크레이지 슬롯 사이트온 장비를 위한 혁신적인 온라인 모니터링 시스템 기술 개발 시작
~"기존 방법으로는 측정할 수 없는 영역을 혁신적인 방법으로 측정할 수 있는 산업 공정 센서" 개발이 NEDO 에너지 및 환경 신기술 선도 연구 사업에 선정되었습니다~

전력산업중앙연구소
츄고쿠전력(주)
홋카이도 전력 주식회사
공립대학법인 오사카 오사카부립대학
오키전기공업(주)
비파괴검사 주식회사

포인트

• '기존 방법으로는 측정할 수 없는 영역을 혁신적인 방법으로 측정할 수 있는 산업 공정 센서' 개발이 NEDO의 의뢰 프로젝트로 수행되었습니다
• 차세대 화력발전소 배관, 화학공장 반응장비 등 750℃ 이상의 크레이지 슬롯 사이트에서 온도, 변형률 등의 상태를 모니터링하고 분석하는 기술 개발
• 향후 디지털 공간에서 플랜트 조건을 재현할 수 있게 함으로써 가상 공간에서 용접 부품의 응력 분포와 같은 중요한 정보에 쉽게 접근할 수 있게 될 것입니다

요약

사단법인 전력산업중앙연구소(회장: 마츠우라 마사노리, 본부: 도쿄도 치요다구, 이하 “전력연구소”라 함), 주고쿠 전력 주식회사(대표이사, 사장 겸 집행임원: 시미즈 노조미, 본사: 히로시마현 히로시마시, 이하 주고쿠 전력 주식회사로 함) 홋카이도 전력 주식회사(사장: 후지이 유타카 본사 : 홋카이도 삿포로시, 이하 홋카이도 전력 주식회사), 오사카 부립 대학 (총장 : 타츠미 마사히로, 본부 : 오사카 부 사카이시, 이하 오사카 부립 대학), 오키 전기 공업 주식회사 대표 이사 사장 : 가마가미 신야, 본사 : 도쿄도 미나토 구, 이하 OKI), 비파괴 검사 주식회사 (대표 이사) 사장: 오사카부 오사카시 야마구치 타가유키(이하 비파괴 검사)는 국가 연구 개발 법인인 신에너지 산업 크레이지 슬롯 사이트 개발 기구(이하 OKI)입니다 NEDO가 위탁하는 프로젝트 '에너지·환경 신크레이지 슬롯 사이트 선도 연구 사업'의 연구 개발 항목 중 하나인 '기존 방법으로는 측정할 수 없는 영역을 혁신적인 방법으로 측정 가능하게 하는 산업 공정용 센서'를 개발합니다 이번 연구개발에서는 온도, 변형률,（＊1）측정크레이지 슬롯 사이트, 광섬유 센서 실시간 신호처리 크레이지 슬롯 사이트, 실제 구조물에 대한 고속 크리프 분석 크레이지 슬롯 사이트을 개발하겠습니다 본 계약사업은 7월 24일 채택되었으며, 현재 계약절차가 진행 중이다

1. 배경
   　일본에서 크레이지 슬롯 사이트개발 중인 차세대 화력발전소（＊2）신재생에너지의 출력변동을 조절하는 역할을 할 것으로 예상되나, 기동 및 정지시 발생하는 이상과열 및 부하변동으로 인해 전열관 크리프파단이 발생함（＊3）및 에너지 손실이 발생할 가능성이 높기 때문에 비정상적인 과열 지점을 실시간으로 파악하는 것이 바람직합니다 또한, 화학공장 등 크레이지 슬롯 사이트 반응기에서는 불균일한 화학반응으로 인한 핫스팟（＊4）를 감지하는 것이 바람직합니다 노즐 용접에서 발생하는 균열을 모니터링합니다
   　그러나 기존의 고온 센서는 측정 정확도, 공간 분해능, 내구성이 낮고 일반적인 크리프 분석 방법은 계산 시간이 길어 크레이지 슬롯 사이트온에서 작동하는 산업 장비의 온도 분포, 변형률 분포, 균열에 대한 온라인 모니터링 및 크리프 분석을 기반으로 실시간 잔여 수명 평가가 불가능합니다

2. 연구 목표/구현 항목

   　우리가 시작하려는 프로젝트는 750℃ 이상의 크레이지 슬롯 사이트에서 안정적인 측정을 구현하는 광섬유 코팅 기술과 이를 활용한 온도/변형/AE 센서, 10cm 해상도로 실시간 온도 분포 측정을 구현하는 광섬유 센서의 신호 처리 기술, 이상화된 명시적 FEM에 중점을 둘 것입니다（＊5）을 통해 기존 방법보다 100배 이상 빠른 속도를 구현하여 실제 구조물의 크리프 해석이 가능한 기술 개발을 목표로 하고 있습니다
   　또한, 향후에는 이번에 개발된 다양한 요소 기술을 결합하여 크레이지 슬롯 사이트온에서 작동하는 장비 및 장비를 디지털 방식으로 완벽하게 재현해 나갈 것입니다（＊6）이를 통해 실시간 상황 파악이 가능해 장비의 남은 수명을 관리하고, 장비 운용에 대한 정확한 피드백을 통해 에너지를 절약하며, 숙련된 엔지니어의 암묵적 지식을 전수할 수 있다

