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바다 위에서
에너지를 낚다
에너지를 낚다
해양플랜트 관련 서비스산업은 선박의 건조를 제외한 모든 영역과 밀접한 관계를 갖는다. 특히 선박 건조와 비교해 부가가치가 높고, 오랜 시간 동안 운영 및 유지·보수를 실시한다는 특징이 있다.
기존 해양플랜트는 석유와 가스 중심으로 구축되었으나, 셰일가스 개발로 유가가 떨어지고, 팬데믹 이후 경기 침체와 탄소배출 규제가 강화되며 신재생에너지로의 전환이 가속화되고 있다.
해양플랜트는 여러 목적과 기술로 만들어 지지만 상대적으로 타 산업 제품에 비해 국민적 인지도가 높지 않다. 이에 우선 해양플랜트에 대한 개념과 종류를 짚어볼 필요가 있다.
해양플랜트는 해양이나 해저에 저장되어 있는 자원을 생산하거나 가공, 저장, 운송 등을 수행하는 플랜트 또는 해수의 에너지(운동·열) 등을 활용하여 전력을 생산하는 설비 등 다양한 해양구조물을 포함한다. 크게 상부 구조물과 하부 구조물로 구분된다. 상부 구조물은 해당 해양플랜트의 고유 생성 목적을 수행하는 기능을 맡으며, 각 기능에 따라 모듈 Module로 구성된다. 하부 구조물은 상부 구조물을 해상에 설치하거나 떠 있도록 하는 고정식 구조물 또는 해양부유체 구조물을 의미한다.
해양플랜트는 해양이나 해저에 저장되어 있는 자원을 생산하거나 가공, 저장, 운송 등을 수행하는 플랜트 또는 해수의 에너지(운동·열) 등을 활용하여 전력을 생산하는 설비 등 다양한 해양구조물을 포함한다. 크게 상부 구조물과 하부 구조물로 구분된다. 상부 구조물은 해당 해양플랜트의 고유 생성 목적을 수행하는 기능을 맡으며, 각 기능에 따라 모듈 Module로 구성된다. 하부 구조물은 상부 구조물을 해상에 설치하거나 떠 있도록 하는 고정식 구조물 또는 해양부유체 구조물을 의미한다.
해저 자원을 개발하기 위한 플랜트
해양플랜트는 각각의 목적에 따라 총 7개 그룹으로 분류할 수 있다. 첫 번째 그룹은 석유및 가스Oil&Gas플랜트이다. 해저에 저장된 원유나 천연가스를 찾고 시추해 관련 제품을 생산하고 저장 및 운송 등을 하기 위해 제작된다. 이는 다시 개발설비, 생산설비, 지원설비로 세분화된다.
개발설비는 시추설비와 이를 지원하는 특수 목적을 가진 지원선박을 뜻한다.
탐사선박, 이동형 해양시추설비(드릴십), 해저파이프·케이블 설치 선박, 고하중물 크레인 선박, 선원거주 선박 및 인양선 등이다. 생산설비는 개발설비를 통해 개발된 유정 油井 에서 제품을 생산·가공·저장·운송하는 설비를 의미한다. 이동형 해양생산설비, 고정식 생산설비등이다. 지원설비는 앞서 언급한 두설비의 운영을 위한 각종 지원선박 또는 설비 등을 뜻한다.
두 번째 그룹은 해양 이산화탄소 지중저장 CCS와 이퓨얼E-fuel❶플랜트이다. 해저에 고갈된 유정 및 가스전에 육상에서 포집한 이산화탄소를 지중저장하거나 해상에서 수소를 생산하고 이를 기반으로 E-fuel을 생산한다.
플랜트 가동 전력은 해상풍력이나 해양태양광, 해양재생에너지, 해양원자력발전 등으로 만든다.
개발설비는 시추설비와 이를 지원하는 특수 목적을 가진 지원선박을 뜻한다.
탐사선박, 이동형 해양시추설비(드릴십), 해저파이프·케이블 설치 선박, 고하중물 크레인 선박, 선원거주 선박 및 인양선 등이다. 생산설비는 개발설비를 통해 개발된 유정 油井 에서 제품을 생산·가공·저장·운송하는 설비를 의미한다. 이동형 해양생산설비, 고정식 생산설비등이다. 지원설비는 앞서 언급한 두설비의 운영을 위한 각종 지원선박 또는 설비 등을 뜻한다.
두 번째 그룹은 해양 이산화탄소 지중저장 CCS와 이퓨얼E-fuel❶플랜트이다. 해저에 고갈된 유정 및 가스전에 육상에서 포집한 이산화탄소를 지중저장하거나 해상에서 수소를 생산하고 이를 기반으로 E-fuel을 생산한다.
플랜트 가동 전력은 해상풍력이나 해양태양광, 해양재생에너지, 해양원자력발전 등으로 만든다.
