EMALS 가 전력 엄청 잡아먹으니 원자로 써야 한다는 도시전설이 대체 언제까지 사실인양 말해질지 참 까마득하네요.
45 톤짜리 기체 1 회 사출에 겨우 121 MJ ( 33.6 KWh ) 의 전력만 필요하니,
전기차 1 회 충전하는 것보다 더 적은 전력을 소모합니다.
EMALS 의 사출기가 작동하기 전에는 소비전력 0 MW 였다가 사출기 동작하자 마자 60 MW 정도의 전력을 2 ~ 3 초동안 공급해야만 하고 바로 0 MW 로 떨어지고 난 후 사출기의 잔여 에너지 회수 때문에 오히려 소량(?)의 전력이 생산되죠. 순간전력도 높고 살인적인 부하 변동입니다.
미국의 최신 원자력추진 항공모함의 원자로로도 이렇게 변동이 심한 부하에 직접 전력 공급은 불가능해서,
EMALS 에는 에너지저장시스템인 ESS ( Energy Storage System ) 가 필수(!)로 들어갑니다.
( 전력 소비가 아니라 부하 변동이 심한 것이 문제 - 전력 소비는 문제가 안 됨 )
많은 분들이 EMALS 는 원자로 필수인 것처럼 말씀하시는데, 오히려 정반대입니다.
( 부하 변동이 심한 경우는 오히려 가스터빈 발전기가 유리 )
ESS 에 공급하는 전력은 천천히 들어가든 빠르게 들어가든 최종적으로 121 MJ 이 들어가기만 하면 그만이거든요.
디젤이든 가스터빈이든 원자로를 쓰든 어떤 형태의 추진 기관/발전기를 갖고 있더라도,
어떤 식으로든 ESS 가 있어야 하고, ESS 에 전력을 저장해둔 것을 사출기가 겨우 2~3 초 정도로 짧은 시간 순간적으로 전력을 다 뽑아내서 쓰는겁니다.
ESS 에 121 MJ 을 45 초 이내에 충전하는데 필요한 전력은 2.7 MW 고요. 충전 시스템 효율이 있으니 최대 4 MW 라고 보면 되겠죠. ( 최대 25.6 톤인 KF-21N 이라면 2.28 MW 로 충분 )
세종대왕급 구축함에 9.9 * 2.7 * 3.8 미터 크기인 AG9140RF (가스터빈 발전기) 가 3 대나 들어갔는데요.
정조대왕급 구축함은 하이브리드 전기 추진 ( COGLAG ) 방식이라서,
10 노트 정도 이하 저속에서는 가스터빈 발전기에서 생산한 전기로 항해하고,
그 이상 속도에서는 가스터빈 엔진에 의해 항해하기에, 발전기 용량이 남아돌게 됩니다.
우연의 일치인지 AG9140RF 하나 당 전력 출력이 4 MW 라서
[ 사출기 3 레인 + ESS 3 대 + AG9140RF 3 대 ] 가 딱 안성마춤으로 맞아 떨어집니다.
항공모함에서도 COGLAG 방식으로 할 경우,
10 노트 정도 이상 속도 ( 함재기 띄울 때 25 노트 이상 속도 내게 됨 ) 에서는 남아돌게 되는 발전기의 전력으로 EMALS 의 ESS 를 충전시켜주면 딱 맞아 떨어집니다.
원자로는 커녕 세종대왕급이나 정조대왕급 구축함의 발전기로도 충분하다는 얘기죠.
하이브리드 전기 추진 방식 항공모함이라면 발전기도 정조대왕급 구축함보다는 더 큰 용량이 들어갈 것이고 EMALS 운용에 아무런 지장이 없습니다.
오히려 원자로를 쓸 경우 원자로의 부하 추종 능력, 전력 시스템의 부하 조절등 더 골치아픕니다.
현재 EMALS 를 쓰고 있는 제럴드 R. 포드급 항공모함이 원자력추진 항공모함임에도 불구하고, 사출기 쓸 때 전력이 잠깐 출렁인다는 말이 있는 이유입니다. 전력 생산 능력 부족이라서 출렁이는 것이 아니라 원자로/전력 시스템의 부하 추종 능력이 떨어지기 때문이죠. 가스터빈엔진/가스터빈발전기 조합에 비해 오히려 못 하다는 얘기.
흔히 생각하시는 것과 달리 원자력 추진 항공모함이라도 EMALS 용으로 가스터빈 발전기를 따로 갖추는 편이 좋을 수도 있습니다. 이 발전기는 원자로 이상시 비상 전력도 될 수 있겠기에 낭비도 아니겠고요.
가스터빈엔진이나 발전기의 반응시간도 문제가 안 됩니다.
( 원자로의 반응 시간은 훨씬 둔함 )
조종사가 함재기에 탑승하고 무장 달고 이동해서 사출기 레인에 정위치 정렬하고 런치바 걸고 준비하는데 몇 분은 족히 걸릴겁니다.
10 노트 이하 속도로 항해하다가 갑자기 함재기 출격시켜야 할 때 가스터빈 엔진 시동하고 발전기 출력 높여서 ESS 에 충전까지 다 마치기에 충분한 시간이죠. ( 함재기 출격할 때는 항모 속도 올려줘야 하니 가스터빈 엔진 켜야 함. )
함재기가 연달아 출격할 경우는 가스터빈 발전기를 계속 돌려서 ESS 에 충전하면 되겠고요.
위 글에도 말했듯이 함재기 15 대 이상이라면 [ KF-21N + 사출기 관련 온갖 세트 ] 가격이 F-35B 쓰는 것보다 오히려 더 쌉니다. 유지비가 더 싼 것도 두 말할 필요없겠고요.
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항공모함에서 원자력추진을 쓰는 것은 다른 이유 없습니다.
세종대왕급 구축함이 북한의 미사일 발사를 감시하느라 퍼먹는 기름 보급에도 한국 해군이 허덕였다는 일화는 다들 아실겁니다.
항공모함이 항해하는데 필요한 기름 보급하는 것은 미군에게도 골치아픈 일인거죠.
저 멀리 원양 항해를 하면서 그 엄청난 덩치가 먹어치울 기름 보급이 골치아프기 때문에 원자로를 쓰는겁니다.
EMALS 에 비해 18 배나 효율이 떨어지는 증기식 사출기 갖고도 원자로 없이 사출기 잘 운용했었습니다.
사출기 때문에 원자로가 필요해진 것이 아님.
증기식 사출기 (효율 5 %) 도 그럴진데, EMALS ( 효율 90 % ) 는 사출기 때문에 반드시 원자로가 있어야 한다 ? 도시전설 수준입니다.
물론 전시 기름 보급은 한국에게도 어려운 문제이므로 항공모함처럼 소모가 큰 함선은 원자력추진으로 하면 좋긴 합니다. 당연한 얘기죠. 항공모함이 현실화할때까지 최소 10 년의 세월동안 원자로쪽에서 돌파구가 열리길 바랍니다.
작성일 : 22-09-25 02:23
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