[화웨이 제공] 인류는 모든 사물이 서로 연결된 스마트 시대로 접어들고 있다. 최근 ‘AI’는 출현 빈도가 높은 단어로 떠올랐다. 인류의 새로운 도전, 더 나은 삶의 추구, 끝없는 과학 탐구, 자연과의 조화로운 공존 연구 등 분야에서 AI는 큰 역할을 하고 있으며, 최근 코로나19 방역 과정에서 바이러스 분석, 약물 개발, 지능형 온도 측정, 보조 진단 등 분야에서도 중요한 역할을 담당하고 있다.

화웨이는 2020년, 스마트 PV와 풀스택 풀시나리오 AI 솔루션의 심도 있는 융합을 통해 터미널(terminal)-에지(edge)-클라우드(cloud) 시너지를 위한 핵심 아키텍처를 구축해 모든 발전소의 가치를 높이고 업계의 지능화 업그레이드를 가속화할 계획이다. [사진=utoimage]

신기술, 신산업, 신경제를 위해 탄생한 5G, 빅데이터, AI, 산업 인터넷을 비롯한 ‘뉴 인프라 건설’에서 중요한 분야의 하나인 AI는 생산, 분배, 교환, 소비 등을 재구성하여 신기술, 신제품, 신산업, 신업종, 신모델의 탄생을 촉진할 것으로 기대되고 있다.

지금은 최고의 시대이자 가장 도전적인 시대다. AI 기술이 제공하는 강력한 능력은 모든 분야의 가치 창출 방식을 전례 없이 촉진하고 있으며, 혁신을 통해 세상을 변화시키는 일은 오늘날 우리 모두의 사명이다.

화웨이는 2018년 10월 AI 전략을 발표한 이후 전략 실행, 제품 개발, 상용화 과정을 안정적, 체계적으로 추진해왔다. 2019년에는 어센드(Ascend) 시리즈 AI 프로세서, 풀시나리오 AI 컴퓨팅 프레임워크 마인드스포어(MindSpore), 아틀라스(Atlas) 전 시리즈 제품, 어센드 기반 클라우드 서비스를 출시함에 따라 풀스택 풀시나리오 AI 솔루션의 구축을 완료했다. 현재 이러한 솔루션은 다양한 분야에서 점차 광범위하게 활용되고 있는 만큼 AI의 영향력이 미치지 않는 곳은 없다.

AI 태양광 활성화 및 혁신

전 세계적으로 자원 공급 부족, 환경 악화 등 문제가 심화되고 있다. 인류 생존과 문명 발전이라는 갈림길에서 에너지 공급 패러다임을 근본적으로 바꾸고 신에너지를 개발하는 일은 세계 자원 위기와 기후 변화를 해결하기 위해 반드시 가야 할 길이다.

태양광(PV)을 주축으로 하는 재생 에너지는 향후 주류 에너지로 자리 잡을 것이다. 그러나 태양광 보급률을 높이고 태양광을 저가 에너지에서 고품질의 주류 에너지로 격상하는 일은 우리가 직면한 도전 과제이다.

디지털 정보 기술의 발달과 맞물려 화웨이 스마트 PV는 초기의 디지털+PV, 인터넷+PV 시대에서 AI+PV 시대까지 태양광 발전의 3가지 시대를 주도하고 있다. 디지털화는 지능화 구현의 전제 조건이다. 디지털화 정도가 높을수록 지능화는 더 쉽게 구현된다.

2014년 지능화 기치를 앞장서서 들고 나선 화웨이는 스트링 인버터를 기반으로 하는 스마트 PV 솔루션 출시를 통해 발전소의 디지털 방식으로의 전면 전환, 인버터가 서브 어레이로 변화하기 시작한 센서, 모든 스트링의 정보 수집 등 지능형 감지를 대체로 실현했다. 2015~2018년 화웨이는 디지털 기술을 한층 융합했는데, 이러한 전형적인 응용에는 무선 전용망 기술, MBUS 기술, 스마트 IV 진단, 스마트 작동 관리 클라우드 센터, 농어업 태양광 지능형 융합이 포함된다.

이어 2019년에는 AI 기술을 융합한 지능형 PV 솔루션을 업계 최초로 출시했고, 2020년에는 스마트 PV와 풀스택 풀시나리오 AI 솔루션의 심도 있는 융합을 통해 터미널(terminal)-에지(edge)-클라우드(cloud) 시너지를 위한 핵심 아키텍처를 구축해 모든 발전소의 가치를 높이고 업계의 지능화 업그레이드를 가속화할 계획이다.

