선박해양플랜트연구소
Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering
조 성 필 KRISO 친환경연료추진연구센터, 선임연구원
1. 서론
조선해양 산업은 해상에서 화물을 운송하는 선박, 해저의 원유 및 해양자원개 발, 풍력 및 조력/파력과 같은 신재생에너지원, 해양공간 및 정보를 활용하기 위 한 플랫폼과 같은 바다에 관련된 모든 산업을 포함한다. 조선해양 산업은 2010 년대까지 우리나라 고도 성장의 한 축으로 큰 역할을 담당하였으며, 현재에는 4차 산업혁명 및 친환경 기술과 융합하여 진화하는 산업이라고 할 수 있다.
선박해양플랜트연구소는 국내 유일의 조선해양 분야 정부출연연구기관으로 친환경운송, 자율운항, 해양플랜트, 해양에너지, 해양ICT 분야의 우수연구 인력 과 대규모 실험시설을 보유하고 있다. 이를 바탕으로 선박해양플랜트연구소는 현재까지 우리나라 조선해양 산업 발전에 큰 기여를 해 왔다. 본 기고에서는 선 박해양플랜트연구소의 개관과 최근 연구현황을 소개한다.
2. 선박해양플랜트연구소 소개
선박해양플랜트연구소는 1973년 한국과학기술연구소 부설 선박연구소로 시 작하여 선박해양플랜트 분야에서 끊임없는 연구 및 기술개발을 통해 우리나라
그림 1 선박해양플랜트연구소 조직[1]
선박해양플랜트연구소
그림 2 선박해양플랜트연구소 대표 연구분야[2]
조선해양 산업의 발전에 기여해 왔으며, 지난 2014년 1월 1일에는 한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소 로 출범하여 독립된 책임 경영을 해오고 있다. 현재 2020 년 선박해양플랜트연구소는 현재 각 6연구본부, 5센터, 1 기획본부, 3부, 10실로 조직화되어 있다(그림 1). 주요 연 구기능은 부소장 산하의 6연구본부와 5센터에서 담당하 며, 경영기획본부는 연구지원, 정책지원, 기술사업화 지원 등의 업무를 담당한다.
선박해양플랜트연구소는 선박 및 해양공학 분야의 유일 한 정부출연 연구기관(해양수산부 산하)으로서 선박해양의 설계·안전·환경 관련분야의 원천기술개발과 응용 및 실용 화 연구 등 종합 연구역량 수월성 확보를 통하여 국가 현안 문제를 해결하고, 국제 표준을 선도하는 창조적 연구를 수 행하고자 설립되었다. 따라서, 선박해양플랜트연구소는 선
박해양기술혁신을 기반으로 4차 산업혁명, 기후변화 대응, IMO 규제 강화 등 급속도로 변화하고 있는 글로벌 환경변 화 속에서 능동적으로 움직이고 있다. 이를 위해 친환경·고 효율 선박 기술개발을 통한 국가주력산업 경쟁력 강화, 미 래 해양플랜트 기술개발을 통한 해양 혁신성장 동력 창출, 디지털 융복합 기술혁신을 통한 해양 4차 산업혁명 선도, 해양사고 예방 및 대응 기술개발을 통한 안전하고 깨끗한 바다 구현 등 국가가 부여한 기관 역할을 수행하고자 다양 한 분야의 연구 활동을 수행하고 있다(그림 2).
선박해양플랜트연구소는 국내 최고수준의 조선해양 관 련 실험 인프라를 구축하고 있다. 대전광역시에 소재한 본 소에서는 선형시험수조, 대형/중형/고속 캐비테이션터널, 빙해수조, 해양공학수조, 고압챔버, 선박운항시뮬레이터 등 다양한 실험 시설이 있으며, 이를 통해 실증적인 연구
그림 3 선박해양플랜트연구소 지역거점[2]
가 가능하다(그림 4). 본소 이외에도 강원도 고성의 해수 에너지연구센터, 경남 거제의 해양플랜트산업지원센터, 부 산의 심해공학연구센터 등의 실험 실증 시설을 보유하고 있다(그림 3). 특히, 2020년 부산 심해공학연구센터에 준 공된 심해공학수조는 대형 사각수조로써 세계 최대 규모 (100×50×15m, 수심 조절 가능)이며 파도, 바람 및 조류를 실제 해상환경과 같이 모사할 수 있다. 이를 바탕으로 선 박 및 해양구조물 계류 및 동적위치유지 시스템(DP) 성능 평가, 잠수체(ROV, AUV)의 운동성능, 수중음향 성능시 험, 해양장비 및 에너지 이용기술 성능 평가가 가능하다 (그림 4).
3. 친환경 조선해양기술을 주도하는 선박해양플랜트연구소
UN산하 국제해사기구(International Maritime Organiza- tion, IMO)에서는 2008년 기준 2050년까지 선박에서 배출 되는 온실가스를 50% 이상 감축하는 강력한 규제를 발표 하였다. 제한된 기간 내에 전체 선박의 온실가스 배출량 감축을 위해서는 새로 건조되는 선박은 70% 이상 배출량 을 줄여야 하는 상황이다. 그동안 선박해양플랜트연구소 및 조선3사를 비롯한 국내 조선해양분야 산학연은 친환경 선박 개발을 위해 선박의 유체저항성능 및 항로 최적화를
선박해양플랜트연구소
(가) 선형시험수조 (나) 해양공학수조
(다) 빙해수조 (라) 선박운항시뮬레이터
(마) 고속캐비테이션터널 (바) 심해공학수조
그림 4 선박해양플랜트연구소 실험장비 [1,2]
그림 5 선박해양플랜트연구소 국제해사기구(IMO) 대응역량 강화 로드맵
고려한 연료효율 향상에 노력해 왔고 상당한 성과를 얻었 지만 엔진과 연료를 바꾸지 않고 감축할 수 있는 선박 탄 소배출량 감소는 20% 정도가 한계로 알려져 있다.
