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해양공학

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목차

1. 개요

해양 공학은 아르키메데스로부터 시작되어 현대 산업 혁명과 함께 발전했으며, 선박 설계, 해양 구조물, 해양 에너지 등 다양한 분야에 공학적 기술을 적용하는 학문이다. 해양 공학자는 수학, 과학, 공학 분야의 교육을 받고, 기계, 토목, 전기 공학 등 관련 분야의 지식을 활용하여 유체 역학, 부식, 안정성 등의 과제를 해결한다. 주요 응용 분야로는 북극 공학, 해안 설계, 심해 시스템, 환경 공학, 해양 시스템 등이 있으며, 해상 석유 플랫폼, 해상 풍력 발전 단지, 항만 설계 등 다양한 해양 관련 프로젝트에 참여한다. 해양 공학 기술자는 다양한 산업 분야에서 활동하며, 특히 해군 및 군사 분야에서도 중요한 역할을 한다.

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해양공학

2. 역사

아르키메데스는 전통적으로 최초의 해양 공학자로 여겨지며, 고대 시대에 여러 해양 공학 시스템을 개발했다. 현대 해양 공학은 산업 혁명(1700년대 초)의 시작과 함께 시작되었다.[2]

1807년, 로버트 풀턴은 증기 기관을 사용하여 배를 물 속으로 추진하는 데 성공했다. 풀턴의 배는 엔진을 사용하여 작은 나무 외륜을 해양 추진 시스템으로 구동했다. 증기 기관을 선박에 통합하여 해양 증기 기관을 만든 것은 해양 공학 직업의 시작이었다. 풀턴의 ''클러몬트''가 첫 항해를 한 지 불과 12년 만에, ''사바나''는 미국에서 유럽으로 가는 최초의 해상 항해를 기록했다. 약 50년 후, 증기 동력 외륜선은 오늘날의 화물선과 같은 크기인 길이 약 213.36m, 무게 22,000톤의 ''그레이트 이스턴''의 제작과 함께 정점을 찍었다. 외륜선은 다음 추진 방식이 등장하기 전까지 30년 동안 증기선 산업의 선두 주자가 되었다.[2]

3. 교육 및 훈련

해양 공학자가 되기 위한 교육 경로는 여러 가지가 있으며, 공학사(B.Eng. 또는 B.E.), 이학사(B.Sc. 또는 B.S.), 기술학사(B.Tech.), 기술경영 및 해양공학 학사 (B.TecMan & MarEng), 또는 해양 공학 응용과학사(B.A.Sc.)와 같은 대학 또는 전문대학 학위 취득을 포함한다.

국가 및 관할 구역에 따라 해양 기술자 면허를 취득하려면 공학 석사(M.Eng.), 이학 석사(M.Sc 또는 M.S.), 또는 응용과학 석사(M.A.Sc.)와 같은 석사 학위가 필요할 수 있다.

일부 해양 기술자는 기계 공학, 토목 공학, 전기 공학, 지적측량 공학, 환경 공학과 같은 다른 분야 또는 지질학, 지구물리학, 물리학, 지적측량학, 지구 과학, 수학과 같은 과학 기반 분야에서 들어와 부수적으로 직업에 합류한다. 해양 기술자가 되기 위해서는 다른 계량적 학부 과정을 졸업한 후 M.Eng, M.S., M.Sc. 또는 M.A.Sc.와 같은 대학원 해양 공학 학위를 취득해야 한다.

해양 공학 연구의 기본 과목은 일반적으로 다음과 같다.

과목군세부 과목
수학미적분, 대수학, 미분 방정식, 수치 해석
지구 과학지구화학, 지구물리학, 광물학, 지적측량학
역학암석 역학, 토질 역학, 지반 역학
열역학열전달, 일 (열역학), 물질 전달
수리지질학(해당 과목 내용 없음)
유체 역학유체 정역학, 유체 동역학
지질 통계학공간 분석, 통계
제어 공학제어 이론, 계측
노천 채광노천 채굴


4. 관련 분야

해양공학은 토목공학, 조선공학, 전기전자공학, 화학공학, 에너지자원공학 등 다양한 공학 기술을 활용하여 해양 개발을 연구하는 학문 분야이다.

해양공학은 크게 토목해양공학과 조선해양공학의 두 가지로 분류할 수 있다.

4. 1. 조선 해양 공학

해상 선박의 엔지니어링 분야에서 선박 설계는 선박의 전반적인 설계와 물을 통과하는 추진을 다루는 반면, 해양 공학은 선박 시스템이 설계대로 작동하도록 보장한다.[3] 선박 설계자와 해양 공학자는 고유한 분야를 가지고 있지만, 종종 함께 작업한다.

