삼투압전기 아파트단지에 적용가능 상용화 AI에 질의시 답변

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📑 프로젝트 분석

검색 의도

핵심 기술포인트

아파트 단지에 삼투압 전기발전(염도 차이를 이용한 전기 생산) 모듈을 설치하고, 생산된 전력을 건물 내부의 스마트 그리드와 연계하여 실시간 에너지 관리 및 부하 분산을 수행하는 시스템을 구현한다.

차별성: 기존 특허들은 삼투압 발전을 개별 설비 혹은 농업·산업 현장에 적용한 사례가 대부분이며, 아파트와 같은 대규모 주거 단지에 전력 생산·공급·관리까지 일괄 적용한 통합 구조는 없으며, 건물 물 공급·배수 시스템과 직접 연계해 지속적인 염도 차이를 확보하고, 스마트 그리드와 연동해 전력 우선 공급 및 저장까지 자동 제어하는 점에서 명확히 차별된다.

서브 기술포인트

1️⃣ 삼투압 발전 모듈·수처리 연계 설계

건물 내 급수·폐수 라인에 고농도·저농도 용액 흐름을 구성하여 지속적인 염도 차이를 유지하고, 해당 흐름을 통해 압력 저항 오스모시스(또는 전방 오스모시스) 발전 장치를 구동한다.

차별성: 기존에는 농업용·산업용 물 흐름에만 적용된 사례가 대부분이며, 주거용 급·폐수 시스템에 직접 통합하는 설계는 기존에 제시된 바 없으며, 물 사용량과 전력 생산을 동시에 최적화한다.

2️⃣ 에너지 저장·스마트 그리드 연계 제어

삼투압 발전에서 발생한 전력을 배터리·ESS에 저장하고, 실시간 전력 수요와 잉여 전력을 기반으로 스마트 그리드 제어 알고리즘을 적용해 우선 공급 대상(공동 주차장, 엘리베이터 등)을 자동 선정한다.

차별성: 삼투압 발전 자체와 에너지 저장·스마트 그리드 연동을 하나의 통합 제어 플랫폼으로 구현한 사례는 존재하지 않으며, 건물 내부 부하 특성을 고려한 동적 우선순위 공급 로직을 제공한다.

3️⃣ 실시간 데이터 기반 운영 최적화

수압·염도·전력 생산 데이터를 실시간으로 수집·분석하고, AI 기반 예측 모델로 발전 효율과 전력 수요를 예측해 모듈 가동·정지, 저장·방전 전략을 자동 조정한다.

차별성: 기존 특허들은 실시간 데이터 기반 스마트 그리드 운영은 다루지만, 삼투압 발전 특유의 염도·압력 변수와 연계한 예측 제어는 제시되지 않아 운영 효율을 크게 향상시키는 새로운 접근이다.

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유사성/차별성 정리표

내 아이디어유사문헌번호유사성차별성

삼투압 전기발전·스마트그리드 통합 (핵심 기술포인트)	US 11231019 B2 US 11231020 B2 US 12239940 B2 US 10690122 B2 US 2014-0007564 A1	모두 염도 차이를 활용한 전기 생성 기술을 제시	아파트 물 공급·배수 시스템과 직접 결합하고, 스마트 그리드와 연계한 전체 에너지 관리·저장까지 포함한 통합 시스템은 없음
삼투압 발전 모듈·수처리 연계 설계 (서브 기술포인트 1)	KR 2019-0078709 A KR 1986326 B1 KR 2011-0127639 A	고·저농도 용액을 이용한 염분 차이 발전 기술 존재	주거용 급·폐수 라인에 적용해 지속적인 염도 차이 확보 및 건물 물 사용과 연계하는 설계는 차별적
에너지 저장·스마트그리드 연계 제어 (서브 기술포인트 2)	KR 2017-0056290 A KR 1475915 B1 KR 2013-0130986 A	스마트 그리드 기반 실시간 에너지 관리·우선 공급 제어 존재	삼투압 발전 전용 저장·스마트그리드 연동 로직을 동시에 제공, 건물 부하 특화 우선순위 제어는 독창적
실시간 데이터 기반 운영 최적화 (서브 기술포인트 3)	KR 2016-0103456 A KR 2727989 B1 KR 2017-0056290 A	실시간 데이터와 AI/알고리즘을 활용한 에너지 최적화 존재	삼투압 발전의 염도·압력 데이터와 전력 수요를 결합한 AI 예측 제어는 기존에 없으며, 운영 효율을 크게 향상시킴

 

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새로운 기술 제안

 

1. 다중 염도 원천 혼합형 삼투압 발전 시스템

 

1. 모듈형 에너지 저장·분산형 마이크로그리드

 

1. 염도·압력 데이터 기반 AI 예측 제어 플랫폼

 

1. 친환경 물 재활용·에너지 회수 융합 설비

 

