환경을 지키는 'Danfoss', 조선분야 진출!
2000년도부터 조금씩, 그리고 꾸준히 분야가 확장되고 있는 선박용 AC드라이브! 특히 IMO 2020 환경규제에 따라 그 사용이 증가하는 추세입니다. 선박의 추진을 위한 전기 모터의 도입이 증가하면서, 모터를 효율적이고 안전하게 제어할 수 있는 모터 드라이브가 주목받고 있는데요, 그래서 학생기자단은 Danfoss의 드라이브 사업부 류동영 상무님을 인터뷰하여 댄포스의 드라이브 사업부와 관련 사업, 그리고 간단한 기술소개를 해드리려고 합니다.
<왼쪽부터 권은혜 차장님, 류동영 본부장님, 현여진 학생기자, 진영우 학생기자>
인터뷰에 응해주셔서 감사합니다. 간단한 본인 소개 부탁드립니다.
안녕하십니까? 댄포스코리아 주식회사의 드라이브 사업부 본부장 류동영입니다. 85학번으로 인하대학교 선박해양공학과를 졸업했으며 이후 한국해양대학교 산업대학원에서 메카트로닉스 관련 석사 학위를 받았습니다. 후에 다국적 기업인 ABB에서 15년간 전기 추진 및 전장품 기술영업을 하던 중 전기 추진의 핵심인 드라이브(주파수 변환기)를 활용한 해양에의 적용에 대해 시장 조사를 하게 되었습니다. 이 기간 중 향후 선박 시장에서 드라이브 시장 규모 및 전망을 알게 되었고 때마침 댄포스(전 Vacon)에서 입사 제의가 와 입사하게 되었습니다. 2017년까지는 드라이브 사업부 내 선박 영업을 담당하였으나 2018년 이후, 댄포스 코리아의 네 개 사업부(Cooling, Drives, Heating, Power Solutions) 중 드라이브 사업부를 총괄하는 사업 본부장을 맡게 되었습니다. 저의 목표는 선박 시장을 포함한 한국 내 전체 드라이브 시장 점유율을 외국계 업체 중 1위를 하는 것이고 선박 분야에서의 목표는 현재 정부가 추진하고 있는 친환경 선박 추진 시스템에 당사 드라이브 시스템을 공급하는 것입니다.
Danfoss에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.
댄포스(Danfoss)에는 Cooling 사업부, Heating 사업부, Power solutions 사업부, 마지막으로 제가 속해 있는 Drives 사업부까지 총 네 가지 사업부가 있습니다. 덴마크의 본사를 두고 전세계 100개국에서 세일즈 및 서비스 지사를 운영중이며 28,000여명의 임직원이 근무를 하고있습니다. 또한, 20개국에 위치한 71개의 공장과 자체 R&D센터를 운영하고 있으며, 에너지 솔루션 기술 개발에 지속적 투자 및 관련 업계 기업 인수를 통하여, 혁신적이고 신뢰성 있는 솔루션으로 시장을 선도해가는 에너지 효율 솔루션 전문기업입니다.
글로벌 기업의 특색이나 Danfoss만의 자랑이 있나요?
글로벌 기업만의 특색이라 한정 지을 수는 없으나 댄포스는 수직적 조직과 수평적 조직이 융합된 Matrix 조직으로 구성이 되어 보고 라인이 두 개 이상인 것이 특징입니다. 이에 따라 수평/수직 조직 간의 유기적인 소통을 필요로 합니다.
댄포스만의 자랑이 있다면 4개 사업부의 전 세계 시장점유율이 1위 내지는 2위를 지난 몇 년 간 지키고 있으며 비상장 개인 소유 기업으로 튼튼한 재무구조를 바탕으로 지속적인 인수합병을 통해 회사의 포트폴리오 및 규모를 키우고 있습니다. 회사 분위기는 또한 다른 회사들에 비해 비교적 투명하고 비권위주의적이며 직원을 존중하는 편입니다. 직원 중 여성의 비율은 대략 35% 이상입니다.
Danfoss의 조선해양 분야가 궁금합니다.
조선해양 분야에 대한 구분을 선박 건조 뿐만 아니라 기자재 생산까지 포함한다면 아시아에서 조선해양 산업을 다루는 지사는 중국, 한국, 싱가포르에 있습니다. 독자적으로 선박 건조는 하고 있지 않으며 선박 추진에 사용되는 드라이브를 파트너사를 통해 납품하고 있습니다. 한국 내 조선소와의 협력으로는 파트너사를 통한 대우조선해양과의 협약이 이루어지고 있으며 이는 우리 회사의 축발전기 시스템의 개발 및 판매에 대한 내용을 담고 있습니다. 다른 조선소와의 별도의 협약은 없습니다.
