ENGIE Lab CRIGEN과 Ansys: 무탄소 에너지 전환을 가속하는 디지털 트윈

ENGIE Lab CRIGEN은 ENGIE의 기업 R&D 센터이다. 이 센터는 수소, 바이오가스, 액화가스 같은 녹색 가스와 도시, 건물, 산업에서의 새로운 에너지 사용을 연구한다.

또한 디지털 전환, 인공지능, 드론, 로봇, 나노기술, 센서 같은 신흥 기술도 주요 연구 영역으로 다룬다.

ENGIE Lab CRIGEN은 고객이 더 친환경적인 에너지원으로 전환할 수 있도록 Ansys 디지털 트윈 기술을 활용한다. 핵심 목표는 고객의 무탄소 에너지 전환을 가속하는 것이다.

특히 ENGIE Lab CRIGEN의 다물리 시뮬레이션 전문가 Nicolas Meynet와 그의 팀은 Ansys Twin Builder를 사용해 CFD 시뮬레이션 기반의 실시간 3D 고해상도 결과를 제공하는 엔지니어링 플랫폼을 개발한다.

Ansys ROM으로 시뮬레이션 시간을 줄이는 방법

ENGIE Lab CRIGEN의 주요 임무 중 하나는 100% green gas 목표를 달성하기 위한 스마트하고 연결된 기술을 개발하는 것이다. 이 목표는 탄소 발자국을 줄이는 방향과 연결된다.

ENGIE Lab CRIGEN은 산업용 연소 설비의 복잡한 문제를 해결하기 위해 시뮬레이션 기반 디지털 트윈을 개발한다. 이러한 문제는 고급 수치 시뮬레이션을 필요로 하며, 일반적으로 계산 시간이 길다.

하지만 ROM(Reduced-Order Modeling)을 사용하면 CFD 모델을 Ansys Twin Builder와 결합할 수 있다. 이를 통해 계산 시간을 크게 줄일 수 있다.

원문에서 Nicolas Meynet는 Ansys의 ROM 접근 방식이 몇 시간 또는 며칠이 걸리는 시뮬레이션 시간을 몇 초 수준으로 줄일 수 있다고 설명한다. ROM 기술은 디지털 시뮬레이션의 활용 방식을 바꾸며, 엔지니어가 장비를 더 정밀하게 탐색할 수 있도록 한다.

ROM이 디지털 트윈으로 확장되는 과정

ROM은 모델링된 장비를 더 빠르고 정밀하게 탐색하는 데 활용된다.

ENGIE Lab CRIGEN 엔지니어는 ROM을 통해 다양한 물리 매개변수가 장비에 미치는 영향을 실시간으로 연구할 수 있다.

또한 실제 장비에서 수집한 데이터를 수치 시뮬레이션에 입력해 장비 운전을 최적화할 수 있다.

ROM이 실제 자산과 연결되면 디지털 트윈이 된다. 이 디지털 트윈은 예측 유지보수, 운전 데이터 축적, 다수의 시나리오 분석에 활용된다.

원문은 이러한 작업이 몇 초 안에 수행될 수 있다고 설명한다.

이 실시간 기술은 설비의 동작을 관찰하고 예측하는 데 도움을 준다. 운영 전략을 실제 장비에 적용하기 전에 디지털 트윈에서 즉시 구현, 테스트, 검증할 수 있다.

이를 통해 고객은 장비 변경을 가상으로 시험하고, 설비가 제대로 작동하는지 더 잘 이해하고 예측할 수 있다.

시뮬레이션으로 보이지 않는 현상을 보이게 만드는 방식

디지털 트윈을 사용하기 전에는 제조사와 현장 기술 전문가가 물리 장비를 시험하더라도 장비 내부에서 어떤 일이 일어나는지 시각적으로 확인하기 어려웠다.

예를 들어 산업용 연소로에서 출력이나 연료를 변경할 때, 전문가들은 화염 길이, 연소 품질, 부하로 전달되는 열전달 효율이 어떻게 달라지는지 직접 시각화하거나 예측하기 어려웠다.

