a variable speed positive displacement pump입니다. 그리고, 세척을 위해서는 하루에 한번 30분 동안 세척 시간을 고려하였습니다. 이러한 제어인자와 함께 플랜트 디자인 인자로서 펌프의 사이즈를 하나의 제약 조건으로 고려하였습니다. 그러나 이 논문에서는 모델에 대한 내용은 따로 보여주고 있지는 않습니다.
아래에 보이는 그림은 이 논문에서 시뮬레이션을 기초로 해서 플랜트의 최적 설계를 위해 사용되는 최적화 구조입니다. 이 최적기는 최적 운전점을 찾기 위해 요구되는 에너지 소비, 물의 요구량, 물 소비의 측정, 탱크 수위, 그리고 유량을 이용하고 있습니다. 이 제안되는 디자인은 결국 수학적으로 아래의 수식 (Cost function)을 최소화하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이 수식에서 고려되는 것은 탱크의 크기, 에너지 소비, 제어 효과입니다.


결과로서는, 최적 운전을 위해서는 supply pump와 HP pump의 유량과 세척을 아래와 같이 시뮬레이션 하였습니다.


이를 바탕으로 아래와 같이 최적 탱크 크기가 제안되었습니다. 

그리고, 48시간 탱크의 수위를 보면 아래의 그림과 같이 최저, 최고 수위 내에 운전 수위가 들어올 수 있도록 제어되었음을 볼 수 있습니다.


3) Originality & Creativity
Concept에 있어서의 특징은 일년 중 각 달마다 물의 사용량이 다를 것이고, 또한, 주 중에 각 날마다 요구되는 수량이 달라지기 때문에 필요에 맞는 운전이 되어야 한다는 것입니다.


4) Contribution to ESEL
이 논문에서 고려된 제어 목적과 제약조건들을 동일하게 현재 개발하고 있는 동적 모델에 적용을 해 볼 수 있을 것으로 기대됩니다. 또한, 가능하다면 저장탱크의 수위를 고려할 수 있는 모델을 고려해 보는 것도 의미가 있을 것으로 기대됩니다.

5) 리뷰어 : lyg@gist.ac.kr