KR102347314B1

KR102347314B1 - 오염물질 배출량 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Info

Publication number: KR102347314B1
Application number: KR1020200067567A
Authority: KR
Inventors: 유영준; 이준채; 한지수; 이가빈
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2020-06-04
Filing date: 2020-06-04
Publication date: 2022-01-04
Also published as: KR20210150758A

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템은, 액화 천연 가스를 저장하는 저장탱크 및 상기 액화 천연 가스를 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진을 포함하는 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하기 위한 오염물질 배출량 도출 장치 및 상기 오염물질 배출량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 선박의 운항명령속도, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보, 상기 선박의 필요전력정보, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보, 오염물질 배출량 계수 정보가 저장되어 있으며, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 운항명령속도, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 상기 추진엔진의 RPM을 도출하고, 상기 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 상기 추진엔진의 로드와 출력을 산출하며, 상기 산출된 추진엔진의 출력과, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하고, 상기 선박의 필요전력정보와, 상기 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보를 통해 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하며, 상기 추진엔진의 로드, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여, 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 것을 특징으로 한다.

Description

오염물질 배출량 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{SYSTEM AND METHOD FOR ESTIMATING POLLUTANT EMISSIONS AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM THEREOF}

본 발명은 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 선박의 오염물질 배출량을 도출할 수 있는 오염물질 배출량 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.

고유가로 인해 선박의 경제적인 효율성을 연료소모량 측면에서 평가하게 되면서, 더 높은 효율성을 갖는 선박의 설계 요구가 선주로부터 제기되어 왔다.

최근 에너지효율지수(EEDI : Energy Efficiency Design Index), 에너지효율지표(EEOI : Energy Efficiency Operational Indicator) 및 에너지효율관리계획(EEMP : Energy Efficiency Management Plan)의 적용에 관한 논의가 국제해사기구(International Maritime Organization, IMO)를 중심으로 이루어지고 있다. 특히 선박의 건조 및 시운전 단계에서부터 에너지효율지수를 고려하여 선박의 성능을 평가하도록 국제표준화기구의 규정이 갱신되기도 하였다.

요점은 모형시험결과 및 시운전결과를 근거로 계약서 및 요구 사양서에 명시된 선박의 최소요구성능을 판단하는 것이 아니라, 다양한 환경 조건에서 운항하게 될 선박의 실제 성능의 추정값을 기준으로 판단하겠다는 것이다.

이와 같은 변화는 설계단계에서 이상적인 운항조건을 전제로 추정된 선박의 성능을 다양한 환경조건 및 운항조건을 고려하여 건조된 선박의 성능을 검증하고 싶은 선주의 요구와 그간 실선 성능의 추정과 검증에 대하여 연구를 수행해 온 각 조선소의 기술개발 방향과 그 맥락을 같이하고 있다.

이와 같이 고유가 시대를 거치면서 선박의 운항 효율성 향상이라는 이슈가 주요한 의제로 떠오르면서 선박의 운항 데이터를 모니터링하고, 실제 선박의 성능을 추정하는 다양한 접근이 이루어지고 있다.

주로 선단을 운영하는 해운회사에서 다수의 선박의 운항상태를 모니터링한 후 빅데이터 관점에서 통계적인 접근을 하는 경우가 많으나, 조선소에서는 초기 설계를 위해 선박의 저항, 추진, 운동, 조종 등 요소기술의 관점에서 물리적으로 선박의 성능을 추정하는 기법 연구의 필요성이 제기되고 있다.

한편, 액화 천연 가스는 연소 시 대기오염 물질 배출이 적은 친환경 연료로서 다양한 분야에 사용이 늘어나고 있다. 선박에 대한 국제기구와 각 국가의 규제 기준이 점차 까다로워지고 있어, 선박의 친환경 고효율의 연료에 대한 관심도 늘고 있는데, 그중 하나로 액화 천연 가스를 연료가스로 하는 추진선박이 각광을 받고 있다. 그러나 액화 천연 가스는 황산화물 규제 대응은 물론 미세먼지 및 이산화탄소 저감이 가능하나, 화석연료로 이산화탄소를 배출하기 때문에 완전한 탈탄소화에 한계가 있는 것으로 알려져 있다.

강화된 국제해사기구(IMO, international maritime organization)의 선박 GHG(greenhouse gas) 및 CO₂ 저감 규정을 따르기 위해, 선박의 연료에 따른 오염물질의 종류와 그 종류별 배출량을 직간접적으로 추정하거나, 기존 선박 연료와 신규 선박 연료 간 오염물질의 배출량을 상대적으로 비교하는 것에 대한 연구가 필요하다.

본 발명의 목적은 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등의 물리적인 근거와 엔진 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 및 소모 연료에 따른 오염물질 배출량 계수에 의거하여 선박의 설계정보, 운항경로, 환경조건, 엔진 운용조건을 고려하였을 때 오염물질의 배출량을 도출할 수 있는 오염물질 배출량의 도출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 있다.

여기서, 상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하고, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 산출된 상기 추진엔진의 로드에 따라 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

이때, 상기 오염물질은 CO, HC, SP 및 NOx 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스와, 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스 각각에 대한 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하고, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 산출된 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 산출된 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

여기서, 상기 오염물질은 CO₂ 및 SOx 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

이때, 상기 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고, 상기 장치 데이터베이스에는 상기 저장탱크의 BOR 정보가 더 저장되어 있으며, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하고, 상기 BOG의 소각량과 상기 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출하고, 상기 오염물질 배출량과 상기 추가 오염물질 배출량을 합산하여 상기 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

또한, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 상기 저장탱크의 상기 BOR 정보를 이용하여, 상기 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 상기 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하되, 상기 저장탱크 내의 압력이 소정 범위를 만족하도록 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출할 수 있다.

여기서, 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 80%를 초과하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 20% 미만이 되는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출할 수 있다.