하지만 ROM과 시뮬레이션 기반 디지털 트윈을 활용하면 이러한 현상을 실시간으로 확인할 수 있다.

Nicolas Meynet는 Ansys 디지털 트윈 기술을 사용하면 성능을 최적화하고, 보이지 않는 현상을 실시간으로 보이게 만들 수 있다고 설명한다.

ENGIE Lab CRIGEN의 핵심 기술이 된 Ansys Twin Builder

ENGIE Lab CRIGEN의 R&D 전문가는 Ansys Twin Builder를 활용해 산업용 연소로의 디지털 트윈 기술 스택을 개발한다.

Twin Builder를 사용하기 전, ENGIE Lab CRIGEN은 많은 물리 센서가 유선으로 연결된 실험용 산업 연소로를 보유하고 있었다.

Twin Builder를 사용한 이후에는 산업용 연소로의 디지털 트윈을 구축할 수 있게 된다.

이 디지털 트윈은 장비 중심부의 상세 데이터를 수집하는 가상 센서를 포함한다. 이를 통해 장비가 올바르게 작동하는지 확인하고, 가능한 고장을 예측 유지보수 방식으로 사전에 감지할 수 있다.

현재 디지털 트윈은 IIoT(Industrial Internet of Things) 플랫폼과 연결되어 있다. 이 구조는 물리 산업 장비와 디지털 트윈을 분리해 운영할 수 있게 한다.

Ansys Twin Builder Runtime 기술은 향후 더 나은 성능, 사용 편의성, 유지보수성을 제공할 수 있다.

Nicolas Meynet는 IIoT 플랫폼을 통한 디지털 트윈 배포가 중요한 진전이라고 설명한다. 특히 이 방식은 물리 산업 장비의 원격 유지보수를 가능하게 할 수 있다.

에너지 소비를 줄이기 위한 디지털 트윈 활용

Ansys 디지털 트윈 기술은 장비의 에너지 성능과 환경 성능을 실시간으로 최적화하는 데 활용된다. 이는 ENGIE 고객의 무탄소 전환에서 중요한 자산이 된다.

디지털 트윈의 또 다른 장점은 물리 장비의 노화를 예측할 수 있다는 점이다. 이를 통해 장비 성능을 개선하고 유지보수 비용을 크게 줄일 수 있다.

예를 들어 수년 동안 천연가스로 운전해 온 장비가 있다고 가정할 수 있다.

디지털 트윈 기술을 사용하면 이 장비에 수소를 추가했을 때의 거동을 시험하고 예측할 수 있다. 이를 통해 기존 산업 장비에서 새로운 에너지로 전환하는 과정을 시뮬레이션으로 지원할 수 있다.

Ansys 디지털 트윈 기술은 고객이 산업 장비를 개발하는 단계에서도 활용된다.

고객은 물리적 프로토타입 없이 미래 장비의 다양한 시나리오를 가상으로 시험할 수 있다. 또한 생산 전에 설계안을 최적화하고 검증할 수 있다.

이는 물리적 프로토타입에 필요한 비용을 줄이는 데 도움이 된다.

결론

ENGIE Lab CRIGEN은 Ansys 디지털 트윈 기술을 활용해 무탄소 에너지 전환을 가속한다.

핵심 기술은 Ansys Twin Builder와 ROM이다. ROM은 CFD 기반 시뮬레이션을 실시간 수준으로 줄이고, 실제 장비 데이터와 연결되면 디지털 트윈으로 확장된다.

이를 통해 산업용 연소로 내부의 화염 길이, 연소 품질, 열전달 효율처럼 보이지 않는 현상을 실시간으로 확인할 수 있다.

또한 디지털 트윈은 예측 유지보수, 원격 유지보수, 에너지 성능 최적화, 수소 전환 시나리오 검토, 장비 설계 검증에 활용된다.

결국 ENGIE Lab CRIGEN과 Ansys의 협업은 산업 장비의 성능을 개선하고, 고객의 무탄소 에너지 전환을 지원하는 시뮬레이션 기반 접근 방식이다.

출처 : Ansys – ENGIE Lab CRIGEN and Ansys Accelerate Zero-Carbon Energy

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