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미국 전전기 함정인 줌왈트급 구축함 [위키백과 캡처]



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영국 항공모함인 퀸 엘리자베스호





미국의 차세대 스텔스 구축함인 줌왈트급 구축함과 영국 항공모함인 퀸 엘리자베스호. 미국과 영국의 해상 핵심 전력에는 한가지 공통점이 있다. 그것은 자연산 바로 ‘전(全)전기 함정’이라는 점이다.
전전기 함정은 추진체계와 전력자산 모두 전기로 운영된다. 기존 디젤엔진 함정 대비 기동성이 높고 소음이 적어 작전 수행 능력이 우수하다. 뛰어난 장점 덕분에 주요 국가들은 일찌감치 전전기 함정 개발에 나섰다.



미국은 19 서울보증보험 할부회선 89년부터 전전기 함정 기반인 전기 추진 시스템 개발을 시작했다. 1999년에는 필라델피아에 전용 시험소를 구축했다. 영국은 1994년부터 전기 추진 시스템 개발을 진행했다.
우리나라도 뒤늦게 전전기 함정 개발에 나서고 있다. HD현대와 한화가 수주 경쟁을 벌이고 있는 한국형 차기 구축함(KDDX)에는 전기 추진 시스템이 적용될 예정이다. 자동차 복합할부금융 HD현대중공업이 진행한 기본 설계에 따르면 KDDX에는 세계 최초 25㎿(메가와트)급 대용량·고출력 추진 전동기(모터), 탄약 이송 자동화 설비, 자율운항 기술 등이 도입될 계획이다.
문제는 전기 추진 시스템에 필요한 핵심 기술의 국산화 수준이 낮다는 점이다. 핵심 기술 국산화를 위해 팔을 걷어붙이고 있는 기업이 있으니 바로 HD현대다. 학생대출상담



김성준(왼쪽 여덟 번째) HD한국조선해양 대표 등이 전기추진 함정용 고압 추진드라이브 국산화 시제품 실증 성공 이후 기념촬영을 하고 있다. [HD현대 제공]


HD현대 ‘추진 드라이브’ 국산화 속도
전기 추진 시스템은 크게 ▷발전부 ▷배전부 ▷추진 드라이브 ▷추진 모터 등 4개로 구성된다. 발전부는 생산된 전력을 분배하고, 배전부는 전력 전압을 조정한다. 추진 드라이브는 전력 주파수를 조절해 함정 모터 속도를 제어하고, 추진 모터는 전달 받은 전력으로 함정 프로펠러를 회전시킨다. HD현대는 발전부, 배전부 관련 기술을 이미 보유하고 있다.
HD현대가 국산화에 사활을 걸고 있는 기술은 ‘추진 드라이브’다. 향후 전기 추진 시스템 및 전전기 함정 사업자 선정 과정에서 유리한 고지를 선점하기 위한 것이다. 한 방산업계 관계자는 “통상 추진 드라이브 기술을 보유하고 있는 기업이 전체 전기 추진 시스템 공급을 수행한다”고 말했다.
주파수가 불안정할 시 모터에 문제가 발생할 수 있는 만큼 추진 드라이브는 전전기 함정의 작전 수행 능력을 좌우한다. 핵심 기술인 만큼 기술적 난도도 높다. 현재까지 MMC(모듈러 멀티레벨 컨버터) 구조 고압 추진 드라이브 상용화에 성공한 기업은 유럽, 미국 내 2개 회사에 불과하다.



HD현대의 조선 중간 지주사인 HD한국조선해양은 2022년부터 서울대·경북대 연구진과 추진 드라이브 개발에 나섰다. 약 2년 후인 지난해 12월 MMC 구조 고압 추진 드라이브 개발에 성공했다. 국내 조선사 최초로 관련 기술을 확보한 것이다. 최근에는 육상 실증까지 마무리했다.
HD한국조선해양이 MMC 구조의 추진 드라이브를 개발하기로 결정한 이유는 대규모 전력을 안정적으로 조절할 수 있는 시스템을 구축하기 위해서이다. 초고압직류송전(HVDC) 공급망에 사용될 정도로 MMC 기술은 고전압 전력 시스템에 특화했다.
상용화를 이루긴 위해선 여전히 넘어야 할 과제가 많다. 최우선적으로 해상에서의 검증이 통과돼야 한다. 육상에서의 실증 시험에 통과했더라도 기후 환경이 시시각각 변하는 해상에서 성공을 장담할 수 없다. HD한국조선해양이 목표로 하고 있는 상용화 시기는 2027년이다.
HD한국조선해양은 목표를 이루기 위해 한국전기연구원, 한국조선해양기자재연구원, 한국선급, 서울대, 경북대, 한양대, 한국해양대 등과 추가 공동 연구에 나설 계획이다. 김성준 HD한국조선해양 대표는 “상용화에 박차를 가해 국산 기술로 K-해양방산의 글로벌 시장 개척을 주도해 나갈 계획”이라고 강조했다.
한화 전전기 함정 직접 건조
HD한국조선해양 경쟁사인 한화오션도 핵심 기술 국산화에 나서고 있다. 지난해 차세대 구축함 KDDX-S에 적용될 ‘함정 통합전력시스템 제어 및 해석기술’ 과제 수행을 완료한 것이다.
전전기 함정이 고속으로 이동하거나 고출력 전자 무기를 운영할 경우 전력 과부화로 무기를 사용할 수 없는 최악의 사태가 발생할 수 있다. 한화오션이 연구한 기술은 전력의 안정적 배분을 통해 함정의 작전 수행 능력을 극대화한다.
한화오션의 전전기 함정 건조 경험은 추가 기술 개발을 진행할 때 밑거름으로 작용할 전망이다. 한화오션은 현재 건조 중인 3000톤급 잠수함인 장보고-Ⅲ 배치-I에 전기 추진 시스템을 도입하고 있다. 잠수함은 수상함과 달리 공간이 좁아 전기 추진 시스템을 적용하는 것이 까다롭다고 업계는 평가하고 있다. 기술적 어려움에도 한화오션은 추진전동기, 충전발전기, 연료전지체계, 통합플랫폼관리체계 등 국내 업체들이 만든 설비 조합에 성공했다.
전전기 함정 수요는 앞으로 고공행진할 전망이다. 함정 내 설치되는 각종 장비의 첨단화·대형화로 함정의 전력 소모량이 급격히 늘어날 가능성이 크기 때문이다. 전력 자산은 전기로 운영되는 반면 디젤엔진 기반으로 이동이 이뤄질 시 함정이 효율적으로 작전을 수행하기 어려운 만큼 전전기 함정의 개발 필요성은 더욱 커질 수밖에 없다.
다만 전전기 함정 핵심 시스템이 고부가가치 기술인 만큼 국산화율 향상에 오랜 시간이 걸릴 것으로 업계는 분석하고 있다. 최청석 국방기술진흥연구소 연구원은 2023년 발표한 보고서를 통해 “우리나라가 친환경 선박 시장에서의 점유율을 높이기 위해서는 전력변환장치 기술 등이 필수적으로 확보돼야 한다”고 분석했다.
이어 “하지만 우리나라 기술은 생산 위주로 구성돼 있어 장기간 투자가 요구되는 기초 기반 기술은 매우 취약하다”고 지적했다. 한영대 기자