LNG-FPSO 플랜트 해외 경쟁력 확보
최근 LNG 수요증가와 가격상승 추세는 LNG-FPSO 사업에 대한 전망을 한층 밝게하고 있다. 일본 원전사고로 청정에너지에 대한 관심이 고조되는 가운데, 2030년에는 전체 에너지 시장에서 석유와 석탄, 천연가스의 비중이 비슷해질 것으로 전망되고 있다.
또한 LNG 가격이 2018년까지 현재의 3배 수준으로 상승할 것으로 예상되고 2022년부터는 전 세계적으로 LNG 공급이 부족할 것으로 예측되는 것도 해상 가스전 개발 움직임을 활발하게 만드는 요인이 되고 있다.
이와 같은 상황 속에서 해외 오일 메이저와 해양 엔지니어링 업체들은 LNG-FPSO를 이용할 경우 육상에 비해 상대적으로 적은 비용으로 단기간에 중소형 가스전 개발이 가능하다는 점에 주목하고 있다.
더불어 설비를 이동할 수 있고 재사용이 가능해 경제성과 유연성이 높다는 점과 자연파괴와 환경오염을 줄일 수 있다는 점도 LNG-FPSO가 각광받는 이유 가운데 하나다.
특히 LNG-FPSO는 LNG 생산 과정 가운데 생산, 운송, 액화, 저장 및 하역 등 4가지 중간 과정을 대체하고 해상에 따로 떨어진 중소형 가스전을 개발을 할 수 있다는 장점 때문에 LNG-FPSO 관련 시장은 2017년까지 약 280억 달러 규모로 커질 전망이다.
LNG-FPSO는 크게 부유·저장기능을 하는 선체구조(Hull)와 천연가스를 생산, 처리하는 Topside(상부설비)로 구성된다.
Topside에는 가스 액화?처리 설비와 발전 설비, 각종 유틸리티 설비, 플레어 타워, 거주구역, 헬리콥터 이·착륙 시설 등이 갖춰져 있다. 이 같은 설비들이 좁은 공간에 최소한의 중량으로 탑재될 수 있도록 설계ㆍ건조해야 하는 어려움이 있다.
또한 LNG-FPSO를 건조하기 위해서는 천연가스의 해상 액화기술과 극저온 하역기술, 액화 가스 저장용 격납 시스템 제작 기술 등도 개발해야 한다.
선체구조의 설계 및 건조 분야에서는 국내 조선사가 세계 최고 수준의 기술을 보유하고 있는 반면, Topside의 경우는 기술역량이 경험이 전무하기 때문에 LNG-FPSO 상부설비의 설계는 해외 엔지니어링 업체에서 의존해야 하는 바 국내 자체 설계기술 확보가 시급한 실정이다.
이에 ‘LNG플랜트 사업단’ 연구 중 5핵심과제인 ‘LNG-FPSO 설계 및 건설기술개발’ 연구가 현대중공업(주) 김윤춘 상무를 중심으로 진행되고 있다.
이 과제는 100톤·일급 테스트베드 설계, 건조 및 운전, 2 MTPA(Million tonne per annum)급 LNG-FPSO Topside FEED 패키지 개발과 LNG-FPSO 플랜트-화물창 연계기술의 개발을 통해 LNG-FPSO의 독자 설계기술을 확보하고 이를 기반으로 LNG-FPSO 플랜트의 해외 시장에서 경쟁력을 확보하는 것을 목표로 한다.
이러한 목표를 달성하기 위해 크게 3개의 세부과제로 나누어 연구를 수행하며, 1단계-테스트베드 기반 구축, 2단계- LNG-FPSO 상용 설계기술 확보, 3단계- LNG-FPSO 상용화 기술 확보 및 화물창 표준설계를 통해 단계적으로 기술을 확보하고 완성도를 높이는 추진전략을 세우고 있다.
현대중공업을 중심으로 1-1세부과제의 'LNG-FPSO Topside FEED 패키지 개발'의 연구가 진행되고 있으며, 해상환경을 고려해 2핵심과제에서 개발한 육상용 LNG 액화공정을 최적화한 후 이를 바탕으로 2 MTPA급 LNG-FPSO Topside FEED 패키지를 개발하는 연구이다.
이는 가스유전과 해상 운전조건을 고려한 설계 기준 및 원칙으로부터 시작해 개념설계를 근간으로 실제 플랜트를 건설하기 위한 PFD, P&ID 등의 설계도면 및 사양서의 개발을 수행한다.
