제3절 첨단해양공학기술 창출
(2) 선진국 연구개발 동향
○ 해양에너지 및 항만･해양구조물 기술 개발을 위한 선진기관들의 지속적인 노력이 이뤄 지고 있음
- 유럽해양에너지 연구센터(EMEC), 덴마크공대, 항만공항기술연구소(PARI) 등의 기관이 관련 분야에서 상대적인 두각을 나타내고 있음
[표 4-3-1] 해양에너지 및 항만 해양구조물 기술 개발 부문에 대한 유사 선진기관과의 비교
분야 기관명 최고기술기관 기술수준 KIOST 기술 수준
조류발전 실해역 시험장 건설 및 상용화 기반 구축
유럽해양에너지 연구센터(EMEC)
․조류발전 실해역 시험장을 구축하여 운영 중 (시험성 적서 등 발행 등)
․조류발전 실해역 시험장 적지 선정 및 타당성 조사
․200kW급 능동제어형 조류 발전시스템 설계기술 확보 (70%)
해양에너지 발전단가(LCOE)
절감 기술개발
MAKE ․풍력분야 전문 컨설팅 및 연구기관으로 해상풍력 LCOE 심층 분석
․해상풍력발전 LCOE 분석기법 조사 분석 및 기존 지지구조 형식을 적용한 해상풍력 발전 단지 LCOE 분석
(75%) Technical Univ.
of Denmark, DTU(덴) 항만 해양 구조물
설계 및 유지관리 기술 개발
항만공항기술 연구소(PARI)
․국제 항만 설계코드 (미국, 영국 등)에 PARI 연구성과 반영
․우리나라 항만 설계기준 국 제화를 위한 연구 수행 (80%)
( )안의 값은 최고기술국 대비 KIOST 역량수준
(3) 연구개발 목표
○ 최종목표 : 해양에너지 및 항만․해양구조물 기술 개발을 통한 해양 신재생에너지 산업 및 항만 구조물 산업의 지속가능한 발전에 기여
- (연구개발 목표) 조류발전 실해역 시험장 건설 및 상용화 기반 구축, 해양에너지 발전
[그림 4-3-1] 해양에너지 및 항만 해양구조물 기술 개발 분야 목표체계
[표 4-3-2] 해양에너지 및 항만 해양구조물 기술 개발 분야 중장기 로드맵
연구분야 최종목표 연구분야 단계별 주요 내용
단기(`19～`22) 중기(`23～`27) 장기(`28～`30)
조류발전 실해역 시험장 건설 및
상용화 기반 구축
․4.5MW급 조류발전 실해역 시험장 및 육상 부품시험장 구축 및 운영
․조류발전 실해역 시험장 설계기술 개발
․조류발전 실해역 시험장 구축 및 운영기술 개발
․조류발전 실해역 시험장 구축 및 운영을 통한 조류 발전 산업화 기반 구축, 독립적 운영 방안 수립
해양에너지 발전단가(LCOE)
분석 및 절감 기술개발
․해양에너지(풍력, 조류발전) LCOE 절감을 위한 핵심 설계/시공/유지 관리 기술 개발
․ 해 상 풍 력 발 전 LCOE 분석으로 한국형 LCOE 모 델 정립
․ 해 상 풍 력 발 전 LCOE 절감을 위한 지지구조물 설계/
시공 기술 개발
․해양에너지(풍력, 조류발전) LCOE 절감을 위한 지지 구조물 핵심 설계 /시공 기술 개발
․조류발전시스템 및 10MW급 발전 단지 LCOE 분석
항만 해양 구조물 설계 및
유지관리 기술 개발
․세계적 수준 월파 저감 호안구조물 설계기술 확립
․실험 인프라 구축 ․국내 설계코드에
연구성과 반영 ․해외 설계코드에 연구성과 반영
․항만·해양구조물의 유지관리시스템 구축
․수중코팅재료의 최적배합 선정, 수중코팅장비 설계 및 시제품 제작, 코팅 후 성능평가 기법 개발
․수중코팅장비의 상용화 및 수중 코팅을 이용한 항만·
해양구조물의 유지 관리시스템 개발
․항만·해양구조물 유지관리시스템의 검증 및 운영
[표 4-3-3] 해양에너지 및 항만 해양구조물 기술 개발 분야 추진체계
연구분야 연구방법 국내 외 협력 / 융합전략 등
기관 협력내용