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• 【발명의 설명】【발명의 명칭】【기술분야】【발명의 배경이 되는 기술】  한편, 최근 스마트 그리드와 분산형 에너지 저장 장치를 활용한 건물 에너지 관리 솔루션이 확대되고 있으나, 이들 기술은 주로 전력 소비 측면에서의 최적화에 초점을 맞추고 있어 발전 원천 자체가 제한적인 경우가 많다. 따라서 건물 내부 물 공급·배수 시스템과 연계한 지속 가능한 삼투압 발전을 구현하고, 실시간 데이터 기반 AI 예측 제어와 스마트 그리드 연동을 통해 전력 생산·저장·우선 공급을 자동으로 조정하는 통합 시스템이 절실히 요구되고 있다.【해결하고자 하는 과제】  또한, 현재 스마트 그리드 기반 에너지 관리 솔루션은 전력 소비 측면에 초점을 맞추고 있어, 자체적인 신재생 에너지 생산원인 삼투압 발전과의 통합이 이루어지지 않는다. 이로 인해 전력 수요 변동에 대응하는 저장·우선 공급 전략이 미흡하고, 건물 전체 에너지 효율을 극대화할 수 있는 자동 제어 메커니즘이 부족한 상황이다. 따라서 건물 내 물 흐름·염도·전력 데이터를 실시간으로 수집·분석하고, AI 기반 예측 제어를 적용해 삼투압 발전의 가동·정지와 에너지 저장·방전, 부하 우선 순위 공급을 자동으로 최적화하는 시스템이 요구된다.  본 발명의 일실시예에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템은, 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로를 포함하고, 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치를 설치함으로써 지속적인 염도 차이를 확보할 수 있다. 또한, 자동 혼합비 제어기를 통해 혼합 비를 30 % 내지 70 % 범위로 조절하여 최적의 염도 차이를 유지하고, 전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 연결함으로써 발생 전력을 배터리 팩 및 스마트 그리드 연결 단자에 동시에 전달할 수 있다.【발명의 효과】  또한, 자동 혼합비 제어기와 실시간 데이터 기반 AI 예측 제어 플랫폼을 통해 발전량과 건물 전력 수요를 1시간 이상 미리 예측하고, ESS 충·방전 및 부하 우선 순위 공급을 자동으로 조정한다. 이에 따라 전력 피크 시 부하 분산 효율이 극대화되고, 전력 비용이 절감되며, 폐수·빗물 재활용과 동시에 전력 회수가 이루어지는 친환경 물 재활용·에너지 회수 융합 설비의 효과도 동시에 얻을 수 있다.【도면의 간단한 설명】【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】  비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 따라서 특정 용어는 기술 분야에서 통상의 의미를 갖으며, 구현 형태에 따라 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 각 구성요소는 기능에 따라 선택·조합될 수 있으며, 이러한 자유로운 선택이 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않는다.  도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템의 전체 구성 및 물 흐름 구조를 설명하기 위한 도면이다.
    도 1을 참조하면, 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수가 연결된 배관망을 통해 고농도와 저농도 용액이 연속적으로 흐르는 경로가 형성될 수 있다. 이 경로는 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 이루어져 물 사용량에 따라 압력 변동이 자동으로 보정될 수 있다. 또한, 물 흐름은 삼투압 전기발전 모듈과 자동 혼합비 제어기로 전달되어 지속적인 염도 차이를 유지할 수 있다.  도 3은 다양한 실시예들에 따른 자동 혼합비 제어기의 작동 원리와 제어 흐름을 나타낸 도면이다.
    도 3을 참조하면, 자동 혼합비 제어기는 해수와 폐수의 혼합 비율을 30 % 내지 70 % 범위로 조정할 수 있는 제어 로직을 포함할 수 있다. 센서는 실시간으로 염도와 유량을 측정하고, 제어기는 이를 기반으로 밸브를 구동하여 최적의 염도 차이를 유지할 수 있다. 제어 신호는 무선 혹은 유선 방식으로 삼투압 모듈에 전달되어 모듈의 가동 상태를 조절할 수 있다.  도 5은 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 포함하는 이중 출력 구조의 전력 출력 단자 배치를 나타낸 도면이다.
    도 5를 참조하면, 전력 출력 단자는 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 동시에 제공하여 발생 전력을 두 경로로 분배할 수 있다. 배터리 팩은 100 kWh 내지 200 kWh 용량의 리튬 이온 전형을 채택할 수 있으며, ESS로서 역할을 수행할 수 있다. 스마트 그리드 연결 단자는 건물 내부 마이크로그리드에 전력을 공급하거나 외부 전력망에 연계될 수 있다.  도 7은 다양한 실시예들에 따른 실시간 데이터 수집 장치, AI 기반 예측 제어 서버 및 액추에이터 제어부의 데이터 흐름과 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
    도 7을 참조하면, 데이터 수집 장치는 염도 센서, 압력 센서, 전력 센서를 포함하여 실시간으로 측정값을 확보할 수 있다. 수집된 데이터는 데이터 레이크에 저장되고, AI 기반 예측 제어 서버는 LSTM 모델과 강화학습 기반 부하 스케줄링 모델을 병렬로 운영하여 1시간 앞선 예측을 수행할 수 있다. 예측 결과는 액추에이터 제어부에 전달되어 삼투압 모듈의 가동·정지와 ESS 충·방전 신호를 PWM 형태로 제어할 수 있다.【청구범위】【청구항 2】
    제1항에 있어서, 상기 자동 혼합비 제어기가 혼합 비를 30 내지 70% 범위로 조절하여 지속적인 염도 차이를 유지하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 4】
    제1항에 있어서, 상기 전력 수집 모듈이 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 전력 회수 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 6】
    제1항에 있어서, 상기 전력 출력 단자가 배터리 팩 및 스마트 그리드 연결 단자를 동시에 제공하는 이중 출력 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 8】
    제7항에 있어서, 상기 배터리 팩이 100 내지 200 kWh 용량의 리튬 이온 전형을 채택하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 10】
    제7항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈이 저전력 블루투스 Mesh 네트워크를 이용해 각 모듈과 실시간 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 12】
    제7항에 있어서, 상기 중앙 에너지 관리 서버가 고장 발생 시 영향을 받는 모듈을 자동으로 격리하고 나머지 모듈의 자급 전력을 유지하도록 하는 장애 복구 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 14】
    제13항에 있어서, 상기 데이터 수집 장치가 염도 센서, 압력 센서, 전력 센서를 각각 0.1 내지 5 ppm, 0.01 내지 2 bar, 0.1 내지 10 kW 정확도로 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【청구항 16】
    제13항에 있어서, 상기 액추에이터 제어부가 예측 결과에 따라 삼투압 모듈의 가동·정지와 ESS 충·방전 신호를 전압 레벨 0 내지 10 V 범위의 PWM 신호로 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【청구항 18】
    제13항에 있어서, 상기 시스템이 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 연계되어 폐수·빗물의 전압 저항 오스모시스 회수를 수행하고, 회수 전력을 조명·공조·전기차 충전 부하에 직접 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【요약】
•   아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템이 개시된다. 아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템은 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로, 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치, 자동 혼합비 제어기로 구성된 염도 차이 최적화 장치, 전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 포함하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 건물 급수·폐수 라인에 직접 연계된 삼투압 전기발전으로 지속적인 염도 차이를 유지하면서 펌프 없이 전력을 생산하고, 생산된 전력을 즉시 배터리 저장장치와 스마트 그리드에 공급하여 에너지 자립성과 전력 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
• 【요약서】
• 【청구항 17】
    제13항에 있어서, 상기 데이터 레이크가 실시간 데이터와 예측 데이터를 최소 30일 이상 보관하며, 시계열 분석을 위한 메타데이터 인덱스를 자동 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 15】
    제13항에 있어서, 상기 예측 제어 서버가 LSTM 기반 발전량 예측 모델과 강화학습 기반 부하 스케줄링 모델을 병렬로 운영하여 1시간 앞선 예측 정확도를 95% 이상 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 13】