4. 2. 해양 공학 (Ocean Engineering)

해양공학은 토목공학, 조선공학, 전기전자공학, 화학공학, 에너지자원공학 등 공학 기술을 활용하여 해양 개발을 연구하는 학문 분야이다.

해양공학은 크게 두 가지로 구분할 수 있다.

해양공학은 해양 석유 시추 시설과 같은 해양 또는 해안 구조물, 부두 및 항만과 같은 해안 구조물, 그리고 해양 파력 에너지 변환 및 수중 생명 유지 시스템과 같은 다른 해양 시스템과 관련이 있다.[4] 이는 해양공학을 선상 시스템의 설계 및 적용과 관련된 선박공학과 구별되는 분야로 만든다.[5] 그러나 유체역학, 수역학, 재료 과학과 같이 겹치는 핵심 분야 때문에, 특히 미국 외의 산업 및 학계에서는 "해양공학"이 "선박공학"이라는 포괄적인 용어로 사용되기도 한다.

4. 3. 해양학

해양학은 해양을 특성화하기 위해 데이터를 수집하고 분석하는 과학 분야이다. 해양 공학과 해양학은 별개의 학문이지만 밀접하게 연관되어 있다. 해양 공학자는 해양학자가 수집한 데이터를 사용하여 설계 및 연구에 활용하고, 해양학자는 해양 공학자(보다 구체적으로 해양 공학자)가 설계한 도구를 사용하여 해양에 대한 이해와 탐구를 발전시킨다.[6]

4. 4. 기계 공학

해양 공학은 기계 공학의 여러 측면을 포함한다. 일례로 선박 추진 시스템 설계가 있다. 기계 엔지니어는 주요 추진 장치, 조향, 닻 고정, 화물 처리, 난방, 환기, 공조, 내부 및 외부 통신 등 선박 기능의 전력 공급 및 기계화 설계를 담당한다. 전력 발전 및 전력 분배 시스템은 일반적으로 해당 공급업체가 설계하며, 해양 공학에서는 설치만 담당한다.[7]

또한 유체 역학, 유체 역학, 선형 파동 이론, 재료 역학, 구조 역학, 구조 동역학 등 기계 공학 분야에 대한 이해는 해양 엔지니어의 기술에 필수적이다. 이러한 과목들은 해양 공학 커리큘럼의 필수 구성 요소이다.[7]

4. 5. 토목 공학

토목 공학 개념은 해양 구조물, 해양 교량 및 터널, 항만 설계와 같은 많은 해양 공학 프로젝트에서 중요한 역할을 한다.

4. 6. 전기 공학 및 로봇 공학

해양 공학은 전기 공학 및 로봇 공학 분야, 특히 해저 케이블과 UUV를 사용하는 것과 관련된 응용 분야를 다룬다.[1] 대륙간을 잇는 일련의 광섬유 케이블은 전 세계 통신의 상당 부분을 인터넷을 통해 연결하며, 전 세계 인터넷 및 신호 트래픽의 최대 99%를 처리한다.[1] 이러한 케이블은 극한의 압력과 온도뿐만 아니라 어업, 트롤 어업, 해양 생물의 잠재적 간섭을 받으며, 외지고 종종 가혹한 심해 환경을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.[1]

UUV의 사용은 자율 알고리즘과 네트워킹의 사용으로 이점을 얻을 수 있다.[1] 해양 공학자들은 자율성과 네트워킹의 발전이 기존 UUV 기술을 어떻게 향상시키고 더 강력한 수중 차량 개발을 촉진하는지 배우는 것을 목표로 한다.[1]

4. 7. 석유 공학

해양 공학 지식은 석유 공학 분야에서 유용하며, 유체 역학 및 해저 통합은 해상 석유 플랫폼의 설계 및 유지 보수에서 핵심 요소로 작용한다.

4. 8. 해양 건설

해양 건설은 대규모 수역, 대개 바다에서 또는 인접한 지역에 구조물을 건설하는 과정이다. 이러한 구조물은 운송, 에너지 생산, 레크리에이션 등 다양한 목적으로 건설될 수 있다. 해양 건설에는 다양한 건축 자재, 주로 강철과 콘크리트가 사용될 수 있다. 해양 구조물의 몇 가지 예로는 선박, 해양 플랫폼, 계류 시설, 파이프라인, 케이블, 부두, 교량, 터널, 방파제 및 부두가 있다.

