미래의 에너지 과제를 해결하기 위한 과정
지속 가능한 에너지 분야의 리더로서 끊임없이 진화하는 지식과 경험은 헥사곤의 제조 인텔리전스 사업부의 광범위한 솔루션을 기반으로 구축되었습니다
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마이크로 수력 발전소에서 Pelton 휠 실제 측정 현장 및 리버스 엔지니어링
지속 가능한 개발과 재생 에너지 생산 전문 프랑스 기업 Pienergies는 20년 이상 고객의 에너지 전환 과정을 지원해 왔습니다. 이 기업의 중점적인 활동은 제어 및 명령 개발과 터빈 설계를 통해 마이크로 수력 발전소와 태양광 프로젝트를 실현하는 것입니다.
Pienergies가 마이크로 수력 발전소를 개발하기로 선택하게 된 데에는 프랑스 오베르뉴 론 알프스(Auvergne-Rhône-Alpes) 지역의 사업 위치와 관련된 기술적, 환경적 이유 때문이었습니다. 마이크로 수력 발전소는 물의 자연적인 흐름을 따르며 강 유역에 설치되기 때문에 일반적으로 수력 댐을 건설할 때 필요한 인공호수를 만들기 위해 생태계를 훼손할 필요가 없는 것입니다.
이러한 마이크로 발전소의 건설 과정은 훨씬 더 쉽고 비용도 저렴하며 일반적으로 경관과 현지 생활 방식을 존중하기 때문에 ‘친환경’ 에너지 생산 형태 중에서도 훨씬 더 환경 친화적인 접근 방식을 보입니다.
Pienergies는 1999년부터 오베르뉴 론 및 알프스 지역의 이상적인 위치에 자리 잡고 있었던 덕분에 수력 발전 경험을 쌓을 수 있었고, 이미 현지 수로 근처에 기반을 둔 산업을 지원하며 추가적인 에너지 생산에 대한 수요를 빠르게 이끌어낼 수 있었습니다.
회사의 관심은 점차 다른 ‘친환경’ 에너지로 확대되어 현재 약 절반은 수력 발전소 및 태양광 패널 생산에, 30%는 생산된 에너지 관리에, 18%는 자동화 프로젝트에, 나머지는 전기차의 충전소 설치에 전념하고 있습니다.
이 회사의 강점은 지속 가능한 에너지 분야의 진정한 전문가로정의할 수 있는 다재다능함과 기술적 전문성에 있습니다. “ 우리의 비전은 무엇보다도 기술적 역량입니다.” 라고 Pienergies의 전무이사 Kevin Moland는 설명합니다. “이것이 우리가 특히유럽에서 발전시키고자 하는 부분이기도 합니다. 프로젝트의다양한 단계에서 유지 관리를 비롯해 고객 지원 및 모니터링은우리의 핵심 역량 중 하나입니다.”
수력 발전소가 제대로 작동하는 데 필수적인 Pelton 휠 터빈을 개발, 생산 및 운영을 통해 Pienergies와 헥사곤이 협력하는 것은 바로 이러한 글로벌 수준에서 이루어지고 있습니다. Pelton 휠은 떨어지는 물을 받아 작동하는 바구니 모양의 버킷(버킷 휠)입니다. Pelton 휠은 자연계의 운동 에너지를 인공 시스템으로 가져와 전기로 변환하는 중요한 첫 번째 단계를 책임지고 있습니다.
하지만 Pelton 휠은 수력 발전소의 위치뿐만 아니라 터빈 버킷과 물이 접촉하는 모든 매개 변수를 고려해야 하기 때문에 설계하기가 매우 복잡합니다. 버킷의 오목한 부분 위로 흐르는 물의 측면 흐름을 계산하는 부분이 설계에서 가장 중요한 매개변수인데 이 흐름의 잔류 속도가 가능한 낮아야 하기 때문입니다. 따라서Pienergies가 생산하는 모든 마이크로 수력 발전소에는 매우 구체적인 상황에 맞게 완전히 맞춤 설계된 Pelton 휠이필요합니다.
