æ-서울? 서울도 둘이 될 수 있지! 현실을 가상공간으로, 디지털트윈

æ-서울? 서울도 둘이 될 수 있지! 현실을 가상공간으로, 디지털트윈

 

대학생신재생에너지기자단 19기 권승호, 18기 서현영, 19기 이희정, 19기 서명근, 20기 김지원

 

만약 ‘내가 살고 있는 세계’가 그대로 복제되어 ‘발생할 수 있는 문제’를 미리 예견하고 해결해준다면 어떨까? 내가 살고 있는 세계가 복제된다는 사실이 놀랍기도 하겠지만, 그렇게만 된다면 사람들은 자신에게 다가올 미래에 걱정이 없는 안정적인 삶을 살아갈 수 있을 것이다. 하지만 이런 현실은 말도 안 되는, 그저 상상 속에서만 존재하는 꿈같은 상황일 것이다. 그런데 이 꿈같은 상황을 실현하는 것이 현재 한국판 뉴딜 정책의 주요 사항으로 발돋움하고 있다.

환경의 중요성이 커지면서 세계 곳곳에 그린&디지털 뉴딜 정책이 속속 등장하고 있는 가운데, 오늘날 한국 정부에서 제안하는 뉴딜정책의 ‘효율’과 ‘비용’의 문제는 아직도 해결되지 못하고 있다. 재생에너지 정책에 따른 재생에너지 기술의 기반 확립은 많은 비용 부담을 초래하였고, 현재 상용화되고 있는 신재생에너지 기술들의 효율성에 따른 문제도 완벽히 해결되지 못하였다. 그렇지만 새로운 그린 뉴딜 정책으로 떠오르는 ‘디지털 트윈’이 국내 재생에너지 전환의 과도기인 이 시점에서 두 가지 문제를 타파할 새로운 돌파구로 떠오를 수 있을지, ‘디지털 트윈’ 기술에 대해 자세히 알아보자.

 

디지털 트윈이란 무엇인가?

[자료 1. 디지털 트윈]

출처 : SIEMENS

디지털 트윈이란 현실세계의 실물 객체와 똑같은 쌍둥이 객체를 가상세계에 구현하여 시뮬레이션을 통해 발생할 수 있는 상황들을 예측 및 분석하는 기술이다. 즉 실물 객체의 특성을 가상세계에서 구현하여 각종 모의시험을 진행하고, 결괏값을 분석하여 실물 객체에 적용시켜 최종적으로 안전하고 최적화된 체계를 구현해내는 기술이다.

디지털 트윈의 프로세스는 6단계로 구성되어있다.

① 데이터 생성 : 현실세계의 물체나 시스템의 데이터를 수집하고 가상의 모형 구축

② 전달 : 현실세계와 가상세계 간의 실시간 양방향 통합/연결

③ 통합 : 가상세계 모델의 작동 데이터 수집 및 전처리

④ 분석 : 전 처리된 데이터를 분석 및 토의

⑤ 이해 : 분석 결과를 시각화하여 현실세계와 가상세계 간의 차이점 강조 후 변경 및 개발이 필요한 부분 표시

⑥ 실행 : 이해 단계에서 확인한 피드백 정보를 현실세계에 적용

디지털 트윈은 건설, 에너지, 국방 등 다양한 분야에 활용할 수 있고, 이를 통해 생산성 향상, 장비 최적화, 비용 절약, 시간 조절 등의 이점을 얻을 수 있다. 더 나아가 예측할 수 없는 돌발 상황을 대비하여 안전성을 극대화할 수 있다는 장점이 있다. 최근에는 가상세계에 실제 도시를 모델로 구축하는 인구 분포, 안전, 복지, 환경 등 도시 행정을 검증하는 데에도 활용되고 있다.

 

디지털 트윈의 국내 활용 사례 - 스마트시티

이에 맞춰 국내에서는 ICT 등 4차 산업혁명 기술을 연계한 스마트시티 기술 개발 과제를 발굴 중이다. 국내 디지털 트윈 기술의 대표적인 활용 사례로는 ‘디지털 트윈 in 전주’와 세종시의 ‘도시행정 디지털 트윈 프로젝트’가 있다.

