[공학저널 전찬민 기자] 펌프는 전력 에너지 소비의 약 24%를 차지하고 있는 산업 부문 주요 에너지 다소비 유체기기 중 하나다. 이처럼 에너지 사용량이 많은 펌프의 효율 향상은 에너지 효율화 정책 목표 달성을 위한 기술개발이 필요한 핵심 사항으로 자리 잡고 있다.
축류펌프의 경우, 1970년대 후반 국내에 도입돼 대유량 이송이 필요한 빗물배수펌프장, 하수처리장과 같은 유입펌프 시설에 많이 활용되고 있다.
일반적인 펌프 운전과 달리 유입펌프시설은 시간대별 부하변동이 상이하며, 기존 축류펌프 사용 시 부분부하 조건에서 효율 저하가 발생돼 에너지 손실이 매우 큰 실정이다. 펌프 단품의 정격 운전 고효율화만으로는 국가 에너지 효율 향상에 한계가 있으며, 부분부하 조건에서 가변 운전을 통한 고효율 대응 기술이 필요한 상황이다.
축류펌프는 사류펌프보다 효율, 유량 등 수력학적 성능 변화폭이 매우 크고, 특히, 저유량 지점에서 축동력이 증가되는 경향이 있으며, 설계 유량과 운전 유량의 격차가 큰 경우 입사각 손실(Incidence losses)과 흡입 재순환(Suction recirculation) 현상으로 인해 수력학적 성능의 손실이 매우 증가하게 된다. 이러한 손실을 최소화하기 위해 기존 축류펌프의 경우에는 운전유량에 따라서 임펠러의 피치각도를 고정해 사용하며, 실시간으로 부하변동에 대응하기에는 한계가 있다.
이러한 한계에 대응하기 위해 지난 2021년 산업통상자원부 한국에너지기술평가원 주관의 에너지 수요관리 핵심 기술개발 사업을 진행함에 있어, ‘가변형 고효율 유체기기 핵심 기술 및 운영 시스템 개발’ 중 ‘가변형 운전 중대형 펌프기술 개발’의 주제로 연구가 본격적으로 수행되고 있으며, 이번 연구개발을 통해 국산화가 이뤄질 것으로 예상돼 주목을 받고 있다.
가변형 운전 중대형 펌프기술 개발은 전기에너지를 기계적인 운동에너지로 변환하는 Motor와 수중에서 회전하는 Rotor, 펌프 내부로 유체를 원활하게 흡입시키기 위한 Suction casing과 IGV(Inlet guide vane) 등으로 구성됐다. 특히, 이번 연구과제의 핵심인 IGV 가변 정밀 운전 기술이 적용된 고효율 중대형 축류펌프를 연구가 진행되고 있다는 것이 주목을 받는 이유로 볼 수 있다.
이를 위해 정격과 부분부하 조건에서 축류펌프 고효율 달성을 위한 머신러닝 기반 형상 최적설계와 IGV제어를 위한 메커니즘과 구동부 기구설계 기술이 개발된다. 또한, IoT/ICT 기술 기반 부분부하 인지와 IGV 가변 정밀 제어를 통해 중대형 펌프 운전효율 최적화 기술을 접목한 펌프로 한층 업그레이드된다.
이러한 가변형 운전 중대형 펌프기술 개발은 ㈜대진정공, 한국생산기술연구원, 프럭시스, 한국기계연구원, 한국기계전기전자시험연구원, 서울대학교 산학협력단, 한국펌프공업협동조합 등 7개 기관이 연구과제에 참여했다. 특히, 높은 수준의 기술 설계력을 바탕으로 독자적인 펌프기술을 인정받고 있는 대진정공이 주관기관을 맡고 있다.
지난 1992년 이응수 회장이 설립한 대진정공은 중소기업진흥공단에서 초빙한 일본의 퇴직 기술자인 오시마시로 전 회장의 원천 설계기술과 펌프 제작 경험을 이어받아 독자기술을 축적해 국내 펌프 기술을 선도하고 있다. 또한, 2016년 이주백 대표이사 취임 이래로 정부지원 연구 개발과 수출에 중점을 두며 기술개발에 집중한 결과, 2021년 산업부 한국에너지기술평가원 에너지 수요관리 핵심 기술개발 사업에 선정되고, 2022년 필리핀 홍수방지사업에 20억 규모의 펌프를 수출하는 등 남다른 행보를 보이고 있다.
국내에서는 2019년에 수행된 연구개발에 따른 기술에 대한 신제품(NEP) 인증(2021년)을 획득하고, 비상용 배수펌프를 긴급히 확보하려는 사업을 진행 중이었던 양수발전소에 단기간 요구사양을 반영한 제품을 개발, 투입해 발전소의 위험요소를 빠르게 해소하는 기술적인 노력에 최선을 다하고 있다.
대진정공 이주백 대표이사(사진)는 “한국전력공사의 주요 통계지표(2014년)에 따르면, 펌프의 연간 전력 소비량은 국민 1인당 연간 전력 소비량의 50만 배인 4,712,816MWh로 매우 높다”며 “이 중 상당 부분이 유입펌프시설에 설치된 대형 축류와 사류펌프의 운전에 사용되기 때문에 이번 연구과제의 성과를 바탕으로 펌프의 운전효율 개선을 통한 에너지 절감 효과가 매우 클 것으로 예상된다”고 말했다.
이처럼 연구 기반의 펌프 완제품 제조기업인 대진정공은 현장에서 요구하는 니즈를 정확히 파악해 고부가가치 기술들로 발전시키고 있으며, 양수발전소에 적용된 펌프기술은 현재 GTX에도 설계 반영되고 있다. 이러한 기술력을 바탕으로 국내뿐만 아니라 해외에도 기술을 보급하기 위해서 발로 뛰며 오랫동안 문을 두드린 결과, 펌프를 포함한 펌프장 건설공사를 턴키 수주하는 등 저력을 갖고 있다는 것이 대진정공만의 강점이다.
앞으로 대진정공은 펌프 제작 기술을 보유하지 못한 국가들이 수자원 컨트롤에 비용적인 어려움을 겪지 않도록 좋은 기술을 널리 사용될 수 있도록 하는 것을 목표로 최신 기술과 검증된 기술 개발을 위한 최선의 노력을 다할 예정이다.
