필요성
장 호 길 선보공업(주) 연구소 이사 ㅣ e-mail : [email protected] 최 주 형 (재)한국조선해양기자재연구원 센터장 ㅣ e-mail : [email protected]
이 글에서는 점차 심해, 극지 등 극한해양환경에 설치되는 원유 생산 해양플랜트와 관련 기자재의 요구 기술과 국・
내외 정책 동향에 대해 소개한다.
극한해양환경의 해양플랜트
육지에서 먼 바다로 갈수록 파고와 바람이 항상 높고 빠르며 심해의 경우 육지와 근해에서는 상상도 할 수 없이 거센 폭우와 폭풍 등이 수시로 몰아치며 지진이 빈번하고 조류의 흐름이 극심하여 활발한 난류 활동을 보인다. 극지의 해양은 빙하와의 충돌, 인간이 인내할 수 없는 극저의 기온, 수온 등의 환경 특성을 가지고 있 다. 이와 같이 심해, 극지 해양 등과 같이 일반적으로 경험해보지 못한 극단적인 해양 조건의 환경을 극한해 양환경(Harsh Environment)이라 한다.
해양플랜트에서 발생하는 사고는 2009년 멕시코 만 기름 유출사고와 같이 한번 발생하면 인명과 재산, 환 경에 매우 치명적인 피해를 일으키므로 이에 대한 철저 한 대비가 필요하다. 더욱이 극한 환경 하에서의 자원 채취는 극심한 환경 하중 하에 놓여 있으므로 항상 사 고 위험을 가지고 있다고 할 수 있다. 따라서 플랜트 구 조물 설치 위치의 탐색에서부터 계획, 설계, 설치, 운용, 사후 관리까지 모든 부분에서 철저하고 정밀한 관리를 요구한다.
우선 설치 위치에 대한 정밀한 조사와 구조물을 설치 하게 될 경우 마주하게 되는 환경 하중 및 상황에 대한
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극한 환경하의 고정식 해양플랜트(영화 제7광구)와 극지의 고정식 해양플랜트와 지원선(한국조선해양기자재글로벌지원센터)
철저한 계산과 분석을 요구한다. 극한 환경에 대한 이 해, 즉 극지 및 심해저 해양의 조류, 파도, 파고 등의 해 양 정보와 풍속 풍향 등의 대기 정보, 그리고 태풍, 폭풍 등의 자연 재해 수준의 사고에 대한 빈번도와 그에 따 른 환경 하중 등을 종합적으로 수집하고 분석, 예측하 여 극한 환경의 해양플랜트 엔지니어링 및 성능 검증을 위한 기본 데이터베이스의 구축을 필요로 한다. 또한 극지 빙해역 환경에서의 빙상 관리 시스템, 유체-빙-해 양플랜트의 상호작용에 대한 분석이 필요하다. 환경 하 중에 대한 분석은 안전하고 운용성이 높은 해양플랜트 설계 기술에 반드시 요구되는 기술이며, 극한 환경 해 양플랜트 기자재의 개발에 도전하고 있는 우리나라 입 장으로서는 반드시 구축해야 할 기술 중의 하나이다.
구조물의 설계는 재료의 특성을 적극 반영하여 파도 와 너울 등에 의한 선체의 굽힘과 변형, 선체의 운전에 따른 거동에 대한 자세 제어, 조류에 의한 파이프 라인 들의 유연성 등을 반드시 고려하여야 한다. 이러한 선 체의 움직임은 해양플랜트의 각 기자재에도 영향을 미 치므로 기자재 하나하나의 설계에도 반드시 영향을 고 려하여야 한다. 해양플랜트는 설치 후 20년 이상 운용 되는 구조물이며 거대한 구조물을 조선소에서 해양플 랜트 설치 위치까지 운송할 때에도 환경의 영향을 받으 므로 이에 대한 역학적 분석도 반드시 필요하다. 해외 의 경우 각국의 선급에 이에 대한 규정이 존재하여 설 계 시 반드시 따르도록 규정되어 있으며 꾸준하게 관 리, 업데이트 되고 있다.