[자료 2. 스마트 시티]

출처 : 스마트 시티 코리아 

‘디지털 트윈 in 전주’는 2018년 LX(한국국토정보공사)에서 2030 비전 핵심사업 4가지 중 하나로 소개한 사업이다. 이를 통해 전주시는 열섬현상 해소를 위한 나무 심기 입지 분석, 음식 폐기물 수거체계 개선, 건물 노후·화재 안전 진단 등에 관한 서비스를 구현하였다.

세종시는 2019년 모빌리티, 헬스케어, 교육, 에너지 환경, 거버넌스, 문화 쇼핑, 일자리 등 7대 서비스를 구현하여 분야별 스마트시티 계획을 수립하였다. 세종시는 이러한 기술을 토대로 5-1 생활권에 자율주행, 로봇 택배, 인공지능 기반 주거서비스와 같은 스마트 혁신 서비스를 직접 체험하고 다양한 기술을 실증할 수 있는 혁신 공간을 실현할 계획에 있다.

현재 국내에서 활용되는 디지털 트윈 기술은 시민들의 삶의 질을 향상하는 데 초점을 맞추고 있다. 그러나 디지털 트윈은 ‘스마트 열 공급망’을 건설하여 지역 전체의 에너지 효율을 높이고, 기후 변화를 예측하고 완화시키는 등 미래세대의 지속 가능한 삶을 보장하기 위한 기술로도 무한한 활용성을 가지고 있다.

 

디지털 트윈을 통한 신재생에너지 발전의 최적화

그렇다면 에너지 분야에서 디지털 트윈은 어떻게 쓰이고 있을까? 디지털 트윈은 전력 생산 효율을 극대화시키고 있다.

[자료 3. Virtual Singapore 태양광 패널 설치 정보]

출처 : LX 한국국토정보공사 블로그 

디지털 트윈이 디지털•그린 뉴딜 융복합 과제에 포함되어 있는 만큼, 디지털 트윈은 신재생에너지 보급을 확대하고 발전 효율을 최대화하는 데에도 일조하고 있다. 지형 정보, 전기 사용량, 발전 설비 현황 등의 데이터를 수집하고 플랫폼에 정보를 전달하면, 가상 3D 입체지도 상에서 열화상 정보, 연간 일사량 및 발전량 등의 효율성을 분석한다. 그리고 결과를 통해 설비 설치를 위한 최적의 입지와 맞춤형 설비를 제공한다.

그 예로 Virtual Singapore의 경우, 높이, 옥상 표면의 햇빛 반사량 등의 정보를 실시간으로 수집하고, 해당 데이터를 가공하여 태양광 패널을 설치하기에 가장 적합한 건물을 도출하였다. 막대한 인력 대신 디지털 트윈을 통해 시간과 비용을 아끼는 것은 물론, 정확한 생산량까지 계산해내어 싱가포르가 친환경 도시로 나아가는 데에 큰 도움이 되었다는 평가를 받았다. 한 걸음 더 나아가 최근에는 디지털 트윈을 이용해 신재생에너지의 사업성도 확보하고 있다. 우리나라 광주 햇빛발전소의 경우에는 입체지도 위에 발전소를 가상으로 설계하여, AI가 투자비와 발전수익을 분석하여 태양광 보급사업의 추진 기간과 비용을 줄일 것이라고 한다.

또한, 실제 발전기와 같은 조건으로 발전량을 계산하는 디지털 트윈을 이용하면 발전량을 최대로 증가시키는 것이 가능하다. 시시각각 변하는 자연환경 정보를 고려하여 현재 전기를 얼마나 생산하는지 모니터링한다. 그리고 발전소를 효율적으로 운영하기 위한 여러 가지 대안을 제시하여 최대량 발전이 가능한 스케줄을 제공할 수 있다. 스케줄에 따라 발전소 장비를 자동으로 운영할 수 있도록 AI, 드론과 연계하기도 한다. 디지털 트윈은 발전량 개선뿐만 아니라 설비 유지보수에도 활용되는데, 설비에서 일어날 수 있는 작동 오류를 예측하고, 실시간 데이터를 이용하여 스스로 점검한다.