- ❶ 이퓨얼 E-fuel: 전기분해를 통해 가공해 만든 연료로 수송 분야에서 탄소중립 실현 수단으로 주목받고 있다. 물의 전기분해로 얻은 수소에 이산화탄소와 질소 등을 합성해 만든다. e-메탄올, e-메탄, e-암모니아 등이 있다.
땅보다 넓은 해양이 무대인 플랜트
해상풍력 및 해양태양광 플랜트, 해양재생에너지 플랜트, 해양원자력발전 플랜트를 각각 3, 4, 5번째 그룹으로 묶는다. 해상풍력·태양광은 바다 위에 있지만 해수 이외의 에너지를 활용하여 전력을 생산하는 플랜트들이다. 반대로 파도의 운동에너지나 바닷물의 온도 등 해양이 가지고 있는 자체 에너지를 활용해 전력을 생산하는 플랜트를 해양재생에너지 카테고리로 묶는다. 해수의 운동에너지를 활용하는 파력발전, 조수간만의 차이를 활용하는 조력발전, 조류의 흐름으로 전력을 만드는 조류발전, 해수 지표면과 해저의 해수 온도 차이를 이용하는 해수온도차발전 등이 여기에 속한다.
해양원자력발전 플랜트는 보통 소형 원자로를 활용해 전력을 생산한다. 도서 지역의 전력 공급이 주요 목적으로, 최근 소형 원자로의 개발이 가시화되면서 관련 기술을 육상이 아닌 해상에서 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
이어 사람이 바다 위에서 생활하기 위해 만드는 해양거주도시를 포함해 해양에너지섬, 해양 공항 등을 여섯 번째 그룹, 해양 공간 활용 플랜트로 구분한다.
일곱 번째는 해양 광물탐사(자원) 플랜트로, 해양망간단괴와 같이 해저면에 분포된 다양한 해양광물을 탐사하기 위해 만들어진다.
해양원자력발전 플랜트는 보통 소형 원자로를 활용해 전력을 생산한다. 도서 지역의 전력 공급이 주요 목적으로, 최근 소형 원자로의 개발이 가시화되면서 관련 기술을 육상이 아닌 해상에서 적용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
이어 사람이 바다 위에서 생활하기 위해 만드는 해양거주도시를 포함해 해양에너지섬, 해양 공항 등을 여섯 번째 그룹, 해양 공간 활용 플랜트로 구분한다.
일곱 번째는 해양 광물탐사(자원) 플랜트로, 해양망간단괴와 같이 해저면에 분포된 다양한 해양광물을 탐사하기 위해 만들어진다.
국내 최초의 해상풍력 전용 설치선인 ‘현대프론티어호’. 지난 2023년 6월 출항했다.
목적과 형태에 따라 제 모습을 바꾸다
한편 설치 형태에 따라서도 크게 부유식, 반잠수식, 고정식 등으로 나뉜다. 고정식은 연안의 대륙붕에 큰 구조물을 활용해 고정식으로 설치된다. 주로 자원을 탐사, 생산, 저장, 운송하는 플랜트에 적용한다.
반잠수식은 연안과 심해에 동시에 적용이 가능한 형태로 설비의 일부분이 바다에 잠겨 있다. 부유식은 깊은 바다에 위치한 자원을 탐사·생산하는 플랜트에 적용되는 것으로 선박 형태로 구분하는 것이 일반적이다.
이처럼 해양플랜트는 그 목적과 설치 형태에 따라 구분하지만, 또 한편으로는 특정 목적을 위해 다양하게 조합할 수 있다는 특징이 있다. 각각의 명칭은 목적 및 설치에 따라 유동적으로 사용한다.
반잠수식은 연안과 심해에 동시에 적용이 가능한 형태로 설비의 일부분이 바다에 잠겨 있다. 부유식은 깊은 바다에 위치한 자원을 탐사·생산하는 플랜트에 적용되는 것으로 선박 형태로 구분하는 것이 일반적이다.
이처럼 해양플랜트는 그 목적과 설치 형태에 따라 구분하지만, 또 한편으로는 특정 목적을 위해 다양하게 조합할 수 있다는 특징이 있다. 각각의 명칭은 목적 및 설치에 따라 유동적으로 사용한다.
해양플랜트 산업의 화두와 나아갈 방향
최근 해양플랜트 산업의 중요한 이슈는 탄소 규제이다. 탄소의 생성을 최소화하고 석유나 가스 등의 에너지를 확보하는 것이 핵심으로, 이 두 가지 요구를 만족시킬 수 있는 원천 물질 인 수소와 암모니아를 생산하기 위한 미래형 신재생 해양플랜트의 개발이 요구되고 있다.