5. 해양 공학의 당면 과제

해양 공학은 여러 가지 당면 과제를 안고 있다. 선박 및 해양 구조물은 수많은 파도와 해양 환경에 의한 부식, 해양 생물 부착, 오염 등 다양한 문제에 직면한다.
유체 역학적 하중: 선박이나 잠수함은 수명을 다하는 동안 수백만 번 파도에 부딪히는 것을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 이러한 하중 조건은 해양 건설 및 해안공학에서도 고려해야 할 중요한 요소이다.
안정성: 모든 항해 선박은 정역학적 안정성을 유지해야 한다. 특히 조선 해양 공학자는 선박이 물과 공기 두 유체에서 동시에 작동하기 때문에 안정성 확보에 더욱 주의를 기울여야 한다. 화물 적재, 연료 소모 등으로 인한 불균형을 평형수 탱크를 이용하여 해결하는 것도 해양 기술자의 중요한 업무 중 하나이다.
부식: 해양 환경은 염분으로 인해 부식이 쉽게 발생한다. 따라서 해양 공학자들은 표면 보호와 갈바닉 부식 방지에 많은 노력을 기울인다. 음극 보호를 위해 아연과 같은 희생 양극을 사용하거나, 선체에 전류를 흘려보내 부식을 억제하는 방법을 사용한다.
방오: 해수 시스템 내부에 해양 생물이 부착되는 것을 방지하는 것은 매우 중요하다. 전기염소처리를 통해 해수에 전류를 흘려보내 차아염소산나트륨을 생성하여 생물 물질을 제거하거나, 구리와 알루미늄 양극을 이용하여 해양 생물 성장을 억제하고 파이프 내부 부식을 방지한다.[8] 선체에 부착되는 해양 생물은 특수 페인트를 사용하여 방지할 수 있다.[9]
오염 제어: 해양 연료 연소와 유수 배출은 해양 오염의 주요 원인이다. 이산화황 배출은 대기와 해양 산성화를 유발하여 해양 생태계에 악영향을 미친다. 중유는 오염 물질 배출량이 많아 2020년까지 사용이 단계적으로 중단될 예정이다.[10] 선박 바닥에 모이는 빌지수는 기름 오염 농도가 15ppm 이하일 경우에만 배출이 허용되며, MARPOL에 따라 오일 이송 기록을 의무적으로 작성해야 한다.[1]
캐비테이션: 캐비테이션은 액체 내 압력 저하로 인해 기포가 형성되는 현상으로, 펌프나 프로펠러에 손상을 줄 수 있다. 특히 프로펠러의 캐비테이션은 잠수함의 은닉을 방해할 수 있으므로, 블레이드 수를 늘려 낮은 회전 속도에서도 추진력을 얻을 수 있도록 설계하는 것이 중요하다.[12]

5. 1. 유체 역학적 하중

토목 기사가 건물과 교량에 작용하는 풍하중을 고려하여 설계하는 것과 마찬가지로, 해양 공학자는 선박 또는 잠수함이 수명 동안 수백만 번 파도에 부딪히는 것을 견딜 수 있도록 설계한다. 이러한 하중 조건은 해양 건설 및 해안공학에서도 발견된다.

5. 2. 안정성

모든 항해 선박은 정역학적 안정성에 대한 지속적인 요구를 받는다. 조선 해양 공학자는 항공기 설계자와 마찬가지로 안정성을 중요하게 생각한다. 조선 해양 공학자의 업무를 특별하게 만드는 점은 선박이 물과 공기라는 두 유체에서 동시에 작동한다는 것이다. 선박이 설계되어 항해를 시작한 후에도, 해양 기술자들은 화물의 균형을 맞추는 과제에 직면하게 되는데, 컨테이너를 수직으로 쌓는 것은 선박의 질량을 증가시키고 무게 중심을 더 높게 이동시키기 때문이다. 연료의 무게 또한 문제를 야기하는데, 선박의 피칭(Pitch) 현상으로 인해 액체가 이동하여 불균형이 발생할 수 있다. 일부 선박에서는 이러한 불균형을 더 큰 평형수 탱크에 물을 저장하여 해결한다. 해양 기술자들은 선박의 연료 및 평형수 균형을 맞추고 추적하는 역할을 담당한다. 부유식 해양 구조물 또한 이와 유사한 제약을 받는다.

5. 3. 부식

해상 선박은 염수 환경으로 인해 부식에 매우 취약하다. 모든 프로젝트에서 해양 공학자들은 표면 보호와 갈바닉 부식 방지에 관심을 둔다. 부식은 부식 반응에서 "희생 양극" 역할을 하는 금속 조각(예: 아연)을 도입하여 음극 보호를 통해 억제할 수 있다. 이렇게 하면 선박 선체가 아닌 금속이 부식된다. 부식을 방지하는 또 다른 방법은 선박 선체에 제어된 양의 낮은 직류 전류를 보내 선체의 전하를 변경하고 전기 화학적 부식의 시작을 지연시키는 것이다. 유사한 문제는 해안 및 해상 구조물에서도 발생한다.

