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디지털 유전? 스마트 그리드? 에너지 산업도 클라우드가 대세
에너지 산업은 국제 정세와 경제, 그리고 소비자 물가까지 모든 영역에 막대한 영향을 주고받는 중요한 산업 중 하나인데요. 에너지 산업에도 디지털 전환이 이루어지고 있을까요? 클라우드를 사용할까요? 정답은 “당연히 YES”입니다.
에너지 디지털 전환 시장은 2025년까지 640억 달러 규모에 이를 전망입니다. 기존에는 에너지 산업의 경쟁력이 에너지 자원에 달려 있었다면, 지금은 디지털 기술을 얼마나 잘 활용하느냐에 달려 있다고 하는데요. 디지털 기술이 에너지를 생산하고 저장, 유통, 공급, 소비하는 모든 과정을 변화시켰기 때문입니다.
디지털 유전, 흩어진 데이터를 하나로 연결하려면?
Image Source: ScienceSoft
에너지 자원하면 가장 먼저 떠오르는 것이 석유가 아닐까 싶은데요. 석유를 얻는 과정을 간단히 정리하면 추출과 정제 두 가지로 나눌 수 있습니다.
- 업스트림(Upstream): 땅속에 석유가 어디에 얼마나 있는지 찾고, 해당 지점에 생산 설비를 설치해 원유를 최대한 끌어올립니다. 이후에는 원유에 섞여있는 불순물을 제거하는 가공 과정을 거칩니다.
- 다운스트림(Downstream): 생산된 석유를 정제소로 옮겨 소비자가 실제로 사용할 수 있는 휘발유나 경유 등의 제품으로 만듭니다. 만들어진 제품을 저장하거나 유통, 판매하는 과정도 역시 다운스트림에 해당합니다.
이 모든 과정에서 디지털 기술이 활용되고 있는데, 특히 업스트림 산업의 디지털 전환을 디지털 유전(Digital Oil Field, DOF)이라고 합니다. IT 기술을 통해 유전을 실시간으로 모니터링하고 관리하는 것이죠.
디지털 유전에서 가장 중요한 것은 연결성입니다. 하나의 유전에는 수백, 수천 개 이상의 유정(Oil Well, 油井)이 건설되어 있는데요. 유정이란 땅 아래 묻힌 석유를 채굴하기 위해 구멍을 뚫어놓은 것을 말합니다. 한자 그대로 우물을 생각하면 이해가 쉽습니다.
그런데 이 수많은 유정을 효율적으로 운영하기 위해서는 모든 데이터를 한곳으로 모아야 합니다. 유전에서 최대한의 석유를 생산하려면 유정 설비에 문제가 없는지, 어느 유정에서 얼마나 석유를 뽑아내고 있는지 등을 확인해야 하기 때문입니다. 물리적으로 떨어진 수많은 유정 데이터를 어떻게 빠르게 수집하고 연결할 수 있을까요?
글로벌 석유회사 쉘(Shell)은 IoT를 적극 활용해 디지털 유전을 실현하고 있습니다. 유정을 직접 방문할 필요 없이 미리 설치한 IoT 센서로 압력, 온도 등 현장 데이터를 실시간으로 측정하고 모니터링하는 것이죠. 사막에 있는 유전도, 바다에 있는 유전도 손쉽게 운영할 수 있기 때문에 운영 비용은 줄이고 석유 생산은 최적화할 수 있습니다.
다운스트림 산업에서도 IoT 솔루션이 적용됩니다. 정유 공장의 기계와 설비 데이터를 수집해 정제 과정에서 발생하는 오류를 빠르게 잡아내기도 하고요. 제품 배송 차량과 선적을 추적해 물류 과정을 정확히 관리할 수도 있습니다.
스마트 그리드, 더 스마트하게 만드는 방법?
Image Source: Power Technology
우리 일상생활 속에서 가장 익숙하게 사용하는 에너지 자원이라면, 전기를 빼놓을 수 없죠. 예전에는 발전소에서 전기를 생산해 필요한 곳에 단방향으로 공급하는 것이 일반적이었습니다. 하지만 지금은 어떨까요?
- 분산형 전력망: 태양열이나 풍력 발전 등 지역에서 자체적으로 전기를 생산하는 소규모 분산형 전력망이 늘어났습니다. 필요한 경우 송전망으로 역송하는 다방향 공급이 가능합니다.