화웨이의 풀스택 풀시나리오 AI 솔루션은 전력, 제조, 의료 등 산업에서 널리 사용되고 있으며 관련 산업의 지능화 수준을 크게 향상했다. 일례로 중국남방전망(南方電網)의 송전탑에 설치된 AI 스마트 카메라는 Atlas 200 기반의 지능형 작동 검사 시스템을 통해 송전선을 실시간으로 검사하여 이물질 침입, 전선 훼손 등을 발견할 수 있다. 송전선 무인 검사를 실현할 수 있게 됨으로써 작동 검사 담당자는 위험하게 ‘송전탑에 올라 전선을 점검하는 업무’를 하지 않아도 되는 동시에 작동 검사 효율과 전력망의 작동 안전성을 크게 향상했다.

MPPT 개선으로 스트링 최대 잠재력 출력

시스템의 폐쇄 루프, 시너지, 융합은 어떻게 구현할 수 있을까? Smart DC System이라 불리는 SDS는 필요에 의해 만들어졌다. 중요한 설계 개념은 기존의 구성 모듈, 브래킷, 인버터의 개별적인 작동 상황을 바꿔 양면 모듈+트래킹 브래킷+멀티 MPPT 스마트 PV 컨트롤러의 폐쇄 루프 협력 융합을 실현하여 전체 DC 시스템을 최적화한 것이다.

스마트 PV 컨트롤러는 기존의 천문 알고리즘을 최적화하고 똑똑한 두뇌처럼 트래킹 알고리즘을 자기학습 및 지속적으로 최적화한다. 이를 통해 신경망 기반 AI 훈련과 모델링을 통해 트래킹 브래킷이 최적의 각도로 조정해 발전소 스트링 모듈의 최대 출력을 내도록 한다. 예를 들어, 차폐, 산란 비율, 구름 이동 등의 상황에 따라 알고리즘을 통해 전후배치 최적연동 전략을 도출함으로써 온라인상에서 동적인 트래킹 브래킷 각도를 최적화할 수 있다.

화웨이는 지난 1년간 현장 발전소에서 수많은 테스트를 수행했다. 안후이(安徽)성 쑤이시(溪)현의 실제 측정 및 검증 결과, 183일의 테스트 기간 에너지 산출량은 1.31% 이상 증가한 것으로 나타났다. 중국 광둥(廣東) 원자력 발전소와 황허(黃河) 수력 발전 등 시설 산출량 또한 0.5~1% 증가했다.

최초로 디지털화가 진행된 태양광 프로젝트인 동방태양광발전소 전경 [사진=화웨이]

DC 안전 개선으로 신속하고 전면적으로 보호

생산 업체나 개인의 삶에서 안전은 그 무엇보다 중요하다. 특히 지붕형 PV 발전기 화재 시 발생하는 손실과 여파는 되돌릴 수 없다. 전 세계의 다양한 사례를 분석한 결과, 많은 화재 사고의 직접적인 원인은 DC 아크 및 PV 커넥터의 접속 불량, 전선 노화로 인한 피복 벗겨짐 등이었다. 지금까지는 공정 품질 향상과 수동적인 순찰, 점검과 유지보수를 통해 단자 접속 불량과 전선 노후화 문제 등을 해결해야 했고, 문제점을 전부 찾아낼 수 없어 때때로 사고가 발생했다.

그러나 이제는 AI 알고리즘을 통해 아크 방전을 거의 100% 식별할 수 있고, 아크 방전을 식별하면 시스템의 안전을 보장하기 위해 시스템이 신속하게 차단된다. 화웨이가 AI 알고리즘을 AFCI에 업계 최초로 도입한 ‘AI 스마트 아크 방전 보호’는 한층 정밀한 아크 방전 감지와 신속한 고장 보호를 통해 분산형 PV의 안전을 완벽하게 보장한다.

AI BOOST의 AFCI에는 3가지 고유한 기능이 있다. 첫째, AI 모델을 통해 더 많은 아크 방전 특징을 지속적, 효율적으로 학습해 백만 레벨 이상의 아크 방전 SDB에 도달한다. 둘째, 강력한 로컬 칩 연산력을 사용해 92개 이상의 아크 방전 특징의 비교 포인트를 능동적으로 식별, 분석하고 정확하게 검측하여 데이터를 누락하거나 오보하지 않음으로써 전면 업그레이드된 보호를 제공한다. 셋째, 400ms 내로 신속히 셧다운해 전원 공급을 차단한다. 업계 표준인 2.5초보다 훨씬 빠른 속도를 통해 사용자는 매우 안전한 PV 발전기를 지붕에 설치할 수 있다. 화웨이는 가까운 시일 내에 새로운 AFCI 표준이 중국 국내외에서 업계 규범으로 자리 잡을 것으로 기대하고 있다.

