배터리·연료전지 결합 확산…연료 절감·탈탄소 동시 대응
설계 기준선 제시 속 전력 운영 방식 변화

ESS를 활용해 운전효율을 높이고 부하 변동 대응 능력을 향상시키기 위한 PS모드의 기능 예시[그림=KR]

선박 전력체계가 기존 발전기 중심 구조에서 벗어나 배터리와 연료전지 등을 결합한 ‘하이브리드 시스템’으로 빠르게 전환되고 있다.

강화되는 환경규제와 연료 효율 요구가 맞물리면서 전력 공급 방식 자체가 구조적으로 재편되고 있다는 분석이다.

관련 업계에 따르면 최근 선박 설계에서는 기존 발전기에 에너지저장장치(ESS)와 연료전지 등 에너지변환장치를 결합하는 방식이 확산되는 추세다.

이 같은 구조는 전력 수요 변동에 대한 대응력을 높이는 동시에 연료 소비와 온실가스 배출을 줄일 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

이런 흐름 속에서 한국선급(KR)은 최근 ‘하이브리드 전력시스템 지침서’를 발간하고 설계 및 운용 기준을 제시했다.

업계에서는 이를 사실상 초기 설계 기준선으로 받아들이는 분위기다.

◆ 발전기 의존 구조 한계...전력 ‘통합 설계’로 전환

하이브리드 전력시스템의 핵심은 단순한 장비 추가가 아니라 ‘전력 통합 운용’에 있다.

기존에는 발전기가 대부분의 전력을 공급했지만 하이브리드 체계에서는 ESS와 연료전지가 함께 전력망에 참여한다.

이에 따라 특정 발전원에 문제가 발생하더라도 다른 전원이 즉시 전력을 공급하는 ‘연속 운전성’ 확보가 설계의 핵심 요소로 떠오르고 있다.

전력 품질 관리 역시 중요성이 커지고 있다. 전압과 주파수 변동이 허용 범위를 벗어날 경우 선내 주요 장비에 영향을 미칠 수 있는 만큼, 설계 단계에서부터 안정적인 전력 품질 유지가 요구된다.

◆무배출·피크절감까지...운전 방식 자체 변화

하이브리드 시스템의 가장 큰 변화는 ‘운전모드’ 개념의 도입이다.

대표적으로 배터리만으로 일정 시간 운항하는 ‘무배출(ZE) 모드’, 발전기 고장 시 즉시 전력을 공급하는 ‘블랙아웃 예방(BP) 모드’, 부하 변동을 대응하는 ‘전력지원(PS) 모드’ 등이 적용되고 있다.

특히 PS 모드는 ▲부하평활 ▲피크절감 ▲동적응답 향상 기능을 포함하며, 전력 수요가 급증하는 상황에서도 추가 발전기 투입 없이 시스템을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.

이런 구조는 기존의 ‘발전기 증설 중심’ 대응 방식에서 벗어나, 배터리를 활용해 전력 변동을 흡수하는 방향으로의 전환을 의미한다.

◆설계·시험 기준 강화...“시스템 통합 역량이 경쟁력”

하이브리드 전력시스템은 구조가 복잡해진 만큼, 설치 후 검증 절차도 강화되고 있다.

다양한 운전모드에서 전력 품질, 자동 기동, 부하 분담 기능 등을 확인해야 하며 무배출 모드에서는 배터리 방전 지속시간과 예비 발전기 자동 기동 여부까지 점검하도록 요구된다.

업계에서는 하이브리드 전력시스템 확산을 단순한 기술 도입이 아닌 ‘전력 패러다임의 전환’으로 보고 있다.

선박 경쟁력이 더 이상 엔진 성능에만 좌우되는 것이 아니라 전력을 얼마나 효율적으로 생산·저장·분배하느냐에 의해 결정된다는 분석이다.

KR 관계자는 “다양한 발전원을 조합해 운용하는 선박이 증가하는 상황에서 안전하고 신뢰성 있는 발전원 운용 기준을 제시하고자 이번 지침서를 발간했다”며 “특히 무배출(ZE) 모드, 블랙아웃 예방(BP) 모드, 전력지원(PS) 모드 등 하이브리드 시스템 고유의 운전모드에 대한 설계 및 시험 요건을 중점적으로 담았다”고 밝혔다.

원문출처: “엔진만으론 부족”…선박 전력, ‘하이브리드’로 전환 < 탄소중립 < 기사본문 - 전기신문