    제1항에 따라 구축된 시스템의 데이터 수집 장치, 예측 제어 서버, 액추에이터 제어부 및 데이터 레이크를 포함하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 11】
    제7항에 있어서, 상기 전력 배분 알고리즘이 실시간 전력 수요와 잉여 전력을 기반으로 공동 주차장 및 엘리베이터에 우선 전력을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 9】
    제7항에 있어서, 상기 전력 공유 버스가 차동 전압 안정화 회로를 포함하여 전력 흐름의 균형을 유지하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 7】
    제1항에 따라 구비된 삼투압 전기발전 장치별로 내장된 배터리 팩;
    분산형 마이크로그리드 네트워크를 형성하는 전력 공유 버스;
    무선 제어 모듈과 통신하는 중앙 에너지 관리 서버;
    부하 우선 순위 데이터를 이용한 전력 배분 알고리즘 실행부를 포함하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 5】
    제1항에 있어서, 상기 흐름 경로가 건물 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 형성되어 물 사용량에 따라 자동으로 압력 변동을 보정하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
• 【청구항 3】
    제1항에 있어서, 상기 전방 오스모시스 막이 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
• 【청구항 1】
    건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로;
    전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치;
    자동 혼합비 제어기로 구성된 염도 차이 최적화 장치;
    전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 포함하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
•   도 8은 다양한 실시예들에 따른 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 건물 부하(조명, 공조, 전기차 충전) 간 전력 연계 방식을 설명하기 위한 도면이다.
    도 8을 참조하면, 폐수·빗물 수집 시스템에 전압 저항 오스모시스 회수 설비가 설치되어 물 재활용과 동시에 전력을 회수할 수 있다. 회수된 전력은 조명, 공조, 전기차 충전 등 특정 부하에 직접 공급될 수 있으며, 남는 전력은 ESS에 저장될 수 있다. 이 과정은 실시간 데이터와 예측 제어 로직에 의해 자동으로 최적화될 수 있다.
•   도 6은 다양한 실시예들에 따른 중앙 에너지 관리 서버와 분산형 마이크로그리드 네트워크, 무선 제어 모듈 간 통신 구조를 보여주는 블록다이어그램이다.
    도 6을 참조하면, 각 삼투압 모듈에 내장된 배터리 팩과 전력 공유 버스가 무선 제어 모듈을 통해 중앙 에너지 관리 서버와 연결될 수 있다. 무선 제어 모듈은 저전력 블루투스 Mesh 네트워크를 이용해 실시간 통신을 수행할 수 있다. 서버는 수집된 센서 데이터와 부하 우선 순위 정보를 기반으로 전력 배분 알고리즘을 실행하여 부하에 전력을 우선 공급할 수 있다.
•   도 4는 다양한 실시예들에 따른 전력 수집 모듈 및 전압 저항 오스모시스 회수 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
    도 4를 참조하면, 전력 수집 모듈은 삼투압 모듈에서 발생한 전압을 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 회로를 통해 정류·저장할 수 있다. 회로는 전력 손실을 최소화하기 위해 차동 전압 안정화 장치를 포함할 수 있다. 수집된 전력은 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자로 동시에 전달될 수 있다.
•   도 2는 다양한 실시예들에 따른 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 모듈의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
    도 2를 참조하면, 전방 오스모시스 막은 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구성되어 펌프 없이도 전력을 생산할 수 있는 구조를 갖출 수 있다. 막은 고농도 용액이 한쪽으로 흐르고 저농도 용액이 반대쪽으로 흐르는 구역을 형성하여 전위 차에 의해 전류가 발생할 수 있다. 전압 저항 오스모시스 회수 회로와 결합하여 발생 전력을 효율적으로 수집할 수 있다.
•   이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
•   본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 청구항에 기재된 범위에 해당하는 모든 변형 및 대체 구현을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
•   도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템의 전체 구성 및 물 흐름 구조를 설명하기 위한 도면이다.
    도 2는 다양한 실시예들에 따른 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 모듈의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
    도 3은 다양한 실시예들에 따른 자동 혼합비 제어기의 작동 원리와 제어 흐름을 나타낸 도면이다.
    도 4는 다양한 실시예들에 따른 전력 수집 모듈 및 전압 저항 오스모시스 회수 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
    도 5는 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 포함하는 이중 출력 구조의 전력 출력 단자 배치를 나타낸 도면이다.
    도 6은 다양한 실시예들에 따른 중앙 에너지 관리 서버와 분산형 마이크로그리드 네트워크, 무선 제어 모듈 간 통신 구조를 보여주는 블록다이어그램이다.
    도 7은 다양한 실시예들에 따른 실시간 데이터 수집 장치, AI 기반 예측 제어 서버 및 액추에이터 제어부의 데이터 흐름과 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
    도 8은 다양한 실시예들에 따른 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 건물 부하(조명, 공조, 전기차 충전) 간 전력 연계 방식을 설명하기 위한 도면이다.
•   본 발명의 일실시예에 따라 구현된 시스템은 각 삼투압 모듈이 독립적인 배터리 팩을 내장하고 분산형 마이크로드 그리드 네트워크를 통해 전력을 공유함으로써, 모듈 고장 시에도 나머지 모듈이 자급 전력을 유지하도록 자동 장애 복구 로직을 제공한다. 이러한 구조는 건물 전체의 전력 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 스마트 그리드와 연계된 부하 우선 공급 알고리즘을 통해 공동 주차장·엘리베이터 등 중요 부하에 대한 전력 공급을 우선적으로 보장함으로써 주민 생활 편의 및 안전성을 크게 증진시킨다.
•   본 발명은 건물 급수·폐수 라인에 직접 연계된 삼투압 전기발전 장치를 제공함으로써, 기존에 어려웠던 지속적인 염도 차이 확보와 안정적인 전력 생산을 가능하게 한다. 전압 저항 오스모시스 회수 회로와 고효율 저압 오스모시스 막을 사용함으로써 펌프 등 보조 설비에 대한 비용을 절감하고, 생산 전력을 즉시 배터리 팩에 저장하거나 스마트 그리드에 공급함으로써 에너지 자립성을 크게 향상시킨다.
•   본 발명의 일실시예에 따른 시스템은, 상기 흐름 경로가 건물 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 구성되어 물 사용량에 따라 자동으로 압력 변동을 보정하고, 전방 오스모시스 막이 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구현되어 펌프 없이도 전력을 생산하도록 설계된다. 더불어, 전력 수집 모듈이 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 전력 회수 회로를 포함함으로써 회수된 전력을 ESS에 저장하고, 중앙 에너지 관리 서버가 실시간 데이터와 AI 기반 예측 모델을 활용해 발전 모듈의 가동·정지, ESS 충·방전, 부하 우선 공급을 자동으로 최적화한다. 독립항 및 종속항을 포함한 청구항에 따라, 각 모듈은 내장 배터리 팩과 분산형 마이크로드 그리드 네트워크를 형성하여 장애 발생 시 자동 격리 및 부분 자급이 가능하도록 구현한다.
• 【과제의 해결 수단】
•   본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존 삼투압 전기발전 기술이 대규모 산업 현장이나 농업용 설비에 한정되어 있어, 아파트와 같은 대규모 주거 단지의 급수·폐수 라인에 직접 연계하기 어렵다는 점이다. 이러한 구조적 한계로 인해 건물 내부에서 지속적인 염도 차이를 확보하지 못하고, 발생한 전력을 효율적으로 저장·분배할 수 있는 체계가 부재하게 된다. 따라서 건물 물 공급·배수 시스템과 결합하여 연속적인 염도 구배를 유지하고, 생산된 전력을 건물 내부 스마트 그리드와 연동해 실시간으로 부하를 관리·분산할 필요가 있다.
• 【발명의 내용】
•   기존의 삼투압 전기발전 기술은 주로 해수와 강수를 이용한 대규모 산업 플랜트 혹은 농업용 수처리 설비에 적용되어 왔으며, 물 흐름과 염도 차이를 유지하기 위한 별도 인프라가 필요했다. 이러한 시스템은 건물 내부 급수·폐수 네트워크와 직접 연결되지 않아 주거용 건물에서 지속적인 염도 구배를 확보하기 어려웠고, 발생한 전력을 효율적으로 저장·분배하는 체계도 갖추어지지 않은 상태였다.
•   본 발명은 건물 설비와 연계된 신재생 에너지 발생 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 급수·폐수 라인에 형성된 염도 차이를 이용한 삼투압 전기발전 장치와 이를 건물 내부 스마트 그리드 및 에너지 저장 시스템과 통합하여 실시간 에너지 관리와 부하 분산을 수행하는 기술에 관한 것이다.