또한, 상기 조종운동방정식은, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식일 수 있다.

또한, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 상기 선박의 운항명령속도와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하고, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하며, 상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하고, 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하며, 상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션할 수 있다.

여기서, 상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 추진엔진의 RPM을 도출할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 오염물질 배출량 도출 방법은, 액화 천연 가스를 저장하는 저장탱크 및 상기 액화 천연 가스를 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진을 포함하는 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하기 위한 오염물질 배출량 도출 방법으로서, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정하는 제 1 단계; AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 상기 선박의 운항명령속도를 입력하는 제 2 단계; 상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 운항명령속도와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 상기 추진엔진의 RPM을 도출하는 제 3 단계; 상기 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 상기 추진엔진의 로드와 출력을 산출하는 제 4 단계; 상기 산출된 추진엔진의 출력과, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하는 제 5 단계; 상기 선박의 필요전력정보와, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보를 통해 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하는 제 6 단계; 및 상기 추진엔진의 로드, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여, 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 제 7 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하고, 상기 제 7 단계는, 산출된 상기 추진엔진의 로드에 따라 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-1 단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스와, 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스 각각에 대한 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하고, 상기 제 7 단계는, 산출된 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 산출된 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-2 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고, 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계를 더 포함하며, 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 제 7 단계는, 상기 산출된 BOG의 소각량과 상기 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-3 단계; 및 상기 오염물질 배출량과 상기 추가 오염물질 배출량을 합산하여 상기 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-4 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계는, 상기 저장탱크의 BOR 정보를 이용하여, 상기 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 상기 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하되 상기 저장탱크 내의 압력이 소정 범위를 만족하도록 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출할 수 있다.

여기서, 상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계는, 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 80%를 초과하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 20% 미만이 되는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출할 수 있다.

또한, 상기 제 1 단계는, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식을 설정할 수 있다.

여기서, 상기 제 3 단계는, 상기 선박의 운항명령속도와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하는 제 3-1 단계; 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하는 제 3-2 단계; 상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하는 제 3-3 단계; 및 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하는 제 3-4 단계;를 포함하고, 상기 제 3-4 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 상기 제 3-4 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션할 수 있다.

이때, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 추진엔진의 RPM을 도출하는 제 3-5 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등 전통적인 요소기술을 활용하여 물리적인 근거와, 엔진 로드에 따른 오염물질 배출량 계수, 그리고 소모 연료에 따른 오염물질 배출량 계수에 기반하여 선박의 설계정보, 운항경로, 환경조건, 엔진 운용조건을 고려하였을 때 선박의 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

또한, AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 시뮬레이션에 필요한 선박의 운항정보, 해상환경정보와 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항성능을 분석할 수 있다.

또한, 분석된 선박의 운항성능을 통해 선박이 배출하는 오염물질의 배출량을 객관적 기준에 의거하여 도출할 수 있으므로, 이와 관련된 다양한 선주의 요구에 대응할 수 있다.

또한, 기존 선박의 연료 대비 신규의 선박 연료가 배출하는 오염물질의 배출량을 도출하여, 선박의 연료별 오염물질 배출량을 비교할 수 있고, 환경규제와 관련된 다양한 솔루션을 제공 및 검토할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 운항경로를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행한 결과와 실제 선박이 운항한 운항경로를 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행하여 해당 선박의 운항속도를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행하여 해당 선박의 운항속도와 평균 RPM, 평균 출력의 관계를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 8d는 엔진로드에 따른 오염물질 배출량 계수를 도시한 도면이다.
도 9a 내지 9f는 본 발명의 일실시예에 따라 도출된 액화 천연 가스 추진 선박의 오염물질 배출량과 기존 선박 연료인 중유(HFO)를 연료로 하는 선박의 오염물질 배출량을 비교한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 9를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 방법을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 운항경로를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행한 결과와 실제 선박이 운항한 운항경로를 비교한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행하여 해당 선박의 운항속도를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 선박의 운항경로에 따른 시뮬레이션을 수행하여 해당 선박의 운항속도와 평균 RPM, 평균 출력의 관계를 나타낸 도면이고, 도 8a 내지 8d는 엔진로드에 따른 오염물질 배출량 계수를 도시한 도면이며, 도 9a 내지 9f는 본 발명의 일실시예에 따라 도출된 액화 천연 가스 추진 선박의 오염물질 배출량과 기존 선박 연료인 중유(HFO)를 연료로 하는 선박의 오염물질 배출량을 비교한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따라 오염물질 배출량을 도출함에 있어, 대상선박은 액화 천연 가스를 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진을 포함한다. 따라서, 상기 선박은 액화 천연 가스를 저장하기 위한 저장탱크를 구비할 수 있으며, 이러한 저장 탱크는 공지된 기술의 액화 천연 가스용 저장 탱크가 적용될 수 있다.

또한, 상기 저장 탱크는 연료용 액화 천연 가스를 저장하는 연료 탱크일 수 있으며, 액화 천연 가스 운반선의 경우 운반용 액화 천연 가스를 저장하는 저장 탱크일 수 있다.

또한, 상기 선박은 추진을 위한 추진엔진과, 선박에 필요한 전력을 생산하여 공급하는 발전엔진을 포함할 수 있다.

선박의 파일럿 연료유는 MGO(Marine Gas Oil), MDO(Marine Diesel Oil), HFO(heave Fuel Oil) 또는 이들의 혼합유를 포함할 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하기 위한 오염물질 배출량 도출 장치 및 상기 오염물질 배출량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스로 구성된다.

장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 선박의 운항명령속도, 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보, 선박의 필요전력정보, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SFOC-E) 정보, 그리고 오염물질 배출량 계수 정보가 저장되어 있다.

AIS는 선박 자동 식별 장치로, 운항 중인 모든 선박의 AIS 데이터를 수집한다. 이와 같이 수집된 선박의 AIS 데이터는 선박의 시각별로 현재 위치, 속도 및 흘수 등의 정보를 담고 있다.

