“ 해양 천연가스 개발 부유식 LNG-FPSO 설계 기준을 정립하다”
LNG-FPSO는 액화천연가스 생산설비와 액화설비 그리고 저장설비를 모두 갖추어 해상에서 액화천연가스를 생산한 뒤 저장하고 있다가 LNG운반선에 액화 상태로 옮겨 실을 수 있는 대형 특수선박이다. 육상 LNG 발전에 비해 비용이 적게 들며 설비를 이동할 수 있어 유연성이 높고, LNG운반선보다 4배의 고부가가치를 갖는 복합선박으로 세계 1위 조선해양국인 우리나라의 새로운 성장동력이 될 수 있는 분야이다. 현대중공업㈜에서는 LNG플랜트사업단 연구를 통해 LNG-FPSO에서 우리나라의 취약부분이며 부가가치가 가장 높은 Topside 설계기술을 개발하였으며, 본 기술결과는 LNG-FPSO 프로젝트 수주에 있어 기술 경쟁력을 더욱 공고히 하고 LNG-FPSO 설계에서 참여비중을 차츰 늘려감으로써 국부 창출과 국내 산업 활성화를 이끌어 낼 것으로 기대된다.
2008년 BP의 예측에 따르면, 석유 사용량은 점차 떨어지는 것에 반해 가스 사용량은 점차적으로 증가하여 2030년경에는 가스, 석유, 석탄의 사용 비중이 비슷해질 것으로 예측되고 있다. 이는 세계 여러 나라의 국민소득이 증가하게 되면서 사용이 간편한 연료인 천연가스에 대한 선호도, 즉 편리성의 상대가치가 증가할 것이라는 점과 현재 지구온난화 방지를 위한 기후변화협약의 추진으로 직접적인 환경규제가 강화될 것이라는 점 때문이다. 이에 따라 LNG의 수요 자체도 점차적으로 증가하고 있으며, 해외 오일 메이저와 해양 엔지니어링 업체들은 LNG-FPSO를 이용한 중소형 가스전 개발(매장량 1~5Tcf, 1Tcf = 1조m3)에 주목하고 있다. 이는 LNG-FPSO가 육상 LNG 플랜트에 비해 상대적으로 비용이 적게 들고, 설비를 이동할 수 있어 재사용이 가능해 경제성과 유연성이 높다는 장점이 있기 때문이다. 또한, 육상 액화플랜트 건설 시 발생하는 자연파괴와 환경오염을 최소화하고, 지역 주민반대의 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 떠오르고 있다.
LNG-FPSO는 크게 부유, 저장 기능을 하는 선체구조(Hull)와 천연가스를 생산, 처리하는 Topside(상부설비)로 구성된다. Topside에는 가스 액화 처리 설비와 발전 설비, 각종 유틸리티 설비, 플레어 타워, 거주구역 등이 갖춰져 있다. Topside는 설비들을 제한된 해상 플랫폼 공간에 최소한의 중량으로 탑재될 수 있도록 설계해야 하는 어려움이 존재한다. LNG-FPSO를 건조하기 위해서는 천연가스의 해상 액화기술과 극저온 하역기술, 액화 가스 저장용 격납 시스템 제작 기술 등도 개발해야 하지만, 해당 기술에 대한 선진 업체들의 기술 특허를 피해야 하기 때문에 기술 개발이 쉽지 않은 상황이다. 국내의 조선사의 경우 Hull 설계에 있어서는 세계 최고 수준의 설계 경험을 보유하고 있고, 해양플랜트의 경우에도 다수의 실적을 보유하고 있으며, 이에 따라 국내 조선사가 LNG-FPSO 프로젝트를 수주하거나 FEED를 하는 데 주도적으로 참여하고 있다. 다만, Topside 설계의 대부분을 선진 엔지니어링사인 Technip, Saipem, KBR에 의존하고 있는 실정으로 이익 창출의 대부분을 해외 선진 엔지니어링사가 독점하고 있다. 본 연구에서는 이같은 문제를 해결하기 위해, 국내 조선사 및 엔지니어링사의 한계가 되는 LNG-FPSO Topside의 설계기술을 확보하고, 이를 바탕으로 상용급 LNG-FPSO FEED 패키지를 개발하고자 하였다. 본 연구는 채굴 가능성이 있는 해양가스전을 대상으로 가스전 및 해양조건을 고려한 설계기준을 정립하고 이를 바탕으로 전처리 및 액화공정의 Topside 플랜트 설계기술, Topside 공정과의 연계와 LNG 저장탱크(CCS)의 설치를 고려한 Hull 설계기술을 개발하는 것을 목표로 하고 있다. 이에 따라 상용급 LNG-FPSO 설계 기준 정립, Cargo Handling System과 유틸리티 시스템의 공정 확정, Hull 핵심 도면 작성(General Arrangement, Capacity Plan 등), 공정 흐름도(Process Flow Diagram) 작성, Hull 초기 3D 모델링 수행의 연구가 진행되었다. 현재는 배관 및 계기도(Piping and Instrument Diagram) 수준의 공정설계를 구체화하고 있으며, 이의 후속작업으로 Topside 모듈설계 및 배치, 안전설계, 구조해석, Topside와 Hull의 Interface 설계를 진행할 예정이다. 더불어 핵심4과제에서 개발하고 있는 위험도 평가기술을 적용하여 최종적으로는 상용급(2.5 MTPA급) LNG-FPSO FEED 패키지를 완성할 예정이다.
LNG-FPSO의 FEED 패키지를 개발해 Topside에 대한 자체 엔지니어링 능력을 확보할 수 있으며, 특히 액화공정을 포함하는 LNG-FPSO의 주요 핵심공정을 개발해 상당 수준의 기술 노하우를 확보하였다. 이에 따라 국내 엔지니어링 기술 수준이 향상되고 발주처의 요구에 능동적으로 대응할 수 있는 설계 유연성이 증가할 것으로 전망된다. 시장 측면에서 LNG-FPSO Topside 엔지니어링 기술을 확보해 신시장을 창출하고 영업 경쟁력을 높임으로써 이를 통한 수익 창출의 효과가 기대되며(연간 136.8억 달러), 더 나아가 국가적 에너지원인 LNG를 안정적으로 확보하고 국내기업의 해외 자원개발을 촉진하는 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대한다.
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