KR101661928B1 - 선박용 에너지 관리 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

선박용 에너지 관리 방법 및 시스템이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선박용 에너지 관리 방법은, 연료 소비율을 산출하고 산출된 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률을 산출하며, 날씨에 의한 손실과 선박상태에 의한 손실을 이용하여 추진 손실률을 산출하고, 기관 손실률과 추진 손실률을 이용하여 통합 에너지 효율 지표를 산출한다.

Description

선박용 에너지 관리 방법 및 시스템{Ship Energy Management Method and System}
본 발명은 선박용 에너지 관리 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 선박의 통합 에너지 효율 지표를 산출하여 선박의 에너지를 관리하는 선박용 에너지 관리 방법 및 선박용 에너지 관리 시스템에 관한 것이다.
전세계 조선/해운 업계는 이산화탄소 저감을 위해 최근 국제해사기구 (International Maritime Organization : IMO)가 발효한 다양한 규제를 만족하기 위한 도전에 직면해 있다. 이 때문에, 에너지 저감기술은 최근 조선/해운 업계의 가장 큰 화두 중 하나가 되고 있다. 해운회사의 입장에서 봤을 때, 이러한 추세는 IMO 규제에 대응하기 위한 이유도 있겠지만 유가상승에도 기인한다.
지금 해운회사는 선단 관리비의 절반 이상을 차지하는 연료비 절감을 위해 에너지 저감기술 및 개선된 운영정책 적용등의 다양한 노력을 기울이고 있다. 에너지 저감기술에는 여러 가지가 있겠지만 적은 비용으로 큰 효과를 얻을 수 있는 대표적인 기술 중 하나가 바로 선박용 에너지 관리 시스템(Ship Energy Management System : SEMS)이다. SEMS는 선내 주요 에너지 관리항목에 대한 감시, 분석/평가, 최적화 등의 기능을 제공함으로써 에너지 절감을 가능하게 하는 시스템이다. 또한 이것은 선박 에너지효율 관리 계획(Ship Energy Efficiency Management Plan : SEEMP) 수행을 지원하는 강력한 툴이라는 점에서 향후 건조되는 선박에 필수적인 시스템이 될 것으로 예상된다.
선박 에너지효율 관리 계획(Ship Energy Efficiency Management Plan : SEEMP)은 선박의 이산화탄소 배출저감 목적으로 국제해사기구에서 발효한 규제항목으로서, 운영관점에서 선박의 에너지 효율을 지속적으로 감시 및 관리하기 위한 방법 및 계획을 정리한 문서이다. SEEMP는 EEDI와 함께 2011년 IMO 산하기구 MEPC의 62차 회의에서 MARPOL의 부속서 VI(대기오염 방지) 에 새롭게 '선박으로부터의 CO2 배출 규제' 항목을 신설하는 개정안이 채택되면서 규제항목으로 포함되었고, 2013년부터 강제화 되었다. 따라서 2013년 1월 1일을 기준으로 존재하는 400톤 이상의 모든 현존선 및 신조선에는 SEEMP가 비치되어야 한다.
이와 같은 추세를 반영하여, 선박의 에너지를 더욱 효율적으로 관리하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 연료 소비율, 화물량, 각종 손실률들을 이용하여 통합 에너지 효율 지표를 산출하는 선박용 에너지 관리 방법 및 이를 적용한 선박용 에너지 관리 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 측면에 따르면, 선박용 에너지 관리 시스템에 의한 선박용 에너지 관리 방법에 있어서, 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료를 나타내는 연료 소비율을 산출하는 단계; 상기 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률을 산출하는 단계; 날씨에 의한 손실 및 선박상태에 의한 손실 중 적어도 하나를 이용하여 추진 손실률을 산출하는 단계; 및 상기 기관 손실률과 추진 손실률을 이용하여 통합 에너지 효율 지표(Total Energy Efficiency Index)를 산출하는 단계;를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법이 제공될 수 있다.