Drives 사업부에 대한 간단한 소개 부탁드립니다.
Danfoss의 드라이브 사업부는 전기 모터의 가변 속도 제어 분야에서 최적의 공정 제어 및 에너지 효율을 제공하는 부서입니다. 전기 모터 및 주요 산업 부문에는 HVAC, 조선 및 해양, 리프트 및 엘리베이터가 포함됩니다.
Drive라는 것이 약간 생소하게 들리는데, 어떤 것인지 간단하게 알려주실 수 있나요?
드라이브란, 전기 모터의 전력 공급을 제어할 수 있는 부품입니다. 속도 조절 가능 드라이브, 주파수 변환기, 가변 주파수 드라이브, 가변속 드라이브, 주파수 변환기, 인버터 및 전력 컨버터와 같은 다양한 이름으로도 알려져 있습니다. AC 드라이브는 일정한 주파수로 들어오는 교류를 원하는 가변 주파수의 교류로 변환시켜주는 역할을 담당합니다. 이를 통해서 전기 모터의 전력 공급을 제어하고 일반적으로 소비 에너지의 15-40% 절감할 수 있습니다.
초기에 냉동기 관련 회사였다고 알고 있는데요, 어떻게 조선분야까지 확장이 되었는지 그 흐름을 알 수 있을까요?
전자산업이 발달하기 시작한 60년대 Drive의 시장성에 R&D를 시작으로 연료절감 및 친환경의 요구에 발맞추어 2000년 전후로 조선에 진출하게 되었고, 2015년 조선에 강한 Vacon이란 핀란드 기업의 인수로 본격적으로 Drive의 선박 시장을 더욱더 공략하게 되었습니다. 2009년도에는 세계 최초로 캐나다의 ACA(Aspin Camp Associate)이 설계한 Hybrid 전기 추진 System에 Drive를 납품하기 시작하였고 특허가 풀린 후 2015년 이후로 여러 다른 System Integrator사 들로부터 Drive system을 납품하여 Hybrid 및 전기 추진 시스템의 보편화에 기여했다고 볼 수 있습니다. 또한 IMO2020의 영향으로 NOX/SOX 가스를 줄이기 위한 장비들(Scrubber/Shaft generator)에 대한 수요가 많아져 2019년 40% 성장의 일등 공신이 되었습니다. 앞으로는 Shaft generator 용 Drive 시장의 성장으로 상당한 매출 증대가 기대됩니다.
한국 조선소와 어떻게 협력을 하고, 또 어떤 프로젝트를 진행 중인지 알 수 있을까요?
주로 엔지니어링을 하는 System integrator을 통해 국내외로 진행하며 국내는 한국선급협회 연구소와 협업으로 연구를 진행하고 있습니다.
2014년 이후 현재까지 해양경찰청에서 발주한 1500톤 3000톤 5000톤 등 1000톤 이상의 모든 경비함에 하이브리드 전기추진용 Drive system을 독보적으로 납품해오고 있습니다.
또한 한국해양연구원의 “이사부호”선에 국내 최초로 Diesel 전기 추진 드라이브 시스템 엔지니어링 및 시운전을 직접 국내직원들로 진행하였고 2016년에는 국립수산과학원의 탐구 22호선에 이 역시 하이브리드 추진 시스템을 국내 최초로 한국 내 직원들과 진행하였습니다. 올해부터 대우조선해양에서 건조하는 선박 중 Hybrid 추진선박이 있다면 우선적으로 납품하게 됩니다.
AC 드라이브에 대해서
AC 드라이브는 무엇일까요?
AC 드라이브의 하드웨어 구성은 크게 정류기(Rectifier), Inverter, Capacity로 구성되어 있습니다. AC 드라이브의 역할은 Constant frequency의 AC 전류가 들어오면 DC로 변환한 뒤 PWM(Pulse Width Modulate, 변조폭)을 조절하여 원하는 파형을 만들어 주는 것입니다. AC 전류를 바로 변환하면, 성능도 좋지 않고 여러 제약이 생기므로 DC 전류로 바꿔서 변조폭을 변경한 뒤 Integration을 통해서 파형을 조절합니다.
p는 폴수(number of poles)로 고정되어 있는 값이고, n은 동기속도(Synchronous)입니다. 따라서 속도를 변화시키려면 주파수 f의 조절이 필요합니다. 정류기 소자 (스위칭 소자, IGVT 소자)를 전기를 반대로도 보내려고 한다면 단방향 소자 대신 양방향 소자가 필요합니다. 따라서 똑같은 하드웨어를 써야 합니다. 전기를 반대로 보내는 대표적인 원인은 축발전기 때문입니다. 발전기로도 쓰려면 양방향 소자를 사용해야 작동할 수 있습니다. 이것을 앞의 소자를 양방향 소자를 사용했다는 의미로 Active Front End Drive라고 부릅니다.
