EnBW(Energie Baden-Württemberg AG)는 독일 최대 에너지 기업 중 하나로, 빠르게 확장하는 재생 에너지 자산 포트폴리오를 관리하고 있습니다. 태양광 발전 용량이 불과 4년 만에 150메가와트에서 1기가와트로 증가함에 따라, EnBW는 인력 감축 없이 점점 더 커지는 시설을 검사하면서 데이터 정확성과 운영 효율성을 유지해야 하는 상당한 과제에 직면해 있습니다. 재생 에너지 부문에서는 지난 3년간 드론 도입이 67% 증가했으며, 자율 시스템은 인력 증원 없이 검사 작업 규모를 확대하려는 전력 회사들에게 필수적인 요소가 되고 있습니다.
최근 웨비나에서 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트와 이야기를 나눴습니다. 티모는 독일의 에너지 대기업인 EnBW가 자율 드론 도킹 기술을 활용하여 빠르게 확장하는 포트폴리오 전반에 걸쳐 태양광 패널 검사 방식을 어떻게 혁신하고 있는지에 대한 통찰력을 공유했습니다. 자율 드론 기술 도입 여정에 대한 그의 이야기를 들어보세요.
도전
"저희의 태양광 발전 용량은 4년 만에 7배로 급증했습니다. 이제 점검해야 할 태양광 발전소가 훨씬 많아졌고, 각 발전소의 규모도 이전보다 커졌지만, 모든 발전소를 점검하기 위해 7배나 더 많은 인력을 고용할 수는 없습니다."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
EnBW는 태양광 발전 설비 검사 운영 관리에서 몇 가지 중대한 문제에 직면했습니다.
확장성 위기: 기존의 컨설턴트 기반 검사 방식으로는 회사의 포트폴리오가 4년 동안 567% 성장하는 속도를 따라잡을 수 없었습니다. 현장 규모가 커지면서 검사 시간도 기하급수적으로 늘어났지만, 컨설턴트 역량은 그 속도를 따라잡을 수 없었습니다. 검사 데이터는 엑셀 스프레드시트와 PDF 보고서에 흩어져 이메일과 SharePoint 폴더에 분산되어 있었고, 이로 인해 유지보수 팀이 검사 결과를 바탕으로 조치를 취하는 데 어려움을 겪었습니다.
독일 특유의 운영 제약 조건: 독일의 예측 불가능한 날씨 때문에 드론 조종사를 고용하는 것은 도박과 같았다. 정확한 열화상 촬영에 필요한 맑은 날씨를 예측하기 어려워, 조종사들은 외딴 현장까지 2~6시간을 이동한 후 비행에 적합하지 않은 날씨에 도착하는 경우가 많았다. 설상가상으로, 독일의 전력망 제한 제도는 마이너스 가격 책정이나 전력망 혼잡 시 대규모 태양광 발전 시설을 자주 가동 중단시켜, 현장에 도착한 조종사들이 점검할 시스템조차 없는 상황에 직면하게 했다.
지형 및 연결성 문제: 일부 태양광 발전소 부지는 고도차가 최대 80미터에 달하는 급격한 지형 변화를 보였고, 울창한 나무들이 조종사와 드론 간의 시야 확보를 방해했습니다. 이러한 환경에서는 기존의 원격 조종 방식으로는 안정적인 작동이 불가능했습니다.
불완전한 데이터 품질: 컨설턴트 보고서는 조사 중에 발견된 상위 200개 결함만 제공했으며, 추가적인 이상 징후 추적에는 추가 비용이 발생했습니다. GPS 좌표가 제공되지 않아 유지보수팀은 수기로 표시된 현장 도면을 해석하고 지상에서 특정 모듈을 육안으로 식별해야 했는데, 이는 오류 발생 가능성이 높고 시간 낭비로 이어졌습니다.
해결책
EnBW는 FlytBase 의 AI 기반 드론 자율 플랫폼과 Sitemark의 분석 소프트웨어를 활용한 포괄적인 자율 드론 솔루션을 도입했습니다. 이 전략적인 도입은 회사의 고유한 운영 요구 사항을 충족하는 동시에 첨단 자율 기능을 활용하여 독일의 까다로운 검사 환경을 극복하는 데 기여합니다.