이렇듯, 디지털 트윈 기술을 이용하면 신재생에너지를 최적화를 하는 것이 가능하며 편리함을 누릴 수 있다. 특히, 지리적 한계를 가지고 있는 해상풍력의 경우에는 바다에 설치되어 운영 및 유지보수에 어려움이 있었는데 발전소의 데이터를 플랫폼에 결합함으로써 생산량을 정확히 예측하는 것이 가능해졌다.

 

결론

스마트 시티 구현의 핵심 기술인 디지털 트윈은 특히나 신재생에너지 분야에 강점을 가지고 있음을 알 수 있다. 디지털 트윈을 통해서라면, 조건을 입력하는 것만으로 신재생에너지 발전의 ‘모든 것’을 실시간 예측할 수 있기 때문이다. 설비의 종류, 입지, 발전수익 그리고 유지보수까지 모니터링할 수 있는 이 기술은, ‘안전한’ 발전을 ‘똑똑하게’ 이끌어낼 것이다. 공급의 신뢰를 높임으로써 최적의 소비를 제시하는 디지털 트윈만의 장점은, 공급과 소비 사이 선순환의 고리를 형성해 신재생에너지의 확대를 촉진할 것으로 보인다. 돌발 변수 속에서도 안정적인 공급과 대응이 중요한 신재생에너지 업계는 이미 디지털화의 필요성을 인지하고, 진행 중에 있다. 디지털 트윈의 경제성을 발판 삼아 도약을 준비하는 국내 신재생에너지 업계처럼, 한국판 뉴딜 역시 디지털 트윈 기술로써 효율 및 보급 측면을 쇄신해 성공적인 정책을 거둘 수 있기를 기대한다.

 

 

참고문헌

[디지털 트윈이란 무엇인가?]

1) 네이버 블로그, 기획재정부, “가상세계에서 만나는 현실세계, 디지털 트윈”, https://blog.naver.com/mosfnet/221872035875 

2) 네이버 지식백과, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5680267&cid=43667&categoryId=43667

3) ETRI, “디지털트윈 기술 보고서”, https://ksp.etri.re.kr/ksp/plan-report/read.htm?id=831

[디지털 트윈의 국내 활용 사례 - 스마트시티]

1) 건설이코노미뉴스, “[한국형뉴딜]'LX, 디지털트윈 in 전주’ 세계가 주목하다”, 2021.01.27, https://blog.naver.com/cenews55/222222107984

2) 유재형, “③ 디지털 트윈의 이해”, 도시미래신문, 2021.07.02, http://m.ufnews.co.kr/main/sub_news_detail.html?wr_id=11330

 

[디지털 트윈을 통한 신재생에너지 발전의 최적화]

1) 에너지정보문화재단, 한국에너지정보문화재단, “[스토리] 한국판 뉴딜에 포함된 ‘디지털 트윈’을 아시나요?”, 2020.07.20,https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222036187326

2) 이영아, “두산중공업, ‘디지털 트윈’ 결합한 ‘신재생 에너지’로 재도약 꿈꾼다”, TechM, 2021.02.04, https://www.techm.kr/news/articleView.html?idxno=80160

3) 이경민, “[특별기획] 탄소중립 시대 온다(7) 시화호, 신재생에너지센터로 탈바꿈”, 전자신문, 2021.06.06, https://www.etnews.com/20210604000134

4) 박선강, “광주형 AI-디지털 트윈기술로 햇빛발전소 설치”, 아시아경제, 2021.02.18, https://www.asiae.co.kr/article/2021021814300315807

5) 한국국토정보공사, LX 한국국토정보공사 블로그, “심시티 게임처럼 가상 공간에 도시를 계획하는 디지털 트윈”, 2021.07.07, https://blog.naver.com/kcscpr/222423440527