5. 4. 방오

방오는 해수 시스템의 필수 구성 요소에서 부착성 유기체를 제거하는 과정이다. 해양 성장물의 특성과 위치에 따라 이 과정은 여러 가지 방식으로 수행된다.

  • 해양 유기체는 냉각 시스템에 물을 공급하기 위해 사용되는 선외 흡입구 표면에 성장하여 부착될 수 있다. 전기염소처리는 해수에 높은 전류를 흘려 물의 화학적 조성을 변경하여 차아염소산나트륨을 생성하고 모든 생물 물질을 제거한다.
  • 방오의 전해 방식은 두 개의 양극에 전류를 흘려보내는 것이다.[8] 이 양극은 일반적으로 구리와 알루미늄(또는 철)으로 구성된다. 첫 번째 금속인 구리 양극은 물에 이온을 방출하여 생물 물질에 너무 독성이 있는 환경을 만든다. 두 번째 금속인 알루미늄은 부식을 방지하기 위해 파이프 내부를 코팅한다.
  • 홍합, 조류와 같은 다른 형태의 해양 성장물은 선박 선체의 바닥에 부착될 수 있다. 이러한 성장물은 선박 선체의 매끄러움과 균일성을 방해하여 선박이 속도가 느리고 연료 효율이 떨어지는 덜 유체역학적인 형태를 갖게 한다.[9] 선체의 해양 성장물은 이러한 유기체의 성장을 방지하는 특수 페인트를 사용하여 해결할 수 있다.

5. 5. 오염 제어

해양 연료 연소와 유수 배출은 해양 오염의 원인이 된다. 이를 제어하기 위한 여러 방법이 있다.

5. 5. 1. 황 배출

해양 연료의 연소는 대기 중으로 유해한 오염 물질을 배출한다. 선박은 중유 외에도 해상 디젤을 사용한다. 석유 제품 중에서 가장 무거운 중유는 연소 시 이산화황을 배출한다. 이산화황 배출은 대기 및 해양 산성화를 증가시켜 해양 생물에 해를 끼칠 수 있다. 그러나 중유는 생성되는 오염 때문에 공해에서만 연소될 수 있다. 다른 해양 연료에 비해 비용 효율적이어서 상업적으로 유리하다. 중유는 2020년까지 상업적 사용에서 단계적으로 폐지될 것으로 예상된다.[10]

5. 5. 2. 유수 배출

선박의 바닥에는 빌지라고 알려진 곳에 물, 기름 및 기타 물질이 모인다. 빌지수는 바다로 펌핑되지만 배출되기 위해서는 기름이 15ppm(백만 분의 1) 이하가 되도록 오염 임계값 테스트를 통과해야 한다.[1] 물은 테스트를 거쳐 깨끗하면 배출되거나, 다시 테스트하기 전 분리하기 위해 보관 탱크로 재순환된다.[1] 유수 분리기로 보내지는 탱크는 점성으로 인해 중력을 이용하여 액체를 분리한다.[1] 총톤수 400톤 이상의 선박은 빌지수에서 기름을 분리하는 장비를 갖추어야 한다.[1] 또한, MARPOL에 의해 시행됨에 따라, 총톤수 400톤 이상의 모든 선박과 총톤수 150톤 이상의 모든 유조선은 오일 기록부에 모든 오일 이송을 기록해야 한다.[1]

5. 6. 캐비테이션

캐비테이션은 낮은 압력으로 인해 액체가 증발하여 액체 내에 기포가 형성되는 과정이다. 이 낮은 압력 영역은 액체의 끓는점을 낮춰 기체로 증발하게 한다. 캐비테이션은 펌프에서 발생할 수 있으며, 이는 시스템을 통해 유체를 이동시키는 임펠러에 손상을 줄 수 있다.[12] 캐비테이션은 추진에서도 나타난다. 프로펠러 블레이드 표면에 저압 포켓이 형성되는데, 이는 분당 회전수(RPM)가 증가함에 따라 발생한다.[12] 프로펠러의 캐비테이션은 작지만 격렬한 내파를 일으켜 프로펠러 블레이드를 변형시킬 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 블레이드 수를 늘리면 동일한 추진력을 더 낮은 회전 속도로 얻을 수 있다. 이는 잠수함에게 매우 중요한데, 프로펠러가 선체를 비교적 조용하게 유지하여 은닉을 유지해야 하기 때문이다. 프로펠러 블레이드 수가 많아지면 선체는 더 낮은 샤프트 회전 속도에서 동일한 추진력을 얻을 수 있다.

