[공학저널 전찬민 기자] 더 이상 바람은 예측 불가능한 자연의 산물이 아니다. 디지털 기술로 현실을 정밀하게 복제하는 디지털트윈(Digital Twin)은 바람의 방향, 속도, 난류의 움직임까지 실시간으로 모사하며 풍력발전의 운영 방식에 새로운 전환점을 제시하고 있다. 실제 풍력터빈이 설치된 지형과 환경을 정교하게 반영한 가상 플랫폼 위에서 발전소는 더 똑똑하게, 더 안정적으로 돌아간다. 이처럼 가상과 현실을 넘나드는 풍력발전 최적화 기술의 중심에 디엑스랩즈㈜의 ‘DxWind Turbine’ 플랫폼이 자리잡고 있다.

‘DxWind Turbine’은 디엑스랩즈가 독자적으로 구축한 풍력발전 전용 디지털트윈 플랫폼이다. 풍력 설비의 구조적 특성, 지형에 따른 난류 분포, 기상 변화와 같은 다양한 환경 데이터를 정밀하게 통합해 가상의 풍력발전소를 구현한다. 핵심 기능은 크게 세 가지로 구분된다. 먼저 실시간 모니터링을 통해 각 터빈의 상태, 출력, 진동, 온도 등의 데이터를 수집·시각화하고 이후 AI 기반 예측 알고리즘으로 바람 자원의 변화를 사전 분석하며, 마지막으로 이를 바탕으로 유지보수 주기와 출력 조절을 자동화하는 운영 최적화 기능을 제공한다. 즉 DxWind는 ‘보는 것’에서 나아가 ‘예측하고 대응하는’ 디지털 발전소의 관제 시스템인 셈이다.

기술의 완성도를 높이기 위해 디엑스랩즈는 한국에너지기술연구원과 더불어 주요 풍력발전 단지 운영자들과의 협력을 통해 현장 데이터를 지속적으로 확보하고 있다. 풍력 디지털트윈에서 가장 중요한 요소는 바람에 대한 정밀한 예측이다. 이를 위해 실제 발전단지의 기상·지형 데이터를 기반으로 더 높은 공간 해상도와 시간 정확도를 구현하는 연구가 병행되고 있다. 현재는 제주 어음풍력(4MW × 5기)과 서남해 해상풍력(3MW × 20기) 등 실증 단지에 업그레이드된 DxWind 솔루션을 적용하기 위한 연구과제가 추진 중이며 향후 예측 정확도와 발전 효율의 눈에 띄는 향상이 기대를 모으고 있다.

이와 더불어 디엑스랩즈는 산업 현장에 가상센서 기반 Smart EMS(에너지관리시스템)를 도입해 디지털 전환의 외연을 넓히고 있다. 가상센서는 설치된 실센서 데이터를 학습해 측정 불가능한 값까지 예측하고 기존 센서의 오작동 여부도 파악한다. 디엑스랩즈는 이를 바탕으로 운영자들과 협력해 가상센서 출력과 현장 운전 경험을 융합한 최적화 알고리즘을 개발 중이다.

디엑스랩즈는 기존에 인지 디지털트윈 기반 시뮬레이터 개발을 통해 전통 발전소의 운전 오류를 방지하고 운전요원 교육 및 제어시스템 검증에 기여해 왔다. 복합화력발전소에서의 제어 검증 시뮬레이터, 발전용 증기터빈 제어시스템, 산업용 보일러 자동제어 등 다양한 산업군으로 기술을 확장했으며, 이러한 기반 위에 풍력, 수소, CCU, ESS(에너지저장장치) 등 신재생 분야까지 진출하게 됐다. 최근에는 스마트팜과 연계된 연료전지 사업, AI 데이터센터용 ESS 솔루션, 바이오차 기반 탄소배출권 비즈니스 등도 동시에 추진 중이다.

특히, 한국에너지기술연구원에서 이전받은 기상예측 알고리즘을 DxWind와 EMS에 통합한 부분은 주목할 만하다. 기상 데이터와 설비 데이터를 융합해 설비 고장 가능성을 사전에 진단하고 유지보수 시점을 예측하는 방식으로 운영 효율과 신뢰성을 동시에 높이고 있다. 해당 기술은 특허화와 AI 모델 고도화를 통해 독자적인 경쟁력으로 자리매김하고 있다.


디엑스랩즈 김종현 대표이사(사진)는 “디지털 전환의 핵심은 데이터이며, 에너지 시스템을 효율적으로 운영하기 위해서는 모든 설비와 자원에서 데이터를 추출하고 연결하는 것이 필수”라고 강조했다.

그는 이어 “우리는 단순히 데이터를 수집하는 데서 끝나지 않고 가상공장 플랫폼을 통해 실제 현장의 운영 최적화까지 이뤄낼 수 있는 전체 솔루션을 목표로 하고 있다”고 덧붙였다.

이러한 방향성은 디엑스랩즈가 개발 중인 또 하나의 핵심 기술인 ‘세부 기기 단위 디지털트윈’에서도 확인할 수 있다. 이는 풍력터빈, 증기터빈, 보일러 등 개별 설비의 물리적 특성과 동작 메커니즘을 고해상도로 모델링해 각 설비의 동적 응답을 실시간으로 예측·대응하는 정밀 제어 기술이다. 이 기술은 전체 발전소의 거시적 운영 효율뿐 아니라 개별 장비 수준의 미세한 고장 감지와 수명 예측까지 가능케 해 설비 신뢰성을 한층 끌어올린다.

이뿐만 아니라, 디엑스랩즈는 복합화력 발전소에 특화된 시뮬레이터와 연계한 디지털트윈 플랫폼도 개발 중이다. 이는 신규 발전소 건설 단계부터 제어 알고리즘의 사전 검증과 운전요원 교육을 가능하게 해 운전 초기의 리스크를 최소화하고 학습 곡선을 단축하는 데 기여할 수 있다. 특히, 인공지능과 연계된 가상 운전환경 구축은 향후 자동운전 시스템이 대세가 될 에너지 산업 구조에서 필수적인 기반 기술로 주목받고 있다.

디엑스랩즈는 디지털 전환이 단순한 기술 혁신이 아닌, 운영 방식 자체의 혁신이라는 관점에서 접근하고 있다. 이에 따라 올해 하수 슬러지를 활용한 바이오차 사업을 산불 피해목 처리와 결합한 새로운 비즈니스 모델로 확장 중이다. 가스화 기술과 탄소배출권을 연계해 순환경제 기반의 에너지 자원화 모델을 제시하고 있으며 이러한 통합 기술은 에너지 자립과 온실가스 감축이라는 이중 목표를 동시에 겨냥하고 있다.

김 대표는 “AI 시대의 막대한 에너지 수요에 대응하고 자원 효율을 극대화할 수 있는 기술적 해법을 제시하는 것이 디엑스랩즈가 그리는 미래”라고 전했다.

출처 : 공학저널(http://www.engjournal.co.kr)