그리고, 상기 연료 소비율을 산출하는 단계는, 측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피를 이용하여 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출함으로써 상기 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료의 질량을 나타내는 연료 소비율을 산출할 수 있다.
또한, 상기 연료 소비율을 산출하는 단계는, 단위시간당 소모된 연료의 부피를 측정하는 단계; 상기 연료의 온도를 측정하는 단계; 및 측정된 온도와 상기 연료의 온도별 밀도를 이용하여, 상기 측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피로부터 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 선박용 에너지 관리 방법은, 상기 선박의 흘수(draft)로부터 물속에 잠긴 선체의 부피를 산출하는 단계; 상기 선박이 위치한 해수의 밀도를 산출하는 단계; 상기 물속에 잠긴 선체의 부피와 해수의 밀도를 이용하여 상기 선박의 배수량(displacement)를 산출하는 단계; 및 상기 배수량과 상기 선박의 무게를 이용하여, 화물량을 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 해수의 밀도를 산출하는 단계는, 상기 선박의 위치를 검출하는 단계; 상기 검출된 선박의 위치에 대응되는 해수의 염도 정보를 추출하는 단계; 상기 해수의 온도를 측정하는 단계; 및 상기 추출된 해수의 염도 정보와 상기 측정된 해수의 온도에 대응되는 해수의 밀도를 산출하는 단계;를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 기관 손실률을 산출하는 단계는, 메인 엔진(Main Engine)의 연료 소비율, 발전기용 엔진(Generator Engine)의 연료 소비율, 이코노마이저(Economizer)의 연료 소비율, 및 전체 연료 소비율을 이용하여 상기 기관 손실률을 산출할 수 있다.
또한, 상기 날씨에 의한 손실은, 파도, 바람, 조류, 및 해수 온도에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 선박상태에 의한 손실은, 선박오염(Fouling), 키 각도(Rudder Angle), 및 드리프트(drift)에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산출된 통합 에너지 효율 지표를 이용하여 항차 단위(port to port)로 최대 효율을 낼 수 있는 상기 선박의 자세(trim), 루트(route), 속도, 발전기의 대수 및 모델 중 적어도 하나를 결정할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 연료 소비율, 화물량, 각종 손실률들을 이용하여 통합 에너지 효율 지표를 산출함으로써, 정확도 높은 지표 기반으로 선박 에너지를 효율적으로 관리할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 실시예들은, 연료 소비율과 화물량을 보다 정확하게 산출할 수 있어, 에너지 효율 지표 산출에 있어 매우 높은 정확도를 보장할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 기능을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 방법을 개념적으로 정리하여 표현한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 상세한 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 항차 단위(port to port)를 설명하기 위해 제공되는 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 하루단위 및 항차 단위별 에너지 관리 시나리오를 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 에너지 관리 시스템에 의한 선박용 에너지 관리 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 질량에 따른 연료 소비율을 산출하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 화물량을 계산하는 과정에 대해 설명하기 위해 제공되는 흐름도,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 추진 에너지(Propulsion Energy)의 흐름을 도식화한 도면,
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박의 에너지 최적화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도,
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 메인 화면을 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEOI와 FOC가 표시된 화면을 도시한 도면,
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템이 플래닝 단계의 화면을 표시한 도면,
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 KPI(Key Performance Indicator)의 실시간 트렌드와 추진에너지의 흐름을 보여주는 플로우 다이어그램(Flow diagram)을 보여주는 화면을 도시한 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 기능을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 선박 에너지 관리 시스템의 기능은 선박 에너지효율 관리 계획(Ship Energy Efficiency Management Plan : SEEMP)의 관리 모델을 충분히 반영하기 위해 Planning, Monitoring, Evaluation, Reporting 네 가지로 나누었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 방법을 개념적으로 정리하여 표현한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 선박 에너지 관리 시스템의 선박 에너지 관리 방법은 선박의 운행 및 에너지 관리를 위한 계획을 세우는 planning 단계, 선박의 현재 에너지 상태를 모니터링하는 monitoring 단계, 선박의 에너지 상태를 평가 및 효율화하는 Evaluation 단계를 반복하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 선박 에너지 관리를 위해 수집된 각종 데이터는 하루 단위와 항차 단위로 요약되어 선원에게 제공되며, 요약된 정보는 육상의 서버로 전송되어 선단 별로 정리되어 선주에게 웹으로 서비스 된다. 상세한 하드웨어 구성은 이하에서 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박 에너지 관리 시스템(100)의 상세한 구성을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 선박 에너지 관리 시스템은 필요한 입력데이터가 정의되어 있고 이것을 수집하기 위한 하드웨어들이 포함되어 있다. 도 4의 약어에 대한 설명은 다음과 같다.