한편 현재 가장 빠르게 성장하고 있는 분야는 해상풍력이다. 국제에너지기구IEA 보고서에 따르면 해상풍력을 통해 생산하는 전력의 양이 2018년 대비 2040년에는 15배로 증가할 것이라는 예상이다. 해상풍력이 각광받는 이유는 4가지로 정리할 수 있다.
첫째, 해상풍력 자원의 무한함이다. 고정식 또는 부유식 해상풍력발전 플랜트를 이용하면 2040년을 기준으로 전 세계 발전량의 11배를 해상풍력으로 생산할 수 있다. 둘째, 해상풍력의 안정성이다. 신재생에너지를 평가할 때 설비이용률 인덱스를 사용한다. 최고 발전 용량으로 얼마만큼 발전할 수 있는가를 보는 것인데 20%에 불과한 태양광과 달리 육상풍력과 해상풍력은 각각 35%, 50%를 기록했다. 셋째, 해상에 설치되기 때문에 소음이나 경관 등의 불편이 없다. 넷째, 꾸준히 원가가 낮아지고 있다. 2015년부터 2019년까지 해상풍력의 원가가 60% 하락했다는 데이터가 발표된 바 있다.
해상풍력에 대한 기술개발과 동시에 이를 운영하고 유지하는 서비스산업 역시 중요하다. 앞서 언급했지만, 해양플랜트의 경우 초기 설치만큼 운영과 보수가 큰 시장을 형성하고 있다. 이에 노르웨이 국영에너지기업인 에퀴노르 Equinor를 필두로 여러 글로벌 기업이 글로벌 해양풍력 서비스산업에 진출해 있으며 국내 시장까지 점유율을 높이고 있다. 이에 우리 산업계의 적극적인 대응과 함께 관련해 법적인 제도가 뒷받침되어야 관련 산업에서 한국이 위치를 확고히 할 수 있을 것이다.
현재 여러 분야에서 친환경 에너지의 중요성이 강조되고 있다. 이에 따라 기존 강자였던 Oil&Gas 플랜트보다 신재생에너지 플랜트의 성장세가 빨라지고 있다. 변화하는 시장에서 국내 조선해양, 해양플랜트 산업의 경쟁력을 향상하기 위한 노력이 필요한 때다.
한편 현재 가장 빠르게 성장하고 있는 분야는 해상풍력이다. 국제에너지기구IEA 보고서에 따르면 해상풍력을 통해 생산하는 전력의 양이 2018년 대비 2040년에는 15배로 증가할 것이라는 예상이다. 해상풍력이 각광받는 이유는 4가지로 정리할 수 있다.
첫째, 해상풍력 자원의 무한함이다. 고정식 또는 부유식 해상풍력발전 플랜트를 이용하면 2040년을 기준으로 전 세계 발전량의 11배를 해상풍력으로 생산할 수 있다. 둘째, 해상풍력의 안정성이다. 신재생에너지를 평가할 때 설비이용률 인덱스를 사용한다. 최고 발전 용량으로 얼마만큼 발전할 수 있는가를 보는 것인데 20%에 불과한 태양광과 달리 육상풍력과 해상풍력은 각각 35%, 50%를 기록했다. 셋째, 해상에 설치되기 때문에 소음이나 경관 등의 불편이 없다. 넷째, 꾸준히 원가가 낮아지고 있다. 2015년부터 2019년까지 해상풍력의 원가가 60% 하락했다는 데이터가 발표된 바 있다.
해상풍력에 대한 기술개발과 동시에 이를 운영하고 유지하는 서비스산업 역시 중요하다. 앞서 언급했지만, 해양플랜트의 경우 초기 설치만큼 운영과 보수가 큰 시장을 형성하고 있다. 이에 노르웨이 국영에너지기업인 에퀴노르 Equinor를 필두로 여러 글로벌 기업이 글로벌 해양풍력 서비스산업에 진출해 있으며 국내 시장까지 점유율을 높이고 있다. 이에 우리 산업계의 적극적인 대응과 함께 관련해 법적인 제도가 뒷받침되어야 관련 산업에서 한국이 위치를 확고히 할 수 있을 것이다.
현재 여러 분야에서 친환경 에너지의 중요성이 강조되고 있다. 이에 따라 기존 강자였던 Oil&Gas 플랜트보다 신재생에너지 플랜트의 성장세가 빨라지고 있다. 변화하는 시장에서 국내 조선해양, 해양플랜트 산업의 경쟁력을 향상하기 위한 노력이 필요한 때다.
한성종 선박해양플랜트연구소 해양플랜드산업지원센터장
해양에서의 무탄소 가치사슬을 구현하기 위한 해양에너지 (수소/암모니아/메탄올 등)의 공급망 구축과 이를 선박 친환경연료로 활용하기 위한 연구를 진행중이다.
ISO TC67/WG13Oil and gas industries including lower carbon energy 위원으로 활동하고 있다.
ISO TC67/WG13Oil and gas industries including lower carbon energy 위원으로 활동하고 있다.
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