실해역 시험장조류발전 건설 및 상용화
기반 구축
․4.5MW급 계통 연계된 조류 발전시스템 실해역 시험장 구축 및 국제공인 시험기관 인정 획득
․조류발전 부품(블레이드, 드라이브 트레인 등)의 성능 시험설비 구축 및 국제공인 시험기관 인증 획득
조선해양기자재연구원 ․비파괴 검사장비 분야 공동연구 녹색에너지연구원 ․드라이브트레인 장비 분야 공동
연구
EMEC ․해저케이블 선정 등 조류발전 실해역 시험장 구축을 위한 기본계획 및 설계 자료 검토 설계사 및 시공사 ․조류발전 실해역 시험장 설계
및 시공 분야 동동연구
해양에너지 발전단가(LCOE)
분석 및 절감 기술개발
․국내 환경에 맞는 해상풍력/
조류발전 LCOE 프로토타입 모델 개발
․서남해 해상풍력단지 대상 기존 지지구조형식 LCOE
․조류발전단지 대상 LCOE분석
․해양에너지 LCOE 절감용분석 핵심 설계, 시공 기술 개발
에너지경제연구원
(경제성분석 전문기관) ․국내 외 해상풍력발전 및 조류 발전 LCOE 산정 모델 조사 분석
한국전력 등 공기업,
용역사 ․서남해 해상풍력단지 건설사 업 관련 설계/시공자료 확보 학계, 용역사 ․서남해 해상풍력 시범단지 기
존형식/신형식 검토
․조류발전단지 LCOE 분석
항만 해양 구조물 설계 및
유지관리 기술 개발
․수리실험 및 수치모델링을
통한 설계 지침 개발 PARI ․공동워크샵 개최를 통한 기술 교류 및 협력
․코팅제의 내구성능과 코팅 시스템 전반에 대하여 연구 개발 추진 예정
․수심 20m까지 전달 가능한 수중보수시스템 구축
한국기계연구원 ․분사장비 설계 및 개발을 위한 공동연구
서울대학교
건설환경공학부 ․코팅제 성능개선(수중손실저감, 시공성능)을 위한 공동연구 CDIT WAVE ․해양구조물 유지보수관련 일본
최신기술교류
(4) 성과활용 및 기대효과
- 서남해 해상풍력단지 지지구조물 설계 시 가이드라인 제공 및 기술 이전을 통한 산업 육성 - 국가 설계기준에 반영하여 현업에서의 항만방재 구조물 설계에 활용
- 수중코팅제 및 수중코팅시스템 기술이전을 통한 해양신산업 창출
○ 기대효과
- 조류발전시스템의 실해역 성능시험 시 관련 인프라 구축에 소요되는 비용 절감
- 해상풍력 LCOE에 대한 가이드라인 및 LCOE 절감으로 ｢재생에너지 3020 이행계획
｣
달성 기여- 수중코팅제 적용으로 수중손실율을 최소 20% 이하로 저감이 가능하여 연간 500억의 예산절감 효과 기대 (Statista and Mordor Intelligence 2018년 보고서)
(5) 연구예산 및 인력소요
[표 4-3-4] 해양에너지 및 항만 해양구조물 기술 개발 분야 예산 및 인력수요
(단위: 억원, 명)
연구분야 `21 `22 `23 `24 `25 `26 `27 `28 `29 `30 합계 조류발전 실해역
시험장 건설 및 상용화 기반 구축
예산 85 105 10 10 10 10 10 10 10 10 270 인력 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 105 해양에너지
발전단가(LCOE) 분석 및 절감 기술개발
예산 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 38
인력 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 40
항만 해양 구조물 설계 및 유지관리 기술 개발
예산 7 7 8 8 8 9 9 9 9 9 83
인력 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 60
