“항만도 발전소도 디지털화 시대”

[SNS 타임즈- GE] 프랑스 브리앙송 지역의 산등성이에 위치한 댐에서 획기적 방식으로 발전 시스템을 모니터링 할 수 있는 새로운 소프트웨어의 테스트 작업이 시작됐다.

▲ 프랜시스 터빈 (이미지 제공: GE Renewable Energy)

알프스산맥 기슭에 자리잡은 프랑스의 브리앙송(Briançon)은 매년 전세계 사이클 마니아들이 일명 ‘지옥의 레이스’로 불리는 사이클경기 ‘투르 드 프랑스(Tour de France)’에 참가하기 위해 모여드는 명소의 한 곳이다.

그런데 머지않아 이 지역은 에너지에 관심이 있는 사람들도 반드시 거쳐가야 하는 도시로 거듭날 것으로 보인다. 브리앙송 지역의 산등성이에 위치한 댐에서, 획기적 방식으로 발전 시스템을 모니터링 할 수 있는 새로운 소프트웨어의 테스트 작업이 시작됐기 때문이다.

▲ 에너지에 관심이 있는 사람들에게 명소가 될 프랑스 브리앙송 (이미지 제공: Getty Images)

브리앙송 시내보다 좀 더 높은 위치에 있는 퐁 발디(Pont Baldy) 댐의 규모는 비교적 작은 편이다. 이곳에 구축된 프랜시스 터빈(Francis Turbin)은 발전량이 하류쪽 골짜기에 거주하는 3천 가구에 전력을 공급할 정도인 5메가와트(MW)에 불과하다. 하지만 조만간 퐁 발디 댐은 아주 큰 변화를 경험하게 된다.

과거에는 전력 수요를 만족시키기 위해 필요한 최소 발전량인 ‘기저부하 전력’을 안정적으로 공급하기 위해 수력을 이용했다. 그러나 수력발전으로는 더 이상 전력 수요를 충족시킬 수 없다고 엘리자베스 아토(Elisabeth Atheaux) GE리뉴어블에너지 제어 제품 플랫폼 리더는 말한다. “수력터빈은 대부분 발전 효율이 최고가 되는 이상적인 지점(Sweet Spot)에서 전력을 생산하도록 설계되어 있습니다. 그러나 점차 풍력을 비롯한 여러 재생에너지원을 전력 공급에 활용하는 사례가 늘고 있으며, 바람이 불지 않을 때 전력망에 신속하게 발전량을 공급할 수 있는 유연한 전력원을 모색 중에 있습니다”

그동안 전력산업에서는 전력 부족분을 가스터빈을 이용한 발전으로 채워왔다. 그런데 데이터와 분석이 수반될 경우 수력발전을 더욱 효과적으로 활용할 수 있다.

1970년 브리앙송의 에너지개발서비스(EDSB: Energie Développement Services du Briançonnais)에서는 급증하는 전력 수요를 충족하기 위해 세르베이레트(Cerveyrette) 강의 수심이 깊고 강폭이 좁은 유역에 퐁 발디 댐을 건설했다.

2015년 12월 GE의 엔지니어들은 새롭게 개발된 데이터 수집 및 처리 플랫폼을 이 댐에 설치하고, 소형 프랜시스 터빈에 센서를 장착하여 베어링의 가속도, 변위, 온도 등의 정보를 수집하고 분석하기 시작했다.

벵상 부예(Vincent Bouillet) GE리뉴어블에너지 수력용 모니터링 및 진단 프로그램 매니저는 이렇게 설명한다. “새로 개발된 플랫폼을 통해 전반적인 시스템을 모니터하고 기계 정상 작동 여부를 진단할 수 있습니다. 의사가 환자의 혈압과 체온을 비롯해 실시간으로 진단에 필요한 데이터를 파악하는 것과 마찬가지입니다”

수력발전 댐은 보기에는 거대한 수도꼭지처럼 생겼지만 다루기는 쉽지 않다. 부엌에서는 수도꼭지를 자유롭게 틀었다 잠글 수 있고 물을 채우는 속도도 조절할 수 있지만, 수력발전 댐은 그렇지 않기 때문이다.

▲ 소프트웨어는 터빈의 주요 부품에 장착된 센서로부터 정보를 수집한다. (이미지 제공: GE Renewable Energy)

“전기 생산의 출력 범위를 바꿀 때, 특정 영역에서 물 흐름이 난류가 되어 로프 모양으로 소용돌이가 발생하여 터빈에 손상을 가할 수도 있습니다. 차를 몰 때 기어를 잘못 넣고 운전해 보신 적이 있으시죠? 그때와 마찬가지로 이 경우에도 부하가 더 낮으면 진동이 발생합니다. 이러한 위험을 고려해 발전소 작업자는 이상적 지점에 최대한 가까운 상태로 일정한 발전량을 유지할 수 밖에 없습니다.” 아토의 설명이다.

2015년 현재 프랑스의 풍력발전 용량(링크)이 1만 메가와트 이상이라는 점을 고려할 때, 풍력에너지와 태양광 에너지가 그리드에 보내는 전력이 일정한 수준에 머무를 수만은 없다. 이에 대해 부예는 이렇게 말한다. “이 모든 전력을 수용하려면 기계를 비출력 상태(Zero Output)에서 풀가동 상태로 끌어올려야 합니다. 새롭게 개발된 산업인터넷 소프트웨어는 모든 기계들이 잠재력을 발휘할 수 있도록 돕습니다.”

지난 2015년 12월 이후, GE는 터빈에서 7 테라바이트 이상의 데이터를 수집해 분석했다. 발전 사업자가 수집한 약 3년여 분량의 온도, 유지보수, 가동중지 시간 등의 데이터도 모두 처리했다.

GE가 수력발전 터빈을 설계하고 제조하는 프랑스 그르노블의 엔지니어들과 발전 사업자는 스크린을 통해 데이터를 확인할 수 있다. 이때 특수하게 설계한 3차원의 사람-기계 인터페이스(HMI)를 사용하는데, 이는 정보를 인터랙티브한 대상(Object)으로 변환한 것이다. 이 인터페이스를 설계한 부예는 “이 시스템은 단순한 소프트웨어를 넘어 직관적으로 데이터를 교환하는 방식”이라며 “스마트폰의 영향을 받는 차세대 고객들에 대해서도 고민하고 있습니다”라고 말한다.

현재 아토와 부예를 비롯한 연구팀은 GE가 산업인터넷용으로 개발한 클라우드 기반 운영체제 프레딕스(Predix)에 이 발전 관리 시스템을 연결해, 기계학습 역량을 확대하고자 노력하고 있다.

프레딕스를 이용하면 여러 댐과 수많은 기계 장비에서 수집한 데이터를 비교하고 해석할 수 있게 된다. 이미 유럽과 미국에서는 새로운 응용 계획을 추진하고 있다. 부예는 이렇게 이야기한다. “오늘날 우리는 기계를 더욱 강력하게 해주는 데이터 혁명 속에서 살아갑니다. 불과 몇 년 전만 해도 불가능했던 일들이 현실이 되고 있습니다”

▲ 퐁 발디 댐 (이미지 제공: GE Renewable Energy)

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