이러한 AIS는 일정크기 이상의 선박에 의무적으로 탑재되는 장치로, 자 선박의 운항정보를 송신하고, 다른 선박의 운항정보를 수신함으로써 운항정보를 공유하는 장치이다. 이러한 AIS를 통해 다른 선박의 AIS 데이터를 취득하여 운항 안정성을 높이는데 이용되며, 육상에서도 현재 움직이는 선박의 AIS 데이터를 받을 수 있으며, 이를 데이터베이스로 구축해서 일정 기간 동안에 전 세계 AIS를 설치한 선박의 운항정보를 취득하는 것이 가능하다.

조선소와 해운선사에서 취득되는 실선 운항 정보는 AIS에서 제공 가능한 모든 정보를 포함하며, 별도의 실선계측장치를 통해 유사 정보를 취득할 수 있다.

상기 AIS 또는 상기 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출할 수 있다.

AIS 데이터 추출된 운항정보는 Static data, Dynamic data, Voyage related data, Safety related message 등이 포함하며, Static data 중에서는 1) IMO number를, Dynamic data 중에서는 1) Ship's position with accuracy indication and integrity status, 2) Time in UTC, 3) Speed over ground, Voyage related data 중에서는 1) Ship's draft 등을 활용할 수 있다. 또한, 별도의 실선계측장치를 통해 동일한 정보를 수집할 수 있다. 바람직하게는 상기 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위한 운항정보는 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.

한편, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 운항경로 상의 바람 및 파도에 관한 정보일 수 있다. 이러한 바람 및 파도에 관한 정보는 ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, 유럽중기예보센터), NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration, 미국국립해양대기국), NDBC(National Data Buoy Center, 국가부표자료센터) 등 다양한 소스(source)를 통해 획득할 수 있으며, 바람직하게는 ECMWF로부터 획득할 수 있다.

선박의 운항명령속도는 후술하는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행함에 있어 선박의 기준이 되는 속도를 의미하며, 해당 속도에 따라 오염물질 배출량을 산출되게 된다. 이러한 선박의 운항명령속도는 선박의 종류, 크기, 선형 등 다양한 요소를 고려하여 선정될 수 있고 통상 선박이 운항하는 속도인 5 내지 30 노트 사이의 범위에서 설정할 수 있다. 그러나 이러한 수치에 한정되는 것은 아니며 고속정의 경우 40 노트 이상의 범위를 설정할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 장치 데이터베이스에는, 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보, 추진엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 포함할 수 있다.

액화 천연 가스를 연료가스로 사용하는 추진엔진은 이중연료를 사용하는 추진엔진일 수 있다. 이중연료를 사용하는 추진엔진은, 점화플러그에 의해 연료를 불꽃 점화하는 가솔린 엔진과 달리 흡기를 고공고압으로 압축하여 자발화(자기착화)시키는 디젤 엔진을 기반으로 하기 때문에 가스연료의 착화를 유도하는 소형 오일연료 분사기로서 파일럿 인젝터를 더 구비한다.

천연 가스와 같은 가스연료는 인화점이 낮지만 자발화(자기착화) 온도가 550℃ 부근으로 높기 때문에, 가스연료 운전모드에서 주연료인 가스연료를 분사하기 직전에 파일럿 인젝터를 통해 파일럿 오일(MDO, MGO 등)을 미량 분사하여 점화를 유도하여 가스연료의 안정적인 점화를 도모할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 오염물질 배출량을 도출하기 위해 추진엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량 산출이 필요하며, 이를 위해 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 추진엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보가 상기 장치 데이터베이스에 저장되어 있다.

또한, 상기 장치 데이터베이스에는, 선박에 필요한 전력을 생산하기 위한 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보, 발전엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SFOC-E) 정보를 포함할 수 있다.

이는, 본 발명의 일실시예에 따른 오염물질 배출량을 객관적으로 도출하기 위해, 선박의 추진을 위한 추진엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량뿐만 아니라, 선박에 필요한 전력을 생산하는 발전엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량 산출이 필요하며, 이를 위해 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 발전엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SFOC-E) 정보가 상기 장치 데이터베이스에 저장되어 있다. 이때, 선박에 필요한 전력은 선박의 설계 사양에 따라 전기부하보고서 등을 통해 정해질 수 있으며, 일 실시예에 따르면 설계흘수에서 운항하는 조건에서의 필요 전력량을 기준으로 할 수 있다.

또한, 상기 장치 데이터베이스에는, 오염물질 배출량 계수 정보가 포함될 수 있다. 이는 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보, 연료가스 및 파일럿 연료유 등의 각각에 대한 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하여, 추진엔진의 로드에 따라 배출되는 오염물질의 양과, 연료별 소모된 연료량에 따라 배출되는 오염물질의 양을 도출하기 위한 정보이다.

구체적으로, 도 8a 내지 도 8d에 도시한 바와 같이, 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보는 엔진로드에 따른 오염물질 배출량을 지표화한 수치로, 이를 통해 오염물질 각각, 예를 들면, CO(일산화탄소), HC(탄화수소), SP(Specific particles), NOx(질소산화물) 중 어느 하나 이상의 배출량을 산출할 수 있다. CO, HC, SP, NOx 등의 오염물질의 경우 엔진 운용 조건에 따라 발생량이 달라지기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 추진엔진의 로드 정보를 통해 이들 오염물질의 배출량을 산출한다.

