계장기술(PROCON)

기획특집 4차산업 기술(머신러닝, 딥러닝, 사물인터넷)을 접목한 원자력발전설비 자동예측진단 기술개발

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 14회 작성일 20-09-11 15:06

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일본 후쿠시마 원전 사고 이후 원전에 대한 국민 불안감을 해소하고 안전 운영을 확보하기 위해 엄격한 규제를 적용하고 있으며, 한수원은 안전성 강화에 필요한 설비를 도입하는 등 전방위적 노력을 기울여왔다. 최근 산업계에는 인공지능, 빅데이터 등 다양한 채널로 4차산업 바람이 불고 있다. 디지털 변환(Digital Transformation)을 통한 기술개발을 활발히 추진함으로써 산업 현장에서 사람으로 불가능한 일을 시스템이 대신하게 될 것이다.

한수원에서는 2013년부터 원전 운영에 4차산업 기술을 적용할 수 있는 가능성에 대해 구체적으로 검토해왔다. 특히 2017년부터는 원전 핵심 설비에 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능(AI) 기술을 접목한 핵심 설비 자동예측진단시스템 기술개발에 착수하였다. 이를 통해 한수원은 원전 설비 고장 제로화를 목표로 원전 안전성을 크게 향상시킬 계획이다.

한수원에서 기술개발 중인 자동예측진단시스템은 발전소별로 분산 관리되고 있는 설비 감시/진단/정비 데이터를 통합하여 빅데이터를 구축하는 데에서 출발한다. 이를 기반으로 인공지능(머신러닝, 딥러닝) 기술을 적용, 핵심 설비를 24시간 실시간 정밀 진단함으로써 설비의 미세한 이상징후까지 완벽하게 감지함으로써 고장을 예방하는 시스템이다.

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예를 들어, 사람이 최신 의료 기술이 집약된 첨단 설비로 실시간 추적 검사를 받는다고 가정해보자. 질병으로 인한 증상을 체감한 후에 병원을 찾아 검사하는 방식에 비해 비교할 수 없을 정도로 발병 조기 진단과 예방이 가능해질 것임은 자명하다.

마찬가지로 원자력발전소 설비를 24시간 실시간 검사하고 정밀 진단을 시행하게 된다면 설비의 미세한 이상 징후를 사전에 파악할 수 있으며, 선제적 조치가 가능해진다. 이는 원전의 안전성 확보에 결정적 역할을 하게 될 것이다. 기존 기술력으로 수만 대나 되는 원자력발전소 핵심 설비를 실시간으로 정밀 진단할 경우 엄청난 인력과 막대한 비용이 투입될 수밖에 없었다. 그러나 한수원에서 개발 중인 자동예측진단시스템은 인공지능과 빅데이터 기술을 융합하여 인력과 비용의 최소화로 24시간 실시간 정밀 진단을 가능하게 하는 것이 목적이다.

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세계 최초로 추진된 이번 한수원의 빅데이터·인공지능 기반 원전 핵심 설비 자동예측진단시스템은 두 가지 난제를 해결해야 하는 어려움이 있었던 것이 사실이다. 첫째, 운영 중인 원전에 바로 적용되어야 하는 시의성과 둘째, 원전 안전과 관련된 엄격한 규제 요건을 충족시켜야 하는 점이 과제이다.

우선 전국에 흩어져 있는 발전소로부터 대전에 위치한 한수원 중앙연구원으로 데이터를 통합하기 위해 정부기관에서 요구하는 보안성 요건을 모두 만족해야 한다. 또 시스템 구축을 위해 신규 장치를 도입하게 되면 원자력발전소 적용을 위한 설계 변경을 해야 하는데, 이때에도 규제 기관의 승인을 거쳐야 한다. 아울러 발전소별로 다양한 제작사와 각기 다른 규격의 데이터들이 문제없이 전송되고, 인공지능이 전송된 데이터를 제대로 인식하기 위해서는 수만 개의 데이터 형식을 표준화해야 한다.

한수원은 수많은 시행착오를 통해 이러한 정책적, 기술적 난관을 극복하고, 2018년에 1단계 기술개발을 통해 시범 선정된 300대 설비에 대한 전원전 통합 상태 감시 빅데이터와 인공지능 기술 기반 자동예측진단시스템을 성공적으로 구축하였다. 이번에 개발된 기술과 시스템은 관련 분야 전문가로부터 기술의 유효성이 탁월하다는 평가를 받았으며, 1단계 기술개발을 통해 65건의 미세한 초기 설비 결함을 사전에 감지하여 발전소에 제공하는 등 효과를 거두고 있다. 이러한 기술개발 결과는 국내외 플랜트 사업자들에게 벤치마킹 대상이 되고 있다. 원전 산업 현장에 새로운 기술적 전기가 마련되는 것은 물론, 해외 원전시장 진출에 새 장이 펼쳐지고 있다.

 한수원은 2019년부터 발전소 자동예측진단시스템을 전 원전 핵심 설비 14,600대에 확대 적용(2단계)하고, 전력설비 열화상 딥러닝 기술, 무선 센서를 적용한 설비 진단 등 관련 기술의 고도화를 추진 중이다. 또한, 진단 기술의 글로벌 경쟁력 확보와 상품화를 위해 소프트웨어 품질 인증, 지적재산권 확보도 적극적으로 추진하고 있다.
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 이처럼 성공적인 4차산업 기술을 활용한 자동예측진단시스템 기술개발 결과는 원전 안전성을 크게 향상시킬뿐 아니라, 치열한 글로벌 기술개발 경쟁에서 한수원이 이 분야에 대하여 확실한 우위를 확보하고 있음을 증명한 것이다.

 한수원은 앞으로 우수한 기술력의 상징인 자동예측진단시스템을 해외 원전 수출에 히든카드로 활용하고, 더 나아가 원전뿐 아니라 국내 플랜트 산업계에도 4차산업 기술이 적용된 진단 소프트웨어, 하드웨어 장치, 빅데이터 인프라 구축 등의 기술을 전수하여 중소기업 기술 경쟁력 강화와 양질의 일자리 창출에 기여할 계획이다.


chobongho@khnp.co.kr