해군 함정용 하이브리드 전기추진

해군 함정용 하이브리드 전기추진

모든 신규 전투함 프로그램은 작전능력, 획득비용 및 총 운영비용의 균형을 주의깊게 달성해야 하지만, 서로 상충되는 요구사항들이 많은 관계로 단번에 최적의 우수한 설계를 진행하기에 어려움이 있습니다. 롤스로이스의 리처드 패트리지(Richard Partridge) 해군시스템 책임자는, 하이브리드 전기추진의 이점 및 이를 통한 비용과 함운용 작전 성능의 균형이 어떻게 이루어지는지 견해를 공유하였습니다.

모든 신규 전투함 프로그램은 작전능력, 획득비용 및 총 운영비용의 균형을 주의깊게 달성해야 하지만, 서로 상충되는 요구사항들이 많은 관계로 단번에 최적의 우수한 설계를 진행하기에 어려움이 있습니다. 롤스로이스의 리처드 패트리지(Richard Partridge) 해군시스템 책임자는, 하이브리드 전기추진의 이점 및 이를 통한 비용과 함운용 작전 성능의 균형이 어떻게 이루어지는지 견해를 공유하였습니다.

동력 및 추진체계 설계가 함정의 성능, 작전 능력 그리고 함정 운용 수명 전반에 걸친 비용에 영향을 미치지만, 현명하게만 구성된다면 경쟁적 추진체계 설계가 결정적 승리 요인으로 바뀔 수 있습니다.

지난 15년간 전세계 해군 함정 엔지니어링 분야에서 떠오른 거시적 추세는 점진적으로 증가하는 전기부하 수요 및 집중적 경제성 논리에 따라 ‘전기화’ 추진으로의 급격한 전환이 이루어졌다는 것입니다. 통합전기추진 및 하이브리드 전기추진 체계는 1990년대 이후 영국 해군의 Type 23 ASW(대잠전) 호위함과 이후 현대식 호위함 프로그램에서 그 가치가 실증되고 있습니다. 여기에는 영국 해군의 Type 26, 독일 해군의 F125, 스페인 해군의 F110, 이탈리아 및 프랑스 해군의 FREMM, 대한민국 해군의 FFX-II 호위함, 그리고 핀란드 해군의 SQ2020 호위함 프로그램이 포함됩니다.

각국 해군의 철저한 평가를 통해 이러한 모든 프로그램들은 하이브리드 전기추진 옵션의 위험을 제거하는데 기여하였는데, 엄격한 생존성 요구사항을 충족하면서도 단일 가스터빈 엔진이 주추진 장치로 탑재되었습니다. 주목할 만한 점은 단일 가스터빈 엔진이 세계적 수준의 해군용 추진시스템으로서 가장 경제적이면서 생존성 및 중복성 문제에 대한 해결책으로 새로운 지평을 열었다는 점입니다.

왜 전세계 해군들이 미래의 호위함 프로그램에 하이브리드 전기추진 솔루션을 채택하고 있을까? 우선 전투함 선체 설계와 작전 함운용에 최적화된 - 상대적으로 간결하지만 유연성을 가지고 있는 디젤발전-전기추진 전동기 또는 가스터빈을 혼용 운용하는 CODLOG (COmbined Diesel eLectric Or Gas) 추진체계의 주동력으로서, 낮은 리스크와 (선급 표준으로) 신뢰성이 입증된 36~40MW 가스터빈 엔진을 즉시 가용할 수 있다는 점입니다.

롤스로이스 MT30과 같이 외기온도 섭씨 약 38도(화씨 100도)에서 36MW 또는 40MW의 출력을 낼 수 있는 매우 신뢰성 높은 단일 가스터빈 엔진을 탑재한 하이브리드 전기추진 추진체계 방식의 전형적인 유도미사일 탑재 호위함의 경우, 수 분 내 함정을 전속력에 도달 시키면서 동시에 최대 선내 서비스 부하 및 미션 시스템 요구 부하 충족을 위한 출력을 유지시킵니다. 무장 및 센서 기술의 급격한 변화를 고려하여, 탑재될 발전시스템에 관한 결정은 현대 전투함에서 요구되는 높은 수준의 신뢰성과 가용성, 그리고 생존성을 지원하면서도, 미래 성장에 대한 적응성을 동시에 포함해야 합니다.

하이브리드 전기추진 체계에 따르는 기타 특성들은 다음과 같습니다.

획기적인 음향신호 관리

하이브리드 구동 시스템은 극도로 조용한데, 이는 주 감속 기어박스와 분리된 전기모터를 사용하기 때문입니다. 이는 놀랍게도 조용한 기계장비실 상태를 제공하고 수중 작전 장비 시스템 및 대잠전 관련 기타 미션 시스템의 성능을 극대화하는 환경을 조성합니다.

필수 공간 확충 및 경량화

보다 단순한 흡입구 및 배기구와 함께, 적은 수량의 엔진과 보조시스템 탑재를 통해 더 많은 연료 탑재량 및 수직발사체계(Vertical Launch System, VLS)와 같은 미션 시스템을 구축할 수 있습니다.

승조원 거주를 위한 추가 공간

단일 가스터빈 하이브리드 구조를 통해 추가적인 승조원 거주공간 확보, 함정의 전체 길이 축소 및 주어진 작전 요구 능력을 감당할 수 있는 비용 적합성을 향상시킬 수 있습니다.

작전 가용 항속거리 향상

주어진 탑재 연료량으로 한계(및 목표) 작전 항속거리를 충족 및 초과하기 위해 순항속도(~16노트) 및 그 이하에서 가변 또는 고정피치 프로펠러와 함께 더 높은 시스템 효율을 제공하는 디젤발전-추진전동기를 사용하는 하이브리드 추진 방식이 사용됩니다. 통상적인 호위함의 함운용 작전 운용시간을 이용한 시뮬레이션 모델링에서36~40MW 단일 MT30 가스터빈을 탑재한 CODLOG 추진체계가 전통적인 CODOG 추진체계에 비해 2~3%의 연료소모 절감을 달성된다는 점도 주목해야 합니다.

전기 발전 유연성

함정의 (최고 속력인) 27노트 항해시 추진모터를 동력인출(PTO) 모드로 사용하여 (함정에) 설치된 발전 용량을 최대 18MW까지 가용할 수 있도록 함정 발전 전력 시스템의 잠재적 운용 유연성을 제공할 수 있습니다

이는 획기적인 추진 및 전투능력을 상징하며, 미래의 지향성 에너지 무기 탑재 가능성을 감안 시 놀라운 경쟁력을 갖추고 있습니다.

마지막으로, 이 장비는 간결하고 입증된 엔지니어링 장비 구성입니다. - 36~40MW의 가스터빈은CODLAG 형태의 경우와 같이 전기적 시스템 및 기계식 시스템이 출력을 공유할 필요가 없는 기본적으로 간결한 CODLOG 형태를 위한 핵심수단으로 볼 수 있습니다.