또한 설치 모듈의 컴팩트화 설계와 Topside 레이아웃 분석을 통해 공간상의 제약을 극복하고, 공간 배치 및 설치의 효율성을 확보한다.
설계의 타당성을 검증하고 안정성을 보장하기 위해서 동특성해석, 신뢰성 및 위험도 분석을 수행할 예정이다. 더불어, 테스트베드의 설계를 지원하며, 계류, 저장 및 하역 시스템을 고려한 선체설계를 수행한다.
최종적으로 도출되는 Topside는 액화효율 90% 이상, 신뢰도 90% 이상, 위험도 10-3·년을 충족시킬 수 있도록 한다.
1-1세부과제는 4핵심과제에서 개발하는 LNG-FPSO Topside 공정 단위기술을 통합하는 성격을 띠고 있기 때문에 유기적인 협조체계를 구축해나갈 것이다.
개발되는 FEED 패키지의 완성도를 높이고자 개발된 FEED 패키지의 검증에 해외 선급이나 엔지니어링 업체를 활용하는 방안을 고려하고 있다.
1-2세부과제는 ‘테스트베드 및 전처리 FEED 설계’를 수행하며, 100 톤·일급 테스트베드 기본 및 상세설계를 수행하고 2 MPTA급 LNG-FPSO의 전처리 공정의 설계를 수행한다. 기존 육상용 LNG플랜트의 테스트베드 건설기술을 활용하고, 선박에 탑재를 고려한 신뢰성 기반의 모듈화설계를 수행한다.
2세부과제는 ‘LNG-FPSO 플랜트 건조기술 개발’로 세부1과제에서 제공하는 데이터를 토대로 100 톤·일급 테스트베드를 건설한다. 이를 통해 설계, 시공능력의 확보 및 검증과 개발 기자재 및 시스템 기술적용, 플랜트 운용 및 유지보수 노하우 확보 등의 LNG-FPSO의 실용화를 설계에 필수적인 데이터를 확보해 상용 FEED 패키지 개발에 활용될 수 있도록 한다.
또한 테스트베드 건설의 경험을 토대로 표준시방, 지침 등의 현장관리 가이드를 개발한다.
3세부과제는 'LNG-FPSO 플랜트-화물창 연계기술 개발‘로 한국형 LNG 화물창(KC-1)의 LNG-FPSO의 적용을 위한 연계기술을 개발하고 화물창 건조자동화 기술을 개발한다.
LNG 화물창의 대형화로 인한 슬로싱 영향과 이로 인한 구조적인 안정성을 평가해 화물창 설계에 반영하고, Topside와의 연계구조 최적화 기술개발을 수행해 2 MTPA급 LNG-FPSO를 위한 설계패키지를 완성한다. 그리고 LNG 화물창의 대형화로 인한 건조비용 및 기간을 단축하기 위해 건조 자동화 시스템 기술을 개발하고 Mock-up테스트를 통해 유효성을 검증한다.
1-2 및 2,3세부과제는, 현재 분리공모 중이거나 추후에 공모할 예정이다.
기대효과
기술적 측면에서는 LNG-FPSO FEED 패키지의 개발을 통해 해외 엔지니어링사의 의뢰 없이, 자체 설계 능력을 확보할 수 있다.
국내 엔지니어링 기술수준의 향상은 발주처의 요구에 능동적으로 대응할 수 있는 설계 유연성을 증가시켜 줄 것이며, 다른 해양플랜트의 설계 기술 개발에 활용될 수 있을 것이다.
사회, 경제적인 측면에서는 LNG-FPSO의 설계 능력을 확보를 통해 신 시장을 창출 및 영업 경쟁력 확보가 가능하다.
또한 LNG-FPSO 플랜트 엔지니어링 기술을 개발함으로써 해외에 설계기술의 수출이 가능해 수익 창출할 수 있다.
그리고 LNG-FPSO의 수주를 통해 외화가득률을 높일 수 있을 뿐만 아니라 생산유발 및 고용유발 등의 산업 후방효과도 기대할 수 있다.
국가 전략적인 측면에서는 지속적으로 높은 기술 수준의 해양플랜트를 개발하고 건조함으로써 해양플랜트 인력의 저변을 확대할 수 있고 해양기술 강국으로서 국가이미지를 높일 수 있다.