또한, 연료별 오염물질 배출량 계수는, 물질분석을 통해 개발된 연료별 오염물질 배출계수로, 일 실시예에 따르면, 국제해사기구(IMO)에서 개발된 오염물질 배출계수를 활용할 수 있으며, 일 예로 이산화탄소 배출계수는 중유(HFO), 액화 천연 가스, 해상용 경유(MDO)의 경우 3.1144, 2.7500, 3.2060 등일 수 있다(t- CO₂/t-Fuel). 이러한 연료별 오염물질 배출량 계수와, 추진엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량과, 발전엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량과의 곱을 통해 연료가스 및 파일럿 연료유의 각각의 소모량에 따른 오염물질, 예를 들면, CO₂ (이산화탄소), SOx(황산화물) 중 어느 하나 이상의 배출량을 산출할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템에 있어서 오염물질 배출량 도출 장치 작용을 설명한다.

오염물질 배출량 도출 장치는 전술한 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, AIS 데이터 또는 실선계측데이터로부터 추출된 운항정보, 선박의 운항명령속도와 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 추진엔진의 RPM을 도출한다.

상기 조종운동방정식은 대상 선박에 대해 모형시험결과 또는 시운전 결과가 있으므로 선박의 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 이용하여 수학모형을 검증하여 대상 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 구성한다.

본 발명에 따른 조종운동방정식은 아래의 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서 m은 선박의 질량, Izz는 선박의 질량 관성모멘트를 의미한다. u,v는 각각 선박의 종 방향 속도와 횡방향 속도를 가리키며,

,

은 선박의 속도 시간 변화율을 의미한다. r은 선박의

위치의 선체 중앙부를 기준으로 회전하는 각속도를,

은 각속도의 시간변화율을 가리킨다. X, Y, N은 각각 선체에 작용하는 종방향, 횡방향의 힘과 요모멘트를 의미한다.

선체에 작용하는 힘과 모멘트는 수학식 2로 나누어 정리할 수 있다. 아래 첨자 H는 선체를 의미하며, P는 프로펠러, R은 러더, WI는 바람, WA는 파도를 의미한다.

여기서, X, Y, N는 각각 수학식 3 내지 12에 의해 계산될 수 있다.

여기서, m _x , n _y 는 종방향 및 횡방향의 부가된 질량이고, L _pp 는 선박의 수선간 길이이고, T는 선박의 흘수이고, U는 선박이 실제로 움직이는 속력이고, ρ는 해수의 밀도이며, β는 편류각이다. 이때, 선박의 흘수가 이전 단계의 흘수(초기 흘수 또는 목표점으로 이동하기 전의 흘수)와 다른 경우, 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트의 저항계수를 선형보간하고, 재추정된 저항계수값을 반영한다.

여기서, ur은 대상 선박의 종방향 속도와 횡방향 속도의 곱이다.

여기서 x_G는 길이방향 무게중심(LCG)의 위치부터 선박의 중심까지의 거리이다.

여기서 t는 추력감소계수이고, ρ는 해수의 밀도이고, n은 프로펠러의 RPM/60이며, D _p 는 프로펠러의 지름이며, K _T 는 추력계수이다. t와 K _T 는 모형시험을 통해서 획득된다.

여기서, t_R은 선체와 러더 간의 간섭계수이고, F_N은 러더에 작용하는 직압력(port, stbd는 방향을 의미),

및

은 러더각이다.

여기서, α _H 는 선체와 러더간 간섭계수이고, F_{N_PORT}는 해수의 밀도, 러더(PORT)면적, 입사각에 따른 러더(PORT) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산되며, F_{N_STBD}도 마찬가지로 해수의 밀도, 러더(STBD) 면적, 입삭각에 따른 러더(STBD) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산된다.

X_H는 선체와 러더 간 간섭계수이다.

또한, 선박의 조종운동방정식에서 바람 하중을 구하기 위해서는 상대 속도와 상대 입사각으로 정리되어야 하며, 아래의 수학식 10을 이용하여 계산될 수 있다.

여기서,

는 바람의 종 방향 상대 속도이고,

는 바람의 횡 방향 상대 속도를 가리킨다.

는 종 방향 상대 속도의 제곱과 횡 방향 상대 속도의 제곱을 더한 값을 제곱근으로 계산한 값이며,

는 선체에 입사되는 상대 입사각을 가리킨다.

선체에 작용하는 바람 하중은 아래의 수학식 11를 이용하여 계산된다.

여기서, C _X , C _Y , C _N 은 무차원화 된 풍하중 계수를 가리킨다. A_T는 선박의 수선면 위쪽의 종 방향 투영면적을 가리키며, A_L은 횡 방향 투영면적을 가리킨다. ρ _air 는 공기의 밀도를 가리키며, L _OA 는 선박의 전체 길이를 가리킨다.

파랑 하중은 수학식 12를 이용하여 계산될 수 있다. 파랑 평균 표류력만을 조종운동방정식에 파랑 하중으로 고려한다.

여기서, QTF는 파랑 평균 표류력을 가리키며, ω는 주파수, α는 파도 입사각도,

는 파의 진폭을 가리킨다. E(ω)는 ITTC(International Towing Tank Committee)파 스펙트럼을 의미한다. 선박의 이동속도, 평균 파도 주기, 파도의 방향에 따라 선형 보간을 한 뒤 파랑 하중을 조종운동방정식에 외력으로 고려한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 오염물질 배출량 도출 장치는 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 운항성능을 추정하기 위한 선박의 특정 구간을 설정받아 선박의 초기 위치, 초기 선수각, 초기 흘수, 운항명령속도를 초기 조건으로 설정하고, AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 이동경로 중에 목표점을 설정하여 초기조건에서 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하여 계산된 러더각과, 상술된 수학식 1 내지 12와 같은 조종운동방정식 및 계수정보를 이용하여 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요방향의 모멘트를 계산하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다.

이때, 초기조건에서 목표점으로 이동하기 위한 대상 선박의 흘수와 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하여 선박의 흘수와 초기흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 같으면 설정된 조종운동방정식 및 계수정보를 이용하여 대상 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고, 대상 선박의 현재 흘수와 초기 흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 다르면 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 조종운동방정식을 이용하여 대상 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 선박의 초기 흘수 또는 이전 목표점에서의 흘수가 다르면 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수의 저항계수를 선형보간하고, 추정된 저항계수값을 반영하여 조종운동방정식을 풀이한다.

