친환경 LNG 연료 사용엔진 선박 과목명 : 캡스톤 디자인 2 담당교수 : 김 규 태 교수 학생 : 이 문 규 학번 : 20082528.

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1 친환경 LNG 연료 사용엔진 선박 과목명 : 캡스톤 디자인 2 담당교수 : 김 규 태 교수 학생 : 이 문 규 학번 : 20082528

2 목 차목 차  1. 개요 및 배경 - 환경문제 - 규제의 필요성 - IMO 규제 2. LNG 연료 사용 특징 - 장단점 - ME- GI 특징 - LNG 연료사용의 발전  3. 컨테이너선 설계 (3100TEU) - 주요요목 - 마력측정 - 저항측정 - G/A - 연비, 배출가스 절감 고찰  4. 현재 문제 - LNG 벙커링 5. 결론

3 개요

4 Co2 배출 현황

5 이산화탄소량 배출량이 크게 증가할 것으로 예상됨에 따라 규제의 필요성 대두 2007 년 기준 선박에서 배출되는 이산화탄 소량은 10 억 4,600 만 톤으로 전 세계 이산 화탄소 배출량의 3.3% 를 차지 개별 산업 단위로는 최고치를 기록 이중 외항부분의 이산화탄소 배출량은 8 억 7,000 만 톤으로 전 세계의 2.7% 를 차지 규제의 필요성 IMO( 국제해사기구 ) 의 시나리오 분석 결과 해운업의 온실가스 배출량이 2050 년에는 12~18% 를 차지할 것으로 예상 규제 필요성이 증대되어 옴

6 IMO 규제 IMO 는 2030 년까지 선박에서 배출되는 이산화탄소의 배출량을 30% 줄이는 것을 목표로 설정 - 선박에서 배출되는 온실가스를 감축하는 3 가지 방안을 고안

7 IMO 규제 - 2011 년 이후 Tier Ⅱ : 질소산화물의 배출량을 종전 1kWh 당 17.0g 에서 14.4g 으로 줄이는 새로운 규제기준 을 만족하는 엔진을 의무적으 로 장착해야 한다. - 2016 년 이후 현재보다 약 80% 감축한 Tier Ⅲ 기준 적용할 것이다.

8 IMO 규제

9

10 LNG 연료사용 선박의 장점 ( 환경적 측면 )

11 DFDEME-GI 제조사현대중공업 MAN Disel & Turbo 최초탑재삼성중공업대우조선해양 부속탑재중속 발전기 4~5 개와 전기모터엔진 1~2 개, 발전기 3~4 대 가격 10080 엔진행정 4 행정기관 중속 2 행정 중속추진 가스압력 10bar300bar 추진연료 LNG or 벙커유 연료 소모량 123 톤 100 톤이하 엔진 비교

12 YARDAB Scant draft150.000149,700 Designed Draft(DWT)134,000 Ship speed(Knot)14.0 Engine type6G70DF-C9.25G70ME-C9.2 NMCR17,280kW * 99 rpm16,080kW * 97 rpm MCR15,380kW * 99 rpm13,900kW * 97 rpm NCR(90%MCR)13,550kW * 97 rpm12,510kW * 93.7 rpm NCR(90%MCR)13,550kW * 97 rpm12,510kW * 93.7 rpm DFOC ( 연료소모량 ) 52.4 ton/day48.6 ton/day 엔진 효율 비교

13 LNG 엔진의 비교 ME-GI 시스템 DF-DE 시스템

14 국제적 LNG 추진 상선 발주현황

15 국내 조선사 LNG 선박 수주 전망

16 ME-GI 엔진의 사용

17 컨테이너선 설 계 ( 3100TEU )

18 주 요 요 목 구하기 선박에서 주요치수의 결정은 역학적 성능과 선 가를 고려하여 결정되어진다. 하지만 저희는 각 사용부재와 주요치수들이 변화에 따른 선가의 상관관계를 정확하게 알 수 없었습니다. 그래서 저희는 건조되거나 건조되고 있는 유사 실적선이 가장 경제적 모델로 고안되었을 것이 라는 가정 하에 유사 실적선의 자료 통하여 주요 치수들을 결정하였습니다. 각 조선소의 홈페이 지를 통해 기본적인 배의 치수들을 찾아서 정리 하였습니다.

