1.서 론

기상청 통계(Climate Information Portal, 2016)에 따르면 대한 민국의 이산화탄소 연평균 대기 농도는 2015년 407.0 ppm, 배 출량은 2013년 694.5백만 톤으로 1990년대 감시를 시작한 이 래로 꾸준한 증가 추세를 보이고 있다. 이는 화석연료의 연 소와 토지이용의 변화로 인한 CO₂ 방출을 지구 온난화의 주 요 원인으로 꼽을 수 있다. 이러한 결과로 올해 8월 영천의 최고 기온이 39.6℃ 를 기록하여 관측 사상 역대 4위를 기록 하는 등 올여름 무난히 더운 날씨를 보였고, 국제적으로는 탄소 배출 규모로 G2인 미국과 중국이 9월 3일 ‘파리 기후 협정’을 통해 탄소 배출을 줄여 지구온난화를 막는 노력을 하고 있다.

최근 산업화 현장에서도 풍력, 태양광등을 이용한 신재생 에너지를 사용하려는 노력이 있고 2014년 말 기준 자동차 등록 2,011만 대(Ministry of Land) 중 친환경 자동차(하이브리드, 플 러그인 하이브리드, 전기차, 수소차)는 18만 대로 0.9 %의 비 율을 차지하고 있지만 매년 11.3 %의 성장을 하고 있으며 환경 부는 2020년까지 자동차 등록대수의 10 %인 220만 대를 친환경 자동차로 보급할 계획을 가지고 있다(Ministry of Environment, 2015).

해양 분야에서도 온실가스 절감, 엔진의 NOx, SOx에 대한 규제의 강화 등 지구온난화 방지를 위한 노력과 연구가 진 행되고 있으나 그 연구의 방향이 대형 상선을 위주로 하고 있으며 최근 조선 경기 침체의 어려움으로 인해 관련 연구 의 축소 가능성이 제기되고 있는 실정이다. 해양수산부 통 계연보(Ministry of Oceans and Fisheries statistics annual report, 2015)와 국민안전처 통계연보(Ministry of Public Safety and Security statistics annual report, 2015)에 따른 Fig. 1에 따르면 2014년 일반 선박은 9,313척으로 최근 5년간 132척이 증가하 여 0.01 %의 증가율을 보였고 동력 어선은 2014년 67,191척으 로 최근 5년간 11.1 %의 감소를 나타내고 있다. 반면 동력수 상레저기구는 2014년 3,446척으로 2010년 1,392척 대비 248 % 증가하였고, 매년 평균 4,260명이 수상 레저 활동을 하고 있 어 미래에는 수상 레저 제작과 이를 이용하는 인원의 증가 가 예상되어 기존의 친환경 선박추진 시스템 관련 연구와 더불어 수상레저기구의 친환경 연구도 병행되어야 할 필요 성이 있다.

이에 따라 본 연구는 융복합기술을 활용하여 국내 자동차 산업의 배터리 및 전기시스템과 수상레저기구 중 접근이 용 이한 수상오토바이를 결합하여 전기 동력 추진식 수상오토 바이 개발을 진행하였다. 하지만 국내에는 아직 해당 제품 에 대한 안전검사 및 형식승인 기준이 없어 실용화가 불가 능한 상황으로 Fig. 2와 같은 개념으로 전기 동력 추진식 수 상 오토바이와 관련된 인증기준을 개발하고 정책제안을 하 였다.

2.국내 수상오토바이 현황

2.1.수상오토바이 등록 현황 및 등록 제도

국내 수상오토바이의 등록은 국민안전처 해양경비안전본 부에서 업무를 하고 있다. Fig. 3에 따르면 2014년 총 12,143 척의 동력수상레저기구가 등록되어 있으며 그 중 21.9 %인 2,662척의 수상오토바이가 등록되어 있다. 수상오토바이는 2010년 351척에서 2014년 723척으로 51.4 % 증가된 등록 추 이를 보이고 있다.

수상오토바이를 등록하기 위해서는 수상 레저안전 법 제 37조에 따른 안전검사를 안전검사 대행 기관인 선박안전기 술공단, 한국수상 레저 안전협회, 한국수상 레저 안전연합 회, 충청남/북도 지방자치단체를 통해 안전검사를 수검 후 동법 제30조에 의해 해당 지자체에 등록 신청을 하면 된다 (Ministry of Public Safety and Security, 2016). 수상오토바이는 국내 제작실적은 없고 국외수입에 전적으로 의존하고 있으 며 국외수입 대륙별 분포는 미국, 캐나다의 북미가 66.2 %, 일본이 29.5 %의 수입현황을 보인다(KST, 2013).

