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월간 Shipbuilding

혁신적인 친환경 기술

작성자: 운영자

조회: 23931 등록일: 2010-06-25

천연가스 엔진 기술 대우조선해양은 최근 덴마크의 만디젤과 함께 고압 천연가스를 주연료로 하는 선박용 추진 시스템을 개발한다고 밝혔다. 이번 공동 개발에서 양사는 만디젤이 개발한 ME-GI(가스 분사식) 엔진에 주연료인 고압 천연가스를 공급하는 시스템을 개발하게 된다. 이에 양사는 올해 말까지 시제품을 만들고 테스트를 마칠 계획이다. 현재 국제해사기구(IMO)는 선박 운행에서 발생하는 각종 오염물질들에 대한 규제를 강화하고 있다. 질소산화물의 경우 2011년부터 현행보다 20% 감축시켜야 한다. 황산화물의 경우는 지역에 따라 다르지만 연료유 내 황 함유량을 0.1% 이하로 제한하는 것을 목표로 하고 있다. 이러한 상황에서 대우조선해양의 천연가스 엔진을 사용할 경우, 동급 출력의 디젤 엔진에 비해 이산화탄소는 23%, 질소산화물(NOx)는 13%, 황산화물(SOx)은 최대 92%까지 감소시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. 해당 기술은 LNG선에 설치할 경우 자연 증발되는 LNG를 이용할 수 있으며, 유조선이나 컨테이너선의 경우 별도의 가스 저장설비를 갖출 경우 적용이 가능하며 경제성과 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 기술로 평가 받고 있다. 이번에 개발될 선박 추진시스템을 14,000TEU급 컨테이너운반선에 적용할 경우 연간 약 1,200만 달러 이상의 연료절감 효과를 가져올 수 있을 것으로 보인다. 대우조선해양은 고압 가스 공급 시스템과 관련, 10여건의 특허를 보유하고 있으며 이를 상품화하여 시장을 적극 공략한다는 계획이다. 이 시스템은 액화천연가스의 사용으로 연료 사용의 유연성을 높여 선박뿐만 아니라 다른 산업분야에도 충분히 응용이 가능할 것으로 보인다.   저탄소 배출 발전 및 이산화탄소 포집 기술 노르웨이 사르가스(Sargas AS) 사와 탄소 배출 절감을 위한 이산화탄소 포집 화력발전소 건설 기술에 관한 생산 라이센스 계약을 최근 체결하였다고 밝힌 바 있다. 이산화탄소 포집 기술이란 온실 가스 방출을 막기 위하여 화석 연료를 태울 때 발생하는 이산화탄소를 모아서 처리하는 기술을 의미한다. 해당 기술을 이용할 경우 온실 가스의 주범으로 지적되는 이산화탄소의 배출량을 크게 줄일 수 있는데, 사르가스는 이와 관련된 이산화탄소 흡수 기술 등의 핵심기술을 보유하고 있는 회사이다. 이번 계약을 통해 대우조선해양은 사르가스의 기술을 이전 받는 동시에 포괄적 기본설계 개발을 담당하게 되었다. 이미 대우조선해양은 핵심 기술의 상업화 및 기술 개발을 위해 오슬로 현지에 기술자를 파견하는 등 1년 이상 사르가스와 협력 관계를 맺어 왔다. 앞으로 대우조선해양은 이를 이용하여 바다에 떠다니는 부유식화력발전소(Barge Mounted Power Plant) 및 모듈화된 플랜트 설비의 설계 ? 생산에 참여한다는 계획이다. 이미 아그바미(Agbami) FPSO와 파즈플로(Pazflor) FPSO 등의 해양 프로젝트를 성공적으로 수행한 대우조선해양의 경험과 지식은 부유식화력발전소건설에상당한시너지효과를가져올것으로기대하고있다. 또한 조선업에서의 노하우를 이용하여 해상 뿐만 아니라 육상 모듈화 플랜트 및 장치 제작 사업으로의 사업 다각화를 꾀할 수 있게 되었다. 이산화탄소 포집 기술을 포함한 저탄소 배출 발전은 지구 온난화 문제를 해결할 수 있는 발전 방향으로 떠오르고 있으며 현재 전 세계적으로 46개국, 약 2.3GW 규모의 이산화탄소 포집 프로젝트들이 진행 중에 있다. 포집 기술은 크게 연소 후처리, 연소 전처리, 순산소 연소의 3가지 종류가 있는데 그중 Sargas 프로젝트 모델은 ‘연소 후처리’ 방법을 이용하여 가압상태에서 이산화탄소를 포집하므로 기타 방법보다 제거 효율이 높고 작은 사이즈로도 가능하다는 장점이 있다.   연료전지 개발 작년 12월 28일 포스코파워(대표 조성식)과 함께 선박용 연료전지 개발을 공동 추진키로 하고, 양해각서를 교환한 바 있다. 1년의 준비기간 끝에 공동 개발하기로 한 선박용 연료전지는 3MW 이하로 LNG선 등에 보조 동력으로 탑재되어 출항이나 도착 ? 선박 내 사용 전력으로 쓰이게 된다. 현재 연료전지는 국제해상기구(IMO)의 환경 규제치를 충족시킬 수 있는 대안으로 배출규제대상인 황산화물, 질소산화물의 배출이 전혀 없고 CO2 저감효과도 뛰어나다. 