- 소비자 중심 전력망: 전기가 어디에 필요한지 수요를 예측해 효율적으로 전력망을 운영합니다. 소비자들도 실시간으로 사용량을 확인하고 조절할 수 있고요. 또한 전기자동차가 늘어나면서 이동형 에너지 장치의 역할도 하고 있습니다.
이러한 요즘 전력 시스템을 스마트 그리드(Smart Grid)라고 합니다. 그리드(Grid)는 발전소에서 전력이 공급되기까지의 체계인 전력망을 뜻하는데요. 분산 전력망에서의 전기 생산량, 소비자의 전기 수요와 실시간 전기 사용량 등을 바로 파악하기 위해 IT 기술을 활용하는 것입니다.
그렇기 때문에 스마트 그리드의 핵심은 데이터에 있습니다. 하지만 이 과정에서 발생하는 수백만 기가바이트(GB) 이상의 데이터를 저장하고 관리하고 분석하려면 시간도 비용도 많이 들겠죠.
미국의 전기∙가스 회사 듀크 에너지(Duke Energy)는 AWS 클라우드를 통해 스마트 그리드 솔루션을 개발했습니다. 데이터를 정확히 분석하기 위해서는 억 단위 횟수의 시뮬레이션이 필요한데요. 온프레미스 환경에서는 시뮬레이션을 7천만 번 실행하는 데 약 6주가 걸린다고 합니다. 이 시간을 줄이려면 수백만 달러의 IT 인프라 장비들이 필요하고요.
하지만 듀크 에너지는 클라우드를 사용해 같은 시뮬레이션을 15분 만에 실행하고 있습니다. 막대한 비용을 들여 직접 IT 장비를 사지 않은 것은 물론이고요. 합리적인 비용으로 데이터 기반의 스마트 그리드를 실현할 수 있었던 비결입니다.
재생 에너지도 단점이 있다? 어떻게 극복할까?
Image Source: RES
최근 몇 년간 에너지 산업 트렌드에 빠지지 않고 등장하는 것이 재생 에너지인데요. 재생 에너지란 햇빛, 바람, 파도 등 시간이 지나면 자연적으로 재생되는 자원으로부터 얻는 에너지를 가리킵니다.
석유와 같은 화석연료와 다르게 고갈될 염려가 없고, 에너지를 생산하거나 소비할 때 탄소가 적게 나오는 것이 특징입니다. 그래서 전 세계적으로 온실가스를 줄이기 위해 태양광, 풍력, 수소 에너지 등의 사용을 늘리고 있고요. AWS, 구글 등 글로벌 IT 기업들도 100% 재생 에너지를 외치고 있습니다.
하지만 재생 에너지는 자연환경에 따라 발전량이 달라지기 때문에 공급이 불안정하다는 단점이 있습니다. 친환경이라는 이름과 달리 아이러니하게도 거대한 발전소를 짓는 과정에서 지역 환경에 불가피하게 피해를 끼치기도 하는데요. 만약 재생 에너지 개발이 주변 환경에 어떤 영향을 미치는지 바로 알 수 있다면 어떨까요?
영국의 풍력∙수력 발전 회사 SSE 리뉴어블스(Renewables)는 마이크로소프트의 애저 클라우드를 활용해 풍력 발전소를 디지털 트윈으로 구현했습니다. 발전소 주변의 대기, 바닷속 암초, 해양과 조류 변화를 모니터링하고요. 이러한 환경이 똑같이 구현된 디지털 트윈 공간에서 어떻게 하면 부정적인 영향을 줄일 수 있을지 다양한 상황을 시뮬레이션 합니다.
이 밖에도 디지털 트윈을 통해 발전량을 예측해 에너지 생산량을 극대화할 수 있고요. 설비 고장을 예측하고 방지해 유지 보수 비용도 줄일 수 있습니다. 우리나라 에너지 기업 두산에너빌리티(두산중공업) 역시 마이크로스프트의 애저와 함께 풍력발전소 16대를 모두 디지털 트윈으로 구현했습니다. 클라우드 기반이기 때문에 단 3개월 만에 구축이 가능했다고 하네요.
오늘 베스픽에서는 석유, 전기, 재생에너지 등 에너지 산업 전반에서 디지털 전환이 어떻게 이루어지고 있는지 살펴보았는데요. 결국은 데이터를 얼마나 효율적으로 활용하느냐가 경쟁력으로 이어지는 듯합니다. 데이터를 안정적으로 운영하려면 클라우드는 반드시 필요하고요.
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