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한국 기계공업 대부의 울릉도 프로젝트

글 | 오동룡 조선뉴스프레스 취재기획위원·군사전문기자 2019-06-26 09:34

 
▲ 김훈철 전 한국기계연구원장이 자신이 작성한 ‘울릉도·독도 프로젝트’ 문서를 보며
바람직한 공항건설 방향을 설명하고 있다. photo 오동룡
 
“울릉도 바위 동굴에 우리가 세계적 특허를 갖고 있는 스마트원자로를 설치해 10만명의 울릉도 주민이 풍족하게 살 수 있는 ‘생존동력’으로 삼고, 울릉도 앞바다에 부유식 방파제를 놓아 그 위에 B-737 여객기가 이착륙할 수 있는 부유식 공항을 건설해야 합니다. 특별히 고안된 ‘심해용 수중 가두리양식장치’ 1000여기를 설치하면 울릉도·독도가 한반도의 새로운 어업전진기지가 될 것입니다.”
   
김훈철(86) 전 한국기계연구원장은 1998년 정년퇴임 직후부터 20여년간 구상한 ‘울릉도·독도 개발 프로젝트’의 개요를 이렇게 설명해 나갔다. 김 전 원장은 “울릉도·독도 앞바다는 수심 300m만 내려가도 섭씨 4도의 미네랄이 풍부한 심층수를 갖고 있다”며 “이 물을 스마트원전으로 담수화하면 물 부족을 겪고 있는 포항이나 울산, 멀리는 중국까지 공급할 수 있다”고 했다. 그는 또 “게다가 특수 설계한 ‘심해용 수중 가두리양식장치’가 바닷물을 순환시키는 방식으로 동해의 해류를 정상화시킨다면 명태 등 한류성 어족을 다시 동해로 불러들이는 ‘기적’을 연출할 수 있다”고도 했다.
   
   
박정희 정부 때 한국 조선업의 기틀
   
김훈철 전 원장은 ‘한국 선박 설계의 대부’로 알려진 인물이다. 박정희 대통령이 중화학공업 육성 계획을 오원철 대통령 제2경제수석 비서관에게 맡겼다면, 선박기계공업은 김훈철 박사에게 맡겼다. 그는 서울대 조선공학과를 졸업하고, 1964년 미국 미시간대학에서 박사학위를 받았다. 1968년 미 해군함정연구소의 스카우트 제의를 뿌리치고 귀국, 한국과학기술원(KIST) 조선해양기술연구실에서 ‘조선 기술의 불씨’를 살렸다.
   
김 박사는 10t 미만의 FRP 어선, 우리나라 최초의 시멘트 선박을 개발하는 등 소형어선 24만척을 근대화하는 데 앞장섰다. 1970년에는 군 전력증강계획인 ‘율곡사업’ 추진과정에서 40노트급 고속정 개발 프로젝트에 참가, 해군의 주력 참수리 초계정을 건조했다. 1976년 진해기계창 초대 창장으로 해군에 함정 설계법을 가르치기도 했다. 1973년 선박연구소 설립을 위해 유엔개발계획(UNDP) 자금지원을 받아내고, 핵심연구시설인 수조(水槽)를 대덕연구단지에 건설하는 업적도 남겼다.
   
김훈철 박사의 울릉도·독도 개발 프로젝트는 전략적으로 동해를 장악해 ‘동해의 항공모함’으로 활용하고, 이를 위해 울릉도·독도에 부유식 공항과 가두리어장을 조성하는 계획이다. 그가 기자에게 들려준 프로젝트를 요약하면 이렇다.
   
   
‘동해의 항공모함’ 프로젝트
   
◇부유식 공항 건설= 울릉도에 해외 승객이 방문할 수 있도록 B-737급 여객기의 이착륙이 가능한 길이 2700m 이상의 공항을 설치한다. 아울러 울릉도 중심의 어업 전진기지를 개발하고, 고속선박과 최고시속 550㎞까지 달릴 수 있는 초고속선 위그선(WIG·Wing-In-Ground effect Ship)이 여객과 어획물을 운반할 수 있도록 한다.
   
◇해양 온도차 발전장치 오텍(OTEC) 설치= 필리핀 근해 서태평양에 설치하려는 해양온도차 발전장치인 오텍(OTEC·Ocean Thermal Energy Conversion)은 성공하면 전 인류의 영원한 에너지원이 될 것이다. 오텍이란 장치를 동해에 설치해 운영에 성공하면 서태평양상의 필리핀으로 가지고 나갈 수 있다. 오텍은 전력 생산 이외에 물고기 양식, 수소 생산, 해수 광물 추출 등의 기능을 한다.
   