무인화를 향한 운영 및 유지보수 개선

전염병의 영향과 인력의 부족으로 인해 PV 발전소의 운영 및 유지보수는 업계의 뜨거운 관심거리가 되었다. 화웨이와 많은 PV 고객이 지금까지 훈련해온 ‘무인 경비’는 진정한 ‘무인 경비’라는 도전에 직면해 완벽한 해답을 제시했다.

화웨이의 ‘SUN2000-100KTL-M1’ 제품은 20개의 DC입력과 동급 최대인 10개의 MPPT 디자인으로 스트링 미스매치에 따른 발전량 손실을 효과적으로 저감할 수 있다. [사진=화웨이]

오늘날 유지보수 관리자는 더 이상 전체 발전소의 현장 검사를 수행할 필요가 없다. AI BOOST의 스마트 IV 진단 기술은 버튼 하나로 모든 스트링을 원격으로 스캔할 수 있으며 100MW 발전소는 10분 이내에 진단 보고서를 자동으로 출력한다. 그리고 유지보수에 대한 요구 사항, 진단한 문제점, 정확한 위치를 담당자에게 자발적으로 전송한다. 한 마디로 PV 발전소의 ‘제로 순찰’을 실현한 셈이다. 이러한 지원으로 운영 및 유지보수 효율성이 50% 이상 향상되었다.

동시에 AI 융합 기술은 전문가의 경험을 복제해 발전소를 오랫동안 건강한 상태로 유지하고 능동적인 유지보수를 지속하도록 결함을 더 많이 검색, 선별, 조사한다. 여기에서 언급된 발전소 유지보수 방법은 더 이상 특정 결함을 찾는 것이 아니라 발전소 장비가 정상 범위 내에서 작동하는지 확인하기 위해 성능 지표(센서가 제공한 데이터 기반, 데이터는 알고리즘에 의해 모니터링)를 사용하는 것이다.

발전에 문제가 생기면 예방 경보가 울린다. 이러한 고장 전 처리 시스템은 항공 분야에서 널리 사용되고 있다. 항공기 엔진에 문제가 생기면 항공관제 센터는 조종사보다 먼저 상황을 파악하여 조종사에게 지시를 내리고 목적지에 있는 유지보수 담당자가 미리 준비할 수 있도록 조치하여 사고가 발생하기 전에 사고 원인을 제거한다.

인건비가 오를수록 전문가가 발전소에 상주해 관리하는 전통적인 방식은 점차 도태될 것이다. AI 기술은 전문가의 경험을 대량으로 집약해 전문가 대신 문제를 진단하고 대안을 제시하며, 드론이나 로봇의 자동 정비는 수많은 중복 작업을 대체할 수 있다. 이에 따라 사람들은 단순 노동으로부터 자유로워지고 단순하고 반복적이며 위험한 작업은 점차 인공 지능 시스템에 의해 대체될 것이다.

인력 투입은 감소하는 대신 업무 효율성은 향상되는 동시에 작업 결과는 인간이 하는 것보다 신속하고 정확해질 것이다. 예를 들어, 고화질 카메라나 적외선 카메라가 장착된 드론은 수동적인 순찰을 대체해 상황을 실시간으로 분석, 판단할 수 있으며 효율성과 정확도 또한 인간이 하는 순찰을 훨씬 뛰어넘는다. 따라서 미래의 발전소는 필경 무인화의 길로 나아갈 것이다.

계통연계 알고리즘의 개선으로 보다 강력히 지원

기존 그리드의 안정성과 전력 품질은 주로 화력 및 수력 발전 장치에 의해 유지됐지만 신에너지 보급이 지속적으로 증가하고 전통적인 설비가 점차 도태됨에 따라 전력망의 SCR(단락 용량 비율)은 점차 감소해 전력망의 안정성은 도전에 직면하게 됐다. 중국의 제14차 5개년 계획에서 ‘뉴 인프라’로 가장 주목받는 특고압 전력망 추진은 가속화될 것이며, 신에너지의 고전압 승차는 전력망의 안전과 안정성을 보장하기 위한 필수 조건이 됐다.