이는 설계, 엔지니어링 및 제조 소프트웨어부터 검사 소프트웨어 및 하드웨어에 이르기까지 헥사곤의 다양한 제조 솔루션이 이상적으로 사용될 수 있는 사례이기도 합니다. Pienergies는 헥사곤의 다양한 종단간 솔루션을 기반으로 ‘디지털 라이브러리’ 와 단일 지능형 생산 흐름을 설계하여 마이크로 수력 발전소의 생산을 최적화하는 것을 목표로 삼고 있습니다.
재생 에너지 서비스의 철저함
헥사곤의 설계 프로세스는 리버스 엔지니어링과 검사 소프트웨어, 이동식 측정 장비를 함께 사용하는 데서 시작합니다.
Absolute Scanner AS1은 초당 최대 120만 개의 고품질 측정 포인트를 수집하며, 빠른 디지털화와 최고의 정확도를 얻기 위해 사용합니다. 이 스캐너는 Absolute Arm 7축 이동식 측정기에 장착되어 수집한 스캔 데이터에 단일 좌표 참조 시스템을 제공합니다. Absolute Arm은 마이크로 수력 발전 산업의 다습한 환경처럼 일반적인 측정 조건이 아닌 조건에서도 IP54 방수/방진 보호등급 덕분에 정확성과 신뢰성을 유지하며 작동할 수 있는 다기능성과 견고함을 갖추고 있습니다. 바로 이런 이유로 Pienergies는 헥사곤을 선택하기로 결정했습니다. Pelton 휠은 최대 1,400kg까지 무게가 나갑니다. 이 때문에 수력 발전소 현장의 까다로운 조건에서 설치된 설비 내에서의 정확한 측정은 필수적입니다.
필요한 모든 측정 데이터가 수집되면 헥사곤의 소프트웨어가 작업을 시작합니다. 지능형 리버스 엔지니어링 단계는 REcreate 및 DESIGNER 소프트웨어 패키지를 사용하여 측정한 휠의 상세한 CAD 모델을 생성하는 것으로 시작됩니다. 이 모델은 이후 Pelton 휠의 성능을 최적화하는 것을 목표로 하는 지능형 설계 시뮬레이션 단계의 중심이 됩니다.
전산 유체 역학 소프트웨어인 Cradle scFlow는 실제 작동 조건에서 CAD 모델을 기반으로 시뮬레이션을 실행하여 프로토타입이 기대 효율을 충족하는지 확인합니다.
Cradle에서 계산을 통해 얻은 새로운 설계를 사용하여 REcreate 및 DESIGNER에서 만든 디지털 모델을 업데이트한 다음, 이 모델을 Simufact Additive 소프트웨어로 전송하여 첫 번째 디지털 프로토타입을 제작합니다.
Simufact Additive의 핵심 요소는 제조 공정에서 발생할 수 있는 왜곡 및 잔류 응력을 예측하는 기능입니다. 프로토타입이 검증되면 새롭게 최적화된 Pelton 휠의 생산을 시작할 수 있습니다. 이 생산은 기계의 디지털 트윈을 사용하여 프로그래밍 프로세스를 간소화하고 즉시 사용할 수 있는 ISO 코드를 보장하는 CAM 솔루션인 ESPRIT을 사용합니다.
또한 현실적인 NC 기계 시뮬레이션 솔루션인 NCSIMUL을 사용하여 NC 기계의 실제 특성을 기반으로 ESPRIT에서 생성된 기계 가공 프로그램을 시뮬레이션, 검증, 최적화 및 검토할 수 있습니다.
가공 센터에서는 특히 프로빙 기술 측면에서 헥사곤의 다양한 하드웨어 및 소프트웨어 제품군의 상당 부분을 프로그래밍 및 사전 점검에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 툴 세터로 길이와 직경을 설정할 수 있으며, HxGN NC Server 소프트웨어를 사용하면 공작물을 분해하지 않아도 가공 센터에서 직접 검사 대시보드에 액세스할 수 있습니다.