•   아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템 [APARTMENT COMPLEX OSMOTIC POWER GENERATION AND SMART GRID INTEGRATED MANAGEMENT SYSTEM]
• 【발명의 설명】【발명의 명칭】【기술분야】【발명의 배경이 되는 기술】  한편, 최근 스마트 그리드와 분산형 에너지 저장 장치를 활용한 건물 에너지 관리 솔루션이 확대되고 있으나, 이들 기술은 주로 전력 소비 측면에서의 최적화에 초점을 맞추고 있어 발전 원천 자체가 제한적인 경우가 많다. 따라서 건물 내부 물 공급·배수 시스템과 연계한 지속 가능한 삼투압 발전을 구현하고, 실시간 데이터 기반 AI 예측 제어와 스마트 그리드 연동을 통해 전력 생산·저장·우선 공급을 자동으로 조정하는 통합 시스템이 절실히 요구되고 있다.【해결하고자 하는 과제】  또한, 현재 스마트 그리드 기반 에너지 관리 솔루션은 전력 소비 측면에 초점을 맞추고 있어, 자체적인 신재생 에너지 생산원인 삼투압 발전과의 통합이 이루어지지 않는다. 이로 인해 전력 수요 변동에 대응하는 저장·우선 공급 전략이 미흡하고, 건물 전체 에너지 효율을 극대화할 수 있는 자동 제어 메커니즘이 부족한 상황이다. 따라서 건물 내 물 흐름·염도·전력 데이터를 실시간으로 수집·분석하고, AI 기반 예측 제어를 적용해 삼투압 발전의 가동·정지와 에너지 저장·방전, 부하 우선 순위 공급을 자동으로 최적화하는 시스템이 요구된다.  본 발명의 일실시예에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템은, 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로를 포함하고, 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치를 설치함으로써 지속적인 염도 차이를 확보할 수 있다. 또한, 자동 혼합비 제어기를 통해 혼합 비를 30 % 내지 70 % 범위로 조절하여 최적의 염도 차이를 유지하고, 전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 연결함으로써 발생 전력을 배터리 팩 및 스마트 그리드 연결 단자에 동시에 전달할 수 있다.【발명의 효과】  또한, 자동 혼합비 제어기와 실시간 데이터 기반 AI 예측 제어 플랫폼을 통해 발전량과 건물 전력 수요를 1시간 이상 미리 예측하고, ESS 충·방전 및 부하 우선 순위 공급을 자동으로 조정한다. 이에 따라 전력 피크 시 부하 분산 효율이 극대화되고, 전력 비용이 절감되며, 폐수·빗물 재활용과 동시에 전력 회수가 이루어지는 친환경 물 재활용·에너지 회수 융합 설비의 효과도 동시에 얻을 수 있다.【도면의 간단한 설명】【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】  비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 따라서 특정 용어는 기술 분야에서 통상의 의미를 갖으며, 구현 형태에 따라 다른 명칭으로도 불릴 수 있다. 각 구성요소는 기능에 따라 선택·조합될 수 있으며, 이러한 자유로운 선택이 본 발명의 범위에 영향을 미치지 않는다.  도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템의 전체 구성 및 물 흐름 구조를 설명하기 위한 도면이다.
    도 1을 참조하면, 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수가 연결된 배관망을 통해 고농도와 저농도 용액이 연속적으로 흐르는 경로가 형성될 수 있다. 이 경로는 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 이루어져 물 사용량에 따라 압력 변동이 자동으로 보정될 수 있다. 또한, 물 흐름은 삼투압 전기발전 모듈과 자동 혼합비 제어기로 전달되어 지속적인 염도 차이를 유지할 수 있다.  도 3은 다양한 실시예들에 따른 자동 혼합비 제어기의 작동 원리와 제어 흐름을 나타낸 도면이다.
    도 3을 참조하면, 자동 혼합비 제어기는 해수와 폐수의 혼합 비율을 30 % 내지 70 % 범위로 조정할 수 있는 제어 로직을 포함할 수 있다. 센서는 실시간으로 염도와 유량을 측정하고, 제어기는 이를 기반으로 밸브를 구동하여 최적의 염도 차이를 유지할 수 있다. 제어 신호는 무선 혹은 유선 방식으로 삼투압 모듈에 전달되어 모듈의 가동 상태를 조절할 수 있다.  도 5은 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 포함하는 이중 출력 구조의 전력 출력 단자 배치를 나타낸 도면이다.
    도 5를 참조하면, 전력 출력 단자는 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 동시에 제공하여 발생 전력을 두 경로로 분배할 수 있다. 배터리 팩은 100 kWh 내지 200 kWh 용량의 리튬 이온 전형을 채택할 수 있으며, ESS로서 역할을 수행할 수 있다. 스마트 그리드 연결 단자는 건물 내부 마이크로그리드에 전력을 공급하거나 외부 전력망에 연계될 수 있다.  도 7은 다양한 실시예들에 따른 실시간 데이터 수집 장치, AI 기반 예측 제어 서버 및 액추에이터 제어부의 데이터 흐름과 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
    도 7을 참조하면, 데이터 수집 장치는 염도 센서, 압력 센서, 전력 센서를 포함하여 실시간으로 측정값을 확보할 수 있다. 수집된 데이터는 데이터 레이크에 저장되고, AI 기반 예측 제어 서버는 LSTM 모델과 강화학습 기반 부하 스케줄링 모델을 병렬로 운영하여 1시간 앞선 예측을 수행할 수 있다. 예측 결과는 액추에이터 제어부에 전달되어 삼투압 모듈의 가동·정지와 ESS 충·방전 신호를 PWM 형태로 제어할 수 있다.【청구범위】【청구항 2】
    제1항에 있어서, 상기 자동 혼합비 제어기가 혼합 비를 30 내지 70% 범위로 조절하여 지속적인 염도 차이를 유지하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 4】
    제1항에 있어서, 상기 전력 수집 모듈이 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 전력 회수 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 6】
    제1항에 있어서, 상기 전력 출력 단자가 배터리 팩 및 스마트 그리드 연결 단자를 동시에 제공하는 이중 출력 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템【청구항 8】
    제7항에 있어서, 상기 배터리 팩이 100 내지 200 kWh 용량의 리튬 이온 전형을 채택하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 10】
    제7항에 있어서, 상기 무선 제어 모듈이 저전력 블루투스 Mesh 네트워크를 이용해 각 모듈과 실시간 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 12】
    제7항에 있어서, 상기 중앙 에너지 관리 서버가 고장 발생 시 영향을 받는 모듈을 자동으로 격리하고 나머지 모듈의 자급 전력을 유지하도록 하는 장애 복구 로직을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템【청구항 14】
    제13항에 있어서, 상기 데이터 수집 장치가 염도 센서, 압력 센서, 전력 센서를 각각 0.1 내지 5 ppm, 0.01 내지 2 bar, 0.1 내지 10 kW 정확도로 측정하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【청구항 16】
    제13항에 있어서, 상기 액추에이터 제어부가 예측 결과에 따라 삼투압 모듈의 가동·정지와 ESS 충·방전 신호를 전압 레벨 0 내지 10 V 범위의 PWM 신호로 제어하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【청구항 18】
    제13항에 있어서, 상기 시스템이 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 연계되어 폐수·빗물의 전압 저항 오스모시스 회수를 수행하고, 회수 전력을 조명·공조·전기차 충전 부하에 직접 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템【요약】
•   아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템이 개시된다. 아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템은 건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로, 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치, 자동 혼합비 제어기로 구성된 염도 차이 최적화 장치, 전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 포함하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 건물 급수·폐수 라인에 직접 연계된 삼투압 전기발전으로 지속적인 염도 차이를 유지하면서 펌프 없이 전력을 생산하고, 생산된 전력을 즉시 배터리 저장장치와 스마트 그리드에 공급하여 에너지 자립성과 전력 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있다.
• 【요약서】
• 【청구항 17】
    제13항에 있어서, 상기 데이터 레이크가 실시간 데이터와 예측 데이터를 최소 30일 이상 보관하며, 시계열 분석을 위한 메타데이터 인덱스를 자동 생성하는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 15】
