한국의 미래 잠수함에 리튬배터리를 쓴다는 보도가 나왔는데...
국산 3000t급 잠수함 장보고Ⅲ…삼성SDI 배터리로 움직인다
방위사업청은 23일 장보고Ⅲ 잠수함에 대한 상세설계검토 회의를 열고 리튬이온배터리를 이용한 시제품 제작을 하기로 했다. 이에 따라 2025년부터 3년간 리튬이온배터리 잠수함 3척이 건조될 계획이다.
리튬이온배터리는 잠수함에서 지금까지 사용돼온 납축전지를 대신해 에너지 저장장치(ESS) 역할을 하게 된다. 엔진을 통해 생산된 전기를 저장했다가 잠수함이 움직일 때 전력을 공급한다. 강한 출력이 필요할 때는 엔진을 사용하지만 일상적인 활동은 리튬이온배터리 에너지만으로도 가능하다는 점에서 하이브리드 자동차와 비슷하다.
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이건 현재의 디젤엔진 잠수함의 잠수시 추진력인 납축전지 대신 리튬배터리를 사용한다는 거라
기본은 디젤엔진으로 리튬배터리를 충전하고 잠수시에는 리튬배터리의 전력를 써서 잠항시간을 크게 늘인다는 거다.
즉 납축전지나 리튬배터리나 다 에너지 저장수단에 불과하다. 배터리를 충전하는데는 전력은 여전히 디젤엔진을 이용해 발전한다.
시끄러문 디젤엔진 말고 잠수함의 동력원은 현재론 원자로 밖에 없다.
잠수함의 동력으로 원자로만한 건 없지만 그런 핵잠수함 말고 또 현재의 디젤엔진 말고다른 동력수단은 없을까?
연료전지는 어떨까? 현재 잠수함용 연료전지는 주로 잠수시에 납축전지를 대신해서 추진하는 에너지 저장수단으로
주로 연구/사용되고 있는데 (한국의 손원일 급/214급이 납축전지 대신 240 kW의 수소-산소 연료전지 사용)
잠수 때 가동하는게 아니라 그런 전지를 충전하는 동력발생용 디젤엔진을 대체하는데 연료전지를 쓰는 건 어떨까?
연료는 부탄이나 메탄, 프로판 등 천연가스를 쓰고 부상 또는 스노클로 공기를 흡입해 공기를 산화제로 이용해 발전을 하고
그 전력으로 리튬배터리를 충전해 전력을 저장해 배터리 전력으로 잠수시 추진한다는 거다.
수상에서 운행할 때는 그냥 바로 연료전지의 출력으로 추진모터를 구동하면 되고...
이런 천연가스 연료전지의 단점은 운전온도가 높아서 (섭씨 700도) 시동을 걸 때 고온으로 연료전지를
미리 예열을 해야하기 때문에 시동이 오래 걸리고 자주 끄고 켜기 어렵다는 점이 지만
이건 잠수함에서 전지충전용으로 쓰거나 선박의 수상운행용으로는 문제가 되지 않는다.
또 산소 부화된 압축공기와 비상용 액체산소 등을 고압탱크에 저장해서 수중에서도 발전도 가능하다.
즉 동력발생용 주기관이자 동시에 AIP용 에너지 저장장치로 겸용할 수도 있다.
이미 일반 주택용 으로 400 kW 정도의 천연가스 연료전지는 실용화 되어 있으니 (가격은 3백만 달러 선)
이걸 1000-2000 kW 수준으로 확대하는 건 큰 문제는 아닐 거다.
연료전지 예열에 따로 전력과 약간의 수소가 필요하지만 그건 배터리+작은 보조발전기 APU와 시동용 작은 수소탱크로 충분하다.
특히 연료전지는 기계적 부분이 거의 없어 디젤엔진과 비교하면 소음이 거의 없고 고장이 적고
구조와 정비가 쉽다는 장점이 있다. 잠수함용 엔진으로 이만한 게 없다.
또 운전 온도가 높아 연료전지에 백금 등 고가 전극을 쓰지 않아도 되므로 연료전지 원가를 낮출수 있다.
한국이 핵잠수함을 가지기 어렵다면 이게 가장 현실적 대안이 아닌가 한다.
