사막 아래에 숨겨진 보물을 발굴하는 Saudi Aramco

하이라이트

Saudi Aramco 샤이바 프로젝트에서 zenon으로 구축된 PMS와 PSA의 장점:

• 높은 운영 신뢰성, 안전성, 보안성
• 검증된 에너지 제어 및 관리 시스템
• 프로그래밍 기술 없이도 신속한 엔지니어링 가능
• 고도의 운영 및 유지보수 자율성 제공
• 클라이언트가 설계한 표준화된 사용자 인터페이스 지원

재생 가능한 에너지원으로서의 전환을 목표로 하는 정치적 약속이 굳건하고 이를 실현하기 위한 야심 찬 프로젝트가 구현되고 있지만 화석 연료에 대한 전 세계적인 수요는 여전이 굳건합니다. 원유 하나만 해도 2022년 세계 소비량이 53,000 테라와트시(TWh)로, 이는 355억 배럴 또는 67억 입방미터(m3)에 달합니다. 

전 세계 에너지의 중심

사우디아라비아는 산업화된 국가들이 필요로 하는 에너지를 안정적으로 공급하는 핵심 국가입니다. 특히, 이 나라의 Saudi Aramco는 석유 및 가스의 탐사, 운송, 정제 전 과정에서 없어서는 안 될 존재입니다.

Saudi Aramco는 1938년 상용 원유 생산을 시작한 이래, 현재 사우디아라비아 전역에 걸쳐 100개 이상의 유전과 가스전을 관리하며 다섯 가지 등급의 원유를 생산합니다. 2023년 기준으로 매출액 기준 세계 두 번째로 큰 공기업이며, 세계에서 두 번째로 큰 원유 매장량을 보유하고 있는 동시에 일일 원유 생산량 면에서도 최고 수준을 자랑합니다. 

사우디아라비아 동쪽 아부다비와 국경을 접한 곳 근처에는 세계 최대 모래 사막인 룹알할리(Rub' al-Khali) 사막이 있습니다. 여름 기온이 섭씨 50도가 넘고 300미터가 넘는 모래 언덕이 즐비한 이 외지고 거친 땅에서 1968년 세계 최대의 유전 및 가스전이 발견되었으며 그 규모는 폭 13 킬로미터, 길이 64 킬로미터에 달합니다. 이 유전의 총 생산량은 아라비아 초경질 원유 기준 하루에 일백만 배럴입니다. 이 회사는 사우디아라비아 동쪽, 세계 최대 모래사막인 룹알할리(Rub' al-Khali)에 위치한 샤이바 유전을 운영하고 있습니다. 여름철 기온이 50℃를 넘고 300m 높이의 모래 언덕이 펼쳐진 이곳에서 샤이바는 하루 약 100만 배럴의 아라비아 초경질 원유를 생산하고 있습니다. 

샤이바 유전은 사우디아라비아의 "빈 1/4"이라 불리는 룹알할리 사막 북쪽에 위치해 있습니다. 

효율적인 운영을 위한 전력 관리

샤이바는 145개의 유정과 총 645km 길이의 파이프라인, 2GW 규모의 전력 공급을 위한 발전소 및 20개의 변전소로 구성되어 있습니다. 이를 기반으로 자급자족 가능한 전력 시스템을 갖추고 있으며, 이를 제어 및 모니터링하기 위해 분산 제어 시스템(DCS)을 도입했습니다.

하지만 DCS는 산업 공정을 모니터링하고 제어하는 데 적합할지라도 전력 네트워크를 실시간으로 모니터링하거나 이상 현상을 감지하는 데는 한계가 있었습니다. 이로 인해 전력 시스템을 효율적으로 운영하기 위한 대안이 필요했습니다.

신뢰성과 효율성 향상

Saudi Aramco는 샤이바의 전력 시스템 운영을 더욱 신뢰할 수 있고 안전하며 효율적으로 만들기 위해 전력 관리 시스템(PMS)과 전력 시스템 자동화(PSA)에 투자를 결정했습니다. PMS는 발전 제어, 신속한 부하 공급 차단, 전압 및 주파수 제어를 통해 전력 네트워크의 안정성을 향상시키며, PSA는 운영자와 정비 팀에게 필요한 정보를 제공하여 전력 네트워크를 안전하고 효율적으로 관리하고 유지할 수 있도록 돕습니다. 샤이바 프로젝트는 현재의 성과에 만족하지 않고, 향후 추가 개발과 확장을 염두에 둔 시스템이 필요했습니다. 이를 위해 시스템은 확장 가능하고 유연하며 변화하는 미래의 요구에도 쉽게 적응할 수 있어야 했습니다.