    제13항에 있어서, 상기 예측 제어 서버가 LSTM 기반 발전량 예측 모델과 강화학습 기반 부하 스케줄링 모델을 병렬로 운영하여 1시간 앞선 예측 정확도를 95% 이상 달성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 13】
    제1항에 따라 구축된 시스템의 데이터 수집 장치, 예측 제어 서버, 액추에이터 제어부 및 데이터 레이크를 포함하는 실시간 AI 기반 운영 최적화 시스템
• 【청구항 11】
    제7항에 있어서, 상기 전력 배분 알고리즘이 실시간 전력 수요와 잉여 전력을 기반으로 공동 주차장 및 엘리베이터에 우선 전력을 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 9】
    제7항에 있어서, 상기 전력 공유 버스가 차동 전압 안정화 회로를 포함하여 전력 흐름의 균형을 유지하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 7】
    제1항에 따라 구비된 삼투압 전기발전 장치별로 내장된 배터리 팩;
    분산형 마이크로그리드 네트워크를 형성하는 전력 공유 버스;
    무선 제어 모듈과 통신하는 중앙 에너지 관리 서버;
    부하 우선 순위 데이터를 이용한 전력 배분 알고리즘 실행부를 포함하는 에너지 저장 및 마이크로그리드 제어 시스템
• 【청구항 5】
    제1항에 있어서, 상기 흐름 경로가 건물 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 형성되어 물 사용량에 따라 자동으로 압력 변동을 보정하는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
• 【청구항 3】
    제1항에 있어서, 상기 전방 오스모시스 막이 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
• 【청구항 1】
    건물 외부 해수와 내부 저염도 폐수 사이에 형성된 고농도 및 저농도 용액 흐름 경로;
    전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 장치;
    자동 혼합비 제어기로 구성된 염도 차이 최적화 장치;
    전력 출력 단자를 통해 전력을 배출하는 전력 수집 모듈을 포함하는 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템
•   도 8은 다양한 실시예들에 따른 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 건물 부하(조명, 공조, 전기차 충전) 간 전력 연계 방식을 설명하기 위한 도면이다.
    도 8을 참조하면, 폐수·빗물 수집 시스템에 전압 저항 오스모시스 회수 설비가 설치되어 물 재활용과 동시에 전력을 회수할 수 있다. 회수된 전력은 조명, 공조, 전기차 충전 등 특정 부하에 직접 공급될 수 있으며, 남는 전력은 ESS에 저장될 수 있다. 이 과정은 실시간 데이터와 예측 제어 로직에 의해 자동으로 최적화될 수 있다.
•   도 6은 다양한 실시예들에 따른 중앙 에너지 관리 서버와 분산형 마이크로그리드 네트워크, 무선 제어 모듈 간 통신 구조를 보여주는 블록다이어그램이다.
    도 6을 참조하면, 각 삼투압 모듈에 내장된 배터리 팩과 전력 공유 버스가 무선 제어 모듈을 통해 중앙 에너지 관리 서버와 연결될 수 있다. 무선 제어 모듈은 저전력 블루투스 Mesh 네트워크를 이용해 실시간 통신을 수행할 수 있다. 서버는 수집된 센서 데이터와 부하 우선 순위 정보를 기반으로 전력 배분 알고리즘을 실행하여 부하에 전력을 우선 공급할 수 있다.
•   도 4는 다양한 실시예들에 따른 전력 수집 모듈 및 전압 저항 오스모시스 회수 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
    도 4를 참조하면, 전력 수집 모듈은 삼투압 모듈에서 발생한 전압을 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 회로를 통해 정류·저장할 수 있다. 회로는 전력 손실을 최소화하기 위해 차동 전압 안정화 장치를 포함할 수 있다. 수집된 전력은 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자로 동시에 전달될 수 있다.
•   도 2는 다양한 실시예들에 따른 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 모듈의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
    도 2를 참조하면, 전방 오스모시스 막은 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구성되어 펌프 없이도 전력을 생산할 수 있는 구조를 갖출 수 있다. 막은 고농도 용액이 한쪽으로 흐르고 저농도 용액이 반대쪽으로 흐르는 구역을 형성하여 전위 차에 의해 전류가 발생할 수 있다. 전압 저항 오스모시스 회수 회로와 결합하여 발생 전력을 효율적으로 수집할 수 있다.
•   이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.
•   본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 청구항에 기재된 범위에 해당하는 모든 변형 및 대체 구현을 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
•   도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 단지용 삼투압 전기발전 시스템의 전체 구성 및 물 흐름 구조를 설명하기 위한 도면이다.
    도 2는 다양한 실시예들에 따른 전방 오스모시스 막을 포함하는 삼투압 전기발전 모듈의 상세 구조를 나타낸 도면이다.
    도 3은 다양한 실시예들에 따른 자동 혼합비 제어기의 작동 원리와 제어 흐름을 나타낸 도면이다.
    도 4는 다양한 실시예들에 따른 전력 수집 모듈 및 전압 저항 오스모시스 회수 회로의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
    도 5는 다양한 실시예들에 따른 배터리 팩과 스마트 그리드 연결 단자를 포함하는 이중 출력 구조의 전력 출력 단자 배치를 나타낸 도면이다.
    도 6은 다양한 실시예들에 따른 중앙 에너지 관리 서버와 분산형 마이크로그리드 네트워크, 무선 제어 모듈 간 통신 구조를 보여주는 블록다이어그램이다.
    도 7은 다양한 실시예들에 따른 실시간 데이터 수집 장치, AI 기반 예측 제어 서버 및 액추에이터 제어부의 데이터 흐름과 처리 절차를 나타낸 흐름도이다.
    도 8은 다양한 실시예들에 따른 물 재활용·에너지 회수 융합 설비와 건물 부하(조명, 공조, 전기차 충전) 간 전력 연계 방식을 설명하기 위한 도면이다.
•   본 발명의 일실시예에 따라 구현된 시스템은 각 삼투압 모듈이 독립적인 배터리 팩을 내장하고 분산형 마이크로드 그리드 네트워크를 통해 전력을 공유함으로써, 모듈 고장 시에도 나머지 모듈이 자급 전력을 유지하도록 자동 장애 복구 로직을 제공한다. 이러한 구조는 건물 전체의 전력 신뢰성을 향상시킬 뿐만 아니라, 스마트 그리드와 연계된 부하 우선 공급 알고리즘을 통해 공동 주차장·엘리베이터 등 중요 부하에 대한 전력 공급을 우선적으로 보장함으로써 주민 생활 편의 및 안전성을 크게 증진시킨다.
•   본 발명은 건물 급수·폐수 라인에 직접 연계된 삼투압 전기발전 장치를 제공함으로써, 기존에 어려웠던 지속적인 염도 차이 확보와 안정적인 전력 생산을 가능하게 한다. 전압 저항 오스모시스 회수 회로와 고효율 저압 오스모시스 막을 사용함으로써 펌프 등 보조 설비에 대한 비용을 절감하고, 생산 전력을 즉시 배터리 팩에 저장하거나 스마트 그리드에 공급함으로써 에너지 자립성을 크게 향상시킨다.
•   본 발명의 일실시예에 따른 시스템은, 상기 흐름 경로가 건물 급수 라인과 폐수 라인의 연속 배관으로 구성되어 물 사용량에 따라 자동으로 압력 변동을 보정하고, 전방 오스모시스 막이 저압 오스모시스 전용 고효율 막으로 구현되어 펌프 없이도 전력을 생산하도록 설계된다. 더불어, 전력 수집 모듈이 전압 저항 오스모시스(PEO) 기술을 적용한 전력 회수 회로를 포함함으로써 회수된 전력을 ESS에 저장하고, 중앙 에너지 관리 서버가 실시간 데이터와 AI 기반 예측 모델을 활용해 발전 모듈의 가동·정지, ESS 충·방전, 부하 우선 공급을 자동으로 최적화한다. 독립항 및 종속항을 포함한 청구항에 따라, 각 모듈은 내장 배터리 팩과 분산형 마이크로드 그리드 네트워크를 형성하여 장애 발생 시 자동 격리 및 부분 자급이 가능하도록 구현한다.
• 【과제의 해결 수단】
•   본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기존 삼투압 전기발전 기술이 대규모 산업 현장이나 농업용 설비에 한정되어 있어, 아파트와 같은 대규모 주거 단지의 급수·폐수 라인에 직접 연계하기 어렵다는 점이다. 이러한 구조적 한계로 인해 건물 내부에서 지속적인 염도 차이를 확보하지 못하고, 발생한 전력을 효율적으로 저장·분배할 수 있는 체계가 부재하게 된다. 따라서 건물 물 공급·배수 시스템과 결합하여 연속적인 염도 구배를 유지하고, 생산된 전력을 건물 내부 스마트 그리드와 연동해 실시간으로 부하를 관리·분산할 필요가 있다.
• 【발명의 내용】
•   기존의 삼투압 전기발전 기술은 주로 해수와 강수를 이용한 대규모 산업 플랜트 혹은 농업용 수처리 설비에 적용되어 왔으며, 물 흐름과 염도 차이를 유지하기 위한 별도 인프라가 필요했다. 이러한 시스템은 건물 내부 급수·폐수 네트워크와 직접 연결되지 않아 주거용 건물에서 지속적인 염도 구배를 확보하기 어려웠고, 발생한 전력을 효율적으로 저장·분배하는 체계도 갖추어지지 않은 상태였다.
•   본 발명은 건물 설비와 연계된 신재생 에너지 발생 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 급수·폐수 라인에 형성된 염도 차이를 이용한 삼투압 전기발전 장치와 이를 건물 내부 스마트 그리드 및 에너지 저장 시스템과 통합하여 실시간 에너지 관리와 부하 분산을 수행하는 기술에 관한 것이다.
•   아파트 단지용 삼투압 전기발전 및 스마트 그리드 연계 관리 시스템 [APARTMENT COMPLEX OSMOTIC POWER GENERATION AND SMART GRID INTEGRATED MANAGEMENT SYSTEM]

