글로벌 물 안보의 미래: 15만 톤급 SMR 탑재형 이동식 담수화 선박(MDV) 시스템 설계, The Future of Global Water Security: 150,000-ton SMR-Powered Mobile Desalination Vessel (MDV) System Design
하루 15만 톤급 생산 능력을 갖춘 이동식 담수화 선박(MDV, Mobile Desalination Vessel)은 단순한 선박을 넘어 '바다 위의 초대형 정수 플랜트'입니다. 이 프로젝트의 성공적인 설계를 위한 핵심 시스템 구성을 7개 파트로 나누어 정리해 드립니다.
1. 청수 생산설비 (Desalination Plant Area)
15만 톤/일(m^3/day) 규모는 세계 최대 수준의 육상 플랜트와 맞먹는 용량입니다. 공간 효율성과 에너지 효율을 고려할 때 역삼투법(SWRO)이 가장 적합합니다.
시스템 구성:
전처리 시스템(Pre-treatment): 해수 속의 이물질을 제거하는 DAF(용존공기부상) 및 UF(한외여과) 필터.
RO 랙(Reverse Osmosis Racks): 해수에서 염분을 분리하는 핵심 모듈. 하루 15만 톤 생산을 위해 약 10~15개의 병렬 트레인(Train) 구성 필요.
후처리 시스템(Post-treatment): 생산된 담수를 식수나 공업용수 규격에 맞게 미네랄 투입 및 pH 조절.
배치(Layout): 선체(Hull) 상부 갑판 및 갑판 하부 공간에 모듈형으로 배치하여 정비 효율성을 극대화합니다.
2. 해수 공급 및 배출 시스템 (Intake & Outfall)
SWRO의 평균 회수율(Recovery Rate)을 40~45%로 가정할 때, 하루 15만 톤의 담수를 만들려면 약 35만~38만 톤의 해수 취수가 필요합니다.
취수량 및 방법:
취수량: 시간당 약 15,000~16,000톤의 해수 필요.
공급 방법: 선저(Ship bottom)의 대형 씨체스트(Sea Chest)와 대용량 취수 펌프(Intake Pump)를 통해 공급.
에너지 회수 시스템(ERD, Energy Recovery Device):
RO 공정 후 배출되는 고압의 농축수(Brine) 에너지를 회수하여 다시 공급 펌프에 전달. 이를 통해 전체 에너지 소비의 약 30~40% 절감이 가능합니다.
환경 관리: 농축수는 선박 이동 시 분산 배출하거나 심해 배출 시스템을 통해 환경 영향을 최소화합니다.
3. 에너지 공급 시스템 (Power Plant)
하루 15만 톤 규모의 SWRO 플랜트를 가동하기 위해서는 생산 시스템에만 약 22~25 MW의 전력이 지속적으로 필요합니다. (평균 3.5 kWh/m^3 기준)
총 필요 발전 용량: 선박 운전 및 보조 장비를 포함하여 약 40~50 MW급 발전 설비 구축 권장.
공급 방법:
Dual Fuel (LNG/MGO) 발전기: 친환경성 및 경제성을 위해 LNG 기반 발전기 구성.
SMR (소형 모듈 원자로): 상무님께서 관심을 두신 SMR 탑재형은 가장 혁신적인 대안입니다. 연료 재보급 없이 수년간 24시간 안정적인 대용량 전력과 열을 공급할 수 있어 MDV의 궁극적인 형태가 될 것입니다.
ESS (에너지 저장 시스템): 급격한 부하 변동에 대응하고 발전기 효율을 높이기 위한 배터리 시스템 연동.
4. 추진 및 보조 장치 (Propulsion & Marine Systems)
정박 시에는 발전소가 되고, 이동 시에는 선박이 되는 유연한 시스템이 필요합니다.
추진 장치:
전기 추진 시스템(Electric Propulsion): 주 발전기에서 생성된 전기를 사용하여 모터로 프로펠러를 구동. 플랜트 가동 시 전력 공유가 용이하여 에너지 효율이 높습니다.
Azimuth Thruster: 선박의 기동성을 높이고, 특정 위치에서 정밀하게 유지(Station Keeping)하기 위해 360도 회전형 추진기 채택.
보조 장비:
DP 시스템(Dynamic Positioning): 수심이 깊은 곳에서도 닻(Anchor) 없이 정확한 위치에서 담수를 생산할 수 있도록 돕는 자동 위치 유지 장치.
해수 냉각 시스템: 대용량 발전기와 RO 펌프에서 발생하는 열을 식히기 위한 중앙 냉각 시스템.
5. 청수 저장 시스템 (Freshwater Storage System)
생성된 담수를 육상으로 보내기 전, 일시적으로 보관하고 수질을 유지하는 버퍼(Buffer) 역할을 수행합니다.