2.2.수상오토바이 인증기준 현황

국내 수상오토바이 인증기준 현황은 수상레저안전법 제 47조 형식승인·검정과 동법 제37조에 안전검사 기준이 있다. 그 중 형식승인 기준은 적용 실적이 전무(Um, 2013)하여 그 실효성이 떨어진다는 사유로 인해 2016년 7월 8일부로 삭제 (국민안전처)되었고 현재는 안전검사 기준을 통해 수상오토 바이 인증이 진행되고 있는 실정이다. 전기 동력 추진식 수 상 오토바이는 현재 안전검사 기준이 없고 내연기관을 추진 기관으로 사용하는 수상오토바이의 안전검사 기준 밖에 없 어 전기 동력 추진 수상오토바이의 운영 및 제작을 위해선 관련된 안전검사 기준과 형식승인 기준이 필요하다.

3.전기 동력 추진식 수상 오토바이 인증기술 개발 방법 및 범위

국·내외 기존 내연기관 동력 추진 수상오토바이와 관련된 인증기준과 전기 추진시스템과 관련된 인증기준을 기본으 로 구조 및 시스템 설치 기준과 전기시스템 기준으로 구분 을 하여 각각 안을 도출 하였고 도출한 기준(안)을 전문가 (선박 검사원, 전기자동차 기술자등)의 검토를 통해 야간 운 항 장비 설비보완, 용어 정의, 복원성 기준을 추가하여 안전 검사 기준과 형식승인 기준 두 개의 기준(안)으로 구분하여 개발하였다.

3.1.구조 및 시스템 설치 기준

내연기관을 추진 동력으로 사용하는 수상오토바이에 대 한 안전검사 기준과 형식승인 기준을 기본으로 하여 그 중 내연기관과 관련된 검사 기준을 제외하고 일반확인사항, 선 체, 조타설비, 계선설비, 전기설비, 구명설비, 시운전 7개의 기본 범주로 구성하였다. 추가로 Table 1과 같이 KS V 13590 (2015) 소형선박-개인용 워터크래프트, RCD 2015/53/EU, 일본 소형선박검사규칙을 기반으로하여 수상오토바이-구조 및 시 스템 설치요건에 대한 인증 기준을 개발 하였다. 전기 동력 추진식 수상오토바이도 구조와 기본 시스템은 기존 내연기 관 동력 추진식 수상오토바이와 같은 프레임을 구성하고 있 기에 축전지, 동력모터, 전기설치 관련 안전사항을 제외하고 는 기존 내연기관 추진 수상오토바이와 같은 조건으로 개발 되었다.

3.2.전기 시스템 기준

Table 2와 같은 국내/외 전기 추진 시스템 관련한 기준을 Table 3과 같이 10개의 범주(일반 사항, 모니터링 및 표시 시 스템, 라벨링(Labelling) 및 경고 표식, EMC(Electromagnetic compatibility;전자파 적합성), 접지 시스템의 보호, 배터리의 스위치 및 분리기, 배터리의 안전한 절연, 과전류보호, 배터 리 모니터링 및 설치, 전기의 설치)로 구분하여 관련 내용을 정리하였다.

Table 3의 10개의 범주로 구분한 전기 동력 추진식 수상오 토바이 전기시스템 기준이 실제 현장에서 적용됨에 있어 제 작자가 기준이 과도하여 형식승인에 있어 제약을 갖지 않도 록, 탑승자가 전기 추진 방식으로 인해 감전에 대한 심리적 불안감을 느끼지 않도록, 등록자가 안전검사 기준이 과도하 여 구입을 꺼려하지 않도록 하여 수상 레저활동이 좀 더 대 중화될 수 있도록 하기 위한 목적으로 수상레저기구 검사 원, 대학교 교수, 수상오토바이 제작사, 수상오토바이 설계 자에게 검토를 의뢰하여, 최종적으로 전기 동력 추진 수상 오토바이에 적용 가능한 기준들을 선별하여 다시 7개의 범 주(일반 사항, 작동 모드 및 상태 표시 기능, 축전지의 배치 및 요건, 축전지 제어 및 감시 기능, 비상 차단 장치, 추진용 전동기 안전성 및 내구성 인증, 충전설비)로 정리하여 수상 오토바이-전기시스템 인증 기준을 개발하였다.

전기시스템 기준에서 가장 핵심적인 추진용 전동기에 대 한 안전성 및 내구성 검토가 중요함에 따라 추진용 전동기 안전성 및 내구성 확인을 위해 ‘해양 환경 모사 장비’ 시스 템을 선박안전기술공단 내에 구축을 하여 사전 인증 확인 절차를 형식승인 기준에 포함을 하였다. 이 시스템의 완성 도를 높이기 위해 수상오토바이를 해상에서 운행하였고, Fig. 4와 같이 선박동특성 기록 장치를 이용하여 스로틀의 변화에 따른 3축 자이로 정보, 3축 가속도 정보, 자세 정보 (Roll/Pitch)를 Fig. 5와 같이 추출하였고 이를 이용하여 수상 오토바이의 엔진 추력, 파도에 의한 부하, 수상오토바이의 최종 추력 부하 프로파일 정보를 만들었다. 이때 작성된 프 로파일 값은 추후 ‘해양 환경 모사 장비’를 통해 수상오토바 이 전기 시스템의 안전성을 인증하기 위한 시뮬레이션의 기 초 입력값으로 사용된다.