2005년 미국 남부지역을 강타한 허리케인 카트리나 는 뉴올리언스 시 전체가 물에 잠기고 가옥의 파괴 등 의 피해를 입히고 수많은 이재민을 발생시켰을 뿐만 아 니라 멕시코 만에 설치되어 있는 수많은 해양 석유 시 추 설비에 크고 작은 피해를 발생시켰으며, 지난 2011 년 일본의 경우 쓰나미로 인한 민간의 피해와 원전 방 사능 누출로 인한 피해는 상상을 불허할 정도이다. 이 와 같이 해양에서 발생하는 수십 년, 수백 년 만에 한번 일어날까 말까하는 자연재해는 인간의 문명을 위협할
만큼 거대하다. 이와 같은 예상하지 못한 사고는 해양 플랜트의 설계 기준을 더욱 까다롭게 만들고 있으며 관 련 설계, 생산 기준에 대한 영향이 지대하다.
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북극해 Semi-rigid floater 개념도
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멕시코 만 기름 유출사고로 인한 해양플랜트 파괴
그림 3극한 환경용 부유식 해양플랜트 예(Henry Goodrich)
현재 해양플랜트의 구조물의 개발은 가장 저렴한 방 법으로 많은 석유와 가스를 효율적으로 생산하는 방향 으로 이루어지고 있으며 환경에 대한 영향을 줄이는 방 향으로 이루어지고 있다. 이를 위해 융・복합 기술의 접목을 시도하여 공정과 설비의 안정을 도모하고 있다.
극한 환경 해양플랜트 육성 필요성
전 세계 원유 생산 비중은 육상의 경우 생산량이 점 차 줄어드는 추세이며 해양 생산 비중은 매년 증가하고
있다. 가스의 경우 역시 마찬가지로 2020년 육지 생산 의 절반가량으로 비중의 증가가 예상된다. 이에 따라 심해저 및 극지와 같은 극한 환경으로의 원유 및 가스 생산은 심해 및 극지 개발 증가와 연계되어 빠르게 성 장하고 있다.
브라질의 경우 세계 최대 심해 유전 개발이 추진되고 있으며 현재 세계 11위 수준이나 심해 유전의 개발에 힘 입어 2015년에는 세계 6위 수준의 석유 생산 국가가 될 전망이다. 이 중 리브라 유전은 전 세계 최대 규모를 자 랑하며 브라질 총 원유 매장량의 80%를 차지하고 있다.
캐나다의 경우도 마찬가지로 북극해 근 처의 수심 3,000m 가량의 유전에 수십억 배 럴의 원유와 1조 m
3이상의 천연가스가 매 장되어 있는 것으로 추정되고 있다. 산업을 선도하는 세계적인 석유 회사들이 이 지역 에서 사업을 진행 중에 있으며 잠재력은 무 궁무진하다. 2010년 원유 유출 사고가 발생 한 멕시코 만의 경우 현재 새로운 심해 유 전 사업이 진행되고 있으며 그 매장량은 세 계 최대 규모이다.
러시아와 미국, 노르웨이 등 북극해와 인 접해 있는 국가의 경우 북극해 유전에 대한 탐사와 개발이 진행되고 있으며 북극항로 의 개척에 따라 자원 개발 도전이 더욱 활 기를 띌 전망이다. 향후 북극지역의 자원 개발과 수송 문제는 전 지구적인 차원으로 확대될 것으로 예상되며, 러시아와 노르웨 이의 자원은 향후 EU의 에너지 안보와 직 결될 수 있어 각국의 투자와 개발이 활성화 되고 있다. 심해, 극지 등과 같은 극한 해양 환경의 자원 개발 필요성이 증가하고 본격 적으로 유전이 개발될 경우 전 세계 해양플 랜트 시장을 주도하게 될 것으로 예상되고 있으며, 이와 관련된 선박/플랜트 수요가 증대될 것으로 충분히 예상 가능하다. 따라
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연간 지역별 심해 설치 활동 동향(Infield System Data)
(B)
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FPSO/FPU 발주 추이
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빙하 시추기
서 심해 탐사 시추/개발과 관련된 기술/경험/전문 인력 의 획득과 양성, 극한 환경 해양플랜트에 대한 빠른 대 응이 국내 업체에도 요구되고 있으며 우리나라의 국가 경쟁력 확보와 국부 창출을 위해 반드시 필요하다.