6. 응용 분야

해양공학은 토목공학, 조선공학, 전기전자공학, 화학공학, 에너지자원공학 등 여러 공학 분야의 기술을 융합하여 해양 개발을 연구하는 학문이다. 해양공학은 크게 토목해양공학과 조선해양공학으로 나눌 수 있다.

해양공학은 다음과 같은 분야에 응용된다.


  • 북극 공학: 기상 관측 장비나 해양 부이처럼 극한 환경에서 작동하는 시스템 설계한다.
  • 해안 설계 및 복원: 방파제, 배수관 등 해안선 보호를 위한 솔루션을 개발한다.
  • 심해 시스템: 수중 서식지, 무인 잠수정과 같이 높은 수압, 낮은 온도 등의 극한 환경에서 작동하는 시스템을 설계한다.
  • 환경 공학: 어업 조성, 유류 유출 정화 등 지속 가능성을 고려하여 해양 생태계와 천연 자원을 보존한다.
  • 해양 시스템: 해양 석유 플랫폼, 해상 풍력 발전소처럼 해안선에서 멀리 떨어진 해상에서 사용되는 시스템을 설계한다.
  • 항만 설계: 항만의 계획, 건설, 확장 및 수정한다.
  • 해난 구조: 난파선 인양 기술을 활용한다.

6. 1. 북극 공학

해양 공학자들이 북극에서 작동하는 시스템, 특히 기상 관측 장비 및 해양 부이와 같은 과학 장비를 설계할 때에는 여러 가지 어려운 문제에 직면하게 된다. 장비는 극한의 온도에서 오랫동안 작동해야 하며, 유지 보수가 거의 또는 전혀 없이 작동해야 하는 경우가 많다. 따라서 매우 낮은 온도에서도 견딜 수 있는 재료와 내구성이 뛰어난 정밀 전자 부품이 필요하다.

6. 2. 해안 설계 및 복원

해안 공학은 토목 공학 및 기타 분야를 융합하여 바다와 인접하거나 가까운 지역에 대한 해안 솔루션을 만든다. 파랑의 힘, 침식, 해수면 상승으로부터 해안선을 보호하기 위해 해양 공학자는 암석과 콘크리트로 만들어진 방파제, 배수관 또는 방파제와 같은 "회색" 인프라 솔루션을 사용할지, 아니면 수생 식물, 맹그로브 및/또는 습지 생태계를 통합하는 "녹색" 인프라 솔루션을 사용할지 고려해야 한다.[13] 회색 인프라는 건설 및 유지 관리 비용이 더 많이 들지만 고에너지 파랑 환경에서 해양의 힘으로부터 더 나은 보호를 제공할 수 있다는 것이 밝혀졌다.[14] 녹색 솔루션은 일반적으로 비용이 적게 들고 지역 식생과 더 잘 통합되지만 부적절하게 실행될 경우 침식이나 손상에 취약할 수 있다.[15] 많은 경우 엔지니어는 회색 및 녹색 솔루션의 요소를 결합한 하이브리드 방식을 선택한다.[16]

6. 3. 심해 시스템

심해 시스템은 극한 환경에서 작동해야 하므로, 해양공학의 여러 분야 기술이 집약적으로 활용된다. 높은 수압, 낮은 온도, 제한된 가시거리 등은 심해 시스템 설계에 있어 주요 과제이다.

6. 3. 1. 생명 유지 시스템

수중 생명 유지 시스템과 같은 수중 서식지 설계에는 압력 용기, 잠수 생리학, 열역학에 대한 상세한 지식이 필요하며, 이는 고유한 일련의 과제를 제시한다.

6. 3. 2. 무인 잠수정 (UUV)

해양 공학자들은 자율 알고리즘과 네트워킹의 발전이 기존 무인 잠수정 (UUV) 기술을 향상시키고 더 강력한 수중 차량 개발을 촉진하는 방법을 연구하고 있다.

해양 공학자는 사람이 탑승하지 않고 수중에서 작동하는 무인 잠수정을 설계하거나 자주 사용한다. 무인 잠수정은 깊이, 원격성 및/또는 온도와 같은 여러 환경적 요인으로 인해 인간이 접근하기 어렵거나 불가능한 위치에서 작업을 수행하는 경우가 많다. 무인 잠수정은 원격 조작 잠수정과 같이 인간에 의해 원격으로 조작되거나 반자율적 또는 자율적으로 작동할 수 있다.

