고성능 클라우드 시뮬레이션을 활용한 암모니아 기반 전력 생산 혁신 확대

Rescale은 이번 고객 사례 발표를 통해 그 우수성을 보여드리게 되어 자랑스럽습니다. 아모지의 Rescale에서 첨단 엔지니어링 방법을 활용하여 청정에너지 혁신을 이루어내는 사례를 소개합니다. 이 블로그는 게스트 필자가 작성했습니다. 차이타냐 와드카르 의 기여로 매튜 몽고메리 앨리슨 아그레.

아모지(Amogy)의 목표는 대형 운송 수단과 고정식 발전 설비의 탈탄소화를 실현하기 위해 상업적 규모에서 안정적으로 운영될 수 있는 암모니아 발전 시스템을 개발하는 것입니다. 기술이 발전함에 따라 반응기 플랫폼의 크기와 처리량이 크게 확장되었고, 이로 인해 유체 역학, 열 전달 및 반응 거동에 새로운 복잡성이 발생했습니다. 이러한 과제들로 인해 고정밀 시뮬레이션이 설계 검증 및 혁신의 핵심 동력으로서 더욱 중요해졌습니다.

이러한 급속한 규모 확장을 지원하기 위해 Amogy의 엔지니어링 팀은 단일 시뮬레이션 환경 내에서 상세한 유동 특성, 혼합 패턴, 열 구배 및 반응 경로를 포착할 수 있는 통합 다중 물리 모델링 프레임워크를 개발했습니다. 이 통합 접근 방식은 시스템의 긴밀한 상호 연결성을 반영하고 광범위한 작동 조건에서 정확한 분석을 가능하게 합니다. 반응기 형상이 커지고 작동 조건이 강화됨에 따라, 이 통합 워크플로는 전환 효율, 안정성 및 확장성에 영향을 미치는 성능 민감 상호 작용을 해결하는 데 필수적이 되었습니다.

대형 상용 반응기 설계에는 초기 프로토타입보다 몇 배 더 큰 메시 크기가 필요했으며, 계산 영역은 더 높은 질량 유량과 점점 더 복잡해지는 내부 구조를 반영해야 했습니다. 이러한 증가는 솔버 안정성, 메모리 사용량 및 병렬 성능에 상당한 부담을 주었습니다. 이 단계에서 확장 가능한 고성능 컴퓨팅에 대한 지속적인 접근이 필수적이었습니다. Rescale의 디지털 엔지니어링 플랫폼은 병목 현상, 대기열 지연 또는 리소스 충돌 없이 이러한 확장된 시뮬레이션을 실행하는 데 필요한 유연성과 처리량을 제공했습니다. 원활한 확장 기능을 통해 팀은 신속하게 반복 작업을 수행하고, 여러 설계 구성을 평가하고, 하드웨어 테스트만으로는 얻기 어려웠던 통찰력을 발견할 수 있었습니다.

원자로 개발이 진행됨에 따라 시뮬레이션은 여러 부서의 엔지니어링 워크플로우와 긴밀하게 연계되었습니다. 설계 반복 작업에는 기계 설계, 제조 및 구조 분석 팀 간의 긴밀한 협력이 필요했으며, 모든 팀은 촉박한 일정과 끊임없이 변화하는 규제 제약 조건 속에서 작업해야 했습니다. 시뮬레이션 결과는 후속 결정에 중요한 입력값으로 사용되는 경우가 많았기 때문에, 팀 전체의 추진력을 유지하기 위해서는 신속한 결과 도출이 매우 중요했습니다. 또한, 형상 개선, 재료 업데이트 또는 작동 범위 조정과 같은 예상치 못한 설계 변경 사항이 발생하는 경우, 일정 차질을 방지하기 위해 신속한 검증이 필수적이었습니다. Rescale 플랫폼을 통한 클라우드 기반 HPC는 이러한 긴급 시뮬레이션을 즉시 전체 규모로 실행할 수 있도록 지원하여 개발 일정을 준수하면서 모델의 정확도를 유지할 수 있게 했습니다. 그 결과, 통합된 다중 물리 워크플로우와 확장된 원자로 아키텍처의 복잡성이 증가했음에도 불구하고 제품 설계 주기 시간을 최대 60%까지 단축할 수 있었습니다. 이는 실시간으로 시뮬레이션을 조정할 수 있는 대화형 워크스테이션 기능과 반복 계산 시간을 최대 50%까지 단축하는 고성능 코어 아키텍처 덕분에 가능했습니다. 이러한 기능들을 종합함으로써 더욱 빈번한 설계 반복, 성능상의 절충점을 조기에 파악하고 상용화 준비가 완료된 구성으로 더 빠르게 수렴할 수 있었습니다.

현재 아모지(Amogy)의 원자로 개발 프로그램의 핵심인 고정밀 모델링 프레임워크와 확장 가능한 시뮬레이션 인프라는 아모지의 수석 CFD 엔지니어 중 한 명인 차이타냐 와드카르(Chaitanya Wadkar)의 주도하에 구축되었습니다. 그는 "이러한 노력 덕분에 초기 프로토타입에서 상용 규모의 원자로 아키텍처로 전환할 수 있었고, 여러 제품 세대에 걸쳐 설계 결정을 지원하는 시뮬레이션 기반을 마련할 수 있었습니다. 이 프레임워크는 아모지의 기술 로드맵을 지속적으로 이끌어 나가고 있으며, 암모니아 발전 시스템 분야에서 혁신을 가속화하는 회사의 핵심 요소가 되었습니다."라고 말했습니다. 

고성능 시뮬레이션은 초기 검증 단계에서 특히 유용했는데, 원자로 내부의 미묘한 상호작용을 이해함으로써 개발 주기를 단축하고 프로토타입 제작 위험을 줄일 수 있었습니다. 클라우드 규모의 컴퓨팅 자원을 활용하여 연구팀은 매개변수 공간을 종합적으로 탐색하고 예측 정확도를 높이며 상용 운영 환경과 호환되는 설계 솔루션을 도출할 수 있었습니다. 이러한 가속화된 피드백 루프는 아모지(Amogy)의 차세대 시스템 기반을 강화하고 파일럿 규모 시연에서 더 큰 규모의 시장 출시 가능 장치로의 전환을 촉진하는 데 도움이 되었습니다.

아모지(Amogy)가 기술 플랫폼을 지속적으로 확장함에 따라, 확장 가능한 시뮬레이션은 연구 개발 속도를 높이고 불확실성을 줄이며 시스템 최적화를 안내하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 리스케일(Rescale)의 클라우드 HPC 환경 지원을 통해 엔지니어링 팀은 상용화에 필요한 속도와 정확성을 유지하면서 더욱 야심찬 원자로 아키텍처를 설계할 수 있습니다. 이러한 통합적인 모델링 및 컴퓨팅 접근 방식은 아모지가 탈탄소화 시대에 영향력 있는 무공해 에너지 솔루션을 제공하는 데 있어 중요한 이점을 제공합니다.

Rescale이 Amogy의 엔지니어링 혁신을 어떻게 지원하는지 자세히 알아보려면 다음 자료를 참조하십시오.

• Amogy, 클라우드용으로 구축된 HPC를 통해 지속 가능한 대형 운송을 위한 청정 에너지 기술 가속화 (사례 연구)
• Rescale은 탄소배출 제로 에너지 기업 Amogy가 클라우드에서 깨끗한 암모니아 솔루션을 더 빠르게 개발할 수 있도록 지원합니다. (보도 자료)