KR102421464B1 - 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents
선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템은 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 선박 에너지 효율 지표 산출 장치 및 상기 선박 에너지 효율 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터가 저장되어 있으며, 선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소가 특정되어 상기 선박 자동식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류의 속도를 도출하고, 상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하며, 상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하고, 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하며, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고, 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하며, 상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하고, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 선박 자동 식별 시스템 데이터(Auto Identification System, AIS) 또는 해상 환경 데이터와 같은 선박의 운항과 관련된 공개용 데이터를 활용하여 선박 에너지 효율 지표를 추정 및 산출할 수 있는 시스템 및 방법과, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
선박은 에너지효율이 높은 운송기관이지만 그린하우스가스(GHG)를 줄이기 위한 가능성과 함께 이를 줄일 수 있는 방법을 계속 강구하고 있다. 최근 국제해사기구(IMO)에서 추진하고 있는 신규로 건조되는 선박의 성능을 확인하기 위한 선박 에너지 효율 설계 지수(Energy Efficiency Design Indicator, EEDI), 운항 선박에서 에너지 관리를 위한 선박 에너지 효율 지표(Energy Efficiency Operational Indicator, EEOI)를 규정화하고 있다.
선박 에너지 효율 지표는 다음의 수식으로 계산할 수 있다.
이때, F ij 는 항로 i에 대한 연료 소모량이며, C j F 는 사용된 연료의 종류에 따라 결정되는 상수이다. m i L 는 항로 i에 대한 재화중량을 나타내며, D i L 는 항로 i에 대한 이동 거리를 의미하고, 이 두 값은 실제 운항 데이터로부터 얻을 수 있는 값이고, 연료 소모량은 운항 중 엔진에서 사용한 실제 연료량을 계측함으로써 계산할 수 있다.
그러나 이미 건조가 완료되어 인도된 선박에 있어 실제 성능 수준을 파악하기 위해서는 선박의 실 운항 상태에 대한 에너지 운전 지표를 분석하는 것이 필수적이라 할 것이나 그러한 지표를 분석하기 위한 관련 데이터인 운항 중 연료 소모량을 해운사로부터 직접 취득하는 것은 용이하지 않다.
따라서 선박의 운항과 관련된 공개용 데이터를 활용하여 선박 에너지 효율을 추정할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공개용 데이터인 선박 자동 식별 시스템 데이터, 해상환경 데이터 등을 이용하여 선박의 운항 중 연료 소모량을 계산하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템은, 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 선박 에너지 효율 지표 산출 장치 및 상기 선박 에너지 효율 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터가 저장되어 있으며, 선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소가 특정되어 상기 선박 자동식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류의 속도를 도출하고, 상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하며, 상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하고, 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하며, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고, 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하며, 상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하고, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 것을 특징으로 한다.
상기 변수는 LWL(수선길이, length on waterline), CB(방형계수), CM(중앙단면 계수), CWP(수선면 계수), ABT(중앙 단면의 면적의 8%) 및 AT (수선면 이후 트랜섬 면적) 일 수 있다.
상기 선박의 부가 저항은 ISO15016:2015에 적시된 방법을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율은 Holtrop-Mennen 기법을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 운항 중 엔진 출력의 산출은 상기 가정한 선박의 정수 중 속도를 ISO15016:2015에 적시된 Direct Power Method를 이용하여 실제 환경에서의 선박 속도로 수정하고, 상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일할 경우 상기 가정한 정수 중 선박의 속도가 정확한 것으로 간주하고 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고, 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출할 수 있다.
상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일하지 않을 경우 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 다시 가정할 수 있다.
상기 선박의 부가 저항은 바람에 의한 저항, 파도에 의한 저항, 및 해수의 온도 및 농도에 의한 저항의 합일 수 있다.
