[기고] 풍력과 태양광의 이용은 육상에서는 이미 클린에너지의 공급원으로 널리 확대돼 있다. 에코마린파워(EMP)사는 개발 파트너와 함께 해상에서도 공급 제한이 없는 에너지를 사용해 친환경적인 방법으로 선박을 구동시키는 것에 집중하고 있다. 

에코마린파워사의 아쿠아리어스 선박 조감도 [이미지=에코마린파워사 홈페이지]

에코마린파워사는 이미 관련 기술에 있어 특허취득을 완료했으며, ‘아쿠아리어스(Aquarius) MRE(Marine Renewable Energy : 선박용 재생가능에너지)’를 개발하는 국제적인 프로젝트에 몰두하고 있다.

풍력과 태양광 이용하는 에코마린파워사의 특별한 돛 시스템 
에코마린파워사는 풍력과 태양광을 이용함으로써 연료소비량을 줄이고, 유독가스나 이산화탄소 배출량을 삭감하는 특별한 돛 ‘에너지세일(Energy Sail)’을 개발해 특허 취득을 완료했다. 
에코마린파워사가 개발한 에너지세일은 지금까지 있었던 보통의 돛과는 달리 배가 정박 중이거나 기항시에도 사용할 수 있고, 강풍이나 돌풍을 견딜 수 있도록 설계돼 있다. 

또, 솔라패널이나 풍력발전장치 등의 다양한 재생가능에너지 기술에 설비하는 것도 가능한 제품이다. 선박용으로 특별히 설계돼 있어 대형 케이프 사이즈 벌크 광석 운반선부터 해군이나 해상경비대의 순찰 함정까지 다양한 배에 탑재할 수 있는 독특한 재생가능에너지 플랫폼이다. 현재 무인배(USV)나 여객페리, 낚싯배 등의 소형선에 맞는 에너지세일의 변형 제품도 개발하고 있다. 

에너지세일 어레이

운항 프로파일에 맞춰 장치 변경 가능, 업그레이드 쉽고 활용폭 넓어
에너지세일의 상세한 기계설계와 제조는 데라모토 철공소가 주도하고 있다. 데라모토 철공소는 히로시마현 오노미치시에 소재하고 있으며, 고품질 선박이나 석유채굴장치, 작업 선박용 기기를 제조하는 대형 제조사다. 1980년대 일본에서 돛 생산을 시작해 수 십년간에 걸쳐 해양업계에 혁신적인 제품을 제공하며 해운업을 이끌어가고 있는 기업이다. 

에코마린파워사가 개발한 에너지세일은 운항 프로파일에 맞춰 솔라패널의 타입이나 매수를 간단하게 바꾸거나 다양한 다른 장치로 장착할 수 있다. 이는 특수한 형태의 선박이라도 그에 맞춰 돛을 구성할 수 있다는 이야기며, 배가 운항하는 경로나 배의 조작상 프로파일과 임주 종단면도에 맞춰 장치를 구성할 수 있다는 것을 의미한다.

지금보다 더욱 효율적이고 뛰어난 기능을 가진 태양광 모듈이나 패널이 생기더라도 쉽게 교체할 수 있는 설계의 유연한 성질 덕분에 업그레이드가 쉬워지고 배의 한계수명까지 활용폭이 넓다는 것도 에너지세일의 장점이다. 이 밖에 유지보수의 수고를 덜어준다는 점과 변화가 많은 해상 환경에서도 활용 가능하도록 충분히 강하게 설계돼 있는 점이 특징이다. 

아쿠아리어스 에코십에 에너지세일을 적용하면 친환경 선박 생산 가능
에너지세일은 에코마린파워사의 아쿠아리어스 MRE 시스템용으로 설계되긴 했지만 그 밖의 다양한 분야에서 활용 가능하도록 연구개발이 진행되고 있다. 케이블 부설선박이나 연안 탱커, 조사선 등에 독립 유닛으로 사용하는 것도 가능하다.

또, 소형선박에는 간소화된 아쿠아리어스 MRE 시스템을 적용할 수 있는데, 이 시스템에 사용되는 에너지세일은 개량형 제품이 사용된다. 이외에도 에너지세일을 수직으로 설치하지 않고 수평으로 설치해 활용할 수도 있다. 