PMS: Power Management System
PCMS: Power Consumption Monitoring System
AMS: Alarm Monitoring System
VDR: Voyage Data Recorder
LCS: Loading Computer System
BLR: Boiler
M/E: Main Engine
G/E: Generator Engine
도 4에 도시된 바와 같이, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 알람 모니터링 시스템(AMS)와 연결되어 다양한 정보를 모니터링하게 된다. 또한, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 데이터 입력부(110), 메모리부(120), 및 데이터 처리부(130)를 포함한다.
데이터 입력부(110)는 선박에 관련된 다양한 정보들을 입력 받는다. 구체적으로, 데이터 입력부(110)에 입력되는 데이터는 기관 데이터(Machinery Data), 네비게이션 데이터(Navigation Data), 날씨 데이터(Weather Data), 모션 데이터(Motion Data), 하중 데이터(Loading Data) 로 나뉜다. 이 데이터들은 연료 소비율(FOC : Fuel Oil Consumption), SFOC(Specific Fuel Oil Consumption), EEOI(Energy Efficiency Operational Indicator) 등 시스템의 KPI(Key Performance Indicator)를 계산하는데 사용되거나 각종 최적화(Optimization)를 수행하는데 사용된다. 또한, 데이터 입력부(110)가 입력받는 날씨 데이터는 선박의 위치에 대응되는 날씨 정보가 될 수도 있다.
메모리(120)는 데이터 입력부(110)를 통해 입력된 데이터를 데이터 처리부(130)가 처리할 수 있도록 임시 저장 공간을 제공하는 RAM(Random Access Memory)를 나타낸다.
데이터 처리부(130)는 선박용 에너지 관리 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하고, 데이터 입력부(110)로부터 입력된 데이터를 이용하여 다양한 값들을 산출하게 된다. 구체적으로, 데이터 처리부(130)는 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료의 질량을 나타내는 연료 소비율을 산출하고, 선박이 잠긴 정도를 나타내는 흘수(draft)를 이용하여 선박에 적재된 화물량을 계산하며, 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률을 산출하고, 입력된 날씨정보를 이용한 날씨에 의한 손실과 선박상태에 의한 손실을 이용하여 추진 손실률을 산출하며, 기관 손실률과 추진 손실률을 이용하여 통합 에너지 효율 지표(Total Energy Efficiency Index)를 산출하게 된다. 이와 같은 선박용 에너지 관리 시스템(100)의 데이터 처리부(130)의 통합 에너지 효율 지표 산출 과정에 대해서는 아래에서 차후 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 항차 단위(port to port)를 설명하기 위해 제공되는 도면이다. 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박의 에너지와 관련된 정보들을 다양한 관리 단위로 관리할 수 있으며, 예를 들어, 하루 단위와 항차 단위 두 가지로 나뉜다. 하루 단위는 말 그대로 하루 단위로 정리된 결과를 바탕으로 한 관리를 의미하고, 항차 단위는 Port to Port, 즉 항차 단위의 관리를 의미한다. 도 5는 항차 단위(P2P)의 개념을 그림으로 표현한 것이다.