• 삼투압 스마트그리드 통합 기술의 특허명세서 계획서

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  📑 프로젝트 분석

  검색 의도아파트 단지에 삼투압 전기발전(염도 차이를 이용한 전기 생산) 모듈을 설치하고, 생산된 전력을 건물 내부의 스마트 그리드와 연계하여 실시간 에너지 관리 및 부하 분산을 수행하는 시스템을 구현한다.서브 기술포인트건물 내 급수·폐수 라인에 고농도·저농도 용액 흐름을 구성하여 지속적인 염도 차이를 유지하고, 해당 흐름을 통해 압력 저항 오스모시스(또는 전방 오스모시스) 발전 장치를 구동한다.2️⃣ 에너지 저장·스마트 그리드 연계 제어차별성: 삼투압 발전 자체와 에너지 저장·스마트 그리드 연동을 하나의 통합 제어 플랫폼으로 구현한 사례는 존재하지 않으며, 건물 내부 부하 특성을 고려한 동적 우선순위 공급 로직을 제공한다.수압·염도·전력 생산 데이터를 실시간으로 수집·분석하고, AI 기반 예측 모델로 발전 효율과 전력 수요를 예측해 모듈 가동·정지, 저장·방전 전략을 자동 조정한다.

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  유사성/차별성 정리표
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  내 아이디어유사문헌번호유사성차별성

  삼투압 전기발전·스마트그리드 통합 (핵심 기술포인트)	US 11231019 B2 US 11231020 B2 US 12239940 B2 US 10690122 B2 US 2014-0007564 A1	모두 염도 차이를 활용한 전기 생성 기술을 제시	아파트 물 공급·배수 시스템과 직접 결합하고, 스마트 그리드와 연계한 전체 에너지 관리·저장까지 포함한 통합 시스템은 없음
  삼투압 발전 모듈·수처리 연계 설계 (서브 기술포인트 1)	KR 2019-0078709 A KR 1986326 B1 KR 2011-0127639 A	고·저농도 용액을 이용한 염분 차이 발전 기술 존재	주거용 급·폐수 라인에 적용해 지속적인 염도 차이 확보 및 건물 물 사용과 연계하는 설계는 차별적
  에너지 저장·스마트그리드 연계 제어 (서브 기술포인트 2)	KR 2017-0056290 A KR 1475915 B1 KR 2013-0130986 A	스마트 그리드 기반 실시간 에너지 관리·우선 공급 제어 존재	삼투압 발전 전용 저장·스마트그리드 연동 로직을 동시에 제공, 건물 부하 특화 우선순위 제어는 독창적
  실시간 데이터 기반 운영 최적화 (서브 기술포인트 3)	KR 2016-0103456 A KR 2727989 B1 KR 2017-0056290 A	실시간 데이터와 AI/알고리즘을 활용한 에너지 최적화 존재	삼투압 발전의 염도·압력 데이터와 전력 수요를 결합한 AI 예측 제어는 기존에 없으며, 운영 효율을 크게 향상시킴

  
  

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  새로운 기술 제안
  
  1. 다중 염도 원천 혼합형 삼투압 발전 시스템
  
  
  1. 모듈형 에너지 저장·분산형 마이크로그리드
  
  
  1. 염도·압력 데이터 기반 AI 예측 제어 플랫폼
  
  
  1. 친환경 물 재활용·에너지 회수 융합 설비
  
  

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• 차별성: 기존 특허들은 실시간 데이터 기반 스마트 그리드 운영은 다루지만, 삼투압 발전 특유의 염도·압력 변수와 연계한 예측 제어는 제시되지 않아 운영 효율을 크게 향상시키는 새로운 접근이다.
• 3️⃣ 실시간 데이터 기반 운영 최적화
• 삼투압 발전에서 발생한 전력을 배터리·ESS에 저장하고, 실시간 전력 수요와 잉여 전력을 기반으로 스마트 그리드 제어 알고리즘을 적용해 우선 공급 대상(공동 주차장, 엘리베이터 등)을 자동 선정한다.
• 차별성: 기존에는 농업용·산업용 물 흐름에만 적용된 사례가 대부분이며, 주거용 급·폐수 시스템에 직접 통합하는 설계는 기존에 제시된 바 없으며, 물 사용량과 전력 생산을 동시에 최적화한다.
• 1️⃣ 삼투압 발전 모듈·수처리 연계 설계
• 차별성: 기존 특허들은 삼투압 발전을 개별 설비 혹은 농업·산업 현장에 적용한 사례가 대부분이며, 아파트와 같은 대규모 주거 단지에 전력 생산·공급·관리까지 일괄 적용한 통합 구조는 없으며, 건물 물 공급·배수 시스템과 직접 연계해 지속적인 염도 차이를 확보하고, 스마트 그리드와 연동해 전력 우선 공급 및 저장까지 자동 제어하는 점에서 명확히 차별된다.
• 핵심 기술포인트
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삼투압_스마트그리드_통합_기술의_특허명세서_계획서_20260214221956.docx

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【발명의 설명】

【발명의 명칭】

  아파트 급수·폐수 순환을 이용한 삼투압 전기발전 및 에너지 관리 시스템 [OSMOTIC POWER GENERATION AND ENERGY MANAGEMENT SYSTEM USING APARTMENT WATER CIRCULATION]

【기술 분야】

  본 발명은 건물 내 급수·폐수 순환 시스템과 삼투압 원리를 결합한 에너지 생산 및 저장 기술에 관한 것으로, 특히 아파트 단지와 같은 공동 주거시설에서 물 흐름의 염도 차이를 이용하여 전력을 생산하고, 슈퍼커패시터와 AI 기반 제어 장치를 통해 전력망에 연계·관리하는 분야에 속한다.

【발명의 배경이 되는 기술】

  전통적인 삼투압 발전은 해수와 담수의 대규모 염도 차이를 이용한 독립형 플랜트에 적용되어 왔으며, 그 출력은 주로 외부 전력망에 직접 공급하거나 별도의 저장 설비와 연계하는 형태였다. 이러한 방식은 설비 규모와 설치 비용이 크게 요구될 뿐 아니라, 일정한 염도 구배를 유지하기 위한 지속적인 물 공급 관리가 어려워 건물 내부와 같은 소규모 환경에서는 적용이 제한적이었다. 또한 기존의 건물 에너지 관리 시스템은 급수·폐수 순환을 단순히 물 사용량 조절에만 활용했으며, 발생 가능한 삼투압 에너지를 전력으로 전환하거나 저장하는 기술적 연계가 부족하였다. 따라서 아파트와 같은 공동 주거공간에서 내부 급수와 폐수 흐름을 폐쇄 루프로 운영하면서, 저염도와 고염도 물 사이에 반투과성 막을 배치해 지속적인 삼투압 구배를 확보하고, 이를 전력 변환 장치와 슈퍼커패시터 기반 저장 설비와 결합해 건물 전력망에 효율적으로 공급할 수 있는 통합 에너지 솔루션이 요구된다. 이러한 필요성을 해결하고자 본 발명은 물 순환 구조와 삼투압 발전, 고효율 전력 변환·저장, 그리고 실시간 센서와 AI 기반 최적 제어를 하나의 시스템으로 구현함으로써 건물의 에너지 자립도를 크게 향상시키고, 기존 설비 대비 설치·운영 비용을 절감할 수 있도록 설계되었다.

【발명의 내용】

【해결하고자 하는 과제】

  본 발명이 해결하고자 하는 과제는 아파트 단지와 같은 공동 주거시설 내부에서 순환되는 급수·폐수 흐름의 염도 차이를 이용한 삼투압 전기발전 기술을 구현함으로써, 건물 자체의 전력 소비를 감소시키고 에너지 자립도를 향상시키고자 하는 데 있다. 기존의 삼투압 발전은 해수·담수와 같이 대규모 염도 구배가 필요한 외부 환경에 국한되어 왔으며, 건물 내부의 제한된 물량과 변동하는 염도 조건을 지속적으로 유지하기 위한 기술이 부재하였다. 따라서 아파트 내부의 급수와 폐수를 폐쇄 루프로 연결하고, 저염도 물과 고염도 물 사이에 반투과성 막을 배치하여 지속적인 삼투압 구배를 확보하는 동시에, 발생한 저전압·저전류 전력을 건물 전력망에 직접 연계할 수 있는 통합 시스템이 요구된다.

  또한, 삼투압에 의해 발생하는 전력을 효율적으로 저장·전압 변환하고, 실시간으로 염도·수압을 모니터링·제어하는 AI 기반 관리 장치를 도입함으로써 전력 품질을 확보하고 피크 부하에 대응할 수 있는 방안이 필요하다. 기존의 전력 저장 및 부하 관리 기술은 삼투압 발전의 특성인 저전압·저전류 출력에 최적화되지 않았으며, 따라서 슈퍼커패시터와 다단계 인버터를 결합한 저장·전압 변환 구조와, 염도·수압 데이터를 활용한 자동 제어 시스템을 통합하는 것이 본 발명의 핵심 과제이다.

【과제의 해결 수단】

  본 발명의 일실시예에 따른, 복수의 급수 및 폐수 파이프를 포함하고 이들을 연결하는 폐쇄 순환 루프와, 해당 루프 내 저염도 물과 고염도 물 사이에 배치된 반투과성 막 모듈을 구비하며, 반투과성 막을 통한 삼투압에 의해 발생하는 수압 차이를 기계적 에너지로 변환하는 압력 변환 장치 및 상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전력 변환 장치를 포함하는 시스템을 제공할 수 있다.

