탄소중립을 향한 글로벌 해운 산업의 레드라인은 2030년을 가리키고 있다. 실제로 국제해사기구(IMO)가 지난 2008년 대비 탄소 강도를 40% 이상 줄이겠다는 중기 목표를 세우면서 산업 내 로드맵을 선포한 바 있다. 이는 지금까지 선박 한 척이 내뿜는 배출량만 보는 시대에서, 화물 톤과 항해 거리당 탄소 배출량을 집계하는 ‘탄소집약도지표(CII)’까지 따져 묻는 국면으로 전환된 모양새다.
이러한 양상은 액화천연가스(LNG)·메탄올 등으로 선박의 연료를 바꾸는 것만으로는 부족하다는 우려의 목소리가 나온다. 이는 주 엔진과 보조 엔진, 추진 계통뿐 아니라 공조·펌프·팬·보일러·냉동설비까지. 선박 곳곳에서 전기·열유체가 어떻게 흐르는지 전력·유량 데이터를 통해 정밀하게 드러내야 하는 시대로 돌입했다는 것을 볼 수 있다.
이 과정에서 어떤 장비가 언제 과도하게 가동되고, 어떤 운항 패턴에서 불필요한 소모가 발생하는지 데이터로 도출하는 것이 중요하다. 그렇지 않으면 CII·현존선박에너지효율지수(EEXI) 등 선박 규제 지수 개선할 수 있는 지점 자체를 찾기 어렵다. 연료비와 탄소비용이 동시에 급증하는 상황에서, ‘에너지를 얼마나 쓰느냐’보다는 “어디서 왜 그렇게 쓰고 있는지”를 설명할 수 있어야 한다. 이러한 요구가 현시점 조선·해양 업계 전체에 전파되고 있다.
이런 변화는 에너지·전력·자동화 등 조선 업계의 역할도 바꿔놓고 있다. 이전처럼 개별 장비를 따로 공급하는 수준에서 저압·중압 배전반과 추진 시스템을 통합하는 방향으로 변화를 요구한다는 것이다. 또한 공조, 펌프 제어 등 자동화 설비, 전력 품질 관리, 에너지·운항 데이터 등 인프라를 한데 통합하는 소프트웨어까지 원스톱(One-stop)으로 제안하는 흐름이 뚜렷해졌다.
구체적으로 선박 내 전기실과 엔진룸, 브리지, 육상 관제실 등을 단일 네트워크 단위로 연결한다. 이로써 에너지 흐름을 통째로 설계·모니터링하는 이른바 ‘통합 전력·에너지 관리 시스템’이 조선·해운 시장의 기본 프레임으로 자리 잡는 분위기다. 이러한 움직임은 규제 대응, 연료비, 안전, 유지보수 등 워크플로를 하나의 프로젝트로 통합하는 수요가 커졌다는 뜻이기도 하다.
하승목 슈나이더 일렉트릭 코리아(이하 슈나이더) 파워 시스템즈 사업부 팀장은 이 흐름의 최전선에서 각종 솔루션을 제안하는 현장 담당자다. 지난 5년 동안 국내외 선사를 상대하며 선박 전력·에너지 관리 프로젝트를 수행해 왔다. 그는 “에너지를 절감하고 싶다면 먼저 눈에 보이지 않는 에너지를 숫자로 만들어야 한다”는 언급으로 앞선 트렌드를 한데 정리한다.
전력 미터와 유량계로 사용량을 세밀하게 계측하고, 이를 에너지 관리 소프트웨어 내 사용자 화면(UI)에 구현하는 것. 이러한 데이터를 기관부·브리지·육지 등 모든 이해관계가 한 화면에서 보게 만드는 것, 이 프로세스가 현실적인 대안이라는 설명이다.
규제에서 기술로...CII가 바꾼 선박의 디지털 DNA “보이지 않는 에너지를 숫자로”
하 팀장이 보는 지금의 조선·해양 업계는 규제에서 시작해 기술로 돌아오는 순환 구조에 가깝다. IMO가 제시한 CII·EEXI는 단순히 숫자만 바꾸라는 요구가 아니다. 선박 시스템을 전력화·전기화·자동화하고 데이터 모니터링 역량까지 갖추라는 신호라는 것이 그의 해석이다.