하나의 항차단위는 Port-Harbor-Sea-Harbor 상태로 구성되며 선박은 이 상태를 과정을 반복적으로 수행하게 된다. 여기서 Port는 엔진을 정지시키고 항구에 정박한 상태를 나타내고, Harbor는 엔진을 가동시키고 근해로 나가거나 근해에 들어오는 상태를 나타내며, Sea는 먼 바다를 항해하는 상태를 의미한다. 항차 단위의 시작은 현재 항구의 입항시점부터 다음 항구 입항시점까지이며, 이 구분을 위한 입항 이벤트 검출은 좌표정보와 엔진상태정보를 이용하여 자동으로 이루어진다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 에너지 관리 시스템(100)의 하루 단위 및 항차 단위별 에너지 관리 시나리오를 도시한 도면이다.
도 6의 흐름을 살펴보면 크게 하루 단위로 수행되는 'Short Term' 관리와 항차 단위로 수행되는 'Long Term' 관리로 구분된다. 항차 관리를 시작하기에 앞서 사용자는 각종 최적화(Optimization) 및 선박 에너지효율 관리 계획(SEEMP) 세팅을 수행한다. 여기서 최적화(Optimization)에는 선박자세(Trim), 속도(Speed), 루트(Route), 발전기 엔진(Generator Engine) 최적화가 있으며 각각에 대한 설명은 다음과 같다.
선박자세 최적화(Trim Optimization) : 선박의 연료를 절감을 위해 주어진 선적 조건에서 효율을 극대화 할 수 있는 자세(Trim)를 찾는 것.
루트 최적화(Route Optimization): 선박의 연료를 절감을 위해 주어진 경로 및 기상예보 조건에서 효율을 극대화 할 수 있는 경로를 찾는 것.
속도 최적화 (Speed/RPM Optimization): 선박의 연료를 절감을 위해 주어진 경로, 기상예보 및 시간 조건에서 효율을 극대화 할 수 있는 속도 및 RPM을 찾는 것.
발전기 최적화(Generator Optimization): 다수의 발전기 엔진(GE)를 구동하는데 있어서 현재 전력 요구량에 맞게 구동되는 발전기 엔진의 대수 및 모델을 설정하는 것.
그리고 선박 에너지효율 관리 계획 세팅 항목에는 항차 단위 관리에 필요한 관리 항목 설정, 관리자 설정, 목표값 설정이 있다. 여기서 목표값은 관리 항목 별로 설정할 수 있으며 선박용 에너지 관리 시스템(100)에서 정의하고 있는 주요 포인트 중 하나가 된다.
사용자는 항차 단위 관리를 기본으로 평가/정리된 결과를 바탕으로 에너지 절감을 위한 조치(Improve)를 수행 하되, 하루 단위로 평가/정리된 결과를 참조하여 최적화를 다시 수행하거나 선박 에너지효율 관리 계획(SEEMP) 설정을 변경할 수 도 있으며, 또한 에너지 절감을 위한 여러 조치를 수행할 수도 있다.
하루 단위와 항차 단위로 요약된 정보는 선원에게 제공될 뿐만 아니라 위성통신을 통해 육상의 선박용 에너지 관리 시스템(100) 서버로 전송되어 선단 단위로 관리되며 정리된 데이터는 웹을 통해 선주에게 서비스 된다.
이하에서는, 선박용 에너지 관리 시스템(100)에 의한 선박 에너지 관리 방법에 대해 더욱 상세히 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 에너지 관리 시스템(100)에 의한 선박용 에너지 관리 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
먼저, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료의 질량을 나타내는 연료 소비율(FOC : Fuel Oil Consumption)을 산출한다(S710).