  또한, 상기 시스템에 슈퍼커패시터 뱅크와 DC-DC 변환기를 추가하고, 전력 관리 컨트롤러가 실시간 전압·전류를 모니터링하여 과전압·과전류 시 자동 차단 및 온도 감지 센서를 통한 열 관리 기능을 수행하도록 함으로써, 발생한 전력을 안정적으로 저장·조정하고 인버터를 통해 건물 전력망에 공급할 수 있다. 더불어, 염도 및 수압을 측정하는 센서 네트워크와 데이터 처리 유닛, 그리고 AI 기반 최적화 알고리즘을 이용한 펌프·밸브 제어 액추에이터를 결합함으로써 물 흐름과 염도 구배를 자동으로 최적화하고, 전력 생산량 변동성을 최소화하는 방법을 구현한다.

【발명의 효과】

  본 발명은 아파트 내부 급수·폐수 순환 구조와 반투과성 막 기반 삼투압 발생 장치를 결합함으로써, 건물 내 물 흐름만으로도 지속적인 전력을 생산할 수 있어 외부 전력망으로부터의 의존도를 현저히 낮출 수 있다. 또한, 슈퍼커패시터와 다단계 인버터를 이용한 고효율 전력 저장·전압 변환 기술을 적용함으로써 삼투압 발전의 저전압·저전류 출력을 건물 전력망이 요구하는 전압 수준으로 손실 없이 승압할 수 있다.

  더불어, 실시간 염도·수압 모니터링과 AI 기반 최적 제어 알고리즘을 도입함으로써 물 사용량 및 기상 변화에 따른 염도 차이를 예측·조정하고, 압력 변환 장치와 전력 관리 시스템의 운전 효율을 극대화한다. 이로써 전력 생산량의 변동성을 20 % 이하로 억제하면서 에너지 공급 안정성을 확보하고, 동시에 물 재순환을 통한 물 사용 절감 효과도 얻어 건물의 에너지·수자원 관리 효율을 종합적으로 향상시킬 수 있다.

【도면의 간단한 설명】

  도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 급·폐수 순환 루프와 반투과성 막 모듈의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
  도 2는 다양한 실시예들에 따른 반투과성 막을 통한 삼투압 발생 메커니즘과 압력 변환 장치의 블록 구성을 설명하기 위한 도면이다.
  도 3은 다양한 실시예들에 따른 로터리 터빈 형식 압력 변환 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
  도 4는 다양한 실시예들에 따른 다중 단계 DC-AC 인버터와 전압 변환 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
  도 5는 다양한 실시예들에 따른 슈퍼커패시터 뱅크와 DC-DC 변환기의 배치를 나타낸 도면이다.
  도 6은 다양한 실시예들에 따른 염도·수압 센서 네트워크와 데이터 처리 유닛의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
  도 7은 다양한 실시예들에 따른 AI 기반 최적화 알고리즘과 펌프·밸브 제어 액추에이터의 흐름을 나타낸 도면이다.
  도 8은 다양한 실시예들에 따른 모듈형 마이크로 삼투압 플레이트의 설치 예시를 보여주는 도면이다.
  도 9는 다양한 실시예들에 따른 잉여 열을 활용한 열 교환 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
  도 10은 다양한 실시예들에 따른 양방향 인버터 인터페이스와 외부 전력망 연결 방식을 나타낸 도면이다.

【발명을 실시하기 위한 구체적인 내용】

  본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 다양한 형태와 규모의 공동 주거 시설 전반에 적용될 수 있는 범용적인 구조를 제공한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

  비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 예를 들어, 압력 변환 장치라는 명칭은 로터리 터빈 형태뿐 아니라 피스톤형, 블레이드형 등 다른 형태에도 적용될 수 있다. 또한, AI 기반 최적화 알고리즘은 딥러닝 모델뿐 아니라 전통적인 규칙 기반 엔진에도 대체될 수 있다.

  이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 설명한다.

  도 1은 다양한 실시예들에 따른 아파트 급·폐수 순환 루프와 반투과성 막 모듈의 배치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 일 실시예에서 급수 파이프와 폐수 파이프가 폐쇄 루프 형태로 상호 연결되어 물이 순환하고, 저염도 물과 고염도 물이 구분된 구역을 형성한다. 이 구역 사이에 반투과성 막 모듈이 삽입되어 삼투압에 의해 발생하는 수압 차이가 지속적으로 유지될 수 있다. 물 흐름은 펌프와 자동 밸브에 의해 제어되며, 온도 감지 밸브가 물 온도 변화에 따라 개폐되어 막의 효율을 최적화할 수 있다.

  도 2은 다양한 실시예들에 따른 반투과성 막을 통한 삼투압 발생 메커니즘과 압력 변환 장치의 블록 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 반투과성 막을 통과한 물은 높은 염도 구역에서 낮은 염도 구역으로 이동하면서 압력 차가 발생하고, 이 압력 차는 압력 변환 장치로 전달된다. 압력 변환 장치는 발생한 수압을 기계적 회전 에너지로 변환하며, 변환된 회전 에너지는 이후 전력 변환 장치에 의해 전기 신호로 바뀔 수 있다. 또한, 압력 변환 장치와 전력 변환 장치 사이에 고정밀 유속 센서가 배치되어 흐름 특성을 실시간으로 모니터링할 수 있다.

  도 3은 다양한 실시예들에 따른 로터리 터빈 형식 압력 변환 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 압력 변환 장치는 축을 중심으로 회전하는 다중 블레이드 로터리를 포함하고, 블레이드 주변에 유속 센서가 설치되어 물의 흐름 속도를 측정한다. 센서 데이터는 제어부에 전달되어 블레이드 각도와 회전 속도를 최적화함으로써 변환 효율을 높일 수 있다. 로터리 터빈은 내구성이 높은 스테인리스 재질로 제작되어 물속 부식에 강하고, 유지 보수가 용이하도록 모듈식 구조를 채택한다.

  도 4은 다양한 실시예들에 따른 다중 단계 DC-AC 인버터와 전압 변환 흐름을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 전력 변환 장치는 저전압·저전류 직류 전력을 다단계 승압 회로를 통해 100~200 V 범위의 교류 전압으로 변환한다. 각 단계는 전압 레벨을 점진적으로 상승시키며, 효율 손실을 최소화하기 위해 고효율 파워 MOSFET와 고속 스위칭 기술을 활용한다. 변환된 교류 전압은 건물 전력망에 연계되기 전에 보호 회로를 통과하여 과전압 및 과전류 상황에서 자동 차단될 수 있다.

  도 5은 다양한 실시예들에 따른 슈퍼커패시터 뱅크와 DC-DC 변환기의 배치를 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 다중 단계 DC-AC 인버터에서 출력된 전압은 DC-DC 변환기로 전달되어 슈퍼커패시터 뱅크에 저장된다. 변환기는 부스트형 회로를 채택하여 전압을 400~480 V 범위로 상승시킬 수 있다와 동시에 전류 흐름을 제어한다. 전력 관리 컨트롤러는 실시간 전압·전류를 모니터링하고, 과전압·과전류 발생 시 차단 회로를 작동시켜 슈퍼커패시터를 보호한다.

  도 6은 다양한 실시예들에 따른 염도·수압 센서 네트워크와 데이터 처리 유닛의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6을 참조하면, 염도 센서는 전도도 기반 측정 방식을 이용하여 0~50000 ppm 범위의 염도를 실시간으로 측정하고, 수압 센서는 피에조 저항식 방식으로 0.1~2 bar 범위의 압력을 감지한다. 센서로부터 수집된 데이터는 데이터 처리 유닛으로 전송되어 AI 기반 최적화 알고리즘에 입력된다. 처리된 결과는 제어 액추에이터에 전달되어 펌프와 밸브의 작동을 자동으로 조정한다.

