[현대해양] 환경부 발표에 따르면 지난해 8월 기준 전기차 누적 보급대수가 50만 대를 돌파했다. 2022년 39만 대에서 8개월 만에 11만 대가 보급됐다. 반면 전기추진선 인도는 수척에 불과한데, 현실적인 제한들이 있다.
전기추진선박은 전기 공급원으로부터 충전 받은 전기에너지를 동력원으로 사용하는 선박이다(「친환경선박법」 제2조 제3호 ‘다’목). 현재 대부분의 선박추진은 엔진(동력장치)과 프로펠러로 연결된 기계식 추진(Mechanical Propulsion System)방식인데, 이와 달리 전기추진은 엔진대신 전동기와 프로펠러 간 연결된 전기추진(Electric Propulsion)방식이다.
실무에서는 발전 전원의 종류 별로 나눠 △발전 전원을 배터리만 이용하는 경우 ‘배터리 전기추진선’ △디젤발전기를 사용하는 경우 ‘디젤 전기추진선’ △연료전지를 사용하는 ‘연료전지 전기추진선’ △발전 전원이 여러 종류인 경우에는 ‘하이브리드 전기추진선’ 등을 모두 전기추진선이라고 부른다.
최근 전기추진선 건조 사양
이중 최근 건조되는 전기추진선 형태는 연료를 통한 엔진과 전기에너지를 통한 전동기를 조합한 동력원을 사용하는 하이브리드형이다. 순수 전기에너지만을 동력원으로 사용하는 배터리형도 있으나 상대적으로 적다<표1 참조>. 두 시스템 모두 전기추진의 핵심요소인 배터리를 사용한다. 배터리 종류는 △납 축전지 △니켈 카드뮴(Ni-Cd)전지, △니켈 수소(Ni-HM)전지 △리튬이온 배터리(LIB) 등이 있는데, 에너지 밀도가 높고, 자연 방전이 거의 없는 리튬이온 배터리 사용이 다수다. 아울러 선박용 전기추진시스템의 전력 계통방식은 AC(교류)와 DC(직류)배전방식으로 나누는데, 2010년 이후부터는 DC배전방식이 적용되고 연구되고 있다. 이는 DC배전방식이 AC대비 전력변환장치 및 변압기의 수량이 적기 때문에 시스템 부피와 무게가 감소하고, 비용이 저렴하며, 시스템 효율도 높일 수 있기 때문이다.
전기추진선 대형화, 대형자본 접근 한계
<표 1>톤수 기준과 척수 기준을 비교하면, 하이브리드와 배터리시스템 선박의 척수가 많음에 비해 톤수기준에서 차지하는 비중은 높지 않다. 즉 전기추진선 발주는 대형선 보다는 연근해를 운항하는 소형선 위주. 업계에서는 “대형조선소 보다는 중·소형 조선소가, 대형자본보다 개인 혹은 소형자본 투입이 전기추진선 발전을 더디게 하는 이유 중 하나다”라고 한다.
DC배전방식 등 전기추진 기자재 기술 한계
제한적 투자는 기술개발에도 영향을 끼친다. 선박용 전기추진 시스템에서 DC배전방식 채택이 주요하다. 그런데 국내 조선사들은 전기추진선박 DC배전 시스템을 설계할 역량이 부족해 해외 선진업체 몇 곳이 관련 설계와 제작을 맡고 있고 것이 현실이다.
‘친환경 선박 상용화 지원 기술개발 기획연구’ 보고서에서 “국내 전기 추진선 건조기술 수준은 높은 편이나, LNG선과 마찬가지로 실증데이터(Track record) 부족으로 핵심부품 기술 상용화가 저조하고 대형조선소 조차도 핵심부품은 해외수입에 의존하고 있다”고 밝혔다. 이창희 다윈시스 전기시스템연구실 연구실장도 국내의 경우 해외 선진 국가 비해 전기추진 시스템에 대한 실증 사례가 열악하므로 지속적 연구개발 과제를 통해 시험평가, 해상실증, 및 운용실적 확보, 표준화와 법제도 장비 구축 등이 필요하다는 입장이다.
해수부는 2030 Greenship-K 추진전략(제1차 친환경선박 개발·보급 기본계획 2020.12)에 따라 기술개발 및 보급정책을 이행하고 있다. 정부는 2030년까지 전기선 기자재 국산화 및 하이브리드 기술 개발 등을 위해 △연안용 전기추진선박 개발 및 실증사업을 추진하여 기술력 및 실증데이터 확보 △인버터, 추진기(전동기), 제어모듈 등 핵심기자재 수입품목의 국산화·상용화 기술개발 △선박엔진-전동기-에너지저장시스템(ESS, Energy Storage System)를 결합한 하이브리드 추진시스템 및 에너지관리시스템(EMS) 최적화 기술 개발 △대용량 선회식 전기추진기(POD) 기술, 대전력 반도체 변압기, 상선용 메가와트 급 초전도 모터 기술개발 등을 추진할 계획이다.
