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이성식 대표

[투데이에너지] 정유·석유화학 플랜트와 화력발전소, 상용 화를 앞둔 소형 모듈 원자로(SMR)에 이르기 까지 전력 및 에너지 생산의 ‘가성비’ 확보는 국가 제조업의 생존을 가르는 핵심 과제다.

그러나 고온·고압 설비 노후화로 인한 불시 정지 리스크 및 유지보수 비용 폭증, 청년층의 3D 위험 현장 기피와 숙련 인력 공백, 차세대 SMR의 고자율 무인 운전 요구는 수동 점검의 한계를 극명히 드러내고 있다.

이에 설비 전 주기를 실시간 감시·예측하는 ‘디지털 트윈’으로의 신속한 전환이 필수적이다.

디지털 트윈이 현장 설비와 유기적으로 동기화되려면 단일 센서의 한계를 넘어 감시 공간과 주파수 대역이 상호 보완되는 ‘다면적 입체 모니터링’이 구축돼야 한다.

저주파 진동 센서가 설비 전체의 구조적 이상을 감시하고, 고주파 음향방출 센서가 미세 균열이나 누출 등 국부적인 이상을 포착한다.

여기에 온도·압력 데이터를 결합하면 AI 기반 진단의 정확도를 한층 높일 수 있다.

특히 최근 국내 연구진이 개발한 혁신적 비파괴 기술인 SAUT는 단순한 외형적 두께 측정에 머물지 않는다. 초음파 종파와 횡파 속도 비를 분석해 센서가 부착된 국부 지점의 틈 부식은 물론, 장시간 고온 노출에 따른 금속 내부의 기계적 강성 저하와 소성변형 위험 시점까지 실시간으로 연산해 낸다. 이처럼 ‘광역 감시-구역 탐지-초정밀 물성 진단’이 유기적으로 맞물릴 때 비로소 빈틈없는 디지털 트윈이 완성된다.

다양한 센서가 플랜트의 상태를 보조적으로 감시한다면, 고온 멀티모달 센서는 가혹 환경에 놓인 핵심 설비의 상태를 직접 진단하는 핵심 수단이다. 350~400℃를 넘나드는 가동 중배관과 SMR 루프는 일반 압전 초음파 센서 (큐리 온도 Tc ? 303℃)로는 탈분극으로 파괴 되는 물리적 한계 영역이다.

국내 연구진은 큐리 온도 430℃급 고온 압전 세라믹 기반의 초음파 센서를 국산화해 396℃ 실배관에서 ±0.05mm 정밀 두께 측정을 실증했으며, 영구자석-하이브리드 지그를 통한 무중단 원터치 체결 기술을 확보해 이 난제를 돌파했다.

발전소와 석유화학 시설은 엄격한 3-Zone 보안망을 요구하므로 대용량 원시 데이터의 무분별한 외부 전송에 한계가 있다. 이에 센서 수신단 자체에서 1차 이상을 감지하고 압축· 필터링하는 Edge AI 기술의 현장 적용이 크게 기대된다.

현장 Edge AI가 이상 징후를 우선 감지하고 중앙 AI 플랫폼이 운전 정보와 물리 데이터를 종합 분석하는 이중 진단 체계를 구축하면 오탐을 줄이고 통신 장애 상황에서도 안정적인 설비 감시가 가능할 것으로 기대된다.

반세기 동안 축적된 국내 플랜트 도메인 지식이 멀티모달 센싱 및 AI 디지털 트윈과 결합 되면 정기보수 비용 85% 절감 및 다운타임 제로화를 통한 에너지 가성비 극대화, 고소·위험 작업의 무인화로 3D 현장 안전 대전환, 차세대 SMR 및 K-원전 수출의 초격차 안전 플랫폼 확보라는 3대 혁신을 실현할 수 있다.

다만 외산에 전적으로 의존해 온 극한 센서 국산화와 지능형 진단 기술은 이제 막 첫걸음을 뗀 태동기다. 양산화와 가혹 환경 실증, 글로벌 표준화라는 거대한 장벽을 넘기 위해서는 정부의 과감한 R&D 투자와 정책적·제도적 지원이 절실한 골든타임이다.

정부와 산업계가 원팀이 되어 ‘극한 센서 원천 소재 → Multi-Modal Edge AI → 디지털 트윈 관제’ 생태계를 집중육성할 때, 대한민국은 글로벌 에너지 시장의 주역으로 당당히 도약할 것이다.

■용어설명

디지털 트윈(Digital Twin) = 실제 사물이나 설비를 가상공간에 구현해 실시간 데이터를 바탕으로 상태를 분석·예측하는 기술.

큐리 온도(Curie temperature) = 자성체가 일정 온도 이상에서 강한 자성을 잃는 전이 온도.

SAUT(Safety Assessment by Ultra sonic Technology) = 초음파를 이용해 설비의 결함과 손상 여부를 비파괴적으로 확인하고 안전성을 평가하는 기술.

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출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)