윙세일, 로터세일 등 풍력을 동력으로 한 친환경 선박 개발 박차

윙세일, 로터세일 등 풍력을 동력으로 한 친환경 선박 개발 박차

2020년 기준 화물선과 벌크선들이 내뿜은 이산화탄소는 각각 1억4천만 미터톤과 4억 4천만 미터톤에 달합니다. 세계 총 이산화탄소 배출량중 약 11%는 해운항만 업계에서 발생합니다. 파리 기후 협정에 따라 해운항만 업계는 2030년까지 이산화탄소 배출량을 40% 감소하여야 합니다. 이러한 탄소중립 시대에 대비하여 세계 각국 조선소들과 기업들은 친환경 선박과 관련한 신기술 개발에 힘을 쏟고 있습니다. 특히 풍력을 활용한 친환경선박이 대세를 이루고 있고, 로터세일 방식, 윙세일 방식, 패러포일 방식 등이 개발되고 있습니다.

 

목차

로터세일의 현대중공업

윙세일의 왈리니우스 마린

패러포일의 에어씨스

 

로터세일의 현대중공업

현대중공업은 2022년 국내 조선업계 최초 한국선급(KR)으로부터 풍력보조 추진장치인 로터세일(Rotor Sail)의 현대중공업 독자모델 하이로터(Hi-Rotor)에 대해 설계 승인(Design Approval)을 획득했습니다. 로터세일은 선박 갑판에 원기둥 형태의 구조물을 설치하여 바람을 이용해 선박의 추진력을 추가 발생시켜 연료 소모량을 절감 탄소 배출을 줄이는 것이 특징입니다. 전기모터로 회전하는 로터세일이 불어오는 바람과 만나면 로터세일 주변에 압력차가 생겨는데 이를 추진력에 활용하는 마그누스 효과(Magnus effect)를 사용하는 것입니다. 로터세일 탑재 시 6 ~ 8%의 연료 절감 효과와 탄소 배출량도 줄일 수 있습니다. 또한, 현대중공업은 날개 형태의 윙세일 풍력보조 추진장치 개발도 병행하고 있습니다. 윙세일 보조장치는 2020년 12월 DNV선급의 기본인증(AIP)을 획득하였습니다.

 

현대중공업 로터세일 LNG선

 

 

 

 

 

 

 

윙세일의 왈리니우스 마린

스웨덴의 왈리니우스 마린(Wallenius Marine)과 스웨덴 왕립 공대, SSPA 연구소는 풍력만으로 대서양을 횡단 할 수 있는 화물선 오션버드를 개발하고 있습니다. 기존 풍력 동력 프로젝트가 풍력을 보조수단으로 활용하는 것과 달리 왈리니우스 마린이 개발하는 오션버드(Oceanbird)는 풍력을 동력의 90%까지 활용하고 내연기관은 보조 수단으로 활용하는 점에서 큰 차이가 있습니다. 2024년까지 자동차 7,000대를 싣고 대서양을 건너는 규모의 풍력 화물선을 출시할 예정입니다.

 

왈리니우스 마린의 오션버드

 

날개 형태의 가변식 돛인 윙세일(wing sail)은 펼칠 경우 높이 80m, 접을 경우 20m 정도 높이입니다. 북대서양의 강한 바람을 받으면서 길이 200m, 자동차 7,000대를 운반하는 자동차 운반선의 동력으로 사용하기 위해서는 돛이 5개 필요합니다. 돛을 크게 만들면 일반 범선에서 사용하는 천으로는 버티기 힘듭니다. 그래서 강철과 복합소재를 사용하여 튼튼한 돛을 만들었습니다. 강풍을 만나면 돛을 접어 운항하게 됩니다. 왈리니우스 마린의 오션버드는 순수한 풍력으로 평균 시속 10노트로 이동하며, 대서양 항해에는 약 12일 정도 소요될 것으로 예상됩니다. 내연기관 화물선이 8일 만에 도달하는 거리를 12일에 가는 것이 경제성이 있을지 의문이지만, 연료절감과 탄소절감에는 월등한 가치를 가질 것으로 보입니다.

 

패러포일의 에어씨스

패러포일로 선박을 항해하는 방석은 에어버스(Airbus)에서 파생된 회사인 에어씨스(AirSeas)가 개발하였습니다. 씨윙(seawing)으로 이름된 이 기술은 항공기술과 항해기술 및 디지털이 결합된 디지털 트윈 기술(Digital Twin Technology) 입니다. 씨윙은 공중에서 조종 가능한 패러포일(parafoil) 낙하산의 원리를 응용하였습니다. 이 기술은 이미 100톤 규모의 상업용 화물선박을 견인하는 기술입니다.

 

에어씨스의 씨윙

 

씨윙의 하드웨어는 크게 세 부분으로 구성됩니다.

• 선박과 씨윙을 운항을 지휘하는 브리지
• 자동화된 씨윙의 이착륙 제어용 갑판
• 씨윙을 사용하지 않을 경우 돛대, 트롤리, 윈치 및 연을 보관하는 저장공간

 

비행기가 날개를 이용하여 대기층, 풍향 및 풍속을 측정하면서 비행하는 것 처럼 씨윙을 달고 항해하는 선박은 바다 및 기상 상태를 300mms마다 디지털로 측정하고 제어실과 교신하면서 목적지까지 운항계획을 콘트롤 하여 100% 디지털 자율항해를 실현할 계획입니다.

에어씨스는 씨윙을 통해 연료비용과 온실가스 배출량을 각각 20% 절감하는 효과를 기대하고 있습니다.

 

해상 200 미터 이상 높이에서 8자 모양 궤적으로 동적 비행하면 고정된 연이나 돛보다 10배 이상의 최적의 견인력을 생성할 수 있음