[과제기획 8호] 지정공모 일반형 RFP 양식(안)

관리번호

2022-전략투자분야-일반-01

산업

기술

분류

중분류Ⅰ

중분류Ⅱ

과제유형

□ 원천기술   ■ 혁신제품

조선/해양시스템

주기/보기 및 추진계통부품

융합유형

□ 산업고도화형 □ 사회문제해결형  □ 신산업창출형  ■ 해당없음

해당여부

□ IP연계  □ 표준연계  □ 디자인연계  □ BI연계  □ 경쟁형  □ 복수형    □ 국가핵심기술  □ 서비스형  □ 안전과제  ■ 탄소중립  □ 국제공동    □ BM형  □ 원스톱형  □ 챌린지형  □ 통합형  □ 실증형

R&D

샌드박스유형

■ R&D 샌드박스(일반)  □ R&D 샌드박스(지정)

과제명

1,500PS급 드라이브(인버터)리스 방식의 선박용 전기추진시스템 개발

품목코드

(HSK10)

류

호

소호

통계부호

(TRL :  [시작] 4단계 〜 [종료] 7단계)

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1. 개념 및 정의

<드라이브리스 타입의 전기추진시스템 구성도>

ㅇ 개념 : 드라이브(인버터)리스 방식의 전기추진시스템으로 회전 속도를 제어하는

추진용 컨버터 및 고조파 필터가 필요 없는 전기추진시스템

- 기존의 전기추진시스템에는 추진 전동기의 회전속도 및 토크를 제어하기 위해 구동 드라이브(인버터)가 필요하나 드라이브리스 방식의 전기추진시스템은 극수 변환 전동기 및 슬리핑 클러치 조합을 통한 추진 전동기의 회전속도 및 토크를 제어함

- 전기추진시스템 구성에서 드라이브(인버터) 및 드라이브 구동에 따른 고조파 저감을 위한 사인필터가 없기 때문에 기존의 전기추진시스템 대비 시스템 구성 원가 절감 20%, 공간 절약 50%, 유지보수 비용 30%의 절감 효과 기대

2. 연구목표 및 내용

□ 최종 목표

ㅇ 1,500PS급 드라이브(인버터)리스 방식의 소형 선박용 전기추진시스템 개발

- 선박 추진용 극수 변환(Pole Change) 1,500PS급 전동기, 속도제어용 감속기, 제어기 개발

ㅇ 정량적 목표

핵심 기술/제품 성능지표		단위	달성목표	국내최고 수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	정/역회전용 클러치 내장 감속기 효율	%	96 이상	-	96% (독일, RENK)
2	감속기 진동	mm/s	4.5 이하	-	4.5 (독일, RENK)
3	극수 변환 전동기 효율	%	93 이상	92	93 (핀란드, ABB)
4	극수 변환 전동기 진동	mm/s	1.8 이하	2.3	1.8 (핀란드, ABB)
5	시스템 효율 (추진전동기 + 감속기)	%	89 이상	-	88% @ 드라이브(인버터) 구동 방식 전기추진시스템 (핀란드, ABB)

□  개발 내용

ㅇ 선박 추진용 극수 변환(Pole change) 전동기 개발

- 선박 추진용 극수 변환 전동기 전자계 해석 및 설계

- 선박 추진용 극수 변환 전동기 구조설계

- 선박 추진 적합 축계 설계

ㅇ 속도 제어용 감속기 개발

- Slipping clutch 기능을 포함한 속도 및 토크 제어용 감속기 설계

- 운항 모드별 회전 속도 및 추진 동력 조건에서의 구조 안전성 설계

- 운항 모드별 회전 속도 및 추진 동력 조절 제어시스템 개발

ㅇ 추진용 드라이브 리스 방식의 추진시스템 육상실증 평가

- 신뢰성 평가를 위한 시험 최적화 기술 개발

- 운항 모드 및 추진 부하 조건을 고려한 추진시스템 특성맵 도출

- 추진시스템 부하조건 성능 및 신뢰성 평가

□ TRL 핵심기술요소(CTE)

핵심 기술요소		최종단계	생산수준 또는 결과물	시험평가 환경
1	극수변환전동기	7	1,500PS급 극수변환 추진전동기 성능 및 신뢰성평가 성적서(공인기관)	육상실증
2	감속기	7	1,500PS급 속도 제어용 슬리핑 클러치가 포함된 감속기 성능 및 신뢰성평가 성적서(공인기관)	육상실증
3	제어기	7	감속기 제어 성능 성적서(공인기관)	육상실증

