전기 페리는 어떻게 작동하는가: 디젤 선박을 대체하는 배터리 혁신의 내부

전기 페리는 전기 자동차와 동일한 기본 원리로 작동합니다. 대형 배터리가 에너지를 저장하고 이를 전기 모터에 공급하여 프로펠러 또는 추진기를 회전시킵니다. 정상 운항 중에는 디젤 엔진이 관여하지 않습니다. 이 기술은 10년 전 노르웨이의 시험 선박에서 스코틀랜드의 함대 규모 조달 프로그램으로 진화했습니다. 하이랜드 카운실은 2026년 10월 2일에 로흐 린헤 지역의 코란 페리를 대체할 새로운 전기 페리의 입찰을 공식적으로 개시했다고 발표했습니다.

추진 시스템의 작동 원리

이 기술의 참고 사례는 MF Ampere입니다. 노르웨이 조선소 Fjellstrand에서 건조되어 2014년 10월에 운영사 Norled에 인도되었습니다. Ship Technology에 따르면, 2015년 5월에 상용 운항을 시작했으며 세계 최초의 완전 전기식 승용차 및 여객 페리가 되었습니다. 길이 80미터의 알루미늄 쌍동선으로 최대 360명의 승객과 120대의 자동차를 운송합니다. 소그네피요르드의 5.7킬로미터 구간을 하루에 약 34회 운항하며, 순항 속도는 10노트입니다.

Ampere의 선상 전기 모터는 2기이며, 각각 450kW의 정격 출력입니다. 1,000kWh의 리튬 이온 배터리 팩(무게 약 10톤)으로 구동됩니다. Ship Technology의 보도에 따르면, 하나의 모터는 롤스-로이스 Azipull 추진기(날개 조정 가능한 프로펠러 포함)를 구동하며, 페리는 별도의 방향타 없이도 조종할 수 있습니다. 추진기는 회전할 수 있으므로, 동일한 시스템이 추진과 조종을 모두 처리합니다.

배터리는 각 부두에서의 승하선에 소요되는 약 10분 동안 재충전됩니다. 추진 장비를 공급한 Siemens Energy에 따르면, 현지 전력망이 그러한 짧은 시간에 그러한 많은 전력을 공급하기에는 불충분하므로, Norled와 Siemens는 각 해안 스테이션(수력발전망에서 충전되어 정차 중에 페리의 선상 배터리에 급속 방전되는 260kWh 장치)에 버퍼 배터리를 설치했습니다.

운영사들이 디젤에서 전환하는 이유

Siemens Energy에 따르면 Ampere 모델은 디젤 페리와 비교하여 연료 비용을 최대 60% 절감할 수 있으며, 다른 선박의 배터리-하이브리드 개조는 연료 소비, 배출량, 운영 비용에서 최대 90%의 절감을 달성했습니다. 동사는 Bastø Electric이라는 또 다른 사례를 인용했으며, 이를 세계 최대의 완전 전기식 승용차 페리라고 설명하고, 2022년에 CO₂ 배출량을 75% 감소시켰다고 언급했습니다. 또한 Siemens Energy/Bellona 연구에서 여러 유럽 국가에서 페리 함대를 완전히 전동화하면 이들 함대의 배출량을 약 절반으로 줄일 수 있으며, 현재 이용 가능한 기술을 사용하여 연간 약 80만 톤의 CO₂ 배출을 절감할 수 있다고 추정하고 있다는 점을 인용했습니다.

해상 수송 전체는 전 세계 온실가스 배출량의 약 3%를 차지하고 있으며, Siemens Energy는 세계 함대의 약 91,000척 중 약 81%가 소형 또는 중형 선박이며, 이들 페리가 속하는 범주이기도 하고, 단거리 고정 항로와 예측 가능한 충전 시간을 고려하면 배터리 전동 추진이 가장 기술적으로나 경제적으로 실행 가능한 부문으로 간주된다고 지적했습니다.