현실적으로 과거처럼 연료를 조금 덜 쓰는 엔진만으로는 규제와 사업을 동시에 만족시키기 어렵다. 또한 선박 전체에서 발생하는 에너지 사용을 정교하게 측정하고 관리하는 능력이 없으면, 탄소 강도 40% 감축이라는 글로벌 목표 자체에 접근하기가 힘들다는 것 또한 그의 분석이다.
그는 이 지점에서 자사 해양(Marine) 포트폴리오를 강조한다. 그는 “전기배전반과 추진 시스템은 선박의 심장과 혈관에 해당하고, 자동화와 전력 품질 관리는 그 혈관을 따라 흐르는 전기의 성격을 다듬는 역할을 한다”고 이해를 도왔다.
이어 “여기에 데이터·소프트웨어가 더해지면서 선박 한 척은 거대한 에너지 데이터 플랫폼으로 성격이 바뀐다”고 역설했다. 하 팀장은 이제 선박은 전기를 생산하고 쓰는 설비에서 벗어나, 에너지 데이터를 모으고 분석해서 의사결정을 내리는 시스템이라고 현 시점 선박의 역할을 정의했다.
이때 슈나이더의 전력·에너지 통합 관리 시스템 ‘그린십 솔루션(Green Ship Solution)'은 장비 단에서 해결책을 제시한다. 고효율 모터, 인버터, 친환경 추진기 등 에너지 효율이 검증된 장비를 통해 선박 내 에너지 낭비 요소를 줄인다. 아울러 인버터 제어와 자동화를 통해 불필요한 공회전과 수작업을 줄이는 데 기여한다. 규제 대응이라는 측면에서 보면, 전력 계통 전반에서 누수가 발생하는 지점을 줄여 연료비와 유지보수 비용까지 함께 관리하는 패키지다.
이어 선박 내 전력 데이터 수집·분석 플랫폼 ‘에코스트럭처 파워 모니터링 엑스퍼트(EcoStruxure Power Monitoring Expert 이하 PME)’는 앞선 하드웨어 부분을 포함해 선박 전체의 에너지 흐름을 통합하는 두뇌 역할을 맡는다. 슈나이더의 개방형 디지털 소프트웨어 플랫폼 ‘에코스트럭처(EcoStruxure)’를 기반으로, 데이터를 실시간으로 수집·분석하는 역할이다.
디지털 보호 계전기·차단기, 전력 미터·센서, 연료유 유량계, 무정전전원공급장치(UPS), 인버터, 발전기, 각종 부하 장비 등에서 나오는 데이터를 통해 전력 흐름을 한눈에 보여준다. 수집된 데이터는 UI에서 전력 사용량, 품질, 계통 상태 등으로 시각화된다. 여기에 엔진룸, 브리지, 육상 관제까지 각자의 역할에 맞는 화면으로 다시 구성된다.
하 팀장은 PME의 가장 큰 강점으로, 전기 흐름뿐만 아니라 물·공기·가스·증기까지 WAGES 전체를 함께 관리하는 능력을 꼽는다. 이때 WAGES는 물(Water)·공기(Air)·가스(Gas)·전기(Electricity)·증기(Steam)를 묶어 부르는 용어로, 선박이 쓰는 주요 자원을 전기와 함께 하나의 에너지 포트폴리오로 관리한다는 뜻이다.
그에 따르면, 이러한 구조 덕분에 연료·운항을 동시에 고려하는 규제에도 보다 직접적으로 대응 가능하다. 하 팀장은 해당 메커니즘과 관련한 기자의 물음에 답했다.
Q. 현장에서 가장 많이 받은 질문은 뭔지.
A. 모니터링만으로 에너지를 어떻게 절감할 수 있느냐는 질문이 많다. 이에 대한 답은 어디에서 어떤 부하가 어느 정도의 에너지를 쓰고 있는지 모르면 절감은 애초에 불가능하다로 수렴한다. 보이지 않는 에너지 사용량을 수치화하고, 그 숫자를 조직 내 모두와 공유해야 회사 차원의 목표 설정이 가능해지고 안정적인 에너지 관리가 시작된다는 메시지다.