육상의 대표 운송수단인 자동차가 내연기관에서 빠르게 전기 및 연료전지 시스템으로 바뀌어 가고 있다. 선박도 결국 IMO의 환경 규제 대응을 위해 엔진을 배터리 및 연 료전지 시스템으로 바꾸거나 연료를 수소, 암모니아 같은 무탄소 연료로 대체해야 하는 상황인 것이다. 그러나 친환 경 선박과 관련된 많은 기술은 Rolls-Royce, Kongsberg, ABB Marine & Ports와 같은 국외 전문 기업과 전문 연구 기관이 선도하고 있는 실정으로 국내 기술개발은 시기적 으로 국외 대비 10년 이상 늦어져 있는 것으로 평가받고 있다. 이러한 상황에서 선박해양플랜트연구소는 미래 조 선산업의 판도를 바꿀 수 있는 친환경연료추진 기술개발 의 중요성을 고려하여 2020년 3월 친환경연료추진연구센 터를 설치하게 되었다. 친환경 연료추진연구센터 주요 추 진업무는 다음과 같다.
1) 친환경 대체연료 선박 적용 기술 연구개발
2) 친환경 대체연료 운송, 추진 선박의 안전성 평가 및 향상 기술 연구개발
3) 친환경 대체연료 공급망 구성을 위한 공정 분석 및 설계기술 연구개발
4) 친환경 대체연료를 동력원으로 활용하는 미래 선박 설계기술 연구개발
친환경연료추진연구센터는 선박용 배터리, 연료전지, 무탄소 연료 혼소 및 전소 기술을 포함한 추진동력원을 중 점으로 저속 고토크 전동기, 고압 직류/교류 배전 및 최적 제어 기술 등 추진시스템 기술 개발을 진행하고 있다. 또 한, 새로운 기술의 실용화에 요구되는 안전성 평가 기술개 발, 공정 기술개발, 기존의 엔진과 다른 배치방식을 적용 하는 친환경 추진시스템에 특화된 선박설계 기술업무를 수행하고 있다(그림 6).
선박해양플랜트연구소
그림 6 친환경 선박 연구개발 프로세스
친환경연료추진연구센터의 첫번째 친환경 선박에 대한 도전은 그동안 차량에 적용된 80-100kW 내외의 배터리 시스템을 MW급으로 출력을 높이고 파도에 따른 선박의 거동, 바닷바람에 섞인 염수에 대한 안전성과 신뢰성을 확 보하기 위한 기술 개발에 착수하여 올해 5월부터 세계 최 초의 이동식 전원공급시스템을 활용하는 순수 전기추진 차도선 개발을 착수하였다(그림 7). 순수 전기추진 차도선 은 낙후화된 국내 연안 해운산업을 고부가가치 첨단 산업 으로 탈바꿈할 게임체인저 기술로 평가 받고 있으며 총 사 업비 450억 규모로 해양수산부와 전라남도, 목포시가 함 께 사업을 추진 중이다.
전기추진 차도선은 2020년 기본설계, 2021년 상세 및 생산설계, 2022년 선박건조, 2023년 시스템 통합 시험이 마무리되면 2024년 실증 운용을 통한 안전성, 신뢰성 평가 이후 국내 연안선박의 단계적인 친환경화와 세계시장 진 출을 추진해 나갈 계획이다. 이외에도 선박해양플랜트연 구소는 해상테스트베드 및 Hardware-In-the-Loop simulation (HILS) 기반의 시험, 실증 인프라 구축을 포함한 전라남도 목포 지역의 연구거점 설치, 친환경연료추진 특화 UST 대 학원 전공 운영 등을 통해 친환경 선박 연구개발의 허브 기관으로서 친환경연료추진연구센터의 연구 기능과 역할 증대를 위해 노력할 계획이다.
본 센터에서는 유럽과 같이 새로운 친환경연료추진 기 술 개발 시 시험선박을 설계, 건조하여 시험하는데 소요되 는 수백억원 이상의 비용을 감당하기 어려운 국내 산업의 어려움을 고려해 다양한 친환경 대체연료 기술을 해상에 서 실증하고 운용실적(Track Record) 확보를 지원하기 위 한 해상테스트베드 기술을 연구 중에 있다. 또한, 우수한 친환경선박 기술을 개발해도 관련 인증제도가 없거나 법, 제도의 미비로 활용이 어려운 상황을 감안하여 인증제도 마련, 법제도의 개선과 개발기술의 표준화를 지원할 수 있 는 시험, 실험 인프라도 함께 구축해 나갈 예정이다.
4. 맺음말
본 기고에서는 선박해양플랜트연구소의 역사, 연구 중 점분야 및 실험장비를 소개하고, 기후변화에 따른 친환경 선박의 기술개발에 대해 설명하였다. 선박해양플랜트연구 소는 국내 유일의 조선해양 분야 정부출연연구기관으로서 우수 연구 인력과 대규모 실험 시설을 확보하고 이를 통해
우수한 연구성과를 도출하였다. 또한, 선박해양플랜트연구 소의 친환경연료추진연구센터는 시대에 맞는 친환경 기술 을 조선해양 분야에 적용함으로써 세계의 기후변화에 대 응하고 국민께 다가가는 연구를 통해 그 존재 가치를 높이 는 노력을 할 것이다.
참고문헌
1. 선박해양플랜트연구소, 공식 홈페이지 (www.kriso.re.kr).
2. 선박해양플랜트연구소, KRISO 브로슈어 2020.