에너지세일을 현대 선박에 적용하는 것에 대해 많은 사람들이 궁금해 한다. 아쿠아리어스 에코십(Aquarius Eco Ship)이 대표적인이 예시가 될 수 있다. 이 배는 저배출가스로 지속가능한 배를 설계한다는 콘셉트를 갖고 있다. 어레이나 연료전지, 풍력과 태양광을 이용해 외양항행선 연료소비량이나 가스 배출량을 삭감하는 친환경 기술을 많이 포함하고 있는 선박이다. 일반적으로 에너지세일을 2대 이상 사용했을 경우 아쿠아리어스 MRE 시스템의 일부로 인정하고 있다.

에코마린파워사의 에너지세일

바람과 태양 두 가지의 에너지원을 이용해 재생에너지 생산 가능
아쿠아리어스 MRE는 기존 선박설계에 도입할 수 있으며, 에코마린파워사가 개발하고 있는 아쿠아리어스 에코십 같은 미래 선박 설계에 통합하는 것도 가능하다. 

아쿠아리어스 MRE는 돛과 마린 그레이드의 솔라패널, 에너지 저장 모듈, 선박용 컴퓨터의 선진적인 통합 시스템이다. 바람과 태양 두 가지의 에너지원을 이용해 재생가능에너지를 생산하고, 배에서 사용할 수 있게 해준다. 돛 어레이는 컴퓨터 시스템에 의해 자동으로 날씨 상황에 맞춰 최적의 위치에 배열되며, 악천후 때나 사용하지 않을 때는 내리거나 수납해두는 것이 가능하다. 

돛은 에코마린파워사의 에너지세일 기술을 바탕으로 하며, 각 에너지세일은 센서나 광전자 패널, 풍력 터빈을 포함한 기타 발전기기를 조합해 구성할 수 있다. 기항 중이나 정박 중에는 선박에서의 사용 허가를 취득한 배터리가 대체 전원을 공급하기 때문에 보조 발전기에 사용하는 연료를 줄일 수 있다. 어떤 상황에서는 기항 중에 배출가스 제로 상태로 운용할 수 있다. 이 특성은 항만국이 공기 중 배출가스의 엄격한 관리규칙을 시행하게 되면서 점점 더 중요해질 것으로 전망된다. 

대형 화물선은 물론 소형선박이나 특수 목적 선박에 적용 가능
아쿠아리어스 MRE는 소형선박용으로 설계한 것을 단순히 크게 제작한 방법이 아니라 해상에서 운항하는 선박용으로 처음부터 설계됐다. 해상에서 운항하는 배는 연안이나 항구를 운항하는 작은 배들과 다르며, 때문에 외야항행선용 풍력과 태양광발전 시스템은 바로 그 목적을 위해 설계된 것이 아니면 안 된다. 

이 최첨단 시스템은 당초 대형 선박용으로 설계됐지만, 개발되어 있는 테크놀로지의 대부분이 연안 화물선이나 소형 여객페리, 관광보트, 무인수상선 등과 같은 소형선박에도 적합하게 사용할 수 있다. 오프쇼어로 구성된 시스템이지만 육상의 재생에너지 프로젝트에도 사용 가능하다는 장점이 있다. 

아쿠아리어스 MRE는 선박에서 풍력과 태양광을 동시에 이용하는 혁신적인 기술이다. 이 기술은 전 세계 해운업계 전체에서 사용하고 있는 화석연료 소비량과 유해가스 배출량을 삭감하는데 도움을 줄 수 있다. 

아쿠아리어스 에코십에 아쿠아리어스 MRE가 탑재된 모습

기항중이나 정박 중에도 쉽게 사용 가능하고 여러 종류 배에 설치 가능 
풍력이나 태양광을 이용하는 배는 이미 개발되어 있지만, 야간이나 악천후 상황에서는 비효율적인 상황이다. 돛을 접은 상태에서도 짐을 올리고 내리는데 방해가 되거나 브리지에서의 시야를 차단하는 문제가 발생하기도 한다. 또, 선체의 안정성 문제 등에서 실용성 부분에 많은 과제를 안고 있다. 