19 회사명 TEULOALBPBDTdL(oa)/BL/BB/T DSME2400206.0029.8016.406.91 현대삼호 2500201.05190.0032.2519.0011.006.235.892.93 STX2600198.8030.1016.7011.506.602.62 한진 2692226.7032.2019.0010.807.042.98 참조선 2700257.40245.2432.2019.3010.107.997.623.19 DSME2800244.0032.2019.007.58 현대미포 2824222.10210.0030.0016.8010.107.407.002.97 STX2850201.6032.2419.0010.006.253.22 DSME3100232.932.318.310.047.213.11 STX3500232.2032.2019.3010.757.213.00 DSME3600245.0032.0019.007.61 한진 3950244.0032.0019.0010.807.632.96 한진 4024289.5032.2021.0512.008.992.68 한진 4100260.00245.0032.2019.0011.008.077.612.93 현대 4410263.0037.0022.007.11 주 요 요 목 구하기

20  LOA =232.4m 주요 요목 구하기

21  B=31.8m 주요 요목 구하기

22  D=18.6m 주요 요목 구하기

23  LBP = 219.2m  LBP 를 구하기 위해 각 실전선의 LOA 에 대한 LBP 의 길이비를 감안하여 설계선 의 LBP 는 219.2m 하였다 주 요 요 목 구하기 회사명 LOALBP LBP / LOA 비 현대삼호 201.051900.946 참조선 257.4245.240.952 현대미포 222.12100.945 한진 2602450.942 평균 0.946

24  유체역학적인 측면에서 C B 는 그 값이 작을수록 좋다. 하지만 C B 값 이 너무 작아지면 그만큼 주요 치수들이 커지기 때문에 적정한 값을 산정하여야 한다. 일반적 으로 중속 컨테이너선의 경우 적절한 C B 값은 0.65~0.75 이다. 주 요 요 목 구하기

25  Waston And Gilfilian 의 경험식을 사용  Vs = 22knote = 11.2m/s 1 〫 = 0.0174533rad  Fn =0.241  Cb = 0.66 주 요 요 목 구하기

26  흘수의 크기는 선박 건조비에 직접적인 영향을 주기 때문에 가 능한 크게 설정하는 것이 좋다.  일반적으로 같은 선형의 선박일 경우 T 가 커지면 많이 적재할 수 있다. 그만큼 선박의 운항 시 선주는 이익을 많이 보게 된다. 이 런 의도에서 벌크선 등에서는 같은 선박이라도 해치커버 등을 개량하여 건현을 최대한 줄이고 줄어든 높이만큼 T 를 높이려고 한다. 그리고 일반적으로 선박의 적재중량을 늘리기 위해 길이 를 늘리는 것 은 종강도적인면에서 많은 보강을 요구하게 되므 로 폭을 늘리는 것이 더 효율적이다. 하지만 T 를 늘리는 데는 많 은 제한이 따른다. 입출항시 항만의 깊이, 운하를 통과 시에 운 하깊이, 흘수제한선 등등 많은 제한이 있다.  저희는 정확한 기준이 없어 DSME 의 3100TEU 선박의 흘수 10.4m 를 선정하여 사용 했습니다.  T = 10.4m 주 요 요 목 구하기

27  △ ( 배수량 ) =LBP x B x T x CB x = 219.2 x 31.8 x 10.4 x 0.66x 1.025 = 49042.1 MT  △ ( 배수량 ) =49042.1 MT 주 요 요 목 구하기 주 요 요 목주 요 요 목 LOA232.4mT10.4m LBP219.2mCB0.66 B31.8m △ 49042.1 MT D18.6mV22knot =11.3m/s

28  마력의 약산식은 애드미럴티 계수 (Admiralty coefficient) 를 기존 실적 선으로 부터 추정한 값을 각자의 경험과 판단으로부터 선택하여 실기 관 마력을 추정하여야 한다.  기관마력 (PS)= 배수량 : ton 속도 : knot   애드미럴티 계수의 식을 이용해서 실기관 마력을 산출한다. 여기서 애 드미럴티 계수는 선박 수조실험 결과와 배의 시운전 결과의 자료를 수 집하여 만든 도표로 자료를 구할 수 없어 DSME 에서 3100TEU 선박의 마 력을 36000HP 로 하여 건조하였다. 그래서 우리도 마력을 36000HP 로 선정하였다. 이때 애드미럴티 계수는 약 401.58 로 추정된다. 마력 계산