AC드라이브를 사용할 경우 어떤 장점이 있을까요?
1) 에너지 절약
2) 가감속 control
3) Contactor 없이 역회전 가능
4) Process control
5) Super soft starting
6) Power control 기능으로 발전기 blackout 방지
7) Torque control으로 임의적으로 부하 조정
8) 전력 공급용(Grid converter)
AC드라이브의 Interface Control unit에 대해 알아볼까요?
주파수 f는 전류와 전압으로 구성되어 있으므로, 이것을 수식화 시켜 애플리케이션 소프트웨어를 만들고, 이것을 Control 하기 위해서 외부 인터페이스용 카드를 통해 외부에서 신호를 받아옵니다. 이러한 외부 Interface와 Control unit의 결합을 통해서 편리하고 상황에 맞춰 조절할 수 있습니다. 각각의 상황에 따른 작동을 설계해 나가는 기술이 핵심 기술입니다.
전기추진선박이란 무엇일까요? 그리고 전기추진선박에 사용되는 시스템은 어떠한 것들이 있을까요?
Electric propulsion 중 Diesel electric propulsion은, 발전기가 디젤 엔진을 통해서 발전하여 나온 전기를 가지고 추진을 하는 선박입니다. 여러 개의 엔진이 메인 엔진과 같이 발전기 역할을 하면 하이브리드(Energy Source 가 두 개 이상인 선박), DC에 배터리를 연결하거나 전부 다 배터리로 교체하면 Full electronic이라고 합니다.
여기에 사용되는 Grid converter System은 선박 및 해양 구조물의 발전 및 배전시스템에 또 하나의 발전 시스템을 단독, 내지는 병렬로 공급하기 위해 사용되는 Frequency Converter 시스템입니다.
디젤 전기추진선박은 속도에 따라서 발전기의 작동 개수를 조절하는 방법을 통해 에너지를 절약하고, 기본적으로 디젤 추진 방식이기 때문에 NOX와 SOX가 적게 배출됩니다.
여기서 프로펠러는 주로 Pitch를 control 하여 최적의 각을 찾아 운항하는 CPP 프로펠러를 사용합니다. 그리고 이 프로펠러와 연동하여, 프로펠러에서 남는 에너지를 모터로 보내어 Hybrid Propulsion 시스템을 구축합니다.
Power control module
선박이 운항할 때에는 여러 악조건을 만날 수 있는데요, 선박이 천천히 운항할 때 파도가 세게 치거나, 프로펠러가 수면 위에 올라갔다 떨어지면 전동기의 부하는 굉장히 불안정해집니다. 선박의 부하는 전류 값으로 도출되는데, 전류 값이 급격하게 높아지면 발전기의 전류 값도 급격 높아지고, 그렇게 되면 에너지를 많이 빼앗아 가게 됩니다. 그 결과 전압 드롭(전압 강하)이 생기고 배에 블랙아웃 현상을 일으킵니다.
해양 경찰청의 경비함은 급변하는 전류로 인해 고장이 잦아 DANFOSS의 드라이브 사업부를 찾았다고 합니다. 그리고 Danfoss는 기존에 사용했던 Soft starter 대신 이 Power control module을 사용함으로써 문제를 해결했습니다. 그 후 해양경찰청의 경비함에는 모두 Danfoss의 Drive가 사용된다고 합니다.
Torque * RPM = Power에서 Torque는 전류값과 연관이 되어있기 때문에, 전류값이 커지면 Power을 일정하게 유지시키기 위해서 RPM을 떨어뜨립니다. 이것이 기본 원리입니다.
이것을 사용한 대표적인 선박은 극지를 항해하는 ‘아라온호’입니다. ‘아라온호’에서 얼음을 깨면 깨진 얼음의 잔해들이 Propeller을 때리게 되기 때문에 부하가 굉장히 큰 폭으로 변합니다. 그렇게 되면 Torque의 값이 급변하고 이에 따라 발전기가 Black out이 되는 상황에까지 이르게 됩니다. 삽시간에 얼음이 다시 얼면 얼음 사이에 갇히는 중대사고가 발생하게 되는 것입니다.
