24시간 운영 중인 석탄화력발전소의 주 연료인 유연탄을 중단 없이 공급하기 위해 일정 물량 이상을 옥내·외에 저장하는 저탄장. 드론을 이용한 저탄장관리시스템(CMD)에 대한 궁금증을 A부터 Z까지 들어본다.
글. 보령발전본부 연료연소부 유형주 차장
CMD(Coal yard Management by Drones)
드론과 센서를 통해 획득된 데이터로 저탄장의 자연발화와 재고량을 모니터링하고 분석하는 저탄장관리시스템
보령발전본부 옥외 저탄장은 39만m² 면적으로 70만 톤(15일)의 유연탄을 보유 중입니다. 꼭 필요하지만 자연발화 가능성이 있어서 관리에 더욱 더 신경 써야 합니다. 그런데 CMD를 만들기 전에는 측정값에 대한 판단이 주관적이고, 관리를 위한 데이터양이 부족했으며, 사람이 하기에는 불편하다는 점 때문에 불완전한 상태로 저탄장이 관리되고 있었습니다.
실시간으로 발화지점 확인이 가능하고 선제적, 능동적으로 대응할 수 있게 되었습니다. 자연발화로 인한 경제적(열량), 환경적(비산먼지) 손실을 최소화하게 된 겁니다. 또 열화상카메라와 LiDAR 센서를 장착한 드론으로 저탄장 측정의 정확도를 높였습니다. 재고량을 위탁 측정이 아닌 자체 측정함으로써 비용을 절감하게 되었습니다. 마지막으로 운영 데이터를 확보하고 분석하여 체계적으로 관리하고 추후 새로운 기술을 접목시키는 것도 가능해졌습니다.
자율비행경로 및 상공촬영
저탄장관리시스템은 2016년 9월 기술개발에 착수해 1년 동안의 개발 끝에 2017년 10월 비행고도, 비행속도 등 저탄장을 관리할 최적의 드론을 개발했습니다. GPS 좌표를 이용한 자율비행 최적의 경로를 설계하고, SMART 저탄장 관리를 위한 분석 및 소프트웨어 시스템을 개발했습니다. 2017년 10월 드론을 활용한 친환경 저탄장 관리 계획을 수립했으며, 2018년 8월부터 보령발전본부 저탄장에서 운영 중입니다.
자연발화 지점
저탄파일 체적측정
열화상 카메라와 LiDAR 센서를 장착한 드론을 자동으로 비행시켜 저탄장에 보관된 유연탄의 발화 가능성을 감시하게 됩니다. 설정된 경로를 따라 드론을 비행시키며 영상 카메라로 적재된 석탄 더미를 다방면으로 촬영한 후 CMD를 통해 분석 및 관리하고 수요처에 데이터를 전송해 저탄장에 발화를 진압하고, 혼탄·연료 수급을 반영하게 됩니다.
최초 계획은 복합기능 드론을 개발하는 것이었습니다. 그런데 무거운 중량으로 배터리가 조기 방전되고, 영상신호에 혼선이 발생하는 등의 문제가 발생하면서 자연발화 감시와 저탄장 측정용 드론을 이원화해 운영하고 있습니다. 먼저 자연발화 감시용 드론은 열화상 카메라가 탑재된 경량 모델로, 비행속도가 빨라 신속한 자연발화를 탐지할 수 있습니다. 다음으로 재고량 측정용 드론은 LiDAR 센서가 탑재되어 느리지만 안정적이며 데이터를 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있습니다.
현재는 CMD1.0 단계로 실외용 드론을 활용해 국내외 화력발전소에서 운영하고 있습니다. 2022년 즈음 중기는 CMD2.0으로 실내외용 드론 촬영이 가능하게 되는데요, IoT 센서를 추가해 협소한 지역까지 점검할 수 있게 될 것 같아요. 그리고 2025년이 지나면 CMD3.0 단계에 접어들게 되는데, 복합드론으로 촬영하게 되며 무인 저탄장을 구현해 낼 계획입니다. 특히 친환경 저비용으로 관리될 예정입니다.