◇부유 양식업= 오텍 내부에 특별히 고안한 ‘심해용 수중 가두리양식장치’라는 인공어장 약 1000기(크기 각각 1600만㎥)를 울릉도와 독도 사이에 연결해 설치한다. 이는 동해안 최고의 황금어장인 대화퇴어장과 함께 우리 국민의 영원한 어류와 단백질 공급처가 될 것이다. 인공어장은 약 3000억마리 양식을 목표로 한다. 실제 해양연구원에서 심해용 인공가두리어장을 개발 중이다.
   
◇발전사업= 울릉도는 파도로부터 안전하게 보호받을 수 있는 독립된 전력시설이 있어야 한다. 충분한 전력을 안전하게 공급할 수 있는 시설이 필요하다. 세계 최고의 안전성을 자랑하는 우리의 스마트원자로가 해법이다. 이를 울릉도에 설치해 울릉도와 독도 인구 약 10만명, 공항, 어업전진기지, 어장 및 건설이 진행 중인 기타 군사용 ‘관측·관제·방어’ 등에 전원으로 사용해야 한다.
   
◇프로젝트 운영= 사업자가 자금을 조달해 건설한 후 일정기간 운영까지 맡는 민간투자사업(BOT·Build-Operate-Transfer)이어야 한다. 민자가 주(主)가 되고, 수요자와 울릉군, 시행사가 SPC(특수목적법인)를 구성해 울릉도·독도의 실질적 민간 점유를 시행하는 것이다. 이를 위해 민자유치가 가능하도록 발전사업, 공항, 해상부유식 부지조성, 어업·어장 등 수익사업에 대해 민간투자사업(BOT)으로 허가하여야 한다. 이와 함께 민자발전사업(IPP)도 허가해 현 한국전력 수준의 전력비·전력장기공급계약자(PPA) 판매를 보장하여야 한다. 이렇게 되면 30년 동안 총 투자금은 약 145조원(추정), 수익은 총 267조원(추정)이 된다.
   
   
▲ 울릉도에서 가장 번화한 도동 시내 전경. 사동항 앞쪽으로 부유식 방파제를 설치하면 B-737이 뜨고 내릴 수 있는 부유식 공항이 건설될 수 있다는 것이 김훈철 박사의 구상이다. photo 보물섬투어

보잉 737기 이착륙 가능해야
   
김훈철 박사의 ‘울릉도·독도 프로젝트’에서 공항과 방파제는 프로젝트의 선결조건이다. 때마침 정부가 울릉공항 착공 계획을 확정 발표해 울릉도에 짓게 될 공항에 더 관심이 가고 있다. 2020년 4월 착공되는 울릉공항 건설은 당초 2016년 사업자 선정에 들어갔지만 건설업체들이 공사액수가 적다며 난색을 표해 중단됐었다. 국토교통부는 올해 사업자 공모에 다시 들어가 2025년 개항을 목표로 하고 있다.
   
그동안 울릉도는 육로와 뱃길을 이용하면 본토에서 섬으로 들어가는 데 7시간 정도가 걸렸다. 그나마 1년의 3분의 1 정도는 기상 여건이 나빠 배가 뜨지 못했다. 정부의 발표대로라면 울릉공항은 50인승 항공기가 취항 가능한 1200m급 활주로와 여객터미널로 구성된다. 완공되면 서울과 울릉도를 1시간에 오갈 수 있다. 올해 울릉도 연간 관광객은 50만명을 목표로 하고 있는데 5월까지 20만명 정도가 다녀갔다.
   
그러나 김훈철 박사는 정부의 울릉공항 건설 계획과는 다른 부유식 공항을 생각하고 있었다. 그는 “울릉도는 확실하고 편리한 교통수단을 제공하는 한편 지속적인 청정·오락 관광수입원으로 개발되어야만 한다”며 “울릉도의 현재 인구는 1만8000명에 불과하지만, 상주인구 10만명에 연간 관광인구 150만명을 염두에 두고 계획을 짜야 할 것”이라고 했다. 이를 위해 김 박사는 “보잉 737기와 F-16전투기가 이착륙할 수 있는 최소 활주거리 2700m, 폭 200m의 부유식 활주로가 확보되어야 한다”며 “울릉도에 출입하는 외부 교통수단은 B-737, F-16 전투기, C-17 수송기, 수직이착륙기(VTOL), 단거리이착륙기(STOL), 헬기, 위그선까지 확보되어야 한다. 민간항공용 공항을 기본으로 하되, 군사용과 어로용 교통수단도 함께 고려해야 한다”고 했다. 김 원장에 따르면 ‘물 깊이 가변형 해류 투과식 부유방파제’ 위에 공항과 주거시설을 건설할 수 있다는 계획이다.
   