Q. 사용자가 그린십·PME를 함께 도입했을 때 도출되는 이점은?
그린십은 선박 내 기존 장비를 고효율 장비로 교체하는 솔루션이라고 보면 쉽다. 여기에 바뀐 장비들이 실제로 어떤 성능을 내고 있는지 끝까지 추적하면서 선박 전체 에너지 흐름을 최적화하는 데 PME이 활약한다.
예를 들어 고효율 모터와 인버터를 새로 설치한 뒤에도 PME로 장비별 성능을 계속 모니터링하면서 운항 조건에 따라 발전기 수를 줄이는 식이다. 또 수리 기간 동안 전력 계통을 재설계해 두세 대 가동되던 발전기를 한 대로 줄이는 시나리오 또한 가능하다. 결국 중요한 것은 특정 장비 하나를 도입하는 것이 아니라, 각 선사의 선종과 운항 조건을 고려해 최소 비용으로 최대 효과를 내는 조합을 찾는 일이다.
데이터가 만드는 선체 효율...CII 개선부터 블랙아웃 예방까지
이 가운데 슈나이더 측은 PME 화면 속 에너지 데이터가 하나의 항해 일지처럼 작동한다고 강조한다. 항차·시간대·시스템 등으로 세분화된 에너지 소비 지표를, 시간의 흐름에 따라 순서대로 관측되거나 기록된 데이터의 집합인 ‘시계열(Time Series)’로 내놓는다.
이러한 과정을 통해 어느 구간에서 냉각 시스템이 과도하게 가동됐는지, 어느 시간대에 불필요한 유휴 부하가 많았는지, 어떤 장비에서 고조파가 심하게 발생하는지를 파악할 수 있다.
하 팀장은 “이런 패턴 분석이 이뤄져야 비로소 CII 등급을 개선할 수 있는 지점이 보인다”고 말했다. 사용자는 이 같은 CII 자동 계산 기능으로 복잡한 계산 과정을 거치지 않고도 등급 변화를 실시간으로 확인하고, 속도 조정이나 항차 변경 같은 전략을 세울 수 있다는 의견도 덧붙였다.
데이터가 실제로 어떤 변화를 만들어냈는지를 보여주는 사례도 적지 않다. 실제로 한 글로벌 해운사는 PME 도입 이후 항해 중 불균형한 부하 분산과 과도한 냉각 시스템 가동을 조기에 감지해 연료 소비를 5~10%가량 줄였다. 이 과정에서 선박 운영자는 발전기와 주요 부하 장비의 운전 상태를 숫자로 확인하면서, 어떤 조합이 가장 효율적인지 객관적으로 판단할 수 있게 된다.
더불어 정전 위험을 사전에 막아낸 사례도 있다. 한 컨테이너선에서는 항해 중 발전기 간 부하 분산이 불균형하게 작동하면서 전력 과부하로 이어질 수 있는 상황이 발생했다. PME는 전력 흐름을 실시간으로 분석해 부하 급증을 경고했다. 이에 기관부는 발전기 운전 조건을 즉시 조정해 정전(Blackout)을 피했다.
이를 통해 해당 현장은 운항 지연이나 화물 손상 없이 항해를 이어갈 수 있었다. 유조선에서는 고조파로 인한 전기 장비 오작동이 반복되던 문제를 PME가 진단해 필터링 장치 교체와 부하 재배치로 해결한 사례도 있다. 하승목 팀장은 이들의 이 같은 경험을 통해 장비 수명 연장과 유지보수 비용 절감으로 자연스럽게 이어졌다고 평가했다.
이와 관련해 하승목 팀장은 “데이터를 보고 나면 기관장과 항해사가 하는 대화도 달라진다”고 의사결정의 변화도 짚었다. 감과 경험에 기대던 작업이 PME 화면 속 숫자와 그래프로 치환된다는 말이다.