상기 파도에 의한 저항은 STAWAVE-I 또는 STAWAVE-II을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 변수는 하기의 관계식으로부터 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법은 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터로부터 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법으로서, 선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소를 특정하는 제 1 단계; 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류 속도를 도출하는 제 2 단계; 상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하는 제 3 단계; 상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계; 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하는 제 5 단계; 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 6 단계; 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7 단계; 상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하는 제 8 단계; 및 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 제 9 단계를 포함할 수 있다.
상기 변수는 LWL(수선길이, length on waterline), CB(방형계수), CM(중앙단면 계수), CWP(수선면 계수), ABT(중앙 단면의 면적의 8%) 및 AT (수선면 이후 트랜섬 면적)일 수 있다.
상기 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계는 ISO15016:2015에 적시된 방법을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 6 단계는 Holtrop-Mennen 기법을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7 단계는 상기 가정한 선박의 정수 중 속도를 ISO15016:2015에 적시된 Direct Power Method를 이용하여 실제 환경에서의 선박 속도로 수정하는 제 7-1 단계; 상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일할 경우 상기 가정한 정수 중 선박의 속도가 정확한 것으로 간주하고, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 7-2 단계; 및 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7-3 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 7-2 단계에서 상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일하지 않을 경우 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하는 제 5 단계를 반복할 수 있다.
상기 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계는 바람에 의한 저항, 파도에 의한 저항, 및 해수의 온도 및 농도에 의한 저항의 합으로 산출할 수 있다.
상기 파도에 의한 저항은 STAWAVE-I 또는 STAWAVE-II을 이용하여 산출할 수 있다.
상기 변수는 하기의 관계식으로부터 산출할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실제 운항 중의 연료 소모량에 관한 데이터가 없는 경우라도, 선박 자동 식별 시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터 등의 공개된 데이터를 기반으로 선박 운항 효율 지표를 산출할 수 있다.
또한, 이렇게 산출된 지표를 통해 건조된 선박들의 성능 비교와 노후화에 따른 성능 변화 추이 등을 분석할 수 있음은 물론, 시운전 및 실운항 성능의 비교 분석도 가능하다.
도 1은 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 계산식을 나타내는 도면이다.
도 2은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Holtrop-Mennen method를 활용하여 전 저항 및 프로펠러 효율을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-II 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-I 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Direct power method of ISO15016:2015를 활용하여 엔진 출력을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 산출한 값들과 선박의 제원을 종합하여 EEOI를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 2은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Holtrop-Mennen method를 활용하여 전 저항 및 프로펠러 효율을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-II 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-I 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Direct power method of ISO15016:2015를 활용하여 엔진 출력을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따라 산출한 값들과 선박의 제원을 종합하여 EEOI를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템의 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
및/또는 이라는 용어가 등장하는 경우 이는 복수의 관련된 기재 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1 내지 도 9를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 계산식을 나타내는 도면이고, 도 2은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Holtrop-Mennen method를 활용하여 전 저항 및 프로펠러 효율을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-II 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 ISO15016:2015에 명기된 방법을 활용하여 선박의 부가 저항을 산출하는 과정(파도에 의한 부가저항의 경우 STAWAVE-I 방법 활용)을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 6는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출함에 있어 Direct power method of ISO15016:2015를 활용하여 엔진 출력을 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 7은 본 발명에 따라 산출한 값들과 선박의 제원을 종합하여 EEOI를 산출하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템의 구성도이며, 도 9는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법의 개략적인 흐름도이다.
선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위해서는 운항 중 연료 소모량, 재화 중량, 운항 거리 및 탄소 지수(Carbon factor)를 이용해야 한다. 이로 인해 각 선박에서 실제 운항 중 계측한 데이터를 이용하여 계산하여야 하나, 본 발명에서는 공용 데이터인 선박 자동 식별시스템(AIS) 데이터, 선박과 엔진에 관한 선박 제원 데이터, 해상 환경 데이터를 활용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출한다. 이때, 탄소 지수(Carbon factor)란 각 연료의 단위 부피당 배출하는 탄소의 양을 비율로써 정한 상수를 말한다.
도 1은 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위해 필요한 각 변수와 변수를 계산하기 위해 필요한 정보를 도시하고 있다.