배터리 수명 한계
배터리 수명은 선주의 관심사 중 하나다. 선사 K대표는 “신조 선박의 경우 최소 30년은 운항해야 하는데, 고비용의 전기추진선 배터리를 몇 번 교체해야할지 미지수다”라고 말했다. 리튬전지 셀, 모듈, 그리고 전체 리튬전지 시스템의 수명이 서로 상이하다. 일반적으로 모듈의 수명은 셀의 수명보다 짧고, 전체 시스템의 수명은 모듈의 수명보다 짧다. 국내 한 연구진은 “리튬전지 셀의 수명이 아닌 전체 리튬전지 시스템의 수명에 대한 해석이 중요하다”며, “이에 대한 연구도 계속 진행 중에 있다”고 설명했다. 국내 또 다른 연구원 K씨는 “선박마다 선박운항조건, 운항환경 등 선박의 내·외부사정에 따라 배터리의 수명이 달라진다”며, “선박별로 선박운항환경, 시스템의 안정성 등을 분석해 배터리 시스템 설계가 필요하다”고 말했다.
배터리 충전 인프라
전기추진선의 경우 배터리 충전시설이 요구된다. 충전시설 없이 선박운영은 어렵다. 그런데 우리나라는 큰 조차, 잦은 태풍내습, 경사물량장 활용 등으로 고전압, 대전류 등 고전력 충전시설을 항만에 설치하고 운영함에 어려움이 있는 것이 사실. 누군가는 육상전원공급설비(AMP, Alternative Maritime Power) 활용이 대안이라고 말하기도 한다. 해수부는 전기추진선의 충전설비로 활용하기 위해 AMP를 확대해 나갈 방침이다. 2030년까지 13개 주요항만의 248개 선석에 보급할 계획을 세워두고 있다. 하지만 248개 선석은 평수와 연해를 운항하는 소형선박이 입·출항하는 대다수의 어항이나 연안항과는 거의 무관한 곳이다.
선박해양플랜트 연구소(KRISO)는 해안가 충전시설 설치의 어려움을 착안해 이동교체식 전원공급시스템을 연구하고 있다. KRISO는 2022년 3월 전기추진 차도선(420톤, 길이/폭/흘수 60m/13m/1.63m, 승객 120명, 차량 20대 선적)을 진수해 교체식 전원기반 전기추진 차도선 실증 운항과 국산화 제품 실증데이터를 확보 중이다. KRISO는 2024년까지 이동교체식 전원공급시스템 및 전기추진 차도선의 최적화와 상용화를 지원한다.
전기추진선박 건조 실익
“현 소형선사에게 전기추진선박을 건조하라는 것은 아무런 혜택 없이 영세선주에게 위험과 책임만 지라는 의미다”. 선사 한 관계자의 말이다. 선박용 배터리는 kW당 공급단가가 육상용 대비 3~4배 높은 것으로 알려져 있다. 연구원 K씨 말을 빌리면 전기추진선의 선가(船價)가 기존 디젤선박 대비 1.5~1.7배 높다. ‘친환경 전기 선박의 현황과 전망’이라는 논문에서도 전기추진선박의 선가가 30~100% 높다고 기술하고 있다. 하지만 이 논문에서는 전기추진선 이용 시 △신시장 창출 △온실가스와 항만 미세먼지 저감 등 대기환경 개선 △(연안어선 기준) 150hp급 가솔린 엔진과 125kw 전동기를 비교 시 7년 이상 전기추진선을 사용하면 화석연료엔진 사용보다 경제적 이득 발생 등의 이점들도 기술하고 있다. 연구원 K씨는 “전기추진선이 기존 엔진추진선 보다 부품 개수가 약 1/5로 감소하므로 선박유지관리의 이점도 기대할 수 있다”고 말한다. 다만 그는 “이런 전기추진선의 기대 장점들이 데이터화 되지 못하다보니 제3자를 설득하기가 어렵다며, 누적된 실증데이터의 필요성과 중요성”을 강조했다.
지난해 7월 25일 이창용 해수부 해사산업기술과장은 국회의원회관 제2세미나실에서 열린 ‘친환경 전기선박 활성화 촉진을 위한 토론회’에 참석해 해수부의 친환경선박 정책을 발표했다. 이 자리에서 이 과장은 “중소형 친환경 선박 지원에 있어 현 선박금융지원 프로그램은 내·외항 화물선, 여객선에 집중돼 있어 유·도선 등 영세선사는 고가의 친환경 선박 도입·운영이 어려운 실정”을 밝히며, “최대 60억 원(운영자금 최대 5억 원)대출 가능한 Net-Zero유망기업지원(중소벤처기업진흥공단) 등 타 정책 기금을 활용해 유·도선 등 영세선사의 선박건조자금으로 활용할 수 있게 돼야 함”을 피력했다. 또 그는 “향후 수협과 행정안전부 등 관련기관과 영세선사 지원 사업 신설 등도 검토가 필요하다”고 말했다.
