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  • 제목
    NVIDIA 디지털 트윈 플랫폼이 지멘스 풍력 발전에 끼친 영향은?
  • 조회수
    188
    등록일
    2022.03.30

 

지멘스 가메사 재생에너지(Siemens Gamesa Renewable Energy)는 NVIDIA와의 협업을 통해 전력 생산용 터빈들이 모여 있는 풍력 발전 지역의 물리 기반 디지털 트윈(wind farms)을 구축하는 중입니다.

이 기업은 청정 에너지로 학교와 가정, 병원과 공장에 불을 밝히는 수천 개의 터빈을 세계 각지에 보유하고 있는데요. 이 터빈들이 생산하는 100 기가와트 이상의 풍력은 연간 8,700만 가구에 전기를 공급하기에 충분한 양이죠.

지멘스 가메사 풍력 발전 지역의 가상 표현형이 NVIDIA Omniverse와 Modulus를 활용해 구축될 예정입니다. Omniverse와 Modulus가 결합해 NVIDIA의 과학 컴퓨팅용 디지털 트윈 플랫폼을 구성하게 되죠.

이 플랫폼은 지멘스 가메사 풍력 발전 지역의 구조 최적화를 위한 계산 작업 가속화를 지원할 전망입니다.

이는 기존 설계 대비 20%에 달하는 전력의 추가 생산으로 이어질 것으로 기대를 모으고 있죠. 2020년에서 2025년 사이에 전세계 풍력 발전의 연간 설비가 4배가량 증가할 것으로 예측되면서 각 터빈당 생산 전력의 최대화가 그 어느 때보다 중요해진 상황입니다.

수조 달러 규모에 달하는 전세계 재생 에너지 산업은 이제 디지털 트윈으로 눈을 돌리고 있습니다. 지멘스 가메사의 풍력 발전 지역 혹은 지구 등의 디지털 트윈을 만들어 기후 연구의 발전과 청정 에너지 전환의 가속화를 꾀하고자 합니다.

세계의 청정 에너지 테크놀로지가 급속한 발전을 거듭하면서 오늘날의 풍력과 태양열 변환 시스템에 투입된 1달러가 10년 전 동일한 시스템에 투입된 1달러보다 4배 많은 전력을 생산하게 됐습니다. 이러한 사실은 더욱 푸르른 지구로의 이행에 굉장한 실리적 당위성을 부여하죠.

물리 기반 머신 러닝 모델의 개발을 위한 AI 프레임워크인 NVIDIA Modulus와 3D 디자인 협업 및 세계 시뮬레이션 플랫폼인 Omniverse를 활용해 전산 유체 역학을 기존 방식 대비 4,000배 신속히 시뮬레이션하고, 이를 높은 충실도로 확인할 수 있습니다.

지멘스 가메사의 세르지오 도밍게스(Sergio Dominguez) 육상 디지털 포트폴리오 매니저는 “NVIDIA와의 협업은 전산 유체 역학처럼 복잡한 분야에서 우리가 개발한 최신 알고리즘의 계산과 배포 속도를 크게 개선하는 계기가 됐습니다”라고 평가했죠.

풍력의 극대화 발전 지역에서 하나의 터빈 옆에 다른 터빈을 추가하면 바람의 흐름이 바뀌는 한편, 하류 풍속이 감소하는 후류 효과(wake effects)가 발생해 생산 전력의 감소가 야기되기도 합니다.

Omniverse로 구축한 풍력 발전 지역의 디지털 트윈은 특정 터빈의 인접지에 또다른 터빈을 배치할 때 발생할 후류 효과의 정확한 시뮬레이션을 돕게 됩니다. NVIDIA Modulus와 GPU 기반 물리 머신 러닝 모델을 활용해 기존 방식 대비 전산 유체 역학 시뮬레이션의 속도를 크게 개선할 수 있습니다.

실제로 레이놀즈 평균화 나비에-스토크스 방정식(Reynolds-averaged Navier-Stokes equations)이나 대와류모사식(LES)에 기반한 전통적 기법들은 CPU 100개로 구성된 클러스터에서도 실행에 한 달 이상이 소요되죠.

이제 4,000배 가속을 통해 후류 효과의 신속하고 정확한 시뮬레이션이 가능해집니다. 후류 효과 발생 가능성의 실시간 분석과 최소화, 그리고 다양한 바람과 날씨 시나리오에 맞춘 풍력 발전 지역의 최적화를 동시에 진행하려면 수십만 시간 분량의 반복(iteration)과 시뮬레이션이 필요한데요. 과거에 이는 시간과 비용의 제약으로 인해 실현이 불가능한 일이었습니다.

NVIDIA Omniverse와 Modulus는 저해상도의 인풋을 바탕으로 고충실도/고해상도의 아웃풋을 제공하는 모델을 사용해 터빈 간의 복잡한 상호 작용을 정확히 시뮬레이션할 수 있습니다. 3월 24일까지 개최되는 GTC 2022에서 NVIDIA Omniverse와 Modulus를 더 자세히 알아보세요. 젠슨 황(Jensen Huang) NVIDIA 창립자 겸 CEO의 GTC 키노트 영상을 시청하세요.

 

출처 : 엔비디아 공식 블로그

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