이때, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피를 이용하여 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출함으로써 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료의 질량을 나타내는 연료 소비율을 산출하게 된다. 연료 소비량을 계측하기 위해 선박에 적용되는 유량계(Flowmeter)는 대부분 부피(Volume)를 계측하는 터빈(Turbine)형 유량계(Flowmeter)이다. 하지만 연료는 온도에 따라 그 밀도가 달라지며, 마찬가지로 밀도에 따라 질량이 달라지기 때문에 정확한 연료 소비율(FOC)을 얻기 위해서는 질량을 계측해야 한다. 하지만 질량을 계측하는 질량 유량계(Mass Flowmeter)는 그 가격이 매우 고가이기 때문에 적용이 쉽지 않다. 따라서 본 실시예에서 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 유량계(Flowmeter) 입력단에 온도센서를 추가하여 부피(Volume) 정보를 질량으로 환산하며, 매 5분마다 수행되는 연료의 질량 계산 방법은 도 8과 같다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 질량에 따른 연료 소비율을 산출하는 방법을 설명하기 위해 도시된 도면이다.
도 8에서, FR은 유량(Flow Rate)를 의미하며 매 1초 마다 리터/분[liter/min] 단위로 변환되어 저장된다. 그리고 매 5분마다 평균 유량(FR) 정보와 평균 연료 온도(FO Temp) 정보를 이용하여 질량 유량(Mass FR)을 계산하며 그 단위는 [kg/hour]이다. 질량(Mass) = 부피(Volume) × 밀도(Density)
구체적으로, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 단위시간당 소모된 연료의 부피를 측정한다(S810). 예를 들어, 도 8에서는 1분당 소모된 연료의 부피(FRsec_vol)를 측정한다(S810). 그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 5분간 1초마다 S810 단계를 반복한다. 5분이 지난 경우(S820-Y), 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 소모된 1분당 연료의 부피의 5분간의 평균(FR5min_vol)을 산출한다(S830).
그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 온도 센서를 이용하여 연료의 온도(FO Temp)를 측정한다(S840). 그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 해당 연료의 온도별 밀도를 이용하여 해당 온도에 대응되는 연료의 밀도를 산출한다(S850).
그 후에, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 측정된 온도와 연료의 온도별 밀도를 이용하여, 측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피로부터 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출하게 된다(S860). 구체적으로 도 8에서는 5분당 소모된 연료의 질량(FR5min_mass)를 산출하게 된다. 그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 5분당 소모된 연료의 질량(FR5min _ mass)를 시간당 소모된 연료의 질량(FRhour _ mass)으로 변환하게 된다(S870). 그 후에, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 이와 같은 5분당 소모된 연료의 질량(FR5min_mass) 및 시간당 소모된 연료의 질량(FRhour_mass)을 데이터 베이스에 업데이트하고(S880), 다시 S810단계부터 반복 실행하게 된다.
이와 같은 과정을 통해, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 질량에 따른 연료 소비율을 산출하는 방법을 수행하게 되며, 부피에 기반하지 않고 질량에 따른 연료 소비율을 산출함으로써 더욱 정밀도가 높은 연료 소비율을 산출할 수 있게 된다.
다시 도 7로 돌아와서, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박이 잠긴 정도를 나타내는 흘수(draft)를 이용하여 선박에 적재된 화물량을 계산하게 된다(S720). 이때, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 배수량과 선박의 무게를 이용하여, 화물량을 산출하며, 배수량 산출시에는 해수의 염도 및 온도를 고려하여 산출된 해수의 밀도를 이용하게 된다. 구체적으로, 도 9를 참고하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른, 화물량을 계산하는 과정에 대해 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
먼저, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박의 앞부분(Fwd), 중간(Mid), 및 뒷부분(Aft)의 흘수(Draft)를 측정한다(S910). 그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 측정된 흘수로부터 물속에 잠긴 선체의 부피(immersed volume of the hull structure)를 산출한다(S920).