또한 디젤엔진 대비 발전 효율이 5% 이상 높아 운항기간을 20년으로 가정할 경우 약 6천만 불의 연료비가 절감된다는 게 회사의 설명이다. 실제로 선박동력의 90% 이상을 차지하고 있는 디젤엔진은 해상 환경오염의 주범으로 국제해상기구는 2016년까지 질소산화물(NOx)의 배출을 현 수준의 80%로 제한하고 있다. 또한 황산화물(SOx) 배출 규제해역(SECA)도 선정, 현 1.5% 수준에서 2015년까지 단계적으로 저감량을 0.1%까지 낮추도록 했다. 해양 CO2 배출거래와 탄소세 부과 방안도 수 년 안에 시행될 전망이다. 이에 중장기적으로 대우조선해양과 포스코파워는 전 선박에 탑재 가능한 10MW급 이상의 주동력용 연료전지 시스템을 개발할 예정이다.   기타 친환경 선박 기술 대우조선은 선박과 관련된 친환경 기술을 여러 가지 보유하고 있다. 지난 2008년 개발된 류고정날개(Pre-Swirl Stator, PSS)기술은 프로펠러 앞 부분에 4개의 고정날개를 부착, 선미에서 프로펠러로 유입되는 물의 흐름을 균일하게 함으로써 약 4%의 연료 효율과 0.2노트의 속도 향상을 보여주었다. 이를 통해 연료 소모를 줄임으로써 경제성도 확보하고 환경도 보호하는 일석이조의 효과를 얻을 수 있다. 또한 대우조선은 엔진 발생 폐열회수 시스템(Waste Heat Recovery System), 연소가스 이용 공기예열 시스템(Gas Air Heater System)등 관련 친환경 기술들을 지속적으로 확대 적용하고 있다. 엔진 폐열회수 시스템은 추진 엔진에서 발생하는 폐열을 다시 회수하여 에너지원으로 활용하는 시스템이며, 연소가스 이용 공기예열 시스템은 연소가스를 이용하여 연소용 공기를 미리 덥혀 연료 효율을 높이는 기술이다. 그 외에도 최적의 선박 선형 설계를 구현하여 선체와 바닷물의 마찰을 최소화시키는 방법으로 연료 소모를 줄일 수 있다. 더불어 태양광 전지나 풍력 에너지를 이용하여 선박에 필요한 보조동력이나 기타 사용 전력을 공급하는 방안도 연구 중에 있다. 1) 고출력 친환경 가스엔진 이번에 첨단 린번 기술이 적용되어 개발된 힘센 H35G은 1만3천마력급 선박 추진 및 육상 발전용으로 내년부터 본격 생산하게 된다. 첨단 린번 기술을 적용하여 CO2 20%, NOx 97% 줄여 세계 최저 수준인 50ppm를 실현했으며 엔진 성능 효율은 47% 이상으로 세계 최고 수준으로 끌어 올렸다. 이로써 현대중공업은 2000년 힘센엔진 개발 이후 디젤·가스엔진 생산 라인업 모두 갖추게 되었다. 자료제공:현대중공업 현대중공업이 국내에서 처음으로 고출력 친환경 가스엔진을 독자 개발하는데 성공했다. 최근, 가스엔진 고유 모델인 ‘힘센(HiMSEN) H35G’를 개발하고 시동식을 성공적으로 마쳤다고 밝혔다. ‘힘센 H35G’는 지름 35cm의 실린더 20개가 왕복 피스톤 운동을 하며 최대 1만 3천마력까지 출력을 낼 수 있는 가스엔진으로 선박 추진은 물론 육·해상 발전용으로 사용 가능하다. 특히 적은 연료로 최고의 효율을 발휘할 수 있는 첨단 린번(Lean Burn) 기술을 적용하여 디젤엔진보다 CO2 배출량을 20% 이상 줄이고 유해 배기가스인 질소산화물(NOx) 배출량을 97% 이상 저감시켜 세계 최저 수준인 50ppm을 실현했다. 엔진 성능 효율은 47% 이상으로 세계 최고 수준이다.                                     또한 독창적인 모듈화 설계로 부품수를 줄여 자체중량을 경량화했으며 첨단 전자제어방식을 적용해 엔진의 상태를 실시간으로 확인, 제어할 수 있다. 가스 누설 감지 및 방지장치, 가스 환기장치, 가스 자동 개폐장치 등을 장착해 안전성도 두루 갖추고 있다. 현대중공업은 이 가스엔진을 지난 6월 노르웨이 베르겐에서 개최되는 국제내연기관협의회(CIMAC)에서 전 세계에 공표하고, 최종 내구성 시험을 거쳐 내년 초부터 본격 생산에 들어갈 계획이다. 이로써 현대중공업은 지난 2000년 힘센엔진 개발 이후 지금까지 출력 780마력에서 1만3천600마력까지의 디젤 및 가스엔진 생산 라인업을 모두 갖추게 되었다. 힘센엔진은 현대중공업이 국내 최초로 독자 개발한 중형엔진으로 지식경제부로부터 2001년 ‘대한민국 10대 신기술’ 2004년 ‘세계일류상품’으로 선정된 바 있다. 현대중공업 유승남 부사장(엔진기계본부장)은 “이번 고출력 가스엔진 개발로 한층 강화된 기술 경쟁력을 갖춤으로써 세계 시장을 더욱 확대할 수 있게 됐다.”고 말했다. 한편 세계 엔진시장의 35%를 공급하고 있는 현대중공업은 지난 2월 세계 최단기간 만에 중형엔진 생산 누계 2천만 마력을 달성한데 이어, 올해 9월 세계 최초로 대형엔진 생산누계 1억 마력 생산 돌파를 앞두고 있다.

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