[한국수자원공사] AI 기반 정수장 자율운영 체계 구축

한국수자원공사 AI 정수장 – 수질·에너지·설비·안전까지 스스로 최적화하다

“매 순간 달라지는 물의 상태에 맞춰 정수장이 스스로 운영방법을 바꿀 수 있다면 어떨까요?”

정수장은 물을 깨끗하게 만드는 공장처럼 보이지만, 실제 운영은 훨씬 복잡합니다.

정수장으로 들어오는 원수의 수질은 날씨와 계절에 따라 달라지고, 홍수나 가뭄 같은 기후위기가 발생하면 변화 폭은 더 커집니다. 깨끗한 물을 안정적으로 공급하면서도 약품과 전력 사용량을 줄이고, 수많은 설비의 이상과 현장 안전까지 함께 관리해야 해요.

기존에는 숙련된 근무자가 데이터를 확인하고 경험을 바탕으로 공정을 조정했습니다.

한국수자원공사는 여기에 AI를 적용했습니다.

정수 공정의 데이터를 실시간으로 분석해 최적의 운전방법을 제시하고, 전력수요를 예측해 펌프를 효율적으로 운전하며, 설비가 고장 나기 전 이상징후를 찾아냅니다. CCTV는 사고징후를 감지하고, 디지털 트윈과 로봇·드론은 사람이 직접 확인하기 어려운 영역까지 관리합니다.

단순히 정수장 한두 업무를 자동화하는 것이 아니라 물 생산 과정 전체를 데이터와 AI 중심으로 바꾸는 것입니다.

Challenge – 정수장은 24시간 운영되지만, 물의 상태는 계속 달라져요

정수 과정에는 취수부터 혼화·응집, 침전, 여과, 소독까지 여러 공정이 연결돼 있습니다.문제는 정수장으로 들어오는 물의 상태가 일정하지 않다는 것입니다.

집중호우가 발생하면 탁도가 갑자기 높아질 수 있고, 가뭄이나 조류 발생도 수질에 영향을 줍니다. 인구와 사회구조가 바뀌면서 물 사용량 역시 계속 달라집니다. 운영자는 이런 변화를 확인하며 약품 투입량이나 공정 설정값을 조정해야 합니다.

설비 관리도 마찬가지입니다. 펌프와 각종 기계설비가 하루 24시간 가동되는 만큼 작은 이상징후를 놓치면 고장이나 운영중단으로 이어질 수 있습니다.

결국 정수장의 안정적인 운영은 오랫동안 근무자의 경험과 판단에 크게 의존해왔습니다.

한국수자원공사가 AI를 도입한 이유는 사람의 판단을 없애기 위해서가 아니라, 수많은 데이터를 사람이 일일이 분석해야 하는 한계를 줄이기 위해서였습니다.

Solution – 하나의 AI가 아니라, 정수장 곳곳에 역할이 다른 AI를 배치했어요

K-water의 스마트 정수장은 크게 네 가지 AI 시스템을 중심으로 운영됩니다.

AI 자율운영, 스마트 에너지관리시스템(EMS), 설비 예지보전시스템(PMS), 지능형 영상감시시스템입니다.

각 시스템은 공정운영·에너지·설비·안전을 담당하고 서로 다른 데이터를 분석합니다.

① AI가 수질 데이터를 분석해 공정 운영방법을 추천해요

AI 자율운영 시스템은 정수공정에서 발생하는 데이터를 분석해 최적의 운전조건을 찾아냅니다.

취수부터 혼화·응집, 침전, 여과, 소독까지 각 공정에서 생성되는 실시간 데이터와 과거 운영데이터를 함께 분석합니다.

예를 들어 원수의 수질이 달라지면 AI가 기존 운영 데이터를 바탕으로 약품 투입량이나 공정별 운영조건을 분석하고 최적의 값을 제시합니다.

현장 근무자가 여러 데이터를 직접 비교하며 판단하던 방식에서 AI가 데이터를 먼저 분석하고 최적 운영을 지원하는 방식으로 바뀐 것입니다.

현재 AI 자율운영 기술은 예측과 스마트 제어를 중심으로 정수장에 적용되고 있습니다.

② 물 수요를 예측해 전력 사용도 최적화해요

정수장은 물을 처리하고 이동시키기 위해 많은 펌프를 사용합니다.

따라서 어떤 펌프를 언제 가동하느냐에 따라 전력 사용량이 달라질 수 있습니다.

스마트 에너지관리시스템(EMS)은 실시간 물 수요를 예측하고 전력소비 데이터를 분석해 펌프의 최적 운전방안을 제시합니다.

과거 수요와 날씨 등의 데이터를 활용해 앞으로 필요한 물의 양을 예측하고, 필요한 만큼의 물을 공급하면서 전력 사용을 줄일 수 있는 운전조합을 찾는 방식입니다.

단순히 전기를 덜 사용하는 것이 아니라 안정적인 물 공급과 에너지 효율을 동시에 맞추는 것이 핵심입니다.

③ 고장이 난 뒤 고치는 대신, 설비 이상징후를 먼저 찾아요

정수장의 펌프와 주요 기계설비는 중단 없이 안정적으로 작동해야 합니다.

설비 예지보전시스템(PMS)은 IoT 센서가 수집한 설비 데이터를 실시간으로 분석합니다.

진동이나 온도 등 평상시와 다른 변화가 나타나면 AI가 이상징후를 감지하고 설비 상태를 진단합니다.

흐름은 단순합니다. 센서 데이터 수집 → 실시간 모니터링 → 이상징후 감지 → 정보·원인 제시 → 재발진단

기존에는 정기적으로 설비를 점검하거나 문제가 발생한 이후 원인을 확인했다면, AI를 활용하면 고장으로 이어질 가능성이 있는 신호를 먼저 확인하는 예방정비가 가능해집니다.