6. 3. 3. 센서 및 계측 장비

음향은 수중에서 가시광선보다 멀리 전달되기 때문에 데이터 전송 매체로 주로 사용된다. 고주파 음파는 해양 깊이 측정, 해저 특성 파악, 수중 물체 감지에 사용되며, 주파수가 높을수록 반환되는 데이터의 해상도가 높아진다. 소나(음향 항법 및 거리 측정기)는 제1차 세계 대전 중 잠수함 탐지를 위해 개발되었고, 지속적으로 개선되었다. 잠수함은 소나를 사용하여 다른 잠수함 및 수상함을 탐지하고, 해산과 같은 장애물을 감지한다. 음향 측심기는 해양 깊이를 측정하며, 발전된 형태의 멀티빔 음향 측심기는 해저의 상세한 이미지를 제공한다. 고출력 시스템은 해저 지질 정보를 제공하여 지구물리학 및 탄화수소 발견, 엔지니어링 측량에 사용된다.

청색 레이저를 사용한 광학 전송은 근거리 수중 통신에 사용된다. 이는 음향 시스템보다 높은 대역폭을 가지지만, 범위는 수십 미터로 제한적이며 밤에 사용하는 것이 이상적이다.

음향 통신 및 항법 외에도 온도, 염분, 산소 농도, 질산염 농도, 미량 화학 물질, 환경 DNA 등 해양 매개변수 측정을 위한 센서가 개발되었다. 더 작고, 정확하며, 저렴한 시스템을 만드는 추세로 인해 대학 및 소규모 회사에서도 센서 및 기기를 구매하여 사용할 수 있게 되었다. 센서 및 기기는 자율 및 원격 작동 시스템과 선박에 장착되어 인력 대신 작업을 수행한다.

해양 센서 및 기기 제조는 주로 아시아, 유럽, 북미에서 이루어진다. 제품은 전문 저널에 광고되며, [https://www.oceanologyinternational.com/ Oceanology International], [https://www.oceanbusiness.com/ Ocean Business]와 같은 무역 박람회를 통해 홍보된다.

6. 4. 환경 공학

모든 해안 및 해양 프로젝트에서 환경적 지속 가능성은 해양 생태계와 천연 자원의 보존을 위해 중요한 고려 사항이다. 해양 공학자가 환경 공학 지식의 혜택을 받는 사례로는 어업의 조성, 유류 유출 정화, 연안 관리 솔루션의 개발 등이 있다.[17]

6. 5. 해양 시스템

해양 시스템은 해안선에서 멀리 떨어진 해상에서 사용되도록 설계된다. 해양 엔지니어는 토목공학, 조선공학, 전기전자공학, 화학공학, 에너지자원공학 등 다양한 공학 기술을 활용하여 해양 개발을 연구한다.

6. 5. 1. 해상 석유 플랫폼

해양 석유 플랫폼 설계에는 여러 가지 해양 공학적 과제가 수반된다. 플랫폼은 해류, 파도의 힘, 염수 부식을 견딜 수 있어야 하며, 구조적으로 온전하고 해저에 완전히 고정되어야 한다. 또한, 시추 부품은 석유 누출 및 유출로 인한 해양 오염을 방지하기 위해 높은 안전율로 동일한 과제를 처리할 수 있도록 설계되어야 한다.[1]

6. 5. 2. 해상 풍력 발전 단지

해상 풍력 발전소는 석유 플랫폼과 유사한 많은 해양 공학적 문제에 직면한다. 육상 풍력 발전소보다 더 높은 수확량의 재생 에너지를 제공하는 동시에 일반 대중의 반대(''님비 현상'' 참조)를 덜 받는다.[18]

6. 5. 3. 해양 파력 에너지

해양 공학자들은 해양 파력 에너지가 분산 또는 전력망 적용에 유용한 전력원으로서의 가능성을 지속적으로 연구하고 있다. 많은 설계가 제안되었고 수많은 시제품이 제작되었지만, 파력 에너지를 비용 효율적인 방식으로 활용하는 문제는 아직 해결되지 않은 과제로 남아있다.[19]

6. 6. 항만 설계

해양 기술자는 항만 설계의 계획, 건설, 확장 및 수정과 관련될 수 있다. 항만은 자연적이거나 인공적일 수 있으며, 정박된 선박을 바람, 파도 및 해류로부터 보호한다.[20] 항만은 선박이 정박, 적재, 또는 하역되는 도시, 마을 또는 장소로 정의될 수 있다. 항만은 일반적으로 항만 내에 위치하며, 여객, 벌크 화물 또는 컨테이너 화물을 포함한 특정 화물을 처리하는 하나 이상의 개별 터미널로 구성된다.[21] 해양 기술자는 항만에서 발견되는 다양한 유형의 해양 터미널 및 구조물을 계획하고 설계하며, 이러한 구조물에 평생 동안 가해지는 하중을 이해해야 한다.

