전 세계 인구 절반이 물부족에 처해…금세기 말까지 물부족 가속화로 점점 더 많은 도전에 직면
전 세계 식수의 약 30%가 공급 과정서 손실…디지털 트윈이 효율적인 물관리 솔루션
중국 루산상수도회사, 디지털 트윈 이용 유지보수시간 최대 30%·비용 최대 25%까지 줄여
디지털 트윈, 미래 상수도 설계에 도움되는 핵심기술…물관리 산업에서도 혁신적인 역할 할 수 있어
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독일 뮌헨에 소재한 글로벌 물산업 기업인 지멘스 주식회사(Siemens AG)의 안자 에이머(Anja Eimer) 글로벌 물산업 총괄 매니저는 세계경제포럼(World Economic Forum, 다보스포럼)에 ‘디지털 트윈이 물관리의 세계를 변화시키는 방법(How digital twins are transforming the world of water managemen)’이라는 제목의 기고문에서 물관리에 디지털 트윈의 필요성을 강조했다. 그 내용을 소개한다.
홍수는 현재 세계에서 가장 흔한 자연재해이다. 일부 지역은 다른 지역보다 홍수 발생 가능성이 높지만, 폭우와 가뭄과 같은 극심한 날씨와 2050년까지 25% 더 많은 물을 필요로 하는 인구 증가로 인해 전 세계 수자원이 압박을 받고 있다.
전 세계 인구의 거의 절반이 이미 물부족에 직면해 있으며, 2030년까지 담수가 40% 부족할 것으로 예상된다. 그러나 전 세계 식수의 약 30%가 공급 과정서 손실되고 있다. 이에 따라 효율적인 물관리 솔루션이 절실히 필요하며, 디지털 트윈(Digital Twins)이 도움이 될 수 있다.
점점 심각해지는 문제에 대한 디지털 솔루션
디지털 트윈은 오늘날 우리가 물 시스템을 관리하는 방식을 재구성하는 데 도움이 되는 실시간 데이터와 통찰력(Insight)의 지속적인 흐름인 디지털 전류를 생성함으로써 물을 보존하는 데 도움이 될 수 있다.
디지털 트윈은 다양한 시나리오를 통과하고 다양한 가상 조건을 거칠 수 있는 실제 물체 또는 시스템의 가상 표현을 생성하여 비용이 많이 드는 물리적 테스트 없이도 전략적이고 정확한 데이터 기반 결정을 실시간으로 알릴 수 있다. 이를 통해 기업은 과거, 현재 및 미래 시나리오에 대한 귀중한 통찰력을 얻을 수 있다.
예를 들어, 도시 강·하천과 주변 건설환경에 디지털 트윈을 사용하면 지역 당국이 수온, 수위 및 유량의 변화를 실제의 상황을 간단하게 축소한 모형을 통해서 실험을 하고 그 실험결과에 따라 행동이나 의사결정을 하는 기법인 시뮬레이션(Simulation)을 통해 홍수 위험을 더 잘 이해하고 보다 효율적이고 지속가능한 물관리를 보장하기 위한 가장 적절한 대응책을 개발할 수 있다.
디지털 트윈은 단순한 재난 대응 도구가 아니다. 디지털 트윈은 미래의 상수도를 설계하는 데 도움이 되는 핵심 기술이다.
캠브리지 지속가능성 리더십 연구소(Cambridge Institute for Sustainability Leadership)의 제임스 콜(James Cole) 최고 혁신 책임자는 “디지털 트윈과 같은 고급 디지털 솔루션은 복잡성을 해소하는 데 도움이 될 수 있으며, 운영자·사용자 및 협력자가 물 사용 및 유통과 같은 복잡한 시스템을 더 잘 이해하고 최적화할 수 있는 도구를 제공할 수 있다”고 강조했다.
디지털 흐름에서 실제 영향력까지
독일 지멘스(Siemens)의 자회사인 중국의 루산 상수도 공급회사(Lushan Water Supply Company)는 디지털 트윈을 통해 오래된 수도 시스템을 활성화하는 등 선도적인 역할을 하고 있다. 이 시스템은 유네스코 세계문화유산인 루산 국립공원(Lu Mountain National Park)의 여름 휴양지인 굴링(Guling)에 매일 2만5천㎥의 물을 공급하고 있다.