  도 7은 다양한 실시예들에 따른 AI 기반 최적화 알고리즘과 펌프·밸브 제어 액추에이터의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, AI 알고리즘은 과거 염도·수압 데이터와 기상·사용량 정보를 학습하여 24시간 앞선 염도 변화를 예측한다. 예측 결과에 따라 펌프 속도와 밸브 개폐 시점을 결정하고, 제어 액추에이터는 변위형 전자식 밸브와 가변 속도 펌프를 구동한다. 이 과정은 실시간으로 재조정될 수 있어 급수·폐수 루프의 최적 운전 상태를 유지할 수 있다.

  도 8은 다양한 실시예들에 따른 모듈형 마이크로 삼투압 플레이트의 설치 예시를 보여주는 도면이다. 도 8을 참조하면, 각 플레이트는 얇은 반투과성 멤브레인과 소형 로터리 터빈이 통합된 모듈 형태로 설계되어 개별 세대나 층별로 탈부착이 가능하다. 플레이트당 출력은 약 0.5 kW 수준이며, 여러 개를 병렬 연결하면 전체 아파트 단지의 전력 자급률을 15 % 이상 확보할 수 있다. 플레이트는 급·폐수 파이프에 직접 압착식으로 부착되며, 유지 보수를 위한 접근구가 별도로 제공된다.

  도 9은 다양한 실시예들에 따른 잉여 열을 활용한 열 교환 모듈의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 9를 참조하면, 삼투압 발전 과정에서 발생한 잉여 열이 열 교환 모듈을 통해 건물 난방 및 온수 공급에 재활용될 수 있다. 열 교환 모듈은 고효율 플레이트형 열교환기를 채택하여 온수와 난방용 물 사이의 열 전달 효율을 80 % 이상 유지한다. 또한, 열 교환 모듈의 배출 온도는 제어부에 의해 조절되어 냉방 시에는 냉수 생산에도 이용될 수 있다.

  도 10은 다양한 실시예들에 따른 양방향 인버터 인터페이스와 외부 전력망 연결 방식을 나타낸 도면이다. 도 10을 참조하면, 양방향 인버터는 슈퍼커패시터 뱅크에서 저장된 전력을 건물 전력망에 공급함과 동시에 외부 전력망으로부터 필요 시 전력을 흡수한다. 인버터는 전압·주파수를 실시간으로 감시하고, 전력 흐름이 역전될 경우 자동으로 전력 방향을 전환한다. 이와 같은 양방향 기능은 피크 부하 시 전력 공급을 보조하고, 전력 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

【청구범위】

【청구항 1】
  복수의 급수 및 폐수 파이프;
  상기 파이프들을 연결하는 폐쇄 순환 루프;
  상기 루프 내 저염도 물과 고염도 물 사이에 배치된 반투과성 막 모듈;
  상기 반투과성 막을 통한 삼투압에 의해 발생하는 수압 차이를 기계적 에너지로 변환하는 압력 변환 장치; 및
  상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전력 변환 장치를 포함하는 시스템

【청구항 2】
  제1항에 있어서, 상기 반투과성 막 모듈이 polymer 기반 재료로 제작되고, 막의 평균 기공 직경이 0.1 내지 0.5 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 3】
  제1항에 있어서, 상기 압력 변환 장치가 로터리 터빈 형식이며, 터빈 축에 연결된 고정밀 유속 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 4】
  제1항에 있어서, 상기 전력 변환 장치가 고효율 다중 단계 DC‑AC 인버터로 구성되고, 출력 전압이 100 내지 200 볼트 범위로 조정되는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 5】
  제1항에 있어서, 상기 폐쇄 순환 루프에 설치된 자동 밸브가 온도 변화에 따라 개폐되는 온도 감지 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 6】
  제1항에 있어서, 상기 시스템에 설치된 수위 측정 장치가 실시간으로 물량을 모니터링하고, 제어부에 신호를 제공하는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 7】
  제1항에 있어서, 상기 시스템이 모듈형 마이크로 삼투압 플레이트를 다수 포함하고, 각 플레이트가 독립적으로 탈부착 가능하도록 설계된 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 8】
  제1항에 있어서, 상기 시스템이 발생한 잉여 열을 이용하여 건물 난방 및 온수 공급에 사용되는 열 교환 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 9】
  제1항에 있어서, 상기 시스템이 외부 기상 데이터와 실내 물 사용량 데이터를 통합 분석하는 AI 기반 최적화 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템

【청구항 10】
  복수의 슈퍼커패시터 셀;
  상기 셀들을 직렬·병렬로 연결한 슈퍼커패시터 뱅크;
  전력 변환 장치로부터 출력된 전압을 일정 전압 범위로 조정하는 DC‑DC 변환기; 및
  상기 변환기의 동작을 제어하는 전력 관리 컨트롤러를 포함하는 장치

【청구항 11】
  제10항에 있어서, 상기 슈퍼커패시터 뱅크의 정격 전압이 100 내지 300 볼트이며, 정격 용량이 5000 내지 20000 파라드인 것을 특징으로 하는 장치

【청구항 12】
  제10항에 있어서, 상기 DC‑DC 변환기가 부스트형 회로를 채택하고, 출력 전압을 400 내지 480 볼트 범위로 상승시키는 것을 특징으로 하는 장치

【청구항 13】
  제10항에 있어서, 상기 전력 관리 컨트롤러가 실시간 전압·전류 모니터링 기능을 포함하고, 과전압·과전류 발생 시 자동 차단 회로를 구동하는 것을 특징으로 하는 장치

【청구항 14】
  제10항에 있어서, 상기 장치에 온도 감지 센서가 설치되어 슈퍼커패시터 셀의 온도를 감시하고, 온도 상승 시 냉각 팬을 가동하는 열 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치

【청구항 15】
  제10항에 있어서, 상기 장치가 외부 전력망과의 양방향 전력 흐름을 제어하는 양방향 인버터 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치

【청구항 16】
  염도 및 수압을 측정하는 센서 네트워크;
  측정값을 수집·분석하는 데이터 처리 유닛;
  분석된 데이터에 기반하여 펌프와 밸브의 작동을 결정하는 AI 기반 최적화 알고리즘;
  결정된 작동 명령을 실행하는 제어 액추에이터를 포함하는 방법

【청구항 17】
  제16항에 있어서, 상기 염도 센서는 전도도 기반 측정 방식을 사용하고, 측정 범위가 0 내지 50000 ppm인 것을 특징으로 하는 방법

【청구항 18】
  제16항에 있어서, 상기 수압 센서는 피에조 저항식 센서를 채택하고, 압력 범위가 0.1 내지 2 바인 것을 특징으로 하는 방법

【청구항 19】
  제16항에 있어서, 상기 AI 기반 최적화 알고리즘이 딥러닝 모델을 이용하고, 최소 24시간 앞선 염도 변화를 예측하는 기능을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법

【청구항 20】
  제16항에 있어서, 상기 제어 액추에이터가 변위형 전자식 밸브와 가변 속도 펌프를 각각 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 방법

【청구항 21】
  제16항에 있어서, 상기 방법이 슈퍼커패시터 뱅크에 저장된 전력을 일정 전압으로 유지하기 위해 충전·방전 스케줄을 동적으로 조정하는 전력 관리 단계와 결합되는 것을 특징으로 하는 방법

【요약서】

【요약】

  아파트 급수·폐수 순환을 이용한 삼투압 전기발전 및 에너지 관리 시스템이 개시된다. 아파트 급수·폐수 순환을 이용한 삼투압 전기발전 및 에너지 관리 시스템은 복수의 급수 및 폐수 파이프와 이를 연결하는 폐쇄 순환 루프, 루프 내 저염도 물과 고염도 물 사이에 배치된 반투과성 막 모듈, 반투과성 막을 통한 삼투압에 의해 발생하는 수압 차이를 기계적 에너지로 변환하는 압력 변환 장치, 및 상기 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 전력 변환 장치를 포함하는 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 아파트 내부 급·폐수 순환만으로 지속적인 전력을 생산하여 외부 전력망 의존도를 현저히 낮추고, 슈퍼커패시터와 다단계 인버터를 통한 고효율 저장·전압 변환으로 전력 생산량 변동성을 20 % 이하로 억제하면서 에너지 공급 안정성을 확보할 수 있다.

삼투압_스마트그리드_통합_기술의_특허명세서_계획서_20260214223257.docx

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