전기 추진 선박

테슬라와 같이 전기로 움직이는 선박이 있을까?

 

위키백과(한국), 나무위키에서 전기추진선을 살펴보면 공히 국내 1호 상업용 전기추진선으로 충주의 탄금호에서 운항 중인 '탄금호일렉트릭'을 설명하고 있다. 이 선박은 길이 25m 총톤수 55t의 승선인원 72명의 유람선으로 태양광 및 배터리 기반 전기 모터를 구동시켜 추력을 얻는 선박이다. 

비교적 작은 선박이기에 전기를 사용 모터를 돌려 추력을 얻는 것은 가능할 것이라고 짐짓 생각들 하실 것이고, 그럼 대양에서 움직이는 길이 2~300m가 넘어가는 선박들의 경우는 어떠할까?  

 

일반적으로 상선 중에 컨테이너선이 가장 빠른 운항 속도를 요구하며, 점점 대형화되어 요즘은 20,000 TEU가 넘는 초대형 컨테이너선들은 대략 60,000 kW (80,000마력) 이상의 큰 추력을 내기 위해 거대한 엔진이 장착되어 있다. 

아래 언급된 MAN社의 11G95ME-C9 모델의 경우만 하더라도 길이 22m, 높이 18m에 무게는 2,230 톤에 달한다. 

예)  OOCL Hong Kong (출처, Wikipedia)
컨테이너 적제용량: 21,413 TEU,   최고 속도: 21 knots (39 km/h)
길이 :  399.87 m                                폭: 58.80 m                                          순톤수: 210,890 GT
Propulsion: 11-cylinder 83,656 hp (62,382 kW) MAN 엔진  (11G95ME-C9)  

초대형 컨테이너선을 배터리 기반 전기추진을 한다면, 

이런 컨테이너 선박에 위의 '탄금호일렉트릭'이나 테슬라의 전기자동차처럼 전기 배터리를 장착하고 전기추력하여야 한다면 이를 설치할 공간 문제는 둘째로 치더라도 엄청난 배터리 비용으로 비현실적이 될 수밖에 없다. 

Gemini의 도움을 빌어 전기추진 컨테이너선의 운항에 필요한 배터리의 알아보면, 

대형 컨테이너선의 전기 추진 배터리 용량은 여러 요인에 따라 달라지지만, 일반적으로 수십 MWh에서 수 GWh까지 예상됩니다.
- 선박 크기 및 운항 거리: 2,000 TEU 규모의 컨테이너선, 1,000km 거리 운항: 80 ~ 120 MWh
- 14,000 TEU 규모의 컨테이너선, 10,000km 거리 운항: 1 ~ 2 GWh

현재 개발되어 운행 중인 대형 전기 컨테이너선의 배터리 용량: 야라 버클랜드호 (120 TEU): 6.7 MWh

작년 11월 말 연합뉴스에서 골드만 삭스의 보고서를 인용한 기사를 보면 2022년 배터리 기본 가격은 kWh당 165달러였다. 

이를 대비하여 위의 14,000 TEU급 컨테이너에 소요되는 배터리의 가격은 1.6억 ~ 3.3억 달러에 달하게 되니, 2022년 1.5억 달러 정도의 선가보다 배터리 용량이 더 커지게 되는 셈이고 향후 배터리 가격이 절반으로 떨어진다 해도 전기차처럼 배터리를 완비한 전기 추진식 상선이 나오기는 요원할 것으로 보인다. 

전기추진 선박은 있다. 

하지만, 이러한 상황에서도 전기 추진 방식을 채택한 선박들이 있다. 

다만 전기자동차의 그것처럼 그만한 전력을 계속 공급할 만한 배터리를 탑재하기엔 배터리 가격도 그렇고 공간도 충분하지 않기에 발전기를 달아 전력을 생산 공급하고 전기모터를 달아 추진하는 선박들이 그러하다. 

우측 그림의 위쪽에서 일반적인 선박은 추진용으로 대형 엔진을 설치하고 여기서 나오는 힘으로 프로펠러를 돌리며 선박의 각종 보기류들을 구동하기 위해 별도의 발전기를 설치한다. 

하지만 전기 모터를 기반으로 한 추진방식을 채택한 선박의 경우 전력을 생산하는 발전기를 설치하고 여기서 나오는 전력을 기반으로 추진기의 모터를 돌려 추력을 얻게 되는 방식이다. 

이를 가장 잘 활용한 것이 2000년대 중반부터 2010년 중반까지 우리나라 조선소의 호실적을 이끌었던 시추선(Drillship) 들로 보통 심해용 시추선의 경우 선수에 3대 선미에 3대의 전기 추진기(Azimuth thruster)를 장착하고 바다의 거친 환경 속에서 위치를 유지하고 이동시 추진력을 얻는데 이러한 전기 추진 방식을 채택하고 있다. 

해상에서 위치 제어가 필요한 풍력설치선도 이러한 시스템을 채택하는 경우가 많고 해양 지원선도 그러하다. 

 

이러한 해양특수선뿐만 아니라 북극해에서 1.4m 두께의 빙하를 깨며 오갈 수 있도록 설계된 259m의 Arctic shuttle 탱커도 Azipod라는 전기식 추진기를 채택하였으니 전기추진 선박은 이미 생소한 개념은 아닌 것이다. 

 

또한 이러한 전기 추진 방식은 전력을 얻는 방식은 다소 차이가 있지만 항공모함 같은 군함에서 많이 사용되고 있고, 기도비닉이 중요한 잠수함에서는 이미 많이 배터리와 함께 발전기가 구비된 Hybrid 방식이 많이 채택되고 있다. 

 

미래 상선의 추진 방식 

요즘 LNG, 메탄올, 암모니아와 같은 청정연료를 채택하며 탈탄소화의 걸음을 활발히 내딛고 있는 해운계에 SMR 같은 소형 원자로가 개발되며 핵추진 방식을 채택하려는 연구가 지속되고 있다. 

대형 선박의 경우 분명 운용 안전성과 안보위험 문제만 해결이 된다면 핵추진 방식의 채택은 분명 탈탄소화에 큰 도움을 줄 수 있을 것이다. 핵추진은 의당 핵발전과 전기추진 방식으로 정리가 될 것이고, 

2012년 한국원자력연구원이 SMART라는 모델명으로 세계 최초로 표준설계 인가를 받은 중소형 일체형 원자로가 등장했을 때, 마침 매년 Size가 커지는 컨테이너선박에 적용할 수도 있다는 기사들과 함께 지상에 소개가 되었었다. 

최근 몇 년간 뉴스로 소개되며 남들이 개발한 것인 양 알려지는 모든 SMR(Small Modular Reactor) 컨셉의 근간이 되는 SMART가 등장 후 10년 동안 서랍 속에서 잠들어 있던 것을 아쉬워하며 그때의 기억을 더듬어 쓴 두서 없이 써 내려간 이 글을 여기서 마치고자 한다.