Saudi Aramco는 운영자와 정비 팀이 전력 네트워크를 완벽히 파악할 수 있도록 직관적이고 사용이 간편한 휴먼 머신 인터페이스(HMI)를 원했습니다. 필요한 정보를 신속히 확인하고 문제를 빠르게 해결함으로써 전력 네트워크의 효율성을 개선하고, 정전과 중단 위험을 줄이며, 전반적인 안전성을 높이는 것이 프로젝트의 주요 목표였습니다.

zenon으로 구축된 유연한 시스템

PMS와 PSA 시스템 구현은 Schweitzer Engineering Laboratories(SEL)가 맡았습니다. SEL은 전력 시스템의 보호, 모니터링, 제어, 계측을 위한 고급 임베디드 시스템을 설계하고 제조하는 미국 기반의 기업으로, 사우디아라비아에 3개 지사를 운영하며 바레인과 요르단 지역도 관할하고 있습니다.

SEL은 COPA-DATA의 로우코드 소프트웨어 플랫폼 zenon을 활용하여 PMS와 PSA 시스템을 구축했습니다. zenon은 프로그래밍 없이도 간단한 파라미터 설정만으로 확장성 있는 제어, 모니터링, 자동화 시스템을 설계할 수 있게 해줍니다. 또한, zenon은 다양한 하드웨어와 제3자 소프트웨어 시스템에 네이티브로 연결할 수 있어 기존 설비와의 통합이 용이합니다.

zenon은 에너지 및 인프라, 식음료, 생명과학, 제약, 공정 산업 등 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다. 자동화 엔지니어링과 광범위한 업종별 기능 라이브러리를 제공하며, 특히 전력 네트워크의 실시간 모니터링과 제어에 특화된 기능을 제공합니다. zenon을 통해 PMS와 PSA 시스템은 짧은 시간 안에 구현되었으며, 모든 관련 표준을 충족하면서 관련 장비와 완벽히 호환되었습니다.

SEL은 zenon 소프트웨어 플랫폼을 사용하여 샤이바의 전력 관리 및 자동화 시스템을 성공적으로 구축했습니다.

zenon을 통해 가혹한 기상 조건과 원거리 통신 등의 어려움을 극복하며 샤이바의 전력 공급의 안정성과 효율성을 크게 향상시켰습니다.

최적화된 데이터 전송

SEL은 샤이바의 네 곳의 가스-원유 분리 플랜트(GOSP)와 온사이트 천연가스 액화(NGL) 플랜트를 포함해 10~25km에 걸쳐 분산된 시설에 시스템을 구축했습니다. 또한, 45분 거리에 위치한 외부 사이트도 통합 관리에 포함되었습니다. 

각 사이트는 자체 제어 센터를 보유하고 있으며, 이들은 중앙 제어 센터(CCR)에 통합되었습니다. 그러나 원거리와 가혹한 환경으로 인해 시운전 과정에서 이더넷 기반 네트워크 통신 문제가 주요 도전 과제로 떠올랐습니다.

SEL의 엔지니어링 서비스 매니저 Kotb Eldeihey 씨는 “광섬유 라인이 구축되어 있었지만, 주파수 하 부하 이동 등과 같은 이벤트에 즉각적으로 대응하려면 고속 데이터 전송과 동기화가 필수적이었고, 이를 해결하는 데 많은 노력이 필요했습니다”라고 설명했습니다.

SEL은 전문성과 혁신적인 접근 방식으로 이 문제를 극복하며, 분산된 플랜트를 효율적이고 상호 연결된 제어 시스템으로 통합하는 데 성공했습니다. 

샤이바는 천연가스 액화(NGL) 유닛과 대규모 전력 공급 및 배전 설비를 보유하여 자체적으로 전력을 생산합니다.

매끄러운 구축 과정

zenon 소프트웨어 플랫폼의 구현 과정은 순조로웠습니다. SEL ES 사우디 지사 매니저 Ali Safwan 씨는 “COPA-DATA의 탁월한 지원 덕분에 엔지니어들이 엔지니어링 작업을 몇 주 만에 마칠 수 있었습니다”라며, “고객이 하드웨어와 실시간 시뮬레이션이 완벽히 작동하는 것을 보며 감탄했습니다”라고 전했습니다.

그는 또한 “SEL이 제공한 PMS와 PSA 솔루션은 다양한 시스템과의 매끄러운 통합, 중앙 집중식 제어, 실시간 모니터링, 심층적인 데이터 분석 기능을 제공하며 기존 DCS 시스템 대비 큰 발전을 이뤘습니다”라고 평가했습니다.

달리 명시되지 않은 경우 모든 이미지 출처: © Saudi Aramco