6. 7. 인양 및 복구

해난 구조 기술은 난파선을 인양하기 위해 지속적으로 수정되고 개선된다. 해양 공학 기술자는 이 과정의 일부 단계에서 기술을 활용한다.

7. 직업

해양공학 기술자들은 수학, 과학, 기술, 공학 등 다양한 분야에 걸쳐 일하며, 오셔니어링 인터내셔널이나 반 오드와 같이 해양 공학을 전문으로 하는 회사에서 일하거나, 엑손모빌, BP와 같은 회사의 해상 시추 프로젝트에 자문하는 형태로 일하기도 한다.

해양 공학은 해군과 관련된 군사적 분야에도 적용된다. 미국 해군의 시비즈, 공병대 등은 해양 공학과 관련된 작업을 수행하며, 군 계약자와 미국 육군 공병대도 해양 공학 프로젝트에 참여한다.

2012년 미국의 해양 공학 기술자 평균 연봉은 96140USD였으며, 시간당 평균 임금은 46.22USD였다.[22] 해양 공학 분야는 2016년부터 2026년까지 약 12% 성장할 것으로 예측된다. 해운 산업이 세계 시장 공급망에서 중요한 역할을 하고, 해상 에너지 분야의 성장과 해수면 상승으로 인한 해안 관리 필요성 증대가 이러한 성장을 이끌 것으로 보인다.[23][24]

7. 1. 산업

다양한 공학적 배경을 가진 해양 공학 기술자들은 수학, 과학, 기술, 공학의 모든 분야에 걸쳐 다양한 산업 분야에서 일한다. 오셔니어링 인터내셔널과 반 오드와 같은 일부 회사는 해양 공학을 전문으로 하며, 다른 회사들은 특정 프로젝트에 대해 해양 공학 기술자들에게 자문을 구한다. 이러한 자문은 엑손모빌과 BP와 같은 회사가 해상 시추 프로젝트의 여러 측면을 관리하기 위해 해양 공학 기술자들을 고용하는 석유 산업에서 흔히 이루어진다.

7. 2. 군사

해양 공학은 주로 해군과 관련된 여러 군사적 응용 분야에 적용된다. 미국 해군의 시비즈, 공병대, 공학 장교들은 해양 공학과 관련된 작업을 수행하는 경우가 많다. 군 계약자(특히 해군 조선소 소속)와 미국 육군 공병대 또한 특정 해양 공학 프로젝트에서 역할을 한다.

7. 3. 성장 전망

2012년, 미국의 해양 공학 기술자의 평균 연봉은 96140USD였으며, 시간당 평균 임금은 46.22USD였다.[22] 해양 공학 분야는 2016년부터 2026년까지 약 12% 성장할 것으로 예측된다. 현재 약 8,200명의 해양 건축가와 해양 공학 기술자가 고용되어 있지만, 2026년까지 이 숫자는 9,200명으로 증가할 것으로 예상된다.[23] 이는 해운 산업이 세계 시장 공급망에서 중요한 역할을 하기 때문이다. 세계 무역량의 80%가 5만 척에 달하는 선박을 통해 해외에서 이루어지며, 이 모든 선박에는 해양 공학 기술자가 탑승하거나 육상에서 근무해야 한다.[24] 또한, 해상 에너지 분야가 지속적으로 성장하고 있으며, 해수면 상승으로 인해 해안 관리에 대한 더 큰 필요성이 발생하고 있다.

8. 주요 해양 공학 업적

델타 계획(Delta Works)은 북해의 홍수로부터 네덜란드를 보호하기 위해 설계된 13개의 프로젝트 시리즈이다. 미국 토목 학회(American Society of Civil Engineers)는 이를 "현대 세계 7대 불가사의" 중 하나로 선정했다.[38] 2021년 4월 현재 챌린저 해연에 도달한 사람 목록이 마리아나 해구에 위치한 지구 해양의 최저점인 챌린저 해연에 도달했다. 소련 잠수함 K-219의 인양은 미국 해군과 CIA 엔지니어의 합동 팀에 의해 글로마 익스플로러(Glomar Explorer)에 탑승하여 수행되었다.