화웨이 ‘SUN2000-100KTL-M1’ 스마트 인버터는 스마트 I-V 진단이 가능하다. [사진=화웨이]

2020년에 발표된 새로운 국가 표준은 고전압 승차 안정성, 고전압 및 저전압 승차, 주파수 적응을 비롯한 전력망 적응에 대한 요건을 강화함으로써 진입 장벽을 높였다. 따라서 신에너지를 전력망에 대규모 활용하려면 인버터는 보다 유연한 SCR 적응 능력, 신속한 고저 전압 간 승차, 빠른 주파수 변조를 비롯한 전력망 지원 능력이 수반돼야 하며 이는 전력망 연결에 꼭 필요한 조건이다.

세계 최고의 알고리즘 아키텍처와 강력한 제어 기능을 갖추고 있는 화웨이 스마트 인버터는 업계에서 저항 재구성 AI 기술을 도입하고 동적인 감쇠 적응 등 다양한 첨단 전력망 연결 알고리즘을 융합했으며 AI 자기 학습은 발전소의 전기적 특성을 능동적으로 식별한다.

HVDC 시나리오 송전 지원, SCR 1.5 미만의 전력망 단락 용량 지원, 무제한 고전압 출력, 취약 전력망 접속 용량 및 장애 극복 능력 개선을 통해 화웨이는 업계 선두 지위를 점하고 있다. 향후 인버터의 전력망 연결 제어기능을 지속적으로 개선하고 취약 전력망 접속을 지원하며 낮은 SCR 조건에서 전력망을 벗어나지 않도록 안정적인 작동을 보장해야 한다.

전력망을 따라가는 것에서부터 지원하는 것까지, 궁극적으로 전력망 재구성에 이르기까지 전력망을 독립적으로 구축해 태양광이 저렴한 에너지에서 고품질의 주류 에너지로 자리 잡도록 해야 한다.

최적의 발전소를 구축하기 위한 3단계 시너지

시너지(synergy)라는 단어는 고대 그리스어에서 기원한 것으로, 특정 목표를 달성하기 위해 둘 이상의 서로 다른 자원 또는 개체를 조율, 협력하는 과정 또는 능력을 의미한다. 디지털화를 활용하여 설비라는 각각의 외딴섬을 어떻게 효과적으로 조율하여 이익을 극대화할 것인가?

화웨이의 접근 방식은 ‘인버터, 서브 어레이, 발전소’가 3단계 수준의 시너지를 달성하는 것이다. 고효율 부품에서 고효율 시스템, 궁극적으로 협력적이고 효율적인 발전소에 이르기까지 최적의 발전을 창출하는 것이다. 첫째, 설비 측면에서 인버터의 효율과 전력 밀도, 유지보수가 필요 없는 믿을 만한 설계를 개선하는 동시에 에지 인버터는 AI 감지 및 추론 기능을 갖추기 시작했다.

화능 동방태양광발전소는 RS485 대신 PLC를 사용하며 통신선 구축에 들어가는 투자비용을 줄일 수 있다. [사진=화웨이]

서브 어레이 측면에서는 설비 간 상호 연결이 시너지를 통해 최적화되고 있다. 예를 들어, 양면 모듈, 트래킹 브래킷 제어, 인버터의 스마트 DC 폐쇄 루프 시스템, AI 자기 학습, 빅데이터 마이닝 기술은 트래킹 브래킷 각도를 온라인에서 동적으로 조정하여 최적의 각도를 찾아 모든 스트링의 잠재력을 최대한 발휘한다.

스마트 서브 어레이 및 에지 컴퓨팅에 의해 구동되는 발전소 영역에서 PV 발전소는 전력망 수요를 능동적으로 감지하고 작동 상태를 자동으로 조정하며 온라인에서 실시간으로 조정할 수 있다. 예를 들어, 전력망의 출력 요건을 충족하는 상황에서 서브 어레이의 유효 및 무효 전력의 최적화를 실현하여 발전소 전체 발전량의 최적화를 이룬다.

AI+PV=녹색 스마트 세계

AI는 물과 전기만큼 보급이 광범위해질 것이며, 미래를 이끄는 전략적 기술이자 태양광 산업을 지능형으로 변화시키는 새로운 핵심 동력이다. 2020년은 클라우드, AI, 5G라는 3대 주요 기술이 진정으로 융합 반응을 일으키는 원년이 될 것이다.

화웨이는 향후 30년 동안 인류 사회가 스마트 사회에 진입할 것이라고 확신한다. 디지털 기술과 신에너지가 세상을 변화시키고 있다. 태양광이 AI와 만나면 산업은 한계를 뛰어넘어 재구성되고 재정의 된다. AI가 태양광과 만나면 모든 것을 감지하고 모든 것을 연결하며 모든 것이 똑똑해지는 새로운 세상이 더욱 푸르러지고 활기에 넘칠 것이다.

[정형우 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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