보다 구체적으로, 오염물질 배출량 도출 장치는 상술된 목표점으로 이동하는 대상 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 상술된 수학식 1 내지 12를 통해 계산하고, 계산된 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 이용하여 얻어진 추진엔진의 RPM과 러더의 러더각을 포함하는 결과를 근거로 대상선박의 실제 운항성능을 추정할 수 있다.

한편, 오염물질 배출량 도출 장치는 상기한 바와 같이 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 하기 수학식 13을 통해 추진엔진의 엔진로드와 출력을 산출할 수 있다.

여기서, Q는 프로펠러 토오크이며 이때, ρ는 물의 밀도, n은 프로펠러의 RPS, D _P 는 프로펠러 직경, K _Q 는 모형시험을 통해 얻은 토오크 계수, J는 전진비를 가리킨다.

엔진에 걸리는 로드는 프로펠러의 토오크를 가리키며, 엔진 사양에 따라 정해진 룩업테이블을 통해 수학식 13을 통해 계산된 토오크 값에 따른 엔진로드를 산출할 수 있다.

또한, 도 8a 내지 도 8d에 도시한 바와 같이, 오염물질 배출량 도출 장치는, 이렇게 산출된 추진엔진의 로드에 따라, 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보를 활용하여, 오염물질 배출량을 도출하게 된다.

또한, 오염물질 배출량 도출 장치는, 수학식 13을 통해 산출된 추진엔진의 출력과, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하고, 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 곱하여 선박의 추진엔진에 기해 배출되는 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

다음, 오염물질 배출량 도출 장치는, 장치 데이터베이스에 저장되어 있는 선박의 필요전력정보에 근거하여, 발전엔진의 필요출력과, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SFOC-E) 정보를 통해 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하고, 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 곱하여 선박의 발전엔진에 기해 배출되는 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

이렇게 선박의 운항명령속도별로 추진엔진에 기해 배출되는 오염물질의 배출량과, 발전엔진에 기해 배출되는 오염물질의 배출량을 통해 CO₂와 SOx 등에 관한 오염물질 배출량을 도출할 수 있고, 그리고 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량을 통해 CO, HC, SP, NOx 등에 관한 오염물질 배출량을 도출하게 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템은 액화 천연 가스 저장탱크 내에 발생되는 BOG를 고려할 수 있다. 이때, 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고, 전술한 장치 데이터베이스에는 상기 저장탱크의 BOR 정보가 더 저장되어 있을 수 있다.

이 때, 오염물질 배출량 도출 장치, GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하고, BOG의 소각량과, 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출할 수 있다. 이렇게 산출된 추가 오염물질 배출량과, 전술한 오염물질 배출량을 합산하여 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량으로 산출한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 추진엔진 및 발전엔진을 통해 소모되는 연료가스 소모량과 파일럿 연료유 소모량을 통해 오염물질 배출량을 산출하는 것에 더해, 액화 천연 가스 저장탱크 내에서 발생되는 BOG를 소각함에 따른 추가의 오염물질 배출량까지 도출할 수 있어, 선박의 운항성능을 통해 선박이 배출하는 오염물질의 배출량을 객관적 기준에 의거하여 도출할 수 있고, 이와 관련된 다양한 선주의 요구에 대응할 수 있다.

한편, 상기 저장탱크의 BOR 정보를 이용하여, 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 GCU를 통해 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 GCU를 가동하지 않는 것을 시나리오로 구성할 수 있다. 이러한 시나리오 상에서 상기 저장탱크 내의 압력이 소정 범위를 만족하도록 하도록 상기 GCU를 통해 BOG를 소각시키고 이렇게 소각된 BOG의 양을 산출한 뒤 추가 오염물질 배출량을 산출할 수 있다.

또한, 저장탱크의 최대 허용압력의 80%를 초과하는 경우 GCU를 통해 BOG를 소각하고, 이러한 소각을 통해 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 20% 미만이 되는 경우 GCU를 가동하지 않는 것을 시나리오로 구성할 수 있으며, 이때 GCU를 통해 소각된 BOG의 소각량을 산출한 뒤 추가 오염물질 배출량을 산출할 수 있다.

액화 천연 가스의 저장탱크는 독립형 또는 멤브레인형일 수 있고, 바람직하게는 멤브레인형일 수 있다.

또한 이러한 액화 천연 가스 저장탱크의 BOR은 0.075%/day 내지 0.150%/day 사이에서 임의의 값으로 설정될 수 있다. 이는 본 발명이 속하는 기술분야에 있어 통상 요구되는 수치범위를 예시한 것이며, 반드시 이 범위로 한정될 필요는 없다.

이하에서는, 본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 방법을 도 2 내지 도 9를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따라 오염물질 배출량을 도출함에 있어, 대상이 되는 선박은 액화 천연 가스를 저장하는 저장탱크를 구비하고 이러한 액화 천연 가스를 선박의 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진(예를 들면, 이중연료 추진엔진)을 포함하는 선박을 대상으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따라 오염물질 배출량을 도출함에 있어, 대상이 되는 선박은 추진을 위한 추진엔진 뿐만 아니라, 선박에 필요한 전력을 생산하여 공급하는 발전엔진을 포함하는 선박을 대상으로 한다.

먼저 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정한다(제 1 단계). 조종운동방정식은 선박이 받은 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향의 모멘트를 계산하기 위한 식으로 앞서 기술한 수학식 1 내지 12을 참고하여 설정할 수 있다.

다음으로, AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 선박의 운항명령속도를 입력한다(제 2 단계).