활용분야
최종 개발된 LNG-FPSO FEED 패키지를 수주 활동 및 영업 설계에 활용할 수 있다.
국내 공기업, 민간 주도의 해외 가스전 사업권과 연계해 본 FEED 패키지를 적용할 수 있다. 또한 테스트베드 운전 실적과 FEED 개발 실적을 토대로 원격지 중소 가스전을 대상으로 기획, 개발형 건설사업의 모델을 개발 및 적용해 시장 경쟁력을 강화할 수 있다.
또 해외에서 발주하는 LNG-FPSO 프로젝트에 FEED단계에서부터 일정 부분 참여해 개발된 기술을 적용할 수 있다.
[김윤춘 현대중공업 상무(연구책임자)]
“자체 기술로 LNG-FPSO FEED 패키지 완성”
특히, 오일&가스 FPSO의 경우 1999년부터 현재까지 11건의 FPSO의 사업수행 실적이 있고, 세계 시장점유율은 64%(신조기준)로서 기술력을 인정받고 있다.
해양 중, 소형 가스전에 대한 개발의 필요성이 대두하고 있는 현 시점에서, 당사는 LNG-FPSO를 미래를 이끌어갈 핵심 산업으로 인식하고 있으며, 현대중공업의 고유 모델인 Hyundai-FLNG의 개발을 위해 지난해 10월부터 TFT를 구성해 운영 중이다.
가로 355m, 세로 70m, 높이 35m 규모의 2.5 MTPA급 LNG-FPSO pre-FEED를 목표로 하고 있으며, 올해 11월에 설계를 완료할 예정이다.
이번 LNG플랜트 사업단의 기술개발사업에 참여한 것을 계기로 현대중공업가 지난 1년간 고유 모델을 개발해 오면서 축적된 노하우를 계속적으로 활용할 수 있는 기회가 만들어졌다. 이에 따라 국내 자체의 기술로 LNG-FPSO FEED 패키지 완성할 것으로 기대하고 있다.
기존의 오일&가스 FPSO와 비교해 LNG-FPSO의 설계 및 건조를 위해서 추가적으로 기술 개발이 필요한 부분은 해상에서의 액화 및 가스전처리 기술과 해상용 칼럼, 초저온 열교환기, 냉매압축기 등의 장비부문인 것으로 판단하고 있으며, 신뢰성이 있는 설계 데이터의 확보가 최우선 돼야 한다.
이를 위해서 타핵심과제의 연구결과를 적극 활용할 것이며, 국내에서 제한적인 일부 설계 데이터의 경우 해외 엔지니어링 업체와 전략적 제휴를 통해 확보해나가는 방안을 강구하고 있다.
또한 참여연구원을 해양 플랜트에서 10년 이상의 설계 경험을 지닌 전문가로 구성해 설계 패키지로서의 완성도를 높일 것이다.
그 외 설치를 고려한 Topside 모듈화 설계, 하역 가용도 및 슬로싱을 고려한 화물창 설계의 연구도 중점적으로 진행할 예정이다.
연구개발에 많은 어려움이 예상되지만 모든 참여연구원이 적극적인 자세와 도전정신으로 연구개발에 임할 수 있도록 지원할 것이다. 최종적으로는 LNG-FPSO의 국내 독자기술 확보라는 큰 결실을 맺기를 희망하고 이를 통해 LNG플랜트 사업단과 현대중공업이 모두 윈-윈할 수 있도록 노력하겠다.
김윤춘 핵심5과제 연구책임자(주요약력)
□ 현대중공업(주) 상무
□ 58년 8월, 충남 논산 출생
□ 주요 학력
’77년 충남고등학교 졸업
’81년 서울대학교 농공학과(기계전공) 졸업
□ 주요 경력
’84～ (現) 현대중공업(주) 해양사업본부 설계담당 중역
□ 주요 연구 경력
’99～’02 차세대 초전도 핵융합연구장치
토카막 구조 및 진공계통 개발
’02～’04 차세대 초전도 핵융합연구장치
구조물 개발 및 제작
□ 주요 사업 경력
’07～’09 “우주발사체 KSLV-1" 발사대 구축
’08～’09 폴리실리콘 생산 P1 프로젝트
’09～’11 IGD(육상가스플랜트) 프로젝트
’09～’11 USAN FPSO 프로젝트
’10～ Goliat FPSO 프로젝트
’11～ Q204 FPSO 프로젝트