또한, 선박 에너지 관리 장치는 선박의 위치(Ship Position)를 검출하고, 해수의 온도 및 압력을 측정한다(S930). 이때, 선박 에너지 관리 장치는 검출된 선박의 위치에 대응되는 해수의 염도 정보를 추출하게 된다. 선박 에너지 관리 장치는 위치별 해수의 염도 정보를 미리 저장해놓고 있기 때문에, 검출된 위치에 대응되는 해수의 염도 정보를 추출할 수 있게 된다. 그러면, 선박 에너지 관리 장치는 추출된 해수의 염도 정보와 측정된 해수의 온도를 이용하여 선박의 위치에 대응되는 해수의 밀도(Sea water Density)를 산출하게 된다(S940).
그 후에, 선박 에너지 관리 장치는 물속에 잠긴 선체의 부피와 해수의 밀도를 이용하여 선박의 배수량(displacement)을 산출하게 된다(S950).
그리고, 선박 에너지 관리 장치는 배수량과 선박의 무게(Light weight)를 이용하여, 화물량(Cargo Mass)을 산출하게 된다(S960). 이때, 선박 에너지 관리 장치는 배수량(Displacement)에서 선박의 무게(Light weight)를 뺀 값을 화물량(Cargo Mass)로 산출하게 된다.
이와 같은 과정을 통해 선박의 화물량을 산출할 수 있게 된다. 또한, 화물량 산출 시 선박의 위치에 해당되는 해수의 염도 및 온도를 고려하여 해수의 밀도를 산출하기 때문에, 선박 에너지 관리 장치는 더욱 정확도가 높게 선박의 화물량을 산출해낼 수 있게 된다.
또한, 선박 에너지 관리 장치는 산출된 화물량을 이용하여 EEOI(Energy Efficiency Operational Indicator)를 산출할 수 있게 된다. EEOI는 선박의 에너지 효율을 관리하기 위해 IMO에서 개발한 지수이며 SEEMP를 수행하는데 있어서 에너지 관리 현황을 수치화하기 위한 도구의 일종이다. EEOI의 수식을 살펴보면 다음과 같다.
Figure 112014115550691-pat00001
여기에서, 계산되는 값은 FOC와 mcargo, 그리고 D 이다. 정확한 FOC 계산을 위한 방법은 상술한 바 있으며, D는 선박의 좌표 혹은 속도 정보를 이용하여 쉽게 계산될 수 있다. 또한, mcargo 의 경우도 상술한 방법에 의해 산출될 수 있다.
다시, 도 7로 돌아가서, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률(Machinery Loss)을 산출한다(S730). 이때, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 메인 엔진(Main Engine)의 연료 소비율, 발전기용 엔진(Generator Engine)의 연료 소비율, 이코노마이저(Economizer)의 연료 소비율, 및 전체 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률을 산출하게 된다. 기관 손실률(Machinery Loss)의 단위는 %이고 구체적인 계산 방법은 아래와 같다.
Figure 112014115550691-pat00002
Figure 112014115550691-pat00003
Figure 112014115550691-pat00004
Figure 112014115550691-pat00005
Figure 112014115550691-pat00006
그 후에, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 날씨에 의한 손실(Lossweather)과 선박상태에 의한 손실(LossNoweather)을 이용하여 추진 손실률(Propulsion Loss)을 산출한다(S740). 이때, 날씨에 의한 손실은, 파도(Wave), 바람(Wind), 조류(Current), 및 해수 온도(Sea Water Temp.)에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함한다. 그리고, 선박상태에 의한 손실은, 선박오염(Fouling), 키 각도(Rudder Angle), 및 드리프트(drift)에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함하게 된다.
이와 같은 추진 에너지의 흐름에 대해서는 도 10에 도시되어 있다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른, 추진 에너지(Propulsion Energy)의 흐름을 도식화한 도면이다.
도 10을 수식으로 표현하면 다음과 같다.
Figure 112014115550691-pat00007
Figure 112014115550691-pat00008
이를 이용하여, 추진 손실률(Propulsion Loss, LossProp)은 다음과 같은 수식을 이용하여 산출할 수 있게 된다.
Figure 112014115550691-pat00009
이와 같은 과정을 이용하여, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 추진 손실률을 산출할 수 있게 된다.