이러한 변화는 두 단계에 걸쳐 이루어졌습니다. 약 2년 전, EnBW는 컨설턴트 주도의 지상 조사에서 드론 기반 항공 열화상 촬영으로 전환했습니다. 이 초기 전환을 통해 파편화된 Excel 및 PDF 워크플로우가 GPS 태그가 부착된 이미지와 Sitemark 플랫폼을 통한 AI 기반 이상 탐지 기능으로 대체되었으며, 컨설턴트가 수동으로 기록하던 상위 200개 결함만 추적하던 방식에서 벗어나 모든 열 신호에 대한 완벽한 이상 추적이 가능해졌습니다.
이러한 기반 위에 EnBW는 고부가가치 태양광 발전 시설에 자율 드론 도크를 배치하는 개념 증명 프로그램을 시작했습니다. 기술 아키텍처는 LTE 연결 동글이 장착된 DJI Dock 2 시스템을 중심으로 구축되었는데, 이는 최대 80미터의 고도 차이와 나무 장애물이 있는 독일 산악 지역의 태양광 발전 시설에서 발생하는 연결 문제를 해결하는 데 중요한 혁신이었습니다. 가시선 통신에 의존했던 이전의 150kg 무게의 DJI Dock 1과 달리, Dock 2의 LTE 기능은 FlytBase 의 중앙 모니터링 시스템과 지속적으로 연결되어 수동 개입 없이 원활한 원격 비행 작업을 가능하게 합니다.
FlytBase 플랫폼은 EnBW의 슈투트가르트 본사에서 안정적인 운영을 위해 필수적인 자율 비행 관리 기능을 제공합니다. 이 시스템은 복잡한 임무 계획, 자동 비행 실행 및 실시간 모니터링을 처리하는 동시에 독일 항공 법규를 준수합니다. 각 도크는 20~70메가와트 규모의 부지에 전략적으로 배치되어 있으며, 이는 검사 유연성과 빈도 측면에서 투자 가치를 극대화하는 최적의 규모입니다.
배포된 솔루션에는 다음이 포함됩니다.
- LTE 연결 기능을 갖춘 자율 주행 DJI Dock 2 시스템
- FlytBase 임무 계획 및 원격 실행을 위한 소프트웨어 플랫폼입니다.
- DJI Matrice 4T/4TD 드론 (열화상 및 광학 카메라 탑재)
- 사이트마크 AI 분석 플랫폼은 이상 징후 감지 및 티켓팅 기능을 제공합니다.
- EnBW의 유지보수 관리 워크플로우와의 통합
작동 방식
자율 검사 워크플로는 EnBW의 슈투트가르트 사무실에서 원격으로 수행되는 비행 전 준비 작업으로 시작됩니다. 운영자는 공역 규정을 확인하여 공항 및 제한 구역과의 허가 여부를 확인하고, 풍속 및 태양 복사량 수준을 포함한 기상 조건을 검증합니다. 정확한 열화상 촬영을 위해서는 최소 600와트/제곱미터의 광량이 필요합니다. 전력 공급 중단 상태는 전력망 공급자 신호를 통해 모니터링되며, 이를 통해 시스템은 가동 가능한 검사 시간대를 파악할 수 있습니다. 비행 임무는 일반적으로 FlytBase 의 계획 도구를 사용하여 하루 전에 프로그래밍됩니다.
임무 당일, 운영자는 슈투트가르트에서 원격으로 비행을 시작합니다. 자율 비행 도크가 열리고, 비행 전 시스템 점검을 수행한 후 열화상 카메라가 장착된 DJI Matrice 4T 또는 4TD 드론을 이륙시킵니다. 드론은 미리 프로그래밍된 비행 경로를 따라 이동하며, 전방 70%, 측면 30%의 중첩 영역을 유지하여 완벽한 촬영 범위를 확보합니다. 고도 25미터에서 비행하는 드론은 3cm의 지상 샘플링 거리(GSD)로 열화상 이미지를 촬영합니다. 이는 ISE(프라운호퍼 태양에너지 시스템 연구소)에서 보증 등급의 태양광 발전 시스템 검사를 위해 요구하는 해상도입니다.
촬영된 이미지는 임무 완료 즉시 Sitemark의 AI 분석 플랫폼에 자동으로 업로드됩니다. 소프트웨어의 머신러닝 알고리즘은 시각 데이터와 열 데이터를 동시에 처리하여 과열 지점, 스트링 고장, 바이패스 다이오드 문제, 유리 파손 등의 이상 징후를 감지합니다. 각 감지 항목은 정확한 모듈 위치에 GPS 태그가 지정되고 열화상 이미지와 시각 이미지 간에 상호 참조됩니다.