이를 위해 Fig. 6과 같은 ‘해양환경모사장비’ 배치 계획을 세워 Fig. 7과 같은 실험실을 구축하고 있다. 해양환경 모사 시스템을 이용하여 추진용 전동기를 수상오토바이에 설치 전 전동기의 RPM(Revolution per minute), 토크(Torque), 연속과 부하, 외부온도 변화, 항습, 운항가능거리 예측, 부하반복 신 뢰성을 육상 시험을 통해 해상에서의 운용 적정 여부를 사 전 파악하여 제작 단계에서의 불필요한 공수를 줄이고 해상 에서의 전기 추진 시스템의 성능을 예측함으로써 수상오토 바이에 대한 안전성 확보가 가능하다.

4.전기 동력 추진식 수상 오토바이 안전검사 기준 및 형식승인 기준

구조 및 시스템 설치 기준과 전기 시스템 기준을 종합하 여 안전검사 기준과 형식승인 기준으로 구분하였다. 안전검 사는 수상 오토바이의 안전한 운용과 관련된 설비의 확인을 목적으로 작성이 되었고 형식승인은 수상 오토바이의 안전 한 제작을 위해 강도, 재료시험, 축전지의 방수등급 및 추진 용 전동기 안전성 및 내구성 관련 인증을 목적으로 개발되 었다.

4.1.전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준

전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 건조자 명판, 외관검사, 복원성 및 계선설비, 구명설비, 야간 운항장비, 전 기시스템, 시운전 분야의 7개 범주로 Table 4와 같이 구분하 였다. 건조자 명판은 KS V 13590, RCD 2013/53/EU, 수상레저 기구 안전업무 처리규정을 적용, 외관검사는 수상레저기구 안 전검사 기준을 적용, 복원성 및 계선설비는 RCD 2013/53/EU, 수상레저기구 안전업무 처리규정과 일본소형선박검사 규칙 을 적용, 구명설비는 수상레저안전법, 수상레저기구 안전업 무 처리규정, 일본소형선박검사 규칙을 적용, 야간운항장비 설치는 수상레저안전법 제21조를 추가 적용, 전기시스템은 Table 2의 관련 기준을 적용하여 축전지의 화재로부터의 보 호, 축전지의 방수등급 확인, 축전지의 용량/상태/안전한 운 행을 위한 경보설비, 추진용 전동기 안전성 및 내구성에 관 련된 인증 확인을, 시운전은 수상레저안전검사 기준을 적용 하여 전기 동력 수상 오토바이 안전검사 기준을 개발하였다.

4.2.전기 동력 수상 오토바이 형식승인 기준

전기 동력 수상 오토바이 형식승인 기준을 건조자 명판, 외관검사, 강도 및 효력시험, 재료시험, 작동시험, 전기시스 템 분야의 6개 범주로 Table 5와 같이 구분하였다.

건조자 명판은 KS V 13590을 적용, 외관검사는 수상레저 기구 안전업무 처리규정을 적용, 강도 및 효력시험은 수상 레저기구 안전검사 기준, 수상레저기구 안전 업무 처리규정, KS V 13590을 적용, 재료시험은 수상레저기구 안전 업무 처 리규정을 적용, 작동시험은 수상레저기구 안전 업무 처리규 정, KS V 13590을 적용, 전기시스템은 Table 2의 관련 기준을 적용하여 전기추진시스템의 설치 장비에 대한 표준 인증 제 품 여부 확인 및 적절한 설계 확인, 축전지 및 모터의 성능 확인, 축전지 난연성 및 외함의 방수등급 확인, 추진용 전동 기 안전성 및 내구성 인증 시험을 수상레저안전검사 기준을 적용하여 전기 동력 수상 오토바이 형식승인 기준을 개발하 였다. 특히 축전지, 모터 및 외함의 방수등급을 적용하는데 있어 Table 2의 국제 기준들의 내용을 확인하였고, 국제적으 로 전기 추진 모터 선도기업인 Ocean volt와 Torqeedo 의 담당자와 업무회의 등을 실시하였다.

5.결 론

대한민국은 조선과 IT 산업의 강국이지만 대형 선박과 자 동차 제조 분야에서만 관련 기술이 적용되고 대부분의 수상 레저기구는 수입을 하고 있는 실정이다. 최근 조선업계가 어려움을 겪고 있지만 전 세계적인 수상레저기구 시장은 2013년 생산량 532,170척, 시장규모는 $75.5억 수준으로 2011 년 이후 10 % 이상 발전하고 있어 미래의 수입 창출원이 될 수 있으며 수상오토바이의 생산량은 39,400척으로 13.5 %, 시 장규모는 $4.8억으로 6.3 %를 차지하고 있다(ICOMIA Statistics Book, 2013). 본 연구를 통하여 다음의 결론은 얻었다.

후 기

본 연구는 한국산업기술평가관리원 산업융합촉진사업 “전기 동력 추진식 1인용 수상 오토바이 및 인증 기술 개발” 연구과제의 연구비 지원으로 수행되었습니다.