다시 도 7로 돌아가서, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 기관 손실률과 추진 손실률을 이용하여 통합 에너지 효율 지표(Total Energy Efficiency Index)를 산출하게 된다(S750). 통합 에너지 효율 지표는 선박이 연료를 이용하여 어느 정도의 효율을 낼수 있는지에 대한 지표를 나타낸다.
구체적으로, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 다음과 같은 수식을 이용하여 통합 에너지 효율 지표(
Figure 112014115550691-pat00010
)을 산출하게 된다.
Figure 112014115550691-pat00011
이와 같은 과정을 통해, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 더욱 정확도가 높은 통합 에너지 효율 지표를 산출할 수 있게 된다.
그리고, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 산출된 통합 에너지 효율 지표를 이용하여 항차 단위(port to port)로 최대 효율을 낼 수 있는 선박의 자세(trim), 루트(route), 속도, 발전기의 대수 및 모델 중 적어도 하나를 결정하게 된다. 이를 통해, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박 에너지의 효율을 최적화 할 수 있게 된다. 구체적인 과정에 대해서는 도 11을 참고하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박의 에너지 최적화 방법을 설명하기 위해 제공되는 흐름도이다.
선박용 에너지 관리 시스템(100)은 항차를 시작하기 전, 즉 출항지에서 정박하고 있는 동안 그리고 화물의 적재가 끝난 시점에서 운항에 대한 플래닝(Planning)을 수행되어야 하며, 플래닝(Planning) 단계에서 산출된 통합 에너지 효율 지표를 이용하여 도 11과 같은 최적화를 수행하게 된다.
먼저, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박 자세 최적화(Trim Optimization)를 수행하게 된다(S1110). 즉, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 현재 선박의 흘수(Draft)와 계획된 속도를 바탕으로 최적의 자세 결정하게 된다.
그 다음, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박의 루트 최적화(Route Optimization)를 수행하게 된다(S1120). 즉, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 자세 정보와 기상예보 정보를 바탕으로 최적을 경로 결정하게 된다.
그 후에, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박의 속도 최적화(Speed/RPM Optimization)를 수행하게 된다(S1130). 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 결정된 자세와 경로와 경로의 각 구간(Way Point to Way Point) 별 기상정보를 바탕으로 구간 별 속도 및 RPM(revolution per minute)을 결정하게 된다.
단, 발전기 최적화(Generator Optimization)는 현재 발전기 별 로드(Load) 정보를 바탕으로 5분 단위로 자동으로 수행된다.
이와 같은 과정을 통해, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 선박의 플래닝 단계에서 최적화를 수행하게 된다.
이하에서는, 도 12 내지 도 15를 참고하여, 선박용 에너지 관리 시스템(100)이 표시하는 화면을 설명한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 에너지 관리 시스템(100)의 메인 화면을 도시한 도면이다. 도 12에서, 붉은색 박스로 표시된 부분은 앞에서 정의한 통합 에너지 효율 지표(Total Energy Efficiency Index)이며, 수치에 따라 Good(녹색), Normal(황색), Bad(적색)으로 표시된다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 EEOI와 FOC가 표시된 화면을 도시한 도면이다. 도 13에는 상술한 선박용 에너지 관리 시스템(100)이 EEOI와 FOC 등을 표시하는 것을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른, 선박용 에너지 관리 시스템(100)이 플래닝 단계의 화면을 표시한 도면이다. 도 14와 같이 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 플래닝(Planning) 단계에서 수행되는 목표설정, 담당자 설정, 관리항목 설정, Opimization 등을 수행하는 페이지를 표시하는 것을 확인할 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 주요 KPI(Key Performance Indicator)의 실시간 트렌드와 추진에너지의 흐름을 보여주는 플로우 다이어그램(Flow diagram)을 보여주는 화면을 도시한 도면이다.
이와 같이, 선박용 에너지 관리 시스템(100)은 다양한 화면을 통해 선박의 에너지 효율 상태를 사용자에게 제공할 수 있게 된다.