여기서, AIS 데이터 추출된 운항정보는 Static data, Dynamic data, Voyage related data, Safety related message 등이 포함하며, Static data 중에서는 1) IMO number를, Dynamic data 중에서는 1) Ship's position with accuracy indication and integrity status, 2) Time in UTC, 3) Speed over ground, Voyage related data 중에서는 1) Ship's draft 등을 활용할 수 있다. 또한, 별도의 실선계측장치를 통해 동일한 정보를 수집할 수 있다. 바람직하게는 상기 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 선박의 운항 성능을 분석하기 위한 운항정보는 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 수 있다.

보다 구체적으로 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 특정기간의 운항정보를 선택적으로 취득할 수 있으며, 예를 들면, 나이지리아의 액화 천연 가스 터미널에서 액화 천연 가스를 싣고 서아프리카 지역을 2016년 5월 20일자로 출발하여 약 26일에 걸쳐 2016년 6월 17일자로 일본까지 운항한 선박의 운항경로를 선택하였고 상기 선박의 AIS 데이터에서 찍힌 이동경로는 도 3에 잘 도시되어 있다.

또한, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 운항경로 상의 바람 및 파도에 관한 정보로서 ECMWF, NOAA, NDBC 등의 소스를 통해 획득할 수 있으며, 바람직하게는 ECMWF로부터 획득할 수 있다.

도 4에는 상기 도 3에 도시한 선박의 운항경로에 있어 ECMWF로부터 획득한 바람과 파도에 관한 정보가 도시되어 있다.

또한, 선박의 운항명령속도는 상기 조종운동방정식을 통해 시뮬레이션을 수행함에 있어 기준이 되는 선박의 속도이며, 선박이 운항 가능한 속도 범위 내의 임의의 값을 설정 및 입력할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 선박의 운항명령속도는 12 노트에서 20 노트 사이의 값으로 설정하였다.

다음으로, 상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 운항명령속도와, 상기 제 1 단계에서 설정된 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 추진엔진의 RPM을 도출한다(제 3 단계).

구체적으로는 선박의 구간을 설정하고(출발점과 도착점), 설정된 구간 중에서 출발시점의 정보인 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수, 그리고 입력된 운항명령속도를 이용하여 초기조건을 설정한다. 그리고 설정된 구간의 이동경로를 따라 선박의 목표점을 설정하는데, 목표점은 러더각을 변경해야 하는 지점으로 정해지며, 선박의 이동경로 운항 중에 다수의 경유 목표점을 지나 최종 목표점이 정해지게 된다. 상기 초기 위치에서 그 다음으로 설정된 목표점으로 이동하기 위한 선박의 러더각을 계산하고, 이러한 목표점으로 이동하는 선박의 AIS 데이터 또는 실선계측데이터에 포함된 선박의 흘수 정보가 초기 흘수와 같은지 여부를 판단한다. 이러한 판단결과 목표점으로 이동하는 선박의 AIS 데이터에 포함된 선박의 흘수가 초기 흘수와 같은 경우 제 1 단계에서 설정된 조종운동방정식 및 계수정보(유체력미계수)를 이용하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 시뮬레이션 수행 후 목표점에 도달하는지 여부를 판단하고, 판단결과 목표점에 도달하지 않은 경우 시뮬레이션을 반복하며 최종 목표점에 도달한 경우 시뮬레이션을 종료한다. 한편, 선박의 AIS 데이터 또는 실선계측데이터에 포함된 선박의 흘수 정보가 초기 흘수와 다른 경우 조종운동방정식의 계수(유체력미계수)를 경험식으로 재추정한다. 계수는 저항계수로, 선박의 속도별로 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수를 근거로 하여 대상선박의 속도에 설정된 설계흘수 및 밸러스트 흘수를 선형 보간법을 사용하여 저항계수를 추정한다. 이렇게 재추정된 계수정보와 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항성능을 시뮬레이션한다. 상술한 조종운동방정식을 통해 선박이 목표점으로 이동할 때 선박이 받는 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향의 모멘트를 계산하고 계산된 선박이 받는 종방향의 힘, 횡방향의 힘 및 요방향을 모멘트를 통해 추진엔진의 RPM을 도출한다.

도 5 및 6에 도시한 바와 같이, AIS 경로를 기준으로 계산된 선박의 위치와 속도를 비교해 볼 때, 전체 경로 및 대각도 변침이 있는 구간에서 경로점을 잘 추종하고 있고 대각도 변침이 있을 경우 동 특성에 따라 선속의 손실이 다소 발생하고 있는 것으로 나타났으나 이는 실제 운항 시 발생할 수 밖에 없는 현상임을 감안하면, 선박의 운항명령속도에 대해 잘 추종하고 있음을 확인할 수 있다.

다음으로, 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 추진엔진의 로드와 출력을 산출한다(제 4 단계). 앞서 언급한 바와 같이 수학식 13을 통해 추진엔진의 로드와 출력을 산출한다.

다음으로, 앞서 산출된 추진엔진의 출력과, 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량과 연료가스 소모량을 산출한다(제 5 단계).

수학식 14는 추진엔진에서 소모된 연료가스 및 파일럿 연료유(MGO)의 양을 계산하는 수식을 나타낸다.

다음으로, 선박의 필요전력정보를 이용하여 필요전력을 생산하기 위한 발전엔진의 출력을 도출하고, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SFOC-E) 정보를 통해 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출한다(제 6 단계).

수학식 15는 발전엔진에서 소모된 연료가스 및 파일럿 연료유(중유, HFO)의 양을 계산하는 수식을 나타낸다.

마지막으로, 추진엔진의 로드와, 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 선박의 오염물질 배출량을 도출한다(제 7 단계).

이때, 도 8a 내지 도 8d에 도시한 바와 같이, 오염물질 배출량 계수 정보는, 추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하여, 산출된 추진엔진의 로드에 따라 오염물질 배출량을 도출할 수 있다(제 7-1 단계). 이를 통해 CO, HC, SP, NOx 중 어느 하나 이상의 오염물질의 배출량을 도출할 수 있다.