극한 환경 해양플랜트 개발 정책 동향
극한 해양 환경으로의 해양플랜트 사업 확장과 기술 개발은 각국의 기술력, 경쟁력 및 국부 확보와 맞물려 정책적으로 진행되고 있다. 중국의 경우 2003년 처음으 로 해양강국 목표가 제시되면서 해양플랜트산업 육성 에 나서기 시작했으며 2009년 새로운 성장 동력으로 육 성한다는 계획을 세움으로 해서 해양플랜트 강국으로 발전하는 것을 목표로 하고 있다. 현재 우리나라보다 낮은 기술력으로 단순 생산에 머물러 있으나 우리나라 와의 건조 기술의 격차는 정책적인 지원 아래 점차 줄
어들고 있다. 또한 세계적인 기자재 업체의 중국 현지 진출로 인하여 기자재 생산・개발에 있어 우리나라와 근접한 기술을 보유 중인 것으로 판단된다. 일본은 일 본주도의 해양개발체제를 구축하는 것을 목표로 민관 이 함께 정책을 수립하여 진행하고 있으며 2020년까지 2.5조 엔의 해양개발 관련 시장을 새로 창출하는 것을 목표로, 정부 주도하에 국가 기술력 향상과 생산 기반 강화, 종합 엔지니어링 경쟁력 강화 등 기초 기술부터 건조 기술까지 예산을 투입하여 해양플랜트 시장에서 우리나라에 크게 뒤쳐진 점유율을 높이려는 전략을 세 우고 있다. 우리나라와 더불어 해양플랜트 건조 부분의 선두 국가인 싱가포르의 경우 잭업과 FPSO 개조선 등 틈새시장에서 세계 시장을 이미 독점 중이다. 또한 극 한 환경용 해양플랜트에 대한 집중 투자로 현재 많은 성과를 거두고 있으며 정부와 기업이 협력하여 브라질, 노르웨이, 북극해 지역 진출에 총력을 기울이고 있는
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선보공업(주) 제품 현황
상황으로, 극한 환경 해양플랜트 기자재 시장 진입 단 계인 우리나라에 많은 시사점을 제시하고 있다. 지정학 적으로 우위를 가지고 있는 북극해 근해의 유럽 국가들 은 북극 등의 극지 자원개발과 시장 참여에 적극적이 다. 특히 북해 유전에 대한 주도권을 가지고 있는 노르 웨이는 이미 해양플랜트 산업의 최고선도 국가이며 심 해유전과 극한해양환경 개발 분야에서는 세계 최고의 기술을 확보하고 있다.
따라서 심해 탐사/시추/개발과 관련된 기술과 경험 을 가진 전문 인력의 획득과 양성, 극한 환경 해양플랜 트에 대한 빠른 대응은 국내 해양플랜트 기자재 업체가 가진 최대의 숙제가 되고 있으며 우리나라의 국가 경쟁 력 확보와 국부 창출을 위한 필수 불가결한 요구사항이 되고 있다.
국내 극한 환경 해양플랜트 개발 환경
조선기자재 업체들은 대부분 중소기업에 머물러 있 어서 극한환경 해양플랜트의 기술 개발과 인력 양성 등 연구개발에 대한 의지는 충분하지만 중소기업이라는 한계로 인하여 기술 개발에 대한 역량이 조금 부족하
다. 부산 지역의 대표적인 조선기자재 전문생산회사인 선보공업(주)의 경우 자체적으로 기업부설연구소를 설 립하여 새로운 시장 창출과 신기술 개발에 매진하여 해 양플랜트, LNG선 및 GREEN SHIP의 기자재 관련 지적 재산권을 17건 이상 등록 중에 있으나 새로운 기술 개 발에 자체적으로 나서기는 힘든 실정이다.
필자가 속한 선보공업(주)의 경우를 예로 들면, 산학 연 및 대기업 수요자 연계를 통해 선박평형수 처리장 치, 해양플랜트 생산공정수 처리 시스템, LNG 연료 공 급 장치, 미세기포를 이용한 연료 절감장치 등을 개발 하였거나 개발 중에 있으며, 인력양성 측면에서 PSA 선 보 아카데미를 설립하여, 대기업 연계 교육프로그램에 도 전 직원이 참여하여 기술과 인성 양성에 적극적으로 참여하고 있지만 극한 환경하의 해양플랜트의 기자재 개발과 관련하여서는 경험 및 자료 부족으로 인하여 현 재 개발의지만 가득한 상태이다. 따라서 국가 성장동력 으로 지정하여 지원 중인 극한 환경 개발과 관련된 기 술 및 실용화 기술 R&D와 더불어 극지방 등 극한 환경 하에서도 채굴, 처리할 수 있는 해양플랜트 관련 설계 및 엔지니어링 기술, 소재 및 기자재 개발 및 인력 양성 에 대한 적극적인 지원도 반드시 필요하다.
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