저장 용량 및 탱크 구성:
버퍼 탱크(Buffer Tank): 하루 생산량의 일부(약 20,000~50,000 m^3)를 상시 저장할 수 있는 대용량 탱크를 선체 내부에 배치합니다. 이는 생산 설비와 이송 설비 간의 유량 차이를 조절합니다.
구획화(Partitioning): 수질 오염 방지와 선박의 복원성(Stability) 유지를 위해 탱크를 여러 구획으로 나눕니다.
수질 유지 및 재질:
특수 코팅: 음용수 규격(Food Grade)에 적합한 에폭시 코팅을 적용하여 부식 방지 및 청결을 유지합니다.
재순환 및 살균: 장기 저장 시 발생할 수 있는 박테리아 번식을 막기 위해 자외선(UV) 살균기나 염소 재투입 장치를 포함한 재순환 시스템을 가동합니다.
6. 청수 이송 및 하역 시스템 (Transfer & Offloading System)
저장된 청수를 육상의 물 저장고로 보내거나, 중계 선박(Shuttle Tanker)으로 전달하는 핵심 설비입니다.
육상 이송 (Ship-to-Shore):
고성능 이송 펌프(Discharge Pumps): 시간당 5,000~10,000톤 이상의 유량을 밀어낼 수 있는 대용량 펌프를 탑재합니다.
로딩 암(Loading Arm) 또는 부유식 호스: 선박이 부두에 정박할 때는 로딩 암을, 해상 부표(Buoy)에 계류할 때는 부유식 호스(Floating Hose)를 사용하여 육상 파이프라인과 연결합니다.
해상 이송 (Ship-to-Ship, STS):
셔틀 탱커 연동: MDV가 현지에서 계속 생산을 유지하고, 작은 물탱크선들이 물을 받아 육상으로 나르는 방식에 적합합니다.
STS 설비: 선박 간 충돌을 방지하는 펜더(Fender)와 호스를 정밀하게 조작할 수 있는 호스 핸들링 크레인이 포함됩니다.
계량 시스템(Metering System): 하역되는 물의 양과 수질 데이터를 실시간으로 측정하여 육상 수신처와 데이터를 공유합니다.
7. 시스템 통합 개념표
| 시스템 파트 | 핵심 기능 및 사양 | 비고 |
| 청수 생산 | 고효율 SWRO (150,000 m^3/day) | 최신 에너지 회수 장치(ERD) 포함 |
| 에너지 공급 | SMR 또는 Dual Fuel 발전 (40~50 MW) | 생산/이송/추진 통합 전력망 구축 |
| 청수 저장 | 음용수 전용 저장 탱크 (Food Grade) | 약 3~5만 톤 규모의 버퍼 공간 확보 |
| 육상 이송 | 대용량 이송 펌프 및 파이프라인 연결 | 로딩 암 또는 부유식 호스 방식 |
| 해상 이송 | Ship-to-Ship (STS) 하역 설비 | 셔틀 탱커를 통한 물류 최적화 |
| 운전 제어 | 자동화 통합 제어 시스템 (IAS) | 취수-생산-저장-하역 전 과정 모니터링 |
주)이삭의 기술적 가치 제언
15만 톤이라는 대용량 청수를 안전하게 육상으로 전달하는 것은 고도의 시운전 및 배관 설계 기술이 필요한 영역입니다. 특히 SMR의 전력을 활용한 고압 이송 펌프 시스템은 먼 거리의 육상 저장고까지 별도의 가압장 없이도 직접 물을 보낼 수 있는 강력한 장점이 될 것입니다.
15만 톤급 MDV는 기존 LNG 운반선(174k급) 정도의 선체 크기가 필요할 것으로 예상됩니다. 'SMR과 전기 추진 기술이 결합된 MDV' 모델을 정립하신다면, 이는 단순한 선박 건조를 넘어 글로벌 물 시장의 패러다임을 바꾸는 핵심 사업이 될 것입니다.
A 150,000-ton-per-day Mobile Desalination Vessel (MDV) is far more than a mere ship; it is a "massive floating water purification plant." To ensure the success of this project, I have organized the core system configurations into seven essential parts.
1. Desalination Plant Area
A capacity of 150,000 $m^3/day$ is comparable to the world's largest land-based plants. Considering spatial and energy efficiency, Seawater Reverse Osmosis (SWRO) is the most suitable technology.
System Components:
Pre-treatment System: DAF (Dissolved Air Flotation) and UF (Ultrafiltration) filters to remove impurities from seawater.
RO Racks: The core modules for salt separation. Approximately 10–15 parallel trains are required for a 150,000-ton daily output.
Post-treatment System: Mineral injection and pH adjustment to meet drinking or industrial water standards.