Pelton 휠이 생산되어 사용할 준비가 되면 Absolute Scanner AS1이 장착된 Absolute Arm과 직관적인 검사 소프트웨어인 Inspire를 사용하여 검증 및 디지털화를 위해 부품을 분해하고 재검사합니다. 생산 공정 도중이나 생산 후에도 설계 의도가 충족되는지 확인하는 것은 중요합니다. 여기에는 제조 품질 모니터링이 포함되며, Q-DAS eMMA 소프트웨어를 사용하여 배치 추적 및 규정 준수 분석을 수행할 수 있습니다. 그런 다음 HxGN Metrology Reporting을 사용하면 검사 데이터를 여러 프로필에서 동시에사용할 수 있으므로 최종 검증 및 보고 프로세스가 간소화됩니다.
마지막으로, 이동식 다관절 측정기로는 쉽게 접근할 수 없는 직경 5m의 Pelton 휠이 있는 수력 발전소의 경우 Leica Absolute Tracker AT500 레이저 트래커와 B-Probeplus 무선 휴대형 프로빙 액세서리를 사용하면 검사 요건을 충족할 수 있습니다. ESPRIT 소프트웨어는 하이브리드 수리 및 부품 재생산에 사용됩니다. 더욱이, 직접 스캐닝 레이저 트래커인 Leica Absolute Tracker ATS600을 사용하면 설치 중 어떤 단계에서든 특정한 측정 대상 없이도 전체 플랜트의 기계 환경을 스캔할 수 있습니다.
“헥사곤은 프로젝트의 모든 단계에서 우리와 협력합니다.”라고 Moland는 설명합니다. “설계부터 유체 분석, 부품 스캔 및 유지보수에 이르기까지 헥사곤의 전문성은 우리가 필요로 하는 특정 기술 서비스를 제공할 수 있습니다.”
Pienergies의 고객들이 Pienergies에 완전히 의지할 수 있다고 믿고 있듯이, Pienergies도 같은 이유로 헥사곤과 긴밀한 관계를 맺어 왔습니다. Moland는 “새로운 마이크로 수력 발전소 설치 및 수리에서는 생산이 핵심입니다. 특히 수리에 관한 대응력, 역량 및 실용성이 필요합니다. 헥사곤은 프로젝트를 수행하는 방식이 Pienergies와 비슷하며, 두 회사는 동일한 DNA를 공유합니다.” 라고 설명합니다.
모든 단계에서의 긴밀한 협력
“우리는 헥사곤과 현재 12년 이상의 오랜 관계를 유지해 왔으며 토목 공학, 제어 및 지휘, 프로젝트 관리, 해외 타당성 연구 등 모든 유형의 프로젝트에서 헥사곤의 지원을 받고 있습니다.”이 프로젝트의 목적은 원자력과 석유 에너지를 보완하고 현재에너지 전환의 흐름에 발맞추는 것이 목표입니다. “지난 30년 동안우리는 모든 이해관계자, 특히 정치인들이 올바른 방향으로 나아가는것을 보았습니다. 우리 회사의 규모에서는 100% 재생 에너지를제공할 수 있습니다. 이것이 가능한 이유는 우리가 현지에서 실행가능한 에너지원을 제공할 수 있는 수단을 갖추고 있기 때문입니다.”
Pienergies의 목표는 프랑스 본토와 론 알프스 지역 그리고 해외 영토에서 그들의 입지를 공고히 하는 동시에 남아프리카와 동유럽, 라틴 아메리카를 중심으로 국제적으로 진출하는 것입니다. 이제 헥사곤의 솔루션 제품군을 완전히 갖추었으니 이러한 목표를 달성할 수 있는 기반을 갖추게 되었습니다.