여기에 항해 속도와 발전기 운전 전략을 공유하는 과정에서의 변화도 언급했다. 특정 항차의 에너지 사용 패턴과 CII 등급 변화를 근거로 삼기 때문에, 같은 데이터를 두고 공동 의사결정을 내리는 문화가 자리 잡는다는 것이다. 일례로 한 글로벌 해운사는 PME 도입 후 “선박 운영자가 에너지 흐름을 직관적으로 이해하고 즉각 대응할 수 있게 됐다”는 후기를 전했다.
에너지 관리와 안전도 한 덩어리로 묶인다. 전력 설비에서 누설 전류·과전류·이상 전압 같은 징후를 실시간으로 감지해 경고하는 기능은 화재와 정전, 주요 설비 손상을 미리 막는 방어선이다. 여기에 차단기와 주요 설비에 센서를 부착해 상태 데이터를 모으고, 실제 사용·환경 조건에 맞춰 유지보수 시점을 조정하면 시간 기반 정기점검 위주의 구조에서 상태 기반·예측 유지보수로 자연스럽게 넘어간다.
고장이 난 뒤 수리하던 방식에서 “고장이 나기 직전”에 개입하는 방식으로 바뀌면서 블랙아웃 시간과 다운타임이 줄고, 메인 엔진 주변 보기 설비의 가동률과 부품·인력 운용 효율이 함께 올라간다는 것이 그의 설명이다. 연료비뿐 아니라 전 생애주기 관점에서 토털 유지보수 비용을 줄이는 효과로 이어진다는 분석이다.
하 팀장은 실제 현장에서 가장 인상 깊었던 변화에 대한 경험을 회상했다. 그는 “PME가 단순 모니터링 도구가 아니라 선박 운영의 전략적 의사결정을 받쳐주는 솔루션으로 받아들여지기 시작한 것”이라고 말했다. 그러면서 “연료 절감, 안전, 유지보수, 규제 대응 등 요소를 각기 다른 프로젝트가 아니라 하나의 플랫폼에서 통합해 보는 관점이 고객 사이에 자리 잡고 있는 것이 의미 있게 다가왔다”고 덧붙였다.
슈나이더의 선박 통합 플랫폼 전략, 데이터가 흐르는 계층 구조
이 같은 변화를 뒷받침하는 기반이 에코스트럭처 플랫폼 아키텍처다. 제한된 공간, 복잡한 배선, 진동·습기·염분 등에 노출된 선박 환경에서 다양한 제조사 장비를 한 계통으로 통합하는 슈나이더의 개방형·모듈형 통합 소프트웨어 플랫폼이다.
이 환경 안에서 모드버스(Modbus) 및 이더넷(Ethernet) 기반 프로토콜, 국제전기기술위원회(IEC)의 전력 계통 자동화·통신 국제 표준 ‘IEC 61850’ 등 통신 과정을 지원한다. 이는 보호 계전기, 미터, 드라이브, 발전기, 부하 장비 등 기존 전력 계통 및 공간을 바꾸지 않고도 단일 네트워크 안에 통합하는 접근법을 취한다. 이 안에서 에코스트럭처 기반 각 애플리케이션이 각자의 영역의 데이터를 읽고 활용하는 구조다.
구체적으로 장비 단을 다루는 ‘커넥티드 프로덕트(Connected Products)’가 데이터를 만들고, 현장 설비 제어를 담당하는 ‘에지 컨트롤(Edge Control)’이 이를 제어 신호로 연결한다. 이어 ‘애플리케이션·분석·서비스(Apps, Analytics & Services)’가 이 데이터를 분석·시각화해 운영자에게 제공하는 3계층 구조다.
다른 한편, 플랫폼의 사이버 보안은 접근을 허용하기 전에 반드시 검증하는 ‘제로 트러스트(Zero Trust)’ 모델을 바탕으로 한다. 해상 특유의 오프라인·폐쇄망 환경에서도 모든 장비와 사용자를 디지털 인증서로 식별·검증하고, 현장(Local) 인증 서버를 통해 접근 권한을 엄격히 나눈다.
특히 PME와 같은 운영기술(OT) 시스템은 업무망·제어망·감시망으로 분리해 한 영역의 문제가 다른 영역으로 번지지 않도록 한다. 이러한 역할 기반 접근 제어와 로그·이상 행위 분석으로 위험 신호를 추적한다. 이 가운데 IEC 62443 등 국제 규격 기반 보안 체계를 내재화해 규제·보안을 동시에 지원한다는 점이 선사의 요구에 부합한다는 평가다.