김훈철 박사는 울릉도·독도 프로젝트를 기획하면서 ‘오텍 전단(OTEC Flotilla)’을 구축하는 일에 오랜 시간 공을 들였다고 한다. 오텍을 2010년 국내특허 출원한 김 박사는 조만간 국제특허 출원도 할 예정이다. 오텍은 바닷물의 온도차를 이용해 콘덴서가 암모니아 가스를 매개로 엔진을 돌리는 발전 방식이다.
   
   
바닷물 온도차 활용해 발전
   
김 박사는 오텍이 자체 에너지효율은 낮지만 100메가와트(MWe) 수준의 스마트원전과 연결한 오텍 1000기를 울릉도·독도에 설치하면 가두리양식장 운용, 해수 광물 추출, 담수 생산 등의 용도로 충분히 활용할 수 있다고 본다. 김 박사는 “수심 50m 깊이에 잠겨 있는 오텍 장치 내부에 가두리양식장이 들어있기 때문에 오텍과 가두리양식장은 기술적으로 같은 내용이라 특허도 함께 냈다”며 “현재 한국기계연구원(KIMM)에서 20킬로와트 수준의 테스트베드(Test-bed)에 대한 연구를 진행하고 있다”고 했다.
   
실제로 외해(外海) 가두리양식장은 국내에서 성공 사례가 있다. 국립수산과학원 미래양식연구센터가 노아외해양식영어조합법인과 함께 서귀포시 표선리 해안에서 3㎞ 떨어진 외해에서 벌이고 있는 수중 가두리양식장이 대표적이다. 찬물을 바다 밑에서 퍼올리는 것이 어렵고 초기 투자비용이 많이 들지만, 먼 바다에서 이뤄지는 외해 양식은 돌돔, 참돔, 참다랑어 등 고급 어종을 기를 수 있어 부가가치가 높다. 외해 가두리양식장은 현재 제주와 전남 거문도 등 국내에 2곳이 있다.
   
제주의 노아외해양식영어조합은 현재 외해에 케이지(cage)라고 부르는 수중 가두리양식장 7개를 운영한다. 폭 35m, 높이 25m의 마름모꼴 모양인 케이지 1개에 참돔은 10만마리, 돌돔은 12만마리를 키울 수 있다. 외해 양식은 육지에 접한 연안 양식장과 달리 주변 환경오염이나 적조 피해가 거의 없다. 
   
김훈철 박사는 “울릉도·독도에 설치하려는 가두리양식장치를 포함한 오텍은 지름 400m의 6각형 구조물에 직경이 50m에 이르는 기둥 역할을 하는 6개의 ‘쿨런트 워터 튜브’로 구성되며, 제주의 것보다 훨씬 크다”며 “용출수(湧出水)의 원리를 이용하는 가두리양식장치는 노르웨이의 해양학자 스토멜(Stommel)이 고안하고, 일본 동북대 마루야마(丸山) 교수가 필리핀 마리나해에서 실증했고, 내가 기계적으로 구체화해 개념 설계한 것”이라고 했다.
   
   
울릉도 주변은 심층수의 보고
   
김 박사는 “울릉도 바다는 깊이 300m만 들어가도 섭씨 4도의 바닷물을 얻을 수 있어 심층수를 경제적으로 확보할 수 있는 천혜의 조건을 갖추고 있다”며 “오텍은 찬물을 뿜어올려 전기를 만들고, 그 찬물로 오텍 내부 가두리양식장의 물고기들을 키운다”고 했다. 울릉도 이외의 바다에서는 800~1000m까지 내려가야 섭씨 4도의 바닷물을 만날 수 있다고 한다. 김 박사는 “울릉도 앞바다는 300m만 튜브를 내려도 섭씨 4도의 차가운 물을 끌어올릴 수 있기 때문에 1000여기의 오텍을 해상에 펼쳐놓고 충분히 바닷물을 퍼올려 순환시킬 수 있다. 이렇게 되면 해류에 변화가 생겨 명태와 고등어 등 한류성 어족들이 회귀해 올 것”이라며 “오텍이라는 설비가 동해의 난류성 해류를 고치는 해결사가 될 수도 있다”고 했다.
   
그는 “스마트원자로와 오텍 장치를 통해 담수화한 해양심층수로는 울릉도와 독도의 식수 문제를 해결하고, 물 부족 사태를 빚고 있는 이웃 포항과 울산까지 식수를 공급할 수 있다”며 “현재 양쯔강 댐 건설로 심각한 물 부족과 수질오염을 겪고 있는 중국에까지 식수를 공급하게 된다면 시장은 무한대로 늘어날 수 있을 것”이라고 했다.
   