추진엔진의 로드에 따른 오염물질 배출량 계수 정보는 엔진로드에 따른 오염물질 배출량을 지표화한 수치로, 이를 통해 오염물질 각각, 예를 들면, CO(일산화탄소), HC(탄화수소), SP(Specific particles), NOx(질소산화물) 중 어느 하나 이상의 배출량을 산출할 수 있다. CO, HC, SP, NOx 등의 오염물질의 경우 엔진 운용 조건에 따라 발생량이 달라지기 때문에, 본 발명의 일 실시예에서는 추진엔진의 로드 정보를 통해 이들 오염물질의 배출량을 산출한다.

또한, 오염물질 배출량 계수 정보는, 추진엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스와, 발전엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스 각각에 대한 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하여, 산출된 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 산출된 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 전술한 연료별 오염물질 배출량 계수를 각각 곱하여 오염물질 배출량을 도출할 수 있다(제 7-2 단계). 이를 통해 CO₂, SOx 중 어느 하나 이상의 오염물질 배출량을 도출할 수 있다.

연료별 오염물질 배출량 계수는, 물질분석을 통해 개발된 연료별 오염물질 배출계수로, 일 실시예에 따르면, 국제해사기구(IMO)에서 개발된 오염물질 배출계수를 활용할 수 있으며, 일 예로 이산화탄소 배출계수는 중유(HFO), 액화 천연 가스, 해상용 경유(MDO)의 경우 3.1144, 2.7500, 3.2060 등일 수 있다(t- CO₂/t-Fuel). 이러한 연료별 오염물질 배출량 계수와, 추진엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량과, 발전엔진의 연료가스 소모량 및 파일럿 연료유 소모량과의 곱을 통해 연료가스 및 파일럿 연료유의 각각의 소모량에 따른 오염물질, 예를 들면, CO₂ (이산화탄소), SOx(황산화물) 중 어느 하나 이상의 배출량을 산출할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 오염물질 배출량 도출 방법은, 액화 천연 가스 저장탱크 내에 발생되는 BOG를 고려할 수 있다. 이때, 액화 천연 가스 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고 있고, 상기 GCU를 통해 소각된 BOG의 소각량이 추가 오염물질 배출량에 반영될 수 있다.

이때 전술한 오염물질 배출량 도출 방법에는 GCU를 통해 소각된 BOG의 소각량을 산출하는 단계가 더 포함될 수 있다. BOG의 소각량을 산출하는 단계는 제 4 단계와 제 5 단계 사이, 제 5 단계와 제 6 단계 사이, 또는 제 6 단계와 제 7 단계 사이에 위치할 수 있으며, 조종운동방정식을 통해 추진엔진의 RPM을 산출한 이후에서 선박의 운항명령속도에 따른 오염물질 배출량을 산출하기 전에 위치하는 것이 바람직하다.

수학식 16는 GCU가 작동을 시작한 이후, 소모되는 BOG의 양(소각량)을 나타낸다.

선박의 오염물질 배출량을 도출하는 제 7 단계는, 상기 산출된 BOG의 소각량과 연료별 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출하고(제 7-3 단계), 앞서 산출된 오염물질 배출량과, 제 7-3 단계에서 산출된 추가 오염물질 배출량을 합산하여 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량을 도출할 수 있다(제 7-4 단계)

한편, 상기 저장탱크의 BOR 정보를 이용하여, 상기 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 GCU를 통해 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하여 저장탱크 내의 압력을 소정 범위를 만족하도록 GCU를 통해 BOG를 소각시키고, 이렇게 소각된 BOG의 양을 산출한 뒤 추가 오염물질 배출량을 산출할 수 있다.

도 9a 내지 9f는 본 발명의 일실시예에 따라 도출된 액화 천연 가스 추진 선박의 오염물질 배출량과 기존 선박 연료인 중유(HFO)를 연료로 하는 선박의 오염물질 배출량을 비교한 도면이며, 액화 천연 가스를 연료가스로 하는 추진엔진을 포함하는 선박의 운항과정을 시뮬레이션하여 선박의 운항 성능을 분석하고, 이를 통해 선박의 오염물질(CO, CO₂, HC, NOx, SOx, SP) 배출량을 도출한 그래프와, 기존 선박 연료로 사용되고 있는 중유(HFO)를 연료로 하는 선박의 오염물질 배출량을 비교하였다.

본 발명에 따른 오염물질 배출량 도출 시스템 및 그 방법은 선박의 설계 및 운항계획 수립 시 해당 속도 범위에 따라 오염물질의 배출량을 추정 및 도출할 수 있고, 오염물질의 배출 저감을 위한 장비 또는 장치의 설치여부, 추진연료의 종류 등을 결정함에 있어 중요한 판단 기준을 제공할 수 있다.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 오염물질 배출량 도출 장치
200: 장치 데이터베이스