유지보수팀은 Sitemark의 사용자 친화적인 인터페이스를 통해 정확한 GPS 좌표와 사진 증거가 포함된 작업 지시서에 접근할 수 있습니다. 현장 기술자는 추측에 의존하지 않고 문제가 발생한 모듈로 직접 이동하여 문제를 시각적으로 확인하고, 수리 후 점검을 통해 수리 완료 여부를 확인할 수 있습니다. 이 모든 작업은 단일 디지털 플랫폼을 통해 통합적으로 진행됩니다.
"저는 지금 슈투트가르트에 있는데, 베를린 근처에 현장이 몇 군데 있습니다. 6시간이나 운전해서 베를린에 갔다가 날씨가 안 좋거나 발전량 제한이 있는 걸 확인하고 싶지 않아요. 그냥 사무실에 앉아서 작업을 시작하고, 발전량 제한 신호가 뜨면 작업을 중단하고 다음 날 다시 시작하면 되니까요."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
구현
구현 과정은 자율적인 배포 단계로 나아가기 전에 기초 역량 구축부터 시작되었습니다. EnBW는 2020년에서 2021년 사이에 컨설턴트 주도 검사에서 자체 드론 운영으로 전환했으며, 유럽 전역의 여러 공급업체를 대상으로 광범위한 시장 조사를 실시한 후 Sitemark의 분석 플랫폼을 선택했습니다. 이 결정은 기능의 다양성보다는 사용자 경험과 인터페이스의 단순성을 우선시한 결과였으며, 이는 기술적 배경이 다양한 유지보수 팀 전반에 걸쳐 도입을 확대하는 데 매우 중요한 요소로 작용했습니다.
이 기간 동안 EnBW는 유럽 A1/A3 및 A2 드론 면허, 규정 준수 및 공역 관리, 사진 촬영 기초, 태양광 발전 검사에 특화된 열화상 기초, 그리고 실제 태양광 발전 시설에서의 실습 교육을 포괄하는 5일 과정의 종합적인 인증 프로그램을 자체적으로 시범 운영했습니다.
자율 도킹 시범 프로그램은 2022-2023년에 EnBW가 지형적으로 매우 열악한 태양광 발전소 부지에 DJI Dock 1을 처음으로 설치하면서 시작되었습니다. 당시 팀은 80미터의 고도 차이와 그 사이를 가로지르는 나무들 사이에서 25미터 고도까지 하강하여 조사하는 과정에서 가시선 통신에 한계가 있음을 곧바로 발견했습니다. 마침 그때 DJI가 LTE 동글 기능을 탑재한 Dock 2를 출시하면서 EnBW는 이러한 연결 문제에 직면하게 되었고, 마침내 해결책을 찾을 수 있었습니다.
EnBW는 현재 두 개의 자율 도크를 운영하고 있으며, 세 번째 도크 3 시스템은 2024년 봄에 도입될 예정입니다. 해당 팀은 독일 항공 당국에 가시선 밖 비행(BVLOS) 승인 요청서를 제출했지만, 처리 적체로 인해 승인 일정은 불확실합니다. 개념 증명 단계에서는 EnBW의 핵심 인프라(KRITIS) 외부에 있는 별도의 LTE 네트워크를 사용하여 시스템을 운영함으로써, 광범위한 사이버 보안 승인 절차 없이 신속한 테스트 및 반복 작업을 수행할 수 있습니다.
"앞서 말씀드렸듯이, 다음 단계는 드론 도크를 더 많이 배치하는 것입니다. 하지만 우선 그 이점을 입증해야 합니다. 경영진은 도크, 소프트웨어, 가시선 밖 비행(BVLOS) 교육 등에 투자할 가치가 있는지 검토할 것입니다."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
결과
자율 드론 도킹 기술의 도입은 EnBW의 모든 운영 분야에서 상당한 측정 가능한 이점을 가져왔습니다.
향상된 운영 유연성: 드론 도킹 시스템 덕분에 외딴 태양광 발전소까지 6시간씩 왕복해야 했던 기존 방식이 사라졌습니다. 슈투트가르트를 거점으로 삼아 운영되는 EnBW는 이제 이동 비용이나 기상 악화로 인한 비행 취소 없이 베를린 인근 발전소를 점검할 수 있습니다. 점검 도중 전력망 제한이 발생할 경우, 비행을 일시 중단했다가 기상 조건이 개선되면 다시 시작할 수 있어 점검 빈도를 연간에서 분기별로 2~4배까지 늘릴 수 있습니다.
