선박폐열발전시스템 성능실험장의 선박모사를 위한 선박운항과 폐열량 분석

Abstract

전 세계 온실가스 배출량 중 해상운송 분야는 3.3%로 연간 10억 톤의 온실가스를 배출하였다. 따라서, 국제해사기구(IMO)에서 선박의 환경오염 물질 배출규제를 점차 강화하여, EEXI(Engine Efficiency Existing Ship Index)규정을 도입하였다. 따라서, 선박의 에너지효율향상에 대한 연구의 일한으로 선박폐열발전시스템에 대한 관심이 높아졌다. 선박을 최대한 모사하여 구축 중인 선박폐열발전시스템 육상형 성능실험장은 선박의 운항 특성을 고려하여 선박 폐열의 변동성을 반영하여 성능실험 진행이 필요하다. 본 논문은 LNG 유조선으로 국제 해상운송으로 활용되는 Gas Star 선박과 Gas Quantum 선박의 운항 특성과 선박 엔진의 부하별 배기 폐열량을 분석하였으며, 이에 따른 성능실험장을 설계하였다. LNG 유조선은 국제운항에 따른 좁은 해협을 통과할 경우에 선속을 줄여서 운항 안정성을 확보하며, 운항 초기와 정박하는 과정에 선속이 변화하는 특성을 확인하였다. 선박폐열발전시스템 적용 대상 선박 중 현재 상용중인 MAN사의 40MW급 디젤엔진(7S90ME-C9.5)을 선정하여 배기 폐열 발생량을 분석하였다. 해당 엔진의 출력과 배기 폐열의 온도 및 유량에 대한 관계를 확인하였다. 엔진 부하가 약 20~30%에서 배기폐열 온도가 약 220℃로 유지되나, 이후에 약35%에서 약 265℃까지 급격하게 상승하여 최고 온도에 도달하는 것을 확인하였다. 이후, 약 75%의 약 220℃까지 원만하게 낮아지며, 이후 100%에 240℃까지 서서히 올라가는 것으로 확인하였다. 반면, 배기폐열 유량은 엔진 부하가 약 30~35%에서 약 40kg/s로 일정한 경우를 제외하고는 엔진부하가 상승하면 동일하게 유량이 늘어나는 경향을 확인하였다. 이러한 선박운항에 따른 배기폐열의 상관관계를 반영하여 2025년 강원도 고성의 해수에너지연구센터의 선박폐열발전 성능실험장에서는 다양한 열원조건에 따른 성능실험을 진행하여, 다양한 연구 결과를 도출할 예정이다.