두산중공업이 마이크로소프트(MS)의 클라우드·사물인터넷(IoT) 기술을 활용해 신재생에너지 분야 사업모델 디지털전환(DX)에 나섰다. 국내에서 세계 최초의 MS 애저 디지털트윈(Azure Digital Twins) 기술로 운영·관리되는 해상풍력발전소를 건설해 실시간 발전 전력량 모니터링과 이상징후 탐지 기반 예측정비로 사업경쟁력을 강화한다는 계획이다.

장세영 두산중공업 상무는 20일 한국MS '애저 에브리웨어' 1일차 발표를 통해 MS의 디지털트윈 솔루션을 활용한 차세대 풍력발전 솔루션 사업 추진 현황과 계획을 공개했다. 디지털트윈은 IoT 센서로 사물의 상태, 동작, 특성 데이터를 수집하고 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석해 과거의 변화 이력을 추적하고 미래에 발생할 문제를 예지할 수 있는 기술이다.

두산중공업은 가스터빈과 신재생발전을 위한 기기·설비 생산, 플랜트 구축 등 분야 사업을 수행한다. 해상풍력발전소를 건설하기 위한 입지선정과 풍황분석, 기자재 공급과 설계·조달·시공(EPC) 사업, 발전 플랜트 운영·유지보수(O&M) 사업 등 전체 영역을 아우르는 토털솔루션을 제공한다. 서남해 해상풍력단지, 제주 탐라해상풍력단지 등 EPC실적을 보유했다.

국내 풍력발전 시장은 오는 2034년까지 24.9기가와트(GW) 규모 이상 규모 인프라가 구축될만큼 고성장이 예상된다. 먼 바다에 이만큼 대규모로 구축된 풍력발전 설비를 지금처럼 현장에 인력을 보내 점검하고 정비하는 방식으로 관리하는 것은 불가능하다. 디지털트윈 이를 소수 전문인력만으로 효율적으로 유지보수할 수 있는 기반으로 꼽힌다.

이에 두산중공업은 플랜트사업 디지털화에 주력하고 있다. 기기·설비 생산에 머물지 않고 소프트웨어(SW)를 결합해 더 효율적인 설계, 개발로 경쟁력을 강화하는 전략의 연장선이다. 예측진단과 운영 최적화를 수행하기 위해 AI와 IoT 솔루션을 개발하고, 설비에 결합했다. 기존 SW를 모두 새로 만드는 게 아니라 현실세계의 문제를 해결할 수 있는 방법에 집중했다.
 
디지털기술의 가치는 해상풍력발전 O&M 사업에 특히 중요하다. 장 상무는 "해상풍력 발전기기는 바람이 세고 파도가 높은 먼 바다에 설치돼 있는데, 이를 정비하고 유지보수하기 위해 사람이 배를 타고 나가야 하는데다 정비 자체도 쉽지 않아 많은 비용이 소요된다"면서 "기술전문가도 극소수여서 각 기기의 문제를 제때 해결하는 데 어려움이 많다"고 말했다.

기존 방식은 해상풍력기기가 고장을 내는 등 문제가 생겨 긴급정비가 필요한 상황에 대처시 지난한 과정을 거쳐야 한다. 우선 발생한 고장이 접수돼 1차 엔지니어가 연결되면 이 사안을 해결하기 위해 사내에서 적절한 담당 엔지니어를 찾는 단계로 이어진다. 이 때 담당 엔지니어를 찾더라도 그에게 필요한 장비, 설비, 교체 부품을 준비할 시간이 더 필요하다.

장 상무는 "담당 엔지니어를 찾고 부품을 준비해 정비하기까지의 긴 과정을 거치는동안 발전기기가 그 문제로 멈춰 있었다면 그 시간만큼 전기를 생산하지 못할 것"이라며 "(고장이 접수되기 전) 어떤 문제가 발생할지 운영 서비스 단계에서 예측하고 그에 필요한 부품을 사전 발주해, 담당자를 배정하고 정비업무를 전달해 이 시간을 단축할 수 있다"고 말했다.

두산중공업의 시범 협업사례 가운데 하나로 제주 탐라해상풍력단지가 소개됐다. 이 단지를 운영하는 환경도 디지털트윈 기술로 구축돼 있다. 드론으로 촬영한 풍력단지 실사 화면이 컴퓨터의 3D 디지털 모델로 생성되고, 각 풍력기기에서 발생하는 데이터의 이상발생 가능성이 그래프와 색상으로 스크린에 함께 표시된다.

예시로 공개된 탐라해상풍력단지 관리화면에서 이상상태를 나타낸 기기를 클릭하자 해당 기기가 확대된 모습이 표시됐다. 기기 속의 이상징후를 보인 부품이 무엇인지, 그 정비 담당자가 누구인지, 언제 교체됐고 마지막으로 언제 정비됐는지 등의 세부 이력이 함께 제시됐다. 이 화면은 이상신호에 기반해 AI가 알려 준 것으로, 이상발생 이전에 볼 수 있다.
 
두산중공업은 예측정비뿐아니라 구축된 플랜트의 발전량 예측과 성능 모니터링에도 디지털트윈 기술을 적용했다. IoT 데이터와 기상예보 등 외부 데이터를 결합해 각 발전 터빈과 전체 인프라 성능을 시각화했다. 이를 위해 MS 애저 IoT 허브, 애저 스트림 애널리틱스, 파워BI 대시보드, 팀즈, 벤틀리시스템즈의 컨텍스트캡처와 아이트윈 뷰어 등을 활용했다.

지속 성장이 기대되는 국내 풍력시장에서 디지털트윈, IoT, AI 기술 적용을 통한 예측진단 정확도를 높여 풍력사업 경쟁력을 높여나갈 계획이다. 이밖에도 장 상무는 "향후 정비과정에 초보 엔지니어들이 홀로렌즈(Hololens)로 기술적인 도움을 받을 수 있을 것"이라며 "현장 상황을 고려해 적용 방안을 더 연구해야 한다"고 덧붙였다.

이건복 MS IoT팀장은 "디지털트윈을 구축하는 목적은 단순히 개별 시스템이 아니라 복잡한 건물과 도시까지 아우르는 전체 인프라를 보고자 하는 요구사항 때문"이라며 "사람들이 과거를 추적하고 미래를 예측할 수 있는 시스템을 발달시키는데 디지털트윈이 핵심적인 역할을 할 것"이라고 강조했다.

신재생에너지 외에도 건설·농업·스마트시티 등 여러 산업계가 MS 애저 디지털트윈 기술을 활용하기 위해 여러 분야 기술 기업과 이업종의 사업자들이 파트너로 참여 중이다. 두산중공업 외에도 유니레버의 원격시스템 모니터링, 티센크루프의 엘리베이터 장비 이력 추적, 롤스로이스의 엔진 실시간 모니터링 등이 MS 디지털트윈 기술 활용 사례로 소개됐다.