관광객들에게 하와이는 눈부시게 아름다운 해변과 맛있는 요리, 생생한 자연을 접할 수 있는 곳으로 알려져 있다. 하지만 대부분의 사람들은 하와이가 지구상에서 가장 고립된 섬이며, 6개의 하와이 섬에서 일상의 삶을 영위하기 위해 전기를 필요로 하는 주민이 1,200만 이상이라는 점은 잘 모르고 있다.

하와이의 본섬인 빅아일랜드는 다른 섬 5개를 합한 면적보다 넓다. 빅아일랜드의 주민, 사업가, 관광객들은 하와이일렉트릭컴퍼니의 계열사인 HELCO(Hawaii Electric Light Company)에서 에너지를 공급받아 하와이가 지금보다 현대적인 주로 변모하길 바라하고 있다.

빅아일랜드의 카일로아코나 지역에 위치한 키홀 플랜트는 HELCO의 주요 전력 생산 시설 중 하나다. 키홀 플랜트가 자랑하는 3기의 연소 터빈은 빅아일랜드에서 생산되는 총 전력의 4분의 1인 약 240GWh의 에너지를 해마다 생산하고 있다. 하지만 지난 2006년 HELCO는 터빈 제어 시스템 문제로 최대 50%에 이르는 다운타임을 일으킨 바 있다.

HELCO의 노먼 버바닉 생산부 매니저는 “기존의 터빈 제어 시스템은 전혀 호환성이 없었던 데다 2006년에 이르자 폐기해야 할 상황이었다”면서, “기본적으로 교체 부품을 구할 수 없었고, HELCO에서 수리할 수 없는 부품이 고장날 경우, 엔지니어가 시스템 문제를 해결하기 위해 비행기를 타고 하와이까지 출장을 가야 했으며, 해결을 위해 이 과정을 거칠 때마다 수만달러가 소요됐다”고 말했다.

HELCO가 위치상 고립돼 있기 때문에 수리 부품이 도착하는 데는 최소한 이틀 이상의 시간이 소요됐다. 외국에서 제어 엔지니어를 데려올 경우는 그보다 더 오랜 시간을 필요로 했다. 이 때문에 키홀 플랜트의 생산 용량은 당시 50% 가까운 감소를 보였다.

버바닉 매니저는 “시간이 지나 가동률을 개선하려면 외부 전문가에게 의존하지 않고 개방형 아키텍처 기반의 새로운 터빈 제어 시스템을 사용해 HELCO 인력이 자체적으로 문제를 해결하고 최적화에 나서야 한다는 사실을 깨달았다”고 설명했다.

지난 2008년, 하와이주와 하와이일렉트릭컴퍼니는 2030년까지 재생 가능한 청정 자원을 통해 전기 수요 40% 및 전체 에너지 수요 중 70%를 공급하겠다는 에너지 계약을 맺었다. 버바닉 매니저는 “장기적 관점에서 HELCO는 키홀 플랜트가 이 지역에서 생산된 바이오 디젤로 전체 전력을 생산하기를 기대하고 있다”고 덧붙였다.

통합 아키텍처로 부여받은 새로운 기회

버바닉 매니저와 부서 직원들은 기존의 터빈 제어 시스템을 교체하기로 결정하고 로크웰오토메이션의 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템을 선택했다. 로크웰오토메이션의 Integrated Architecture 플랫폼인 PlantPAx 시스템은 통일된 프로세스의 이산 및 정보 솔루션을 제공한다. 전체 시스템은 로크웰 소프트웨어 RSLogix 5000 소프트웨어를 사용해 구성했으며, ControlNet을 통해 I/O 입력장치와 통신하도록 했으며, 이더넷/IP 네트워크를 통해 타사 오퍼레이터 인터페이스와 통신하도록 했다.

버바닉 매니저는 “HELCO는 다른 전통적인 DSC 공급 업체를 물색했으나 모두 자체 고유 방식의 폐쇄적인 시스템을 공급했으며, 예비 부품과 유지보수 및 지원 계약 가격도 높았다”고 말했다. 그는 “비용, 시간문제, 그리고 하와이라는 지역적 고립성이 문제였다”고 덧붙였다. HELCO는 로크웰오토메이션 제품에 친숙함을 느꼈으며, PlantPAx 시스템이 직접 문제를 해결하고 유지보수 및 최적화에 적합하다고 판단했다.

시스템 통합 업체는 로크웰오토메이션의 파트너 네트워크에 소속된 콜로라도주 러브랜드에 본사를 둔 우드그룹(Wood Group)이 선정됐으며, 새 터빈 제어 시스템 설치도 담당하게 됐다.

우드그룹 컨트롤즈의 클락 위버 프로젝트 매니저는 “우리는 다른 모든 DCS 시스템에 대해서 PlantPAx 시스템을 벤치마킹해 이 시스템이 고속 항공 가스 터빈이 요구하는 높은 대역폭과 빠른 실행 속도 조건을 처리할 수 있는지 확인했다”고  말했다.

키홀 플랜트에서 우드그룹 엔지니어들은 기존 제어 시스템에 있던 원래의 I/O는  그대로 둔 채 이전에 많은 문제를 일으켰던 기존 프로세서를 제거했다. 버바닉 매니저는 “HELCO의 기존 시스템은 각 터빈에 3개의 프로세서와 I/O 카드가 장착된 3중화 시스템이었다”고 말했다. 그는 “새 시스템에서는 기존의 3중화 I/O 필드 장치를 활용해 단순형(Simplex) PlantPAx 프로세서에 효율적으로 구현된 새 3중화 I/O 모듈을 연결했다. 이렇게 해서 프로세스 업타임 유지가 가능했으며, 시스템 아키텍처를 간소화하는 동시에 예상하지 못한 장애를 방지할 수 있었다”고 덧붙였다.

