한국전기연구원, J-tubeless 해저케이블 설치 공법 개발

보호 기자재 패키지로 ‘바이오파울링’ 걱정 없이 설치·복구 기간 및 비용 대폭 단축
20m 규모 육상 실증 시험 시스템 통한 검증 완료, 선급의 ‘AIP’ 인증 획득

[일요신문] 한국전기연구원(KERI) 전력케이블연구센터 최진욱 박사팀이 해상풍력단지의 해저케이블을 더 빠르고 효율적으로 설치·복구할 수 있는 ‘J‑tubeless 해저케이블 설치 공법’을 개발·검증했다.

최진욱 박사(왼쪽 네 번째)를 비롯한 KERI 전력케이블연구센터 연구진이 J-tubeless 해저케이블 설치 공법을 개발했다. 사진=한국전기연구원 제공

기존 해상 풍력단지에서는 해저케이블을 알파벳 J 형태의 금속관(J-tube)을 통해 인입하는 방식을 사용해 왔다. 하지만 J-tube 설치 후 해저케이블을 포설하기까지의 기간 차이 동안 튜브 내부에 홍합이나 따개비 등 해양생물이 축적되는 현상(바이오파울링)이 발생해 마찰력이 증가했고, 이는 곧 설치 지연과 케이블 외피 손상으로 이어졌다.

특히 고장으로 해저케이블 교체가 필요할 때도 바이오파울링으로 인한 내부 마찰·간섭 때문에 케이블 인출이 어려웠고, J-tube의 절단·재설치가 불가피해지는 등 복구 기간이 장기화돼 발전 손실 비용이 누적됐다. KERI 최진욱 박사팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 J-tube 없이 해저케이블을 직접 하부구조물에 연결하는 ‘J-tubeless 설치 공법’을 고안했다.

이 기술은 유연한 고분자 보호튜브, 전용 클램프(clamp), 벤드 리스트릭터(bend restrictor) 등으로 구성된 ‘보호 기자재 패키지’를 활용해 케이블을 외력으로부터 보호하고 안정적으로 고정한다. 이를 통해 바이오파울링으로 인한 문제를 원천 차단하고, 비상 상황에서도 해저케이블의 탈·부착이 용이해 복구 시간과 유지보수 비용을 대폭 줄일 수 있다.

연구팀은 기술의 신뢰성을 실제 환경 수준으로 검증하기 위해 높이 20m 규모의 ‘육상 실증 시험 시스템’도 구축했다. 서남해 해역의 실제 조건을 반영해 하중 시나리오를 도출하고, 케이블과 보호 기자재가 조류·파도 등 장기 해상 환경에서 받는 반복적 스트레스(피로)를 모사해 평가했다. 약 8개월간 총 150만 회 이상의 하중을 인가한 결과, J-tubeless 공법의 내구성과 전기적 안정성이 장기간 해상 환경에서도 충분히 확보될 수 있음을 입증했다.

J-tubeless 해저케이블 설치 공법을 검증하기 위한 ‘육상 실증 시험 시스템’. 사진=한국전기연구원 제공

이번 성과는 단순한 해저케이블 시공 기술 개선을 넘어 해상풍력단지 운영비용(OPEX) 절감과 재생에너지 공급 안정성 강화로 이어질 전망이다. 기존 해외 기술에 의존하던 해저케이블 보호 기자재 시장 분야에서 국내 기업들의 산업 진출 기반을 마련하고, 수입대체 효과도 기대할 수 있다는 점에서도 의미가 크다.

KERI 최진욱 박사는 “J-tubeless 해저케이블 설치 공법 개발과 전용 시험장치 구축, 신뢰성 검증 기법에 이르기까지 전 과정을 종합 검증했으며, 설치 절차에 대해 선급의 ‘AIP(Approval in Principle)’ 인증도 획득하며 기술력을 인정받았다”며 “관련 업계 전문가들과 협력해 새로운 설치 공법에 대한 신뢰성 시험 방법 표준화를 추진하고, 기술의 해외 시장 진출도 적극 준비하겠다”고 포부를 밝혔다.

성과 관련 국내외 특허 출원과 논문 게재를 완료한 연구팀은 현재 한국에너지기술평가원의 신재생에너지핵심기술개발 사업을 통해 포항테크노파크, 고등기술연구원 등과 함께 해상 실증용 시험장치 구축 사업을 추진 중이다. 이를 통해 기술의 현장 적용 실적(Track Record) 확보하는 등 성과의 지속적인 확산에 나선다는 목표다.

한편, KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 이번 연구는 기후에너지환경부 및 한국에너지기술평가원 지원을 받아 KERI 전력케이블연구센터(센터장 김해종)에서 수행 중인 ‘해상풍력단지 해저 전력망 구축을 위한 핵심 기자재 및 평가기술 개발’ 과제로 수행됐다. 

정동욱 부산/경남 기자 [e-mail]