스코틀랜드의 함대 규모 전개

Ampere의 접근 방식은 그 후 함대 규모 조달 프로그램으로 확대되었습니다. 스코틀랜드의 공공 페리 네트워크의 선박 및 항만 인프라를 소유한 Caledonian Maritime Assets Ltd(CMAL)는 Colintraive–Rhubodach, Lochaline–Fishnish, Iona–Fionnphort 등 서쪽 해안 노선을 위한 초기 50미터 전기 페리 7척을 대상으로 소형 선박 교체 프로그램을 실행 중입니다. 2단계에서 추가로 3척이 계획되어 있다고 업계 출판물 Riviera Maritime Media가 조선소를 인용하여 보도했습니다.

이들 페리는 각각 Corvus 니켈-코발트-알루미늄 셀을 사용하여 약 6메가와트시(MWh)의 배터리 용량으로 건조되고 있습니다. Riviera Maritime Media에 따르면, 이는 동등한 용량의 리인산철(LFP) 배터리보다 30% 이상 가볍고, 소형 선박의 무게 제한을 고려할 때 중요한 요소입니다. CMAL은 선박이 하루 최대 14시간 운항하도록 설계되었으며 10시간 이내에 야간에 완전히 재충전될 수 있다고 밝혔습니다. 납기는 2027년 3분기에 시작되어 2029년 1분기까지 3~4개월 간격으로 계속될 예정입니다. CMAL은 현재 서쪽 해안에서 17척의 소형 페리를 운항하고 있으며, 그 중 일부는 운영 수명의 끝에 가까워지고 있고, 2012년부터 2016년 사이에 건조된 3척의 기존 하이브리드-디젤 전기 페리와 함께 운항하고 있습니다.

코란 페리 교체

스코틀랜드에서 가장 바쁜 단일 선박 페리 노선 중 하나인 코란 횡단은 현재 방송사 STV에 따르면 2001년 이후 운항 중인 MV Corran으로 운항되고 있습니다. 하이랜드 카운실은 교체 프로젝트가 인버니스 및 하이랜드 시티-지역 거래에서 £5,800만으로 자금을 조달받고 있다고 밝혔습니다. 이는 새로운 전기 페리 선박 자체를 위해 스코틀랜드 정부에서 배정한 £2,800만, 영국 정부에서 제공한 £2,000만, 그리고 슬립웨이 및 충전 인프라와 같은 육상 작업을 위해 하이랜드 카운실에서 제공한 £1,000만으로 구성됩니다.

CMAL과 협력하여 (기술 전문 지식 및 조달 지원 제공), 카운실은 2026년 10월 2일에 단일 선박 입찰을 개시했습니다. 카운실은 2027년 3월에 건조 계약을 수여할 것으로 예상하고 있으며, 육상 인프라는 2027년 6월까지 완성되고, 해안 기반 충전 장비는 2028년 9월까지 설치 및 가동되며, 새로운 페리는 2029년 초에 운항을 개시할 예정입니다. 새로운 선박은 롤온/롤오프 설계이며 CMAL 소형 선박 교체 프로그램 전체에서 사용되는 표준화된 사양에 따라 건조됩니다. STV는 새로운 전기 페리가 노선을 인수한 후 기존 MV Corran이 예비 선박으로 보관될 것이라고 보도했습니다.

기술을 여전히 제한하는 것들

Siemens Energy의 자료와 Riviera 보도서는 모두 동일한 근본적인 제약을 지적합니다. 즉, 선박의 운반 능력에 대한 배터리 무게, 충전 지점의 현지 전력망 강도, 그리고 페리가 승객 및 차량의 승하선에 소요되는 수 분 내에 재충전할 수 있도록 매우 빠른 터닝 타임의 필요성입니다. 이들 요소는 배터리 전동 추진이 현재 피요르드 횡단 및 섬 간 연결과 같은 단거리 고정 항로 및 예측 가능한 일정에 주로 배포되고 있으며 긴 외해 항해에는 배포되지 않은 이유를 설명합니다.