에너지세일은 이 모든 문제들을 극복했으며, 다양한 실용성을 갖추고 있다. 풍력과 태양광을 하나의 시스템으로 수집 가능하도록 제작됐으며, 기항 중이나 정박 중에도 선박에서 배기 제로로 운영이 가능하다. 완전 자동 조작이 가능하며, 센서가 장착된 로봇 제어장치가 있다. 

컴퓨터 제어 시스템으로 인해 자동 배치가 이뤄지며 데크 위나 모듈 내에 수납한 형태로 데크 아래에 설치하는 등 다양한 방법으로 설치가 가능하다. 에너지세일용으로 특수 안전장치를 개발해 긴급 상황 시 블로 아웃 패널을 열수 있다. 필요에 따라 에너지세일의 제어 시스템을 선상의 다른 시스템에 연결 가능하며, 모든 기기를 모듈 속에 수납이 가능하다. 

모듈러 설계에 의해 설치하는 배의 종류에 맞춰 에너지세일의 용량을 조정할 수 있으며, 추후 솔라패널을 추가하는 등의 시스템 업그레이드 및 재구성이 쉽다. 에너지세일 모듈은 배에서 분리가 가능하고 완전 시스템을 활용해 알람이나 기기의 퍼포먼스, 연료소비량을 모니터링 할 수 있다. 보수와 수리가 간단하도록 설계돼 있어, 전 세계 어느 항구에서도 기본적인 수리가 가능한 것도 특징이다. 

히로미사현 오노미치시에 에너지세일 테스트 스테이션이 있다.

재생가능에너지 기술을 선박에 적용하는 연구는 지금도 활발하게 진행
이산화탄소 배출량 삭감 규제가 선박에 적용됨에 따라 선주는 선박으로부터 배출가스를 삭감하는데 도움이 되는 기술이 필요하게 된 상황이다. 때문에 태양광이나 풍력을 활용해 운항을 하는 경우가 많아질 것이며, 관련 시장은 더욱 확산될 전망이다. 

한편, 에코마린파워사는 재생가능에너지 기술을 선박에 어떻게 적용하고 활용할 것인가에 관한 연구를 몇 몇 대형 선박 기업들과 함께 진행하기로 합의했다. 

이 연구는 다양한 선박에 탑재한 에너지세일이나 아쿠아리어스 MRE를 바탕으로 진행되며, 솔루션의 설치에 관한 엔지니어링 측면과 기대되는 연료소비(FOC) 및 이산화탄소 배출의 삭감량을 조사할 계획이다. 연료전지를 사용할 가능성도 있어 에너지 저장 옵션에 대해서도 연구할 계획이다.

에코마린파워사와 함께 연구에 참여하고 있는 기업은 히로시마현 오노미치시에 위치한 데라모토철공소와 오사카시에 위치한 KEI시스템, 요코하마시의 후루카와전지다. 그리고 비밀 유지 조항에 따라 이름을 밝힐 수 없는 선박회사가 있다. 이 선박회사의 운항경로는 아시아와 유럽, 오스트레일리아, 북미, 남미, 아프리카까지 퍼져 있다. 

내항케미컬 탱커에서 대형 RoRo선, 벌크선, LNG 탱커까지 여러종류의 선박이 연구 대상에 포함돼 있다. 이번에 연구 대상이 되는 각 선박에는 배의 운항 프로파일 분석과 함께 예비적인 엔지니어링 설계가 들어갈 예정이다. 엔지니어링 단계에서는 선박조사와 선상 데이터 수집, 수치유체역학 소프트웨어에 의한 분석, 가상 풍동 시뮬레이션이 포함된다. 에코마린파워사의 에너지세일과 아쿠아리어스 MRE 기술을 탑재한 선박 컴퓨터 모델링도 진행된다. 

이 연구를 시작으로 선박에 풍력과 태양광을 이용하는 것에 더욱 더 이목이 집중됨은 물론이며, 일본의 다양한 조선소가 아쿠아리어스 MRE와 에너지세일을 신규 선박 프로젝트에 도입할 것으로 기대된다. 

- 본 기사는 日本工業出版이 발행하는 월간 クリ－ンエネルギ－와 기사협약에 의해 轉載한 것입니다.

[앗킨슨 그레고리 (st@infothe.com)]

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