"저는 지금 슈투트가르트에 있는데, 베를린 근처에 현장이 몇 군데 있습니다. 6시간이나 운전해서 베를린에 갔다가 날씨가 안 좋거나 발전량 제한이 있는 걸 확인하고 싶지 않아요. 그냥 사무실에 앉아서 작업을 시작하고, 발전량 제한 신호가 뜨면 작업을 중단하고 다음 날 다시 시작하면 되니까요."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
완벽한 데이터 품질:
"이제 소프트웨어로 현장에서 발생하는 모든 고장을 추적할 수 있다는 것이 큰 장점입니다. Sitemark의 AI가 모든 이미지를 분석하여 아주 미세한 온도 차이까지 추적해 모든 고장을 찾아낼 수 있습니다. 이는 기존 컨설팅 회사들이 결코 제공하지 않던 서비스입니다."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
인공지능 기반 시스템은 이제 컨설턴트 보고서에서 제시하는 상위 200개 고장 사례에 비해 훨씬 정밀하게 GPS 정밀도로 무제한의 이상 징후를 포착합니다. 시각 이미지와 열화상 이미지를 상호 연관시켜 식물 그림자와 전기 고장을 자동으로 구분함으로써 오탐지를 줄이고 실제 문제는 절대 놓치지 않도록 합니다.
비용 효율성 검증: EnBW의 재무 모델링에 따르면 손익분기점은 기상 악화나 발전량 감축으로 인한 시범 방문 취소 단 한 건만으로도 달성할 수 있습니다. 도크 투자 비용은 20~70MW 규모 발전소의 외부 시범 운영 비용 1년치에 해당하는 수준이며, 동일한 연간 예산으로 2~4배 더 많은 점검을 가능하게 합니다. 이 회사는 직원 수를 비례적으로 늘리지 않고도 포트폴리오를 567% 성장(150MW에서 1GW로)시켰습니다.
통합 운영: EnBW는 수백 대의 드론을 사업부 전반에 배치하여 자체 드론 활용 역량을 구축했습니다. 5일간의 조종사 교육 프로그램을 마련하고 정비팀을 조종사 겸 기술자로 전환하여 외부 계약업체 의존도를 줄이는 동시에 정기 서비스 방문 시 드론 점검을 용이하게 했습니다. 현재 두 개의 드론 도크가 운영 중이며 세 번째 도크는 2024년 봄에 배치될 예정입니다.
앞으로 나아갈 길
EnBW는 드론 도크 프로그램을 자사의 고부가가치 태양광 발전소 포트폴리오 전체로 확대하고, 부지 개발 초기 단계부터 기술을 통합하여 이점을 극대화할 계획입니다. 회사는 도크 투자에 최적의 수익을 제공하는 20~70메가와트 규모의 부지 규모를 검증하는 부지 규모 임계값 모델을 개선하고 있으며, 비용과 위험 모니터링 요구 사항의 균형을 맞춘 검사 빈도 프로토콜을 표준화하고 있습니다.
"저희는 유지보수팀이 드론 조종사 역할도 수행할 수 있도록 훈련시키고 있습니다. 이들은 현장에 상주하며, 일반적으로 날씨가 좋을 때 현장에 있습니다. 왜냐하면 스트링과 인버터에 대한 측정을 해야 하기 때문입니다. 이들은 이 시간을 활용하여 '트럭에 드론이 있으니, 드론을 띄워서 동시에 점검을 진행하겠다'라고 말할 수 있습니다."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
EnBW는 향후 1~2년 동안 도크 구축 규모를 확대하고 태양광 발전 설비 검사를 넘어 다양한 활용 사례를 구축할 계획입니다. 변전소, 기존 화력 발전소, 경계 보안 애플리케이션 등 여러 분야에서 동일한 FlytBase 자동화 플랫폼과 하드웨어 투자를 활용하여 적용 가능성을 적극적으로 검토하고 있습니다. 또한, 개념 증명(POC) 단계에서 사용했던 별도의 LTE 네트워크 아키텍처를 사이버 보안 요구 사항을 충족하는 온프레미스 또는 보안 구성으로 전환하여 중요 인프라 시스템과의 통합을 추진할 예정입니다.
프레운트는 향후 가시선 밖(BVLOS) 규제 승인을 확보함으로써 현장 관찰자의 필요성을 없애 운영 역량을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 기대합니다. 장기적인 비전은 자율 검사를 표준 운영 절차로 정착시키고, 지속적인 상태 모니터링으로 연간 검사 주기를 대체하며, 플랫폼 투자를 통해 EnBW의 수 기가와트 규모 포트폴리오 전반에 걸쳐 태양광, 풍력, 전력망 인프라 및 기존 자산을 원활하게 지원하는 것입니다.