④ AI CCTV가 화재·침입·안전사고 징후를 감지해요

AI는 정수 공정과 설비뿐 아니라 현장 안전에도 활용됩니다.

지능형 영상감시시스템은 CCTV 영상에 AI 객체분석 알고리즘을 적용해 사람이 모든 화면을 계속 지켜보지 않아도 이상상황을 자동으로 찾습니다.

감지 대상은 화재와 월류·누수 같은 설비 이상부터 침입, 배회, 쓰러짐, 구조요청, 안전모 미착용, 위험지역 진입 등 9개 유형으로 구성됩니다.

위험상황이 발생하면 AI가 CCTV 영상에서 이상행동이나 사고징후를 찾아내고 담당자에게 알립니다.

CCTV가 사고 이후 영상을 확인하는 기록장비에서 사고징후를 먼저 알려주는 안전관리 장비로 바뀌는 것입니다.

디지털 트윈으로 실제 정수장을 가상공간에서도 운영해요

AI가 데이터를 분석한다면 디지털 트윈은 실제 정수장을 가상공간에 그대로 구현합니다.

정수장의 시설물과 설비를 3D로 모델링하고 실제 운영데이터와 연결해 시설의 상태와 공정 운영상황을 실시간으로 확인할 수 있습니다.

설비의 위치와 운영상태, 유지보수 정보 등을 한곳에서 확인할 수 있고, 문제가 발생했을 때 가상공간에서 상황을 분석하거나 시뮬레이션할 수도 있습니다.

이를 통해 현장 시설을 더 빠르게 파악하고, 수도 데이터를 통합적으로 관리하며, 사고 발생 시 대응시간을 줄일 수 있습니다.

로봇과 드론은 사람이 직접 가기 어려운 곳을 점검해요

정수장에는 반복적이거나 위험한 점검업무도 존재합니다. K-water는 점검로봇과 드론을 활용해 이런 업무까지 자동화하고 있습니다.

점검로봇은 현장을 이동하며 화재나 이상상황 등을 확인하고, 드론은 사람이 접근하기 어려운 시설과 취약지역을 점검합니다.

AI가 소프트웨어 안에서 공정을 판단하는 것을 넘어 실제 현장을 움직이는 로봇·드론과 결합하는 Physical AI로 범위를 넓히고 있는 것입니다.

Benefit – AI 운영으로 연간 생산원가 110억 원을 줄였어요

AI 정수장 구축의 효과는 단순히 자동화 기능이 늘어난 데 그치지 않습니다.

가장 직접적인 성과는 생산원가 절감입니다. AI를 활용해 공정을 최적화하고 전력과 약품 사용, 설비 점검·정비를 효율화하면서 연간 약 110억 원의 생산원가 절감 효과를 만들었습니다. 전력비와 약품비, 점검정비비 등을 종합적으로 줄인 결과입니다. 동시에 사람이 반복적으로 판단하던 운영과정을 AI가 보조하면서 휴먼에러를 줄이고, 고품질 수돗물을 안정적으로 생산하는 기반도 강화했습니다.

정수장 운영방식 자체도 달라졌어요

기존 정수장은 근무자가 현장 환경을 확인하고 여러 공정의 설정값을 직접 조작하는 구조였습니다.

AI를 적용하면서 역할이 바뀌고 있습니다.

단순 반복업무는 AI가 담당하고, 수도사고와 수질악화 같은 위기상황에는 AI 분석을 활용하며, 현장에서는 근무자가 AI가 제시한 정보를 바탕으로 최종 판단합니다.

근무자 중심의 수동 운전에서 ‘AI + 근무자’가 함께 운영하는 구조로 전환한 것입니다.

AI를 도입하는 것만큼 ‘믿을 수 있는 AI’를 관리하는 체계도 만들었어요

정수장은 국민에게 공급되는 물을 생산하는 국가 기반시설입니다. 따라서 AI가 결과를 냈다는 이유만으로 그대로 적용할 수는 없습니다.

K-water는 ISO와 국내 인증 기준을 참고해 자체적인 AI 성능평가 체계를 구축했습니다. 알고리즘 개발부터 성능평가, 효과분석, 실제 운영 중 성능관리까지 하나의 과정으로 관리하고, 신뢰성 95% 이상을 기준으로 AI 모델을 검증합니다.

모델을 개발하고 끝나는 것이 아니라 운영 중에도 성능을 계속 확인하는 구조입니다.

AI 정수장에서는 기술의 화려함보다 AI가 계속 신뢰할 수 있는 판단을 하고 있는지를 관리하는 것이 중요한 셈입니다.

마무리 – AI 정수장의 핵심은 무인화가 아니라 ‘더 안정적인 물’을 만드는 것이에요

정수장에 AI를 적용하는 목적은 사람을 없애는 것이 아닙니다.

수질은 계속 변하고, 전력 사용량은 순간마다 달라지며, 수많은 설비는 언제든 이상징후를 보일 수 있습니다.

사람이 이 모든 데이터를 동시에 확인하기는 어렵습니다. 그래서 AI가 공정 데이터를 분석하고, 에너지 사용을 최적화하고, 설비의 고장징후를 찾고, CCTV 영상에서 위험상황을 감지합니다.

사람은 그 결과를 바탕으로 더 중요한 판단과 대응에 집중합니다.

결국 K-water의 AI 정수장이 만드는 변화는 ‘사람이 모든 것을 직접 조작하는 정수장’에서 ‘데이터와 AI가 먼저 판단을 돕는 정수장’으로의 전환입니다.

그리고 그 끝에는 자동화 자체가 아니라 어떤 상황에서도 안정적으로 깨끗한 물을 공급하는 것이라는 목표가 있습니다.