29  BHP =36000HP = 36500PS = 27504kw 마력 계산 엔진 마력 BHP36000.0HP NCR41400.0HP MCR46000.0HP

30 엔진 선택

31  프루드 마찰저항  S = C×L×B(1.22×d/B+0.46)×( +0.765) = 9671 m^2  마찰계수를 이용한 저항 값 측정 (230m = 0.13831) 저항 계산 ( 마찰 저항 )

32 저항 계산 ( 잉여 저항 )  잉여저항 계수는 ( 프루드 수 ) 로부터 도표에서 찾는다. Cf = 0.007

33 마찰저항 (kg) 87533.78 잉여저항 (kg) 4430.16 전저항 (kg)91963.9 저항 계산

34 항로 설정  북동아시아 미국항로 선정 부산에서 뉴욕까지 = 26 일 상 하역 시간 = 2 일 왕복 항로 ( 왕복항해시간 + 상 하역 시간 *2 )= 60 일 1 년 = 356 일 = 6.1 회 왕복

35 항구 정보 / 소요시간

36 LNG bunkering LNG 연료 선박에 LNG 를 저비용, 고효율 그리고 안정적으로 공급하는 기술, 사업 및 관련 설비를 통칭 LNG 연료 선박의 당면과제 LNG bunkering 방법 Tanklorry to shipTerminal to shipShip to ship

37 LNG bunkering 현황  세계 최초 LNG 벙커링 선박 (Seagas)  전 세계 운항중인 LNG 추 진선박 27 척 운영 중이며 발틱해 주변 국가에서 LNG 추진선박 및 벙커링 설비운영  현재 건조중인 LNG 추진 선박 : 24 척 이상

38 LNG bunkering 현황  Ship to Ship LNG 벙커링 ( 스웨덴, Seagas)  싱가포르 LNG 터미널 ( 연간 350 백만톤 처리 )

39 LNG 연료 선박의 당면과제 지 역지 역 2012 년 2030 년 North America-21 South America-10 Europe0.3724 FSU-7 Africa-5 Middle east/SE Asia-12 East Asia-81 Total0.37160 ▲ Tanklorry to ship (2013 년 3 월 포항 송도, Tanklorry 벙커링 ) ( 출처 : DNV, Gazprom) ( 단위 : 백만톤 ) LNG bunkering 현황 및 전망

40  3100TEU 컨테이너 선박에 엔진 종류별 연료별 대입을 하여 운 항 시 가격 / 일률 / 효율 / 연비 계산 및 고찰 결 론

41 3100TEU 선박에 대한 비교 연료 가격 ( 원 /kg) 일률 (KJ/kg) 벙커 C 유 1080 원 / Kg 41,400 KJ/Kg LNG 810 원 /Kg 50,000 KJ/Kg  LNG 연료가 벙커 C 유보다 17.2% 효율 증가 효과가 있 다.

42 벙커 C 유 VS LNG 벙커 C 유 연료 일일 소모량 일일 사용가격 1 년 가격 벙커 C 유 19.17 톤 / 일 2 천 70 만원 / 일 720 억원 LNG 연료 일일 소모량 일일 사용가격 1 년 가격 LNG 14.72 톤 / 일 1 천 2 백 만원 / 일 340 억원 연료엔진 선박수명 계산 시 차이 벙커 C 유 DFDE 14400 억원 7600 억원 차이 LNGME-GI6800 억원 선박의 평균 수명 = 20 년

43  벙커 C 유 대신 LNG 연료를 사용시 할 시 53.8 % 경제 적 이익을 얻게 된다.  결과적으로, LNG 연료 효율성은 벙커 C 유에 비해 53.8 % 증가 된다. 그러나 현재 부족한 벙커링 으로 인해 연료 보급에 어려움을 겪어 LNG 연료 사용의 보 급이 더디다. 결론

44 향 후 나아가야 할 방향 향후 Tier Ⅱ보다 약 80% 감 축한 Tier Ⅲ기준 적용 MARPOL Annex VI, Chapter 4 에 따라 EEDI 를 적용하여 베이스라 인을 준수한 선박만이 건조 운영 LNG 연료 선박은 환경규제에 적합한 대체선박 향후 LNG 연료 선박 상용화 및 상용가능 환경조성

45 감사합니다. 질문 있으십니까 ?