결론
EnBW는 자율 드론 도킹 기술을 도입하여 태양광 발전 설비 검사를 컨설턴트에 의존하는 연 1회 방식에서 유연하고 데이터 기반의 지속적인 모니터링 작업으로 혁신했습니다. 이동 제약을 없애고, 날씨 및 발전량 제한 기간에도 대응하며, GPS로 정확한 이상 징후 데이터를 완벽하게 수집함으로써, EnBW는 더 적은 인력으로 더 나은 통찰력을 확보하면서 수 기가와트 규모의 재생 에너지 포트폴리오를 관리할 수 있는 운영 기반을 구축하고 있습니다.
이번 개념 증명 구축을 통해 핵심 가치 동인을 검증하는 동시에 유사한 성장 궤적을 걷고 있는 에너지 기업들을 위한 나아갈 방향을 제시했습니다. BVLOS 승인을 통해 완전한 자율 비행이 가능해지고 사업 부문 전반에 걸쳐 구축 규모가 확대됨에 따라, EnBW의 단계적 접근 방식은 적절하게 구현된 자율 비행 솔루션이 조직의 다양한 측면에서 운영 효율성을 극대화하는 데 어떻게 기여할 수 있는지를 보여줍니다.
"소프트웨어의 종속성에 주의해야 합니다. 하나를 선택하면 다른 소프트웨어로 전환하기 어려워집니다. 시간을 들여 자신에게 맞는 소프트웨어를 고르세요."라고 EnBW의 태양광 모듈 기술 전문가인 티모 프로인트는 말했습니다.
자주 묻는 질문
1. 자율 드론 검사는 비용 효율성 측면에서 기존 컨설턴트 기반 방식과 어떻게 비교됩니까?
자율 드론 도크는 컨설턴트를 완전히 대체하는 것이 아니라 업무 효율을 높이는 역할을 하며, 출장 비용을 절감하고 날씨 및 발전량 제한에 따른 유연한 일정 조정을 가능하게 합니다. EnBW의 경우, 손익분기점은 시범 방문이 단 한 번만 취소되는 경우에도 달성할 수 있으며, 도크 투자 비용은 20~70MW 규모 발전소의 외부 시범 운영 비용 1년치에 해당하면서 검사 빈도는 2~4배 향상됩니다.
2. 태양광 발전 설비 검사를 위한 원격 드론 운용을 지원하는 데 필요한 기술 인프라는 무엇입니까?
DJI Dock 2 시스템은 지형 및 장애물 극복을 위해 LTE 연결을 지원해야 하며, FlytBase 의 자율 비행 플랫폼은 임무 계획 및 실행에, Sitemark와 같은 분석 소프트웨어는 AI 기반 이상 감지에 필요합니다. 또한, 임무는 보증 준수를 위한 ISE 규격 요건을 충족하기 위해 고도 25미터에서 3cm의 열화상 거리(GSD)를 유지해야 합니다.
3. 에너지 기업들은 유럽에서 자율 드론 운용과 관련된 규제 요건을 어떻게 충족시키고 있습니까?
기업들은 가시선 밖 비행(BVLOS) 승인 요건을 포함한 항공 당국의 규정을 준수해야 합니다. EnBW는 BVLOS 신청서를 제출했지만 처리 적체로 인해 현재 원격 모니터링 및 현장 관찰자를 활용하여 운영하고 있습니다. 회사는 포괄적인 조종사 교육 프로그램을 구축했으며, KRITIS 시스템과의 완전한 통합에 앞서 개념 증명(POC) 단계에서 테스트를 가속화하기 위해 별도의 네트워크에서 도크를 운영하고 있습니다.
4. 태양광 발전소 운영에 있어 자율 드론 기술의 일반적인 투자 수익 회수 기간은 얼마나 됩니까?
포트폴리오 규모에 따라 구체적인 기간은 다르지만, EnBW의 재무 모델링에 따르면 악천후나 발전량 감축으로 인한 컨설턴트 방문이 한 번 취소된 후에도 손익분기점에 도달합니다. 상세한 연간 점검과 분기별 모니터링에 모두 활용 가능한 이 다목적 애플리케이션은 점검 빈도를 2~4배 높여 투자 수익률(ROI)을 크게 향상시키고, 이상 징후를 신속하게 감지하여 미탐지 고장으로 인한 에너지 생산 손실을 줄입니다.