   
▲ 지난 4월 9일 대전 국립중앙과학관에서 학생들이 한국원자력연구원이 개발한 소형원전인 스마트원자로 모형을 살펴보고 있다. 스마트는 한국원자력연구원이 독자 개발한 대형상용 원전 10분의 1 수준의 중소형 원자로다. photo 조선일보

세계 최고 스마트원자로 활용하자
   
김훈철 박사가 울릉도·독도 프로젝트에서 가장 심혈을 기울이는 것은 안정적인 전원(電源)으로 스마트원자로를 설치하는 일이다. 현재 울릉도는 자동차 엔진 같은 디젤 엔진으로 발전기를 돌려 필요한 전기를 생산하고 있다. 독도의 경우도 독도수비대가 사용할 만큼의 소용량 내연기관 발전기를 돌리고 있다. 이러한 제한된 발전에서 벗어나 스마트원전이 들어오면 울릉도와 독도는 ‘육지’처럼 변한다는 것이 김 박사의 주장이다. 이는 제주도의 경우도 마찬가지라고 한다.
   
김 원장은 “울릉도·독도 프로젝트를 최초 기획할 당시에는 동력으로 디젤 부유식 엔진파워 플랜트(BMPP)를 생각했으나, 2015년 우리가 스마트원자로를 완성함에 따라 스마트원자로를 프로젝트의 동력원으로 결정했다”며 “스마트원전도 바지선에 탑재하는 BMNPP(Barge Mounted Nuclear Power Plant) 방식이나 항공모함 크기의 초대형·초고속 컨테이너선을 건조해 탑재하는 방식을 구상하기도 했으나 결국 스마트원자로를 울릉도 암석층 동굴에 보호·설치하는 것이 바람직하다고 결론 내렸다”고 했다.
   
2015년 우리가 개발한 스마트원자로(SMART·System-integrated Modular Advanced ReacTor)는 세계 최고 수준의 일체형 중소형 원자로다. 전기출력은 대형 원전(1000MW 이상)의 10분의 1 이하인 100MW 수준이지만, 해수담수화용으로 건설할 경우 스마트 1기로 무려 인구 10만명 규모 도시에 전기(9만kWe)와 물(4만t)을 동시에 공급할 수 있다.
   
현재 우리나라는 일체형 원자로인 스마트원자로에 관한 한 세계 최고의 기술력을 갖고 있다. 러시아와의 공동 개념연구를 바탕으로 원자력연구소가 2002년 3월 기본설계를 완료했고 이후 한국원자력연구원이 국내 산업체와 공동 개발해 2012년 ‘다목적 일체형 소형 원자로’ 표준설계인가를 받았다. 2015년부터 2018년까지 사우디아라비아 1억달러, 한국 3000만달러를 공동 투자해 PPE(건설 전 설계)사업을 성공적으로 마무리하기도 했다. 주기적 안전성 평가(PSR) 인증까지 받아 실제 건설허가를 획득한 사례는 지구상에 한국의 스마트원자로가 유일하다.
   
스마트원자로는 배관 없이 주요 부품들을 원자로 내에 배치한 일체형 소형 원자로(높이 13m, 직경 6m)다. 핵증기 공급계통, 즉 가압기·증기발생기·제어봉 구동장치·주냉각제 펌프 등 주 기기가 노심과 동일한 압력용기에 설치되기 때문에 일반 원자로에 비해 사고 가능성이 100분의 1에 불과할 정도로 안전성과 경제성이 뛰어나다. 김 박사는 “우리의 스마트원자로는 원자력 잠수함에 들어가는 원자로와 동형이기 때문에 배관 파손으로 인한 외부 폭발의 가능성을 근원적으로 차단하는 수동형 원자로(Passive Reactor)로 설계된다”며 “울릉도와 같은 섬에 설치해도 스스로 위험을 차단하며 운전하는 안전성 높은 원자로”라고 했다.
   
김 박사는 “울릉도와 독도가 매립공사를 하지 않고 플로팅 플랫폼 방식으로 점진적 수요에 따라 오텍과 방파제를 연결해 가면서 호텔, 콘도, 오락시설, 카지노, 골프장, 식물원 등의 시설을 건설해 나가면 동해의 ‘열린 섬’으로 바뀔 수 있다”며 “울릉도·독도 프로젝트는 정부가 나서기보다 국민과 울릉도 주민들의 성금으로 시작하고, 사업자와 울릉도가 책임을 지는 형식이 바람직할 것”이라고 했다. 
   
김 박사는 “‘독도는 우리 땅’이라고 외치는 것도 중요하지만, 울릉도·독도 프로젝트처럼 실제적·실리적으로 활용해야 ‘우리 땅’이 되는 것”이라며 “애국가 가사 첫머리가 ‘동해물과~’로 시작하는 것은 동해가 우리 민족에게 정서적으로 주는 상징성이 매우 크다는 의미”라며 울릉도·독도 프로젝트의 상징성을 강조했다.
등록일 : 2019-06-26 09:34   |  수정일 : 2019-06-26 06:35
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