규제 대응을 넘어 비즈니스 경쟁력 제고하는 동반자로
IMO 산하 해양환경보호위원회(MEPC)는 선박으로 인한 해양 오염 규제를 심의·채택하는 핵심 위원회다. 지난 2022년 열린 제78차 위원회 회의에서 CII 등 강화된 환경 규제가 구체화된 이후 PME는 신조선뿐 아니라 개조선 프로젝트에도 빠르게 확산됐다.
하승목 팀장은 “초기에는 선박에 처음 도입되는 시스템이라는 인식으로, 산업을 설득하는 데 시간이 걸렸지만, 이후 데이터 정확성과 기술 신뢰성을 바탕으로 다양한 레퍼런스를 축적했다”고 회고했다.
대표적인 사례로 어느 외항사는 PME 도입 효과를 인정해 200척이 넘는 선박에 일괄 도입을 결정하고 선박 설계·건조 시 PME를 표준 사양으로 넣었다. 해당 선사 측은 에너지 사용량이 최대 15%까지 줄었고, 부하 최적화와 정전 예방 기능을 통해 운항 안정성도 함께 개선됐다고 보고했다.
이에 대해 하 팀장은 “연료와 운항 리스크를 동시에 줄일 수 있다는 점이 규제 대응을 넘어 비즈니스 경쟁력으로 연결되고 있다”고 말했다.
그가 느끼는 변화는 현장에서 나오는 질문의 방향에서도 드러난다. 몇 년 전까지만 해도 단골 질문은 ‘모니터링만으로 에너지를 절감할 수 있느냐’였다면, 지금은 ‘우리 선박의 CII 등급을 어떻게 실시간으로 관리·개선할 수 있느냐’라는 물음이 그 자리를 대신하고 있다는 게 그의 설명이다. 이에 대해 하 팀장은 “이제 고객들은 규제 지표를 숫자로 보여주고 운항·투자 전략까지 연결해 줄 에너지 플랫폼을 요구하고 있다”고 언급했다.
PME가 CII를 자동 계산하고 에너지 흐름을 실시간 분석해 등급 개선을 위한 운항 전략 수립에 직접 도움을 주는 도구이기 때문이다. 그는 “데이터를 보여주고 저장하는 기존의 수준을 넘어서, 실제 운항 효율과 규제 대응을 동시에 실현하는 플랫폼이라는 인식이 생태계 사이에 빠르게 자리 잡고 있다”고 강조했다.
단기적으로는 슈나이더가 그리는 그림은 비교적 명확하다. PME를 신조선·개조선 모두에서 ‘표준 에너지 관리 체계’로 자리 잡게 만들고, 선박 유형과 운항 패턴에 맞춘 패키지를 늘려 더 많은 선박이 규제 대응과 운영 효율을 동시에 가져가도록 돕겠다는 청사진이다.
또한 클라우드 기반 원격 모니터링·분석 기능을 강화해 육상에서도 선박 에너지 상태를 실시간으로 관리하는 구조를 갖추는 것 또한 중요한 축이다.
장기적으로 2030년의 글로벌 이니셔티브를 공동으로 달성하는 과정에서, 선박 전 생애주기 에너지 최적화를 수행하는 통합 에너지 생태계를 구축하는 일이다. 이때 고효율 장비, 스마트 센서, 인공지능(AI) 기반 예측 분석, 디지털 트윈(Digital Twin) 등 최신 기술 방법론을 PME와 융합해 설계·건조·운항·유지보수·폐선까지의 과정을 데이터로 연결하는 구상을 계획 중이다.
하승목 팀장은 “슈나이더를 솔루션 공급사에서 조선·해양 산업의 지속 가능한 디지털 전환(DX)을 함께 설계하는 에너지 테크놀로지 파트너로 자리 잡게 하는 것이 목표”라고 했다. 탄소중립을 향한 긴 항해에서 선사와 함께 다음 항로를 그리는 동행자로 남겠다는 포부다.
헬로티 최재규 기자 |