한편, 본 실시예에 따른 선박 에너지 관리 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램을 수록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기술적 사상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록된 컴퓨터로 읽을 수 있는 프로그래밍 언어 코드 형태로 구현될 수도 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터에 의해 읽을 수 있고 데이터를 저장할 수 있는 어떤 데이터 저장 장치이더라도 가능하다. 예를 들어, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크, 하드 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 솔리드 스테이트 디스크(SSD) 등이 될 수 있음은 물론이다. 또한, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 컴퓨터로 읽을 수 있는 코드 또는 프로그램은 컴퓨터간에 연결된 네트워크를 통해 전송될 수도 있다.
또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100 : 선박용 에너지 관리 시스템 110 : 데이터 입력부
120 : 메모리 130 : 데이터 처리부

Claims (9)

  1. 선박용 에너지 관리 시스템에 의한 선박용 에너지 관리 방법에 있어서,
    선박에서 단위 시간당 소모되는 연료를 나타내는 연료 소비율을 산출하는 단계;
    상기 연료 소비율을 이용하여 기관 손실률을 산출하는 단계;
    날씨에 의한 손실 및 선박상태에 의한 손실 중 적어도 하나를 이용하여 추진 손실률을 산출하는 단계; 및
    선박의 연료이용 효율을 나타내는 통합 에너지 효율 지표(Total Energy Efficiency Index)를 (100-(기관 손실률 + 추진 손실률))로부터 산출하는 단계;를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료 소비율을 산출하는 단계는,
    측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피를 이용하여 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출함으로써 상기 선박에서 단위 시간당 소모되는 연료의 질량을 나타내는 연료 소비율을 산출하는 선박용 에너지 관리 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료 소비율을 산출하는 단계는,
    단위시간당 소모된 연료의 부피를 측정하는 단계;
    상기 연료의 온도를 측정하는 단계; 및
    측정된 온도와 상기 연료의 온도별 밀도를 이용하여, 상기 측정된 단위시간당 소모된 연료의 부피로부터 단위시간당 소모된 연료의 질량을 산출하는 단계;를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 선박의 흘수(draft)로부터 물속에 잠긴 선체의 부피를 산출하는 단계;
    상기 선박이 위치한 해수의 밀도를 산출하는 단계;
    상기 물속에 잠긴 선체의 부피와 해수의 밀도를 이용하여 상기 선박의 배수량(displacement)를 산출하는 단계; 및
    상기 배수량과 상기 선박의 무게를 이용하여, 화물량을 산출하는 단계;를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 해수의 밀도를 산출하는 단계는,
    상기 선박의 위치를 검출하는 단계;
    상기 검출된 선박의 위치에 대응되는 해수의 염도 정보를 추출하는 단계;
    상기 해수의 온도를 측정하는 단계; 및
    상기 추출된 해수의 염도 정보와 상기 측정된 해수의 온도에 대응되는 해수의 밀도를 산출하는 단계;를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 기관 손실률을 산출하는 단계는,
    메인 엔진(Main Engine)의 연료 소비율, 발전기용 엔진(Generator Engine)의 연료 소비율, 이코노마이저(Economizer)의 연료 소비율, 및 전체 연료 소비율을 이용하여 상기 기관 손실률을 산출하는 선박용 에너지 관리 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 날씨에 의한 손실은,
    파도, 바람, 조류, 및 해수 온도에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 선박상태에 의한 손실은,
    선박오염(Fouling), 키 각도(Rudder Angle), 및 드리프트(drift)에 의한 에너지 손실 중 적어도 하나를 포함하는 선박용 에너지 관리 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 산출된 통합 에너지 효율 지표를 이용하여 항차 단위(port to port)로 최대 효율을 낼 수 있는 상기 선박의 자세(trim), 루트(route), 속도, 발전기의 대수 및 모델 중 적어도 하나를 결정하는 선박용 에너지 관리 방법.
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