3. 국내외 기술 동향

ㅇ 클러치의 슬립을 이용한 선박의 속도 제어는 미국 해군의 Cyclone class Patrol Coastal Boats PC-1 ~ PC-14(14척)에 minimum maneuvering speed(3knots) 운영을 위해 적용된 기술임(1990년 ~ 1997년 건조)

ㅇ 독일 클러치 제조사에서 클러치의 슬립을 이용한 선속 제어 제품 특허 출원, Clutch assembly(US10352386B2, 2016) 단, TUG(Azimuth thruster)선에 적용하고 있으며 역회전 제어 기능 없음

ㅇ 국내에서는 드라이브(인버터)리스 방식의 전기추진시스템 개발 실적 없음

4. 지원 필요성

□ 기술적 지원필요성

ㅇ 기존 드라이브(인버터) 구동 방식의 전기추진시스템에서는 드라이브 구동에 따른 고조파 및 노이즈 발생으로 추진시스템 구성 기자재 및 선내 전기전자장비의 성능 및 품질 문제가 빈번히 발생함

ㅇ 드라이브(인버터)리스 방식의 새로운 전기추진시스템은 드라이브(인버터)의 기능이 극수 변환 전동기 및 Slipping clutch 기능을 포함한 감속기가 대체하기 때문에 고조파 및 노이즈에 따른 품질 경쟁력 확보 가능

ㅇ 추진용 드라이브(인버터) 및 고조파 사인필터가 필요 없어 기존 전기추진시스템 대비 가격 경쟁력이 우수하고, 운영비용 절감 및 선내 공간 확보에 큰 장점이 있는 기술로 이점 기술을 통한 해외 선진사에서 독점하고 있는 선박 전기추진시스템 시장에 진입이 가능함

□ 경제적 지원필요성

ㅇ IMO(국제해사기구)의 선박 배출가스 규제, EEDI(에너지 효율) 규제로 친환경 선박의 핵심기술 개발에 대한 국제적 필요성 대두되면서 글로벌 선박 시장 패러다임이 변화되어 친환경 선박 시장이 급격하게 확대되고 있으며, 최적화 추진시스템을 통한 연료 절감 및 운영 비용 절감이 필요

ㅇ 선박용 전기추진시스템과 같은 특수 분야의 드라이브(인버터) 유닛은 성능뿐 아니라 내구성 및 신뢰성 요구 문제로 국내 및 해외 시장을 ABB(핀란드), SIEMENS(독일), Danfoss(덴마크) 등 해외 선진사들이 시장을 선점하고 있기에 선진사 추진시스템보다 품질, 가격, 운영비용 등 많은 이점과 드라이브 구동에 따른 많은 문제점을 제거할 수 있는 드라이브(인버터)리스 타입의 새로운 방식의 전기추진시스템 개발을 통한 시장 진입이 가능

□ 정부/정책적 지원필요성

ㅇ 정부에서는 2020년 12월 한국형 친환경선박(Greenship-K) 추진전략을 발표하였으며, 해양수산부에서는 21년 2월 주요 항만 인근을 배출규제해역(ECA)으로 지정하여 강화된 오염물질 배출 기준 적용으로 향후 전기추진 선박 수요증가 예상되며, 드라이브(인버터)가 없는 방식의 전기추진시스템 개발 지원을 통한 드라이브(인버터)를 납품하는 해외 선진사에서 독점하고 있는 선박 전기추진시스템 시장 진입 가능

5. 활용방안 및 기대효과

□ 활용방안

o 기존 방식의 전기추진시스템 대비 투자비, 운영비, 설치 공간이 최소화된 전기추진시스템 개발을 통해 조선 산업의 트랜드 변화에 대응한 한국형 전기 추진 추진시스템의 브랜드화

□ 기술적 기대효과

o 전기추진시스템 개발을 통해 조선산업의 트랜드 변화 대응

o 기존 방식의 전기추진시스템 대비 투자비, 운영비, 설치 공간이 최소화, 효율 향상 및 노이즈, 고조파 문제 해결 됨

□ 경제적 기대효과

o Danfoss(덴마크), ABB(핀란드), SIEMENS(독일) 등으로부터 수입 의존에 따른

특정 국가 수입 의존도로부터 기술 독립 및 전기추진시스템 기술 선진화 기대

o 한국형 전기 추진 추진시스템의 브랜드화로 K-조선의 위상 제고

6. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 33개월 이내 (1차년도 개발기간 : 9개월, 2차년도 : 12개월, 3차년도 : 12개월)

ㅇ 정부출연금 :  ‘23년 8억원 이내(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 중소·중견 기업(혁신제품형)

ㅇ 기술료 징수여부 : 징수