Claims

액화 천연 가스를 저장하는 저장탱크 및 상기 액화 천연 가스를 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진을 포함하는 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하기 위한 오염물질 배출량 도출 장치 및 상기 오염물질 배출량 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 시스템으로서,
상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 선박의 운항명령속도, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보, 상기 선박의 필요전력정보, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보, 오염물질 배출량 계수 정보가 저장되어 있으며,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는,
상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보, 상기 선박의 운항명령속도, 상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 상기 추진엔진의 RPM을 도출하고,
상기 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 상기 추진엔진의 로드와 출력을 산출하며,
상기 산출된 추진엔진의 출력과, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하고,
상기 선박의 필요전력정보와, 상기 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보를 통해 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하며,
상기 추진엔진의 로드, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여, 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하고,
상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 로드에 따른 제1 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하며,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 산출된 상기 추진엔진의 로드에 따라 제1 오염물질 배출량을 도출하고,
상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스와, 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스 각각에 대한 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 더 포함하며,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는, 산출된 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 산출된 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 제2 오염물질 배출량을 도출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 오염물질은 CO, HC, SP 및 NOx 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제2 오염물질은 CO₂ 및 SOx 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고,
상기 장치 데이터베이스에는 상기 저장탱크의 BOR 정보가 더 저장되어 있으며,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는,
상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하고, 상기 BOG의 소각량과 상기 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출하고,
상기 제1 오염물질 배출량과, 상기 제2 오염물질 배출량과, 상기 추가 오염물질 배출량을 합산하여 상기 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량을 도출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는,
상기 저장탱크의 상기 BOR 정보를 이용하여, 상기 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 상기 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하되, 상기 저장탱크 내의 압력이 소정 범위를 만족하도록 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 7 항에 있어서,
상기 저장탱크의 최대 허용압력의 80%를 초과하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 20% 미만이 되는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 조종운동방정식은, 상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식인 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는,
상기 선박의 운항명령속도와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하고,
상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하며,
상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하고,
상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하며,
상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고,
상기 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 오염물질 배출량 도출 장치는,
상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 추진엔진의 RPM을 도출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 시스템.
액화 천연 가스를 저장하는 저장탱크 및 상기 액화 천연 가스를 연료가스로 하여 운항 가능한 추진엔진을 포함하는 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하기 위한 오염물질 배출량 도출 방법으로서,
상기 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 설정하는 제 1 단계;
AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 운항정보를 추출하고, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보를 획득하며, 상기 선박의 운항명령속도를 입력하는 제 2 단계;
상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 운항명령속도와 상기 조종운동방정식을 이용하여 상기 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 상기 추진엔진의 RPM을 도출하는 제 3 단계;
상기 도출된 추진엔진의 RPM으로부터 상기 추진엔진의 로드와 출력을 산출하는 제 4 단계;
상기 산출된 추진엔진의 출력과, 상기 추진엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-P) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC-P) 정보를 통해 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하는 제 5 단계;
상기 선박의 필요전력정보와, 발전엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC-E) 정보 및 출력당 파일럿 연료유 소모랑(SFOC-E) 정보를 통해 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출하는 제 6 단계; 및
상기 추진엔진의 로드, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여, 상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 제 7 단계;를 포함하고,
상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 로드에 따른 제1 오염물질 배출량 계수 정보를 포함하며,
상기 제 7 단계는,
산출된 상기 추진엔진의 로드에 따라 제1 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-1 단계를 포함하고,
상기 오염물질 배출량 계수 정보는, 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스와, 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 및 연료가스 각각에 대한 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 더 포함하며,
상기 제 7 단계는,
산출된 상기 추진엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량, 및 산출된 상기 발전엔진의 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량과, 상기 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 제2 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
삭제
제 12 항에 있어서,
상기 제1 오염물질은 CO, HC, SP 및 NOx 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
삭제
제 12 항에 있어서,
상기 제2 오염물질은 CO₂ 및 SOx 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 저장탱크 내에 발생된 BOG를 소각하는 GCU를 더 구비하고,
상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계를 더 포함하며,
상기 선박의 오염물질 배출량을 도출하는 제 7 단계는,
상기 산출된 BOG의 소각량과 상기 연료별 제2 오염물질 배출량 계수 정보를 이용하여 추가 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-3 단계; 및
상기 제1 오염물질 배출량과, 상기 제2 오염물질 배출량과, 상기 추가 오염물질 배출량을 합산하여 상기 선박의 운항명령속도에 따른 최종 오염물질 배출량을 도출하는 제 7-4 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계는,
상기 저장탱크의 BOR 정보를 이용하여, 상기 저장탱크 내에 BOG가 발생하여 상기 저장탱크의 압력이 상승하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 압력이 하강하는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하되 상기 저장탱크 내의 압력이 소정 범위를 만족하도록 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 BOG의 소각량을 산출하는 단계는,
상기 저장탱크의 최대 허용압력의 80%를 초과하는 경우 상기 GCU를 통해 상기 BOG를 소각하고, 상기 소각을 통해 상기 저장탱크의 최대 허용압력의 20% 미만이 되는 경우 상기 GCU를 가동하지 않는 것을 조건으로 하여 상기 GCU를 통해 소각된 상기 BOG의 소각량을 산출하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 단계는,
상기 선박의 선체, 프로펠러 및 러더에 작용하는 종방향의 동유체력, 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 횡방향의 동유체력, 및 상기 선박의 선체 및 러더에 작용하는 요방향의 동유체력을 계산하기 위한 것으로, 상기 선박에 작용하는 각각의 동유체력을 선체, 프로펠러 및 러더 별로 각각 수학모형을 구성하고, 상기 구성된 수학모형에 대해 모형시험 결과 또는 시운전 결과를 통해 검증된 방정식을 설정하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 제 3 단계는,
상기 선박의 운항명령속도와, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 추출된 상기 선박의 초기 위치, 초기 선수각 및 초기 흘수를 초기 조건으로 설정하는 제 3-1 단계;
상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터 중에서 상기 선박의 목표점을 설정하는 제 3-2 단계;
상기 초기 조건에서 상기 목표점으로 이동하기 위한 러더각을 계산하는 제 3-3 단계; 및
상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하는 제 3-4 단계;
를 포함하고,
상기 제 3-4 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같으면 상기 조종운동방정식 및 계수정보와, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하고,
상기 제 3-4 단계의 판단의 결과로 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 다르면 상기 조종운동방정식의 계수를 경험식으로 재추정하여 재추정된 계수정보와 상기 조종운동방정식과, 상기 계산된 러더각을 이용하여 상기 선박의 운항성능을 시뮬레이션하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 추진엔진의 RPM을 도출하는 제 3-5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 오염물질 배출량 도출 방법.
제 12 항, 제 14 항, 및 제 16 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따른 오염물질 배출량 도출 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.