정비가 이루어지기 전인 1980년대에 건설된 굴링의 상수도 시스템은 현재의 환경보호 및 개발 표준을 충족하고 미래 세대가 즐길 수 있는 경관 랜드마크(landmark)를 보존하는 데 어려움을 겪었다.
다른 디지털 업그레이드에 이어 루산 상수도 회사는 시뮬레이션 소프트웨어를 구현하여 상수도의 디지털 트윈을 만들었다. 디지털 트윈은 현실 세계에 적용되기 전에 효율성 수준을 분석하고 실시간으로 잠재적 최적화를 촉진한다. 디지털 방식으로 개선사항을 파악함으로써 성공 가능성을 극대화하는 동시에 비용과 운영 중단을 최소화한다.
이러한 혁신은 물 손실을 크게 줄이고 이 지역의 상징적인 풍경을 환경적으로 보존하여 미래 세대를 위해 보호한다.
루산 상수도회사의 성공은 디지털 트윈 기술이 지역 규모의 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는지를 보여준다. 그러나 도시화 속도가 급증함에 따라 확장 가능한 물관리 솔루션의 필요성이 점점 더 절실해지고 있다. 지역 및 전 세계 차원에서 광범위한 물관리 문제를 해결하기 위해서는 부문 간 협력이 필요하다.
베를린 공과대학교(Technical University Berlin, TU)는 ‘워터 4.0 테스트 시설(Water 4.0 testing facility)’ 펌프장에 디지털 트윈을 구축하여 협업을 선도하고 있다. 위치 간에 물이나 하수를 이동하도록 설계된 펌프장은 운하 수위와 상수도를 유지하고 하수 및 홍수를 관리하는 데 중요한 역할을 한다.
베를린 공과대학교(TU)의 디지털 펌프장은 물리적 펌프장의 설계, 운영 및 유지보수에 관한 필수 데이터를 통합했다. 부분 자율 시스템을 통해 디지털 트윈은 펌프 막힘과 같은 문제를 감지하고 막힘이 발생하기 전에 문제를 해결할 수 있다.
이 디지털 트윈은 단순한 실증플랜트(demonstration plant)가 아닌 첨단 제어장치, 센서 및 작동장치(actuator)가 장착된 완전한 기능을 갖춘 소규모 산업 플랜트를 기반으로 한다. 이 대학은 디지털 트윈을 가상 혁신 샌드박스( virtual innovation sandbox)로 사용하며, 매일 새로운 최적화 개념과 확장 솔루션을 개발하고 테스트하여 물관리 혁신의 경계를 허물고 있다.
루산 상수도회사와 TU 베를린의 디지털 펌프(digital pump)는 물관리 분야에서 디지털 트윈의 혁신적인 잠재력을 입증하고 있다. 유지보수 시간을 최대 30%, 유지보수 비용을 최대 25%까지 줄임으로써 디지털 트윈 기술은 물관리에 의미 있는 영향을 미칠 수 있다. 디지털 트윈이 얻은 통찰력은 더 큰 규모에서 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
디지털 트윈을 통한 미래 개척
디지털 트윈 기술은 지역 및 전 세계에서 세계에서 가장 소중한 자원을 책임감 있고 효율적이며 지속 가능한 방식으로 사용할 수 있도록 확장 가능하고 혁신적인 솔루션이다.
도시, 강·하천 전체, 심지어 바다까지 물을 관리하는 디지털 트렌드는 물관리의 미래를 주도할 것이다.
가까운 미래에 대도시는 디지털 트윈을 사용하여 물 분배 시스템을 모니터링하고 최적화하여 더 탄력적일 뿐만 아니라 수백만 명의 신뢰할 수 있는 물 공급을 보장할 수 있는 비용 효율적이고 지속 가능한 도시가 될 수 있다.
효율적이고 책임감 있으며 지속 가능한 물 사용을 보장하는 데 필요한 선견지명을 제공하고 디지털 통찰력을 제공함으로써 물부족 문제를 극복하고 전 세계 사람들이 깨끗한 물을 이용할 수 있도록 할 수 있다.
디지털 트윈은 가장 중요한 자원인 물이 앞으로 몇 세대 동안 보호될 수 있도록 도와줄 수 있다.