9. 저명한 해양 공학자


  • 피터 판 오르트: 로열 반 오르트의 최고 경영자(CEO)
  • 마이클 E. 맥코믹(Michael E. McCormick): 미국 해군사관학교 조선해양공학과 명예교수이자 파력 에너지 연구의 선구자

참조

[1] 웹사이트 Difference between Naval Architecture and Marine Engineering https://www.mitunive[...] MIT ADT University
[2] 서적 Marine Engineering SNAME 1971
[3] 웹사이트 Difference between Naval Architecture and Marine Engineering https://www.mitunive[...] MIT ADT University
[4] 웹사이트 Ocean Engineering: About https://www.usna.edu[...] United States Naval Academy Department of Naval Architecture and Ocean Engineering
[5] 웹사이트 Marine Engineers and Naval Architects: What They Do https://studentschol[...] Student Scholarships Organization
[6] 웹사이트 Oceanography https://www.national[...] National Geographic
[7] 웹사이트 Ocean Engineering home https://me.berkeley.[...] University of California Berkeley
[8] 간행물 Fouling control using air bubble curtains: protection for stationary vessel. 2009
[9] 웹사이트 Anti-Fouling Systems http://www.imo.org/e[...] 2018
[10] 웹사이트 Eco Ships:The New Norm for Top Tier Ships http://www.maritimep[...] 2018
[11] 웹사이트 Oily Bilgewater Separators https://www3.epa.gov[...] 2011
[12] 웹사이트 An Introduction to Propeller Cavitation https://www.iims.org[...] 2015
[13] 웹사이트 Green and Gray: Understanding the Shades of Resilient Infrastructure. https://blogs.oregon[...] Oregon State University
[14] 웹사이트 Combining gray and green infrastructure to improve coastal resilience: lessons learnt from hybrid flood defenses. https://www.tandfonl[...] 2021-05-09
[15] 웹사이트 Combining gray and green infrastructure to improve coastal resilience: lessons learnt from hybrid flood defenses. https://www.tandfonl[...] 2021-05-09
[16] 웹사이트 Balancing Green and Gray Infrastructure Solutions to Mitigate Coastal Flooding. https://ncseagrant.n[...] North Carolina State University
[17] 웹사이트 Research overview: Coastal and Ocean Engineering. https://ce.udel.edu/[...] The University of Delaware
[18] 웹사이트 Offshore Wind Research & Development. https://www.energy.g[...] U.S. Department of Energy
[19] 웹사이트 Energy Explained: Wave Power. https://www.eia.gov/[...] U.S. Energy Information Administration
[20] 서적 Port and Harbor Design. https://link.springe[...]
[21] 서적 Port and Harbor Design. https://link.springe[...]
[22] 웹사이트 Marine Engineers and Naval Architects, Bureau of Labor Statistics http://www.bls.gov/o[...] Bureau of Labor Statistics, U.S. Department of Labor 2014-01-08
[23] 웹사이트 Occupational Handbook: Marine Engineers and Naval Architects http://www.bls.gov/o[...] 2017-10-24
[24] 웹사이트 Shipping and World Trade http://www.ics-shipp[...] 2017
[25] 웹사이트 About SNAME, Society of Naval Architects and Marine Engineers http://www.sname.org[...] Society of Naval Architects and Marine Engineers 2013
[26] 웹사이트 Ocean Engineering home http://meche.mit.edu[...] Massachusetts Institute of Technology Department of Mechanical Engineering
[27] 웹사이트 Ocean Engineering home https://me.berkeley.[...] University of California Berkeley
[28] 웹사이트 See page. https://www.usna.edu[...] United States Naval Academy Department of Naval Architecture and Ocean Engineering
[29] 웹사이트 Ocean Engineering home. https://engineering.[...] The University of Texas A&M
[30] 웹사이트 Ocean Engineering home http://meche.mit.edu[...] Massachusetts Institute of Technology Department of Mechanical Engineering
[31] 웹사이트 Research Area: Ocean Science and Engineering | MIT Department of Mechanical Engineering http://meche.mit.edu[...]
[32] 웹사이트 Home https://mit.whoi.edu[...] MIT-WHOI Joint Program
[33] 간행물 Ocean Engineering - An International Journal of Research and Development. https://www.journals[...] Elsevier
[34] 간행물 IEEE Journal Of Oceanic Engineering. https://ieeexplore.i[...] Institute of Electrical and Electronics Engineers
[35] 간행물 Journal of Waterway, Port, Coastal, and Ocean Engineering. https://ascelibrary.[...] American Society of Civil Engineers
[36] 컨퍼런스 OCEANS Conference https://www.oceansco[...]
[37] 컨퍼런스 The European Wave and Tidal Energy Conference https://ewtec.org/
[38] 웹사이트 Delta Works: The Netherlands' Storm Surge Protection https://www.amusingp[...]


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