PlantPAx 프로세서는 향상된 신뢰성을 보장하는 이중화 병렬 전원 공급 장치를 제공했다. 또한 앨런 브레들리 XM 상태 모니터링 모듈은 각 터빈 및 발전기의 진동을 모니터링했다. 이를 통해 잠재적인 문제점이 심각한 수준에 이르기 전에 문제를 식별할 수 있었다. 각 XM 모듈에서 수집되는 정보는 중앙 제어 시스템에 전달됐으며, 향상된 실시간 터빈 상태 모니터링 및 예방적 유지보수도 가능해졌다.

우드그룹 엔지니어들은 알렌 브래들리 CGCM(Combined Generator Control Module)도 구현했다. 이중화 구성된 CGCM은 PlantPAX 시스템과 완벽하게 통합돼 각 터빈 별로 디지털 전력 계측, 전압 조정 및 자동 동기화 제어를 제공했다. 이중화 구성을 통해 시스템 신뢰성도 향상됐다.

유연성 및 신뢰성 향상 보장하는 PlantPAx 시스템

기존 터빈 제어 시스템의 관점에서 봤을 때, 플랜트의 기동 시기가 아니라 플랜트 기동 가능 여부가 가장 문제시 됐었다. 버바닉 매니저는 “PlantPAx 시스템을 사용하면 제어 시스템 동작 상태도 손쉽게 알 수 있다”고 말했다.

로크웰오토메이션의 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템으로 업그레이드 한 이후, 키홀 플랜트의 터빈 제어 관련 다운타임은 연간 50% 정도의 수준에서 몇 % 수준으로 크게 감소했다. 드물지만 제어 관련 문제가 발생할 때, 암호 같은 코드와 머리 아픈 약어를 상호 참조하지 않고도 신속하게 문제를 해결할 수 있게 됐다. 3년후 HELCO 팀이 키홀 설비를 복합 사이클 플랜트로 전환하기로 결정했을 때, HELCO는 로크웰오토메이션과 함께 작업하기를 원했다.

버바닉 매니저는 “HELCO는 터빈 개량 프로젝트에서 대단한 성공을 거뒀기 때문에 플랜트 전체의 제어 시스템에 PlantPAx 시스템을 활용하고 싶었다”고 설명했다. 그는 “HELCO는 변화하는 수요를 수용할 수 있는 유연한 시스템을 찾고 있었고 PlantPAx 시스템이 그 해답임을 알고 있었다”고 강조했다. 

HELCO는 자사 직원이 직접 문제를 해결할 수 있으며, 50%에 이르는 다운타임을 감소하기 위해 최적화를 시행할 수 있는 새로운 터빈 제어 시스템을 원했다. PlantPAx 프로세스 자동화 시스템은 HELCO의 고속 항공 가스 터빈에 필요한 높은 대역폭 및 빠른 실행 속도 조건을 처리해 냈다. 새 제어 시스템은 에너지 회사가 업타임 및 신뢰성 목표를 달성할 수 있도록 했다. 이 프로젝트에 우드그룹의 무스탕 엔지니어링이 선정됐고, 이들은 HELCO팀과 함께 전 시설에 PlantPAx 시스템을 사용하도록 HELCO 엔지니어링 회사를 설득했다.

클락 위버 프로젝트 매니저는 “전력 생산 산업은 유연하고 안정적이며, 개방적인 제어 플랫폼이 필요하다”고 말했다. 그는 “터빈 프로젝트에서 훌륭한 엔지니어링 전문가들과 함께 PlantPAx 시스템이 바로 그 해답임을 증명했다”면서, “이들 성공에 힘입어, HELCO는 PlantPAx 시스템이 플랜트 전체 제어가 가능하며, 전통적인 DCS 플랫폼의 실현 가능한 대안임을 증명했다”고 강조했다.

PlantPAx 시스템은 대부분의 BDP(Balance-Of-Plant) 애플리케이션과 마찬가지로 터빈, 열 회수 보일러 및 발전기에서 수처리, 증기 터빈 및 배출 시스템에 이르기까지 키홀 플랜트의 모든 부문을 제어하고 있다.

버바닉 매니저와  해당 운영 및 유지보수 팀은 전 시설을 통틀어 단일한 하드웨어 및 소프트웨어 환경을 사용하고 있으며, 간소화된 유지보수, 운영 및 문제 해결을 통해 큰 이점을 누리고 있다.

버바닉 매니저는 “교체 부품과 재고를 쉽게 확보할 수 있어 비용 효율적이며, HELCO 직원은 문제가 플랜트 어디에서 발생하건 상관없이 쉽게 문제를 식별하고 해결할 수 있게 됐다”고 소개했다. 터빈 다운타임 및 단일 개방형 플랫폼을 통해 플랜트 전체 제어가 가능해지면서, HELCO 직원의 자급력은 훨씬 높아졌다.

버바닉 매니저는 “하와이의 각 섬은 인접 섬의 설비와 상호 연결되지 않은 별개의 그리드를 운영하기 때문에 HELCO는 전력 공급을 유지하기 위해 외부에 의존할 수밖에 없었다”면서, “로크웰오토메이션 솔루션의 강력함과 유연성을 통해 이제는 원하는 목표를 달성할 수 있게 됐다”고 말했다.

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