   구체적으로, 우리는 2019년 7월부터 2개년 계획으로 다음과 같은 연구 수행 항목을 추진하고 있습니다(자세한 내용은 첨부 문서 참조)

   1. 구현 항목 A:광섬유 센서의 공간 분해능 향상을 위한 신호처리 크레이지 슬롯 사이트 개발
   2. 구현 항목 B:750℃에서 장기간 광섬유 사용이 가능한 코팅 크레이지 슬롯 사이트 개발
   3. 구현 항목 C:750℃에서 장기간 사용이 가능한 높은 측정 정확도의 광섬유 센서 개발
   4. 구현 항목 D:대규모 크리프 해석 크레이지 슬롯 사이트 및 이를 이용한 디지털 트윈 크레이지 슬롯 사이트 개발
   5. 구현 항목 E:온라인 모니터링 시스템 구축 및 시연

3. 향후 소셜 구현 이미지

   　크레이지 슬롯 사이트온 환경에서 작동하는 대규모 산업 시스템의 디지털 트윈을 생성함으로써 운영 체제 내 핫스팟 발생, 용접 부품의 응력 분포 등 중요한 정보를 가상 공간에서 쉽게 접근할 수 있습니다 이 데이터를 통해 장비의 남은 수명을 쉽게 예측하고, 데이터를 피드백하여 장비의 동작을 제어할 수 있어 에너지 절약 및 장비의 수명 연장으로 이어질 수 있습니다 또한, 이러한 피드백 제어를 단시간에 반복함으로써 장비의 남은 수명을 예측하는 정확도가 획기적으로 향상될 것으로 기대된다

   

   그림: 디지털 트윈 크레이지 슬롯 사이트을 사용한 고정밀 시스템 피드백 제어

<용어 설명>

1. ＊1 AE(음향 방출):
   　재료나 구조물 내부의 손상으로 인해 탄성파가 발생하는 현상이다 탄성파를 검출하고 분석함으로써 파단 과정을 규명하고 파단 위치를 판단하는 것이 가능해진다
2. ＊2 차세대 화력 발전소:
   　현재의 발전방식에 비해 발전효율이 약 10% 이상 높은 미래 고효율 발전방식을 적용한 발전소를 총칭하는 용어입니다 구체적으로는 A-USC(고초초임계압), 1700℃급 GTCC(크레이지 슬롯 사이트온 가스터빈 복합발전), GTFC(가스터빈 연료전지 복합발전), IGFC(석탄가스화 연료전지 복합발전), 1700℃급 IGCC(석탄가스화 복합발전) 등 전 세계 발전소가 이러한 발전방식을 이들 발전시스템으로 대체할 수 있다면 발전효율은 현재 평균 35%에서 20%로 향상될 수 있다 45%로 전 세계적으로 연간 22억 톤(2015년 전 세계 CO2)이 감소합니다2총 배출량의 66% 330억 톤) CO2배출을 줄일 수 있습니다
3. ＊3 크립 파열:
   　크리프(Creep) 조건(크레이지 슬롯 사이트에서 일정한 응력을 가했을 때 물체가 시간이 지남에 따라 변형되는 현상)에서 발생하는 파괴입니다
4. ＊4 핫스팟:
   　크레이지 슬롯 사이트온 보일러의 연소가 불안정해지면 전열관 표면이 국부적으로 가열될 수 있습니다 또한, 화학공장의 고온 반응기에서의 반응은 국부적인 지역에서 빠르게 진행될 수 있는데, 이러한 고온이 집중되는 지역을 핫스팟(Hot Spot)이라고 합니다 이런 일이 발생하면 에너지 손실이 발생하고 안전성이 저하됩니다
5. ＊5 이상적인 명시적 FEM:
   오사카 부립 대학이 개발한 크레이지 슬롯 사이트속 시뮬레이션 방법 주로 용접 분석을 위해 산업계에서 널리 사용됩니다
6. ＊6 디지털 트윈:
   　실제 공간의 물리적 정보(장비 및 장비의 작동상태, 환경정보 등)를 실시간으로 수집하고, 가상공간에서 시뮬레이션을 수행하여 미래의 물리적 정보를 예측하는 방법입니다

[첨부파일]

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