하수처리장은 가정이나 사업장 등에서 사용한 오·폐수를 하수관거를 통해 하수처리장으로 모아서 하수처리 공정 절차를 거쳐 맑고 깨끗한 물로 재생처리하는 시설이다. 이러한 하수처리시설을 운영하는데 필요한 동력을 공급하기 위해서 동력설비를 설치하게 된다. 이 동력설비는 전기 공급 능력과 변압기 용량에 영향을 주므로 하수처리장의 변압기 용량이 적정하게 설치 및 운영되어야 경제적인 시설이 될 수 있다.
하지만 변압기 용량 설계를 하수도 설계기준에 따른 수용률 적용은 실제 소요 동력보다 변압기 용량이 크게 설계 및 시설되어 사용전력이 낮아지므로 에너지 손실 및 전력회사의 수탁비와 건설공사비 및 유지관리비 등이 증가 되는 것으로 나타났다. 이러한 이유는 변압기 용량산정에 사용되는 계수 즉, 수용률이 직접적인 영향을 주고 있기 때문이다.
본 연구는 기존의 하수처리장용 변압기 설계 시 사용되는 수용률에 대해 조사하고, 에너지 소비 적정성에 대해 검토한다. 또한, 이러한 검토 결과를 바탕으로 적정 수용률을 제시하여 안전성과 실질성을 확보하고 불필요한 전력 및 재원의 소비를 최소화하여 하수처리장의 효과적인 운영을 도출할 수 있도록 하는 것이 그 목표다. 이러한 적정 수용률 기준에 대한 연구를 위하여 하수처리장 12개소의 운영 데이터를 한전 파워플래너를 통해 최대수요전력, 평균전력, 최대전력, 최소전력 등을 통계 회귀분석 이론을 사용하여 분석하였다. 분석 결과, 설계 합성수용률 평균은 64.8[%]로 높고, 하수처리장 운영 시 합성수용률 평균은 43.8[%]로 낮아 경제성과 에너지 절약에서 불합리하였다.
본 연구에서는 회귀분석을 적용한 사례연구를 통해 산정된 하수처리장의 변압기 용량에 대한 합성수용률의 평균값을 제시하였다. 그리고 변압기 용량에 대해서는 전력 계통해석 프로그램 PTW(Power Tools for Windows)를 통해 안전성을 확인 검증하였다. 또한, 적정 변압기 용량을 사용하여 에너지 손실 절감, 전력회사의 수탁비, 경제성을 검토한 결과 건설공사비 및 유지관리비에서 11.8[%] 절감 효과를 얻을 수 있다는 결과를 도출하였다. 특히 에너지 절감 효과는 에너지 부족화 현상에 직면한 현재의 산업 구조에서는 매우 중요한 의미를 가진다.