연도별 소요예산 95 115 22 22 22 23 23 23 23 23 391 연도별 소요인력 18 18 18 20 20 21 21 23 23 23 205
2 IoT 기반 해양로봇 및 장기 기술개발
(1) 연구필요성
○ 추진배경
- 해양 환경에 특화된 IoMT(Internet of Maritime Things) 플랫폼 개발을 통해 다차원 해양 빅데이터의 실시간 수집･관리를 실현하고, 안정적인 전력 확보를 위해 해양에 최적화 된 해수배터리 시스템 개발
- 해양 극한 환경에서 작업 수행이 가능한 수중로봇 개발 및 실용화를 지속적으로 추진 하여 해양신산업을 창출하며, 수중 시각 정보 품질 향상을 위한 광학/소나 융합 센싱기술 개발을 통해 고난이도 수중작업 지원
- R&D 사업화 촉진: 해양 R&D 성과물의 활용성 제고 및 사업화 촉진, 기업의 현장적용 실적(Track-Records) 확보를 위한 안정적인 실해역 시험
･평가 시스템 구축
○ 사회․경제적 측면
- IoMT, 해양로봇 핵심기술 개발로 해양과학기술의 4차 산업혁명을 견인하고, 해양 유관 기업에 실용화기술을 이전함으로써 해양 신산업 활성화 지원(일자리 확대)
- 해양 IoT 국내 및 국제 표준화를 선도하여 국가기술 경쟁력 강화
- 해양 장비 시험･평가를 위한 국내 선박 임차 어려움, 높은 임차비용 및 산업체의 요구 사항 미충족 등 해양장비 성능검증･운용을 위한 실수요 충족
○ 과학기술적 측면
- 해양 환경 연구에 ICT 융합기술을 적용하여 새로운 해양과학 연구 방향 제시
- 세계 최초 리튬을 사용하지 않는 해수배터리 상용화 기술 개발로 해양과학 기술의 국제 경쟁력 확보
- 양질의 수중 영상 확보가 어려운 광학 및 소나기술의 한계를 극복할 수 있는 센서 융합 기술 개발 시급
(2) 선진국 연구개발 동향
○ IoT 기반 해양로봇 및 장비 기술개발을 위한 선진기관들의 지속적인 노력이 이뤄지고 있음
- 미국 Ocean Observatories Initiative, 프랑스 Nexans, 일본 JAMSTEC 등의 기관이 관련 분야에서 상대적인 두각을 나타내고 있음
[표 4-3-5] IoT 기반 해양로봇 및 장비 기술개발 부문에 대한 유사 선진기관과의 비교
분야 기관명 최고기술기관 기술수준 KIOST 기술 수준
IoMT 플랫폼 체계
구축 OOI(미) ․해양 과학 연구를 위한 광범위
해양환경 센서 네트워크 구축 ․해양 IoT 네트워크의 이론적 성능 분석 및 운용 기술 개발 중 (60%)
수중건설로봇 핵심기술 개발
Videoray Teledyne blueview
․실시간 비디오영상 화질 개선 기술, 소나영상센서 확보하였으나, 융합센싱 기술은 없음
․실시간 비디오영상 및 소나 활용기술 확보(50%)
Nexans(프) ․트랙형 수중준설로봇인 spider를
개발 및 상용화함 ․중작업용 트랙형 수중로봇 개발 기술 보유(5%)
시험평가선 및해양장비 시험평가체계
구축
JAMSTEC(일)
․4천톤급 시험평가선 2척(요코스카,
카이레이) 운영하고 있음 ․과학조사선(이사부호, 등) 운영 경험 축적되었으나 해양장비 시험평가 운영체계는 미흡 (50%)
( )안의 값은 최고기술국 대비 KIOST 역량수준
(3) 연구개발 목표
○ 최종목표 : IoT 기반 해양로봇 및 장비 기술개발을 통한 해양 신산업 창출로 해양산업의 고용창출 및 지속가능한 발전에 기여
- (연구개발 목표) 해수배터리기반 IoMT(IoMT; Internet of Maritime Things) 플랫폼 테스트 베드개발, 수중영상 융합 기술 개발 및 수중 건설로봇 트랙 레코드 확보, 해양장비 시험 평가를 위한 시험평가선 구축 및 시험평가 체계 확립