Layout: Modular arrangement on the upper deck and within the hull spaces to maximize maintenance efficiency.
2. Intake & Outfall Systems
Assuming an average recovery rate of 40–45% for SWRO, a total seawater intake of approximately 350,000 to 380,000 tons is required to produce 150,000 tons of fresh water.
Intake Volume & Method:
Volume: Approximately 15,000 to 16,000 tons of seawater per hour.
Method: Supply via large-scale sea chests at the ship's bottom and high-capacity intake pumps.
Energy Recovery Device (ERD):
Captures energy from high-pressure brine (concentrated salt water) and transfers it back to the feed pumps. This can reduce total energy consumption by 30–40%.
Environmental Management: Brine is dispersed during transit or through deep-sea discharge systems to minimize environmental impact.
3. Power Plant (Energy Supply)
Operating a 150,000-ton scale SWRO plant requires a constant power supply of approximately 22–25 MW (based on an average of 3.5 $kWh/m^3$).
Total Required Capacity: A power plant of 40–50 MW is recommended to cover ship operations and auxiliary equipment.
Supply Methods:
Dual Fuel (LNG/MGO) Generators: Utilizing LNG-based configurations for eco-friendliness and cost-efficiency.
SMR (Small Modular Reactor): An SMR-mounted vessel is the most innovative alternative. It provides stable, large-scale power and heat 24/7 for years without refueling, representing the ultimate evolution of the MDV.
ESS (Energy Storage System): Interfaced battery systems to handle sudden load fluctuations and improve generator efficiency.
4. Propulsion & Marine Systems
The vessel requires a flexible system that acts as a power plant when stationary and a ship when in transit.
Propulsion:
Electric Propulsion System: Electricity generated by the main plant drives motors to turn the propellers. This allows for easy power sharing between the desalination plant and propulsion.
Azimuth Thrusters: 360-degree rotating thrusters are adopted to enhance maneuverability and maintain precise "Station Keeping."
Auxiliary Equipment:
DP (Dynamic Positioning) System: An automated system that maintains the vessel's exact position without anchors, even in deep waters.
Seawater Cooling System: A central cooling system to dissipate heat from the large generators and RO pumps.
5. Freshwater Storage System
This serves as a buffer to temporarily store produced water and maintain quality before it is transferred to shore.
Storage & Tank Configuration:
Buffer Tanks: Large-scale internal tanks (approx. 20,000–50,000 $m^3$) to regulate the flow difference between production and transfer.
Partitioning: Divided compartments to prevent water contamination and maintain the ship’s stability (minimizing the free surface effect).
Quality Maintenance:
Specialized Coating: Food-grade epoxy coating to prevent corrosion and ensure cleanliness.
Recirculation & Sterilization: UV sterilizers or chlorine re-injection systems within a recirculation loop to prevent bacterial growth during storage.
6. Transfer & Offloading System
Key equipment for delivering stored water to land-based reservoirs or secondary vessels (Shuttle Tankers).
Ship-to-Shore (STS) Transfer:
High-Performance Discharge Pumps: Capable of pushing flow rates of 5,000 to 10,000 tons per hour.
Loading Arms or Floating Hoses: Connection to land pipelines via loading arms at docks or floating hoses at offshore buoys.
Ship-to-Ship (STS) Transfer:
Shuttle Tanker Integration: Suitable for continuous production where smaller tankers ferry the water to shore. Includes fenders to prevent collisions and hose-handling cranes.
Metering System: Real-time measurement of volume and water quality to share data with the receiving shore facility.
7. Integrated System Concept Summary
| System Part | Key Function & Specification | Remarks |
| Water Production | High-efficiency SWRO (150,000 $m^3/day$) | Includes latest ERDs |
| Energy Supply | SMR or Dual Fuel (40–50 MW) | Integrated power grid for production/propulsion |
| Freshwater Storage | Food-grade Dedicated Tanks | 30,000–50,000 ton buffer capacity |
| Shore Transfer | High-cap pumps & pipeline connection | Loading arm or Floating hose methods |
| Sea Transfer | Ship-to-Ship (STS) Offloading | Logistics optimization via shuttle tankers |
| Control System | Integrated Automation System (IAS) | End-to-end monitoring (Intake to Offloading) |
Technical Value Proposal for ISSAC E&C
Safely delivering 150,000 tons of fresh water to shore requires sophisticated commissioning and piping design expertise. In particular, a high-pressure discharge pump system powered by an SMR offers a powerful advantage, as it can send water directly to distant inland reservoirs without the need for additional booster stations on shore.
Given that a 150,000-ton MDV would require a hull size similar to a 174k-class LNG carrier, establishing a model that combines SMR with electric propulsion would be a flagship project capable of shifting the paradigm of the global water market.