또한 엔진의 특성상 운항을 시작할 때 Torque는 RPM과 함께 서서히 증가합니다. 즉 RPM이 일정하지 않으면 Torque가 나오지 않는다는 뜻입니다. 하지만 전동기에서는 RPM이 0일 때 최대의 Torque가 발생하는 것이 장점입니다. 이러한 선박들은 유럽에서 많이 짓고 있는데, 최근에는 연안에서 운항하는 여객선에서 디젤 발전기 대신 배터리로 운영한다는 것이 예전과의 차이라고 합니다.
또한 최근 수요가 증가하고 있는 Shaft generator Motor(SGM) 은 선박의 다양한 운항에서의 변동을 제공해 줍니다. 선박의 속도에 따라 엔진의 작동을 다양한 모드를 통해 조절하여 최적의 효율로 운항할 수 있도록 하는 장치입니다.
이 Shaft generator을 적용하면, 연료가 절감되며 친환경적이고, 주 엔진의 최적 운전을 가능하게 하기 때문에 유지 보수비가 감소합니다.
또한 PTI Boosting 기능으로 주 엔진 사이즈 최적화가 가능하며 저속 시 연료를 절감하고 추진 시스템의 다중화를 가능하게 합니다.
다양한 모터를 사용할 수 있고 Local engineering으로 Grid converter 외 기타 국내 장비를 사용할 수 있기 때문에 Package 주문 보다 비용이 절감되면서도 Compact한 사이즈를 자랑하는 것이 장점입니다.
댄포스의 채용 기준이 궁금합니다.
본 사는 학과와 무관하게 개인의 능력만을 기준으로 보며 특히 언어능력을 중요시합니다. 대부분의 경우 학사 과정을 마친 경력직 사원을 채용하고 있습니다. 드라이브 사업부에서는 기본적으로 전기공학과 전자공학 전공자를 뽑고 있으나 조선해양공학과를 전공하면서도 개인적으로 관련 역량을 키워 전기나 전자 분야에도 능력이 있는 사람이라면 채용에 학과 이름이 미치는 영향은 없습니다. 드라이브 사업부를 제외한 나머지 세 사업부에서는 기계 전공자들을 주로 뽑고 있으나 이도 마찬가지로 개인의 역량이 중요할 뿐 전공은 채용의 기준이 되지 않습니다.
조선해양공학을 공부하는 후배들에게 전하고 싶은 말
저의 대학시절 중, 조선 경기가 어려운 적이 있었고 선배님 중 한 분이 다른 분야도 고려해 보는 것이 나쁘지 않다는 말씀을 하셨습니다만 자신이 없어 그 말씀을 그냥 흘려보낸 적이 있습니다. 지금에 와 생각하건대 본인의 적성에 맞고 흥미가 있다면 전공을 살리는 쪽으로 정진하는 것도 나쁘지 않으나 전공과 유사하지만 아직까지는 학교에서 잘 다루지 않는 친환경 전기 추진 선박에 관련하여 공부하는 것도 나쁘지 않다고 여깁니다. 최근에는 관련 자료에 접할 수 있는 방법이 다양하여 자신감과 열정을 가지면 어떤 분야도 진출할 수 있으리라 믿습니다.
전기 추진 선박의 제작 및 연구를 꿈꾸는 후배들에게 전하고 싶은 말
기초 학문(수학/물리/화학)에 대한 복습을 권고하며 실습을 게을리하지 말라고 당부하고 싶습니다.당장은 체감하기 어려울 수 있으나 선진국의 대학에 비해 한국의 대학 과정에서는 실습이 상대적으로 적습니다. 이론과 실습을 겸비한 유럽 학생들에 비해 한국 학생들은 졸업 후 일선에 투입되었을 때 실습에 관하여 다시 배워야 하는 과정이 필요함을 느꼈고 또한 여러 중견기업 간부들에게도 그 현실에 대해 들었습니다. 이것은 여러분과 기업 모두에게 엄청난 손해임을 인식해야 합니다. 학생 때 필요하면 손에 기름을 묻히고 용접기도 사용하고 전기 테스터기도 사용하여 실습할 자세를 갖추어 실력을 키워야 합니다. 그래야 필요한 기술을 습득할 수 있는 기반을 다질 수 있습니다. 이에 전기제어 기술, 전자기기 등 전기 추진 시스템에 필요한 분야를 학습하십시오. 시간이 되고 기업이 허락한다면 국내외 기업의 관련 분야 인턴으로 일하는 경험도 쌓으면 좋을 것입니다.
기사 출처: 대한 조선학회 웹진 4월호