선박의 이동 거리와 재화 중량은 선박 자동 식별시스템 데이터를 통해 도출할 수 있고, 이동 거리의 경우 선박 자동 식별시스템 데이터에 시간 별로 기록된 선박의 위치를 추적하여 도출할 수 있으며, 본 발명에서 가정한 속도에 단위시간을 곱하여 거리를 계산할 수도 있다.
또한, 재화 중량의 경우 설계 흘수(design draft) 및 설계 재화중량(design dead weight)와 실 흘수(actual draft) 및 실 재화중량(dead weight)의 비례식을 통해 구할 수 있다. 또한, 탄소지수의 경우 앞서 언급한 바와 같이 각 선박이 사용하는 연료에 따라 고정되는 값이다.
한편, 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위해 필요한 연료 소모량의 경우 엔진의 출력과 엔진의 사양(spec)에 정의된 출력 별 시간당 연료소모량 및 시간을 곱하여 구할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 순서도이다.
본 발명에서는 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위해 필수적으로 필요한 연료 소모량을 추정 및 산출함에 있어 실제 엔진 출력값에 대한 계측치를 이용하지 않고 공개된 공용 데이터만을 이용한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템은, 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 선박 에너지 효율 지표 산출 장치 및 상기 선박 에너지 효율 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템으로서, 상기 장치 데이터베이스에는 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터가 저장되어 있으며, 선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소가 특정되어 상기 선박 자동식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류의 속도를 도출하고, 상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하며, 상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하고, 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하며, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고, 상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하며, 상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하고, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위해 이용하는 공개된 공용 데이터는 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터일 수 있다.
선박 자동 식별시스템 데이터는 시간, 위도 및 경도, 항로, 속도, 선수각 등을 포함하며, 선박 제원 데이터는 선박 유형, 선박의 주요 제원, 설계 흘수, 설계 속도, 엔진 제원, 재화 중량 등을 포함하고, 해상 환경 데이터는 시간, 위도 및 경도, 풍속 및 풍향, 파고, 파도의 경로, 파도의 주기, 해류의 속도, 해류의 방향 등을 포함한다.
상기와 같은 데이터를 입력 받아 운항 중 실제 엔진 출력값을 추정 및 산출하기 위해서는 해류(Current)에 대한 운항 속도 보정(Current Correction), 전 저항 및 프로펠러 저항 계산, 부가 저항 계산, 실제 엔진 출력값 예측, 예측한 엔진 출력값에 의한 속도와 해류에 의해 보정된 속도의 비교의 과정이 필요하며 각 과정은 다음과 같이 진행되며, 도 9를 참조하여 설명한다.
먼저 선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소를 특정한다(제 1 단계).
그리고 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 앞서 특정한 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 해당 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류 속도를 도출한다(제 2 단계). 이렇게 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 선박의 속도를 보정한다(제 3 단계). 이러한 보정은 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 획득한 선박의 속도와, 해상 환경 데이터로부터 획득한 해역의 해류 속도의 벡터 합을 통해 구할 수 있다.
다음으로 선박 제원 데이터로부터 특정한 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출한다(제 4 단계). 선박의 부가 저항은 ISO15016:2015에 적시된 방법을 이용하여 산출할 수 있다. 선박의 부가 저항은 후술하는 바와 같이 바람에 의한 저항과 파도에 의한 저항, 그리고 해수의 온도 및 농도에 의한 저항의 합일 수 있으며, 특히 파도에 의한 저항은 STAWAVE-I 또는 STAWAVE-II를 활용하여 산출할 수 있다.
그리고 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 기타 누락된 변수를 가정한다(제 5 단계). 이때 누락된 변수란, 후술하는 바와 같이, LWL(수선길이, length on waterline), CB(방형계수), CM(중앙단면 계수), CWP(수선면 계수), ABT(중앙 단면의 면적의 8%) 및 AT (수선면 이후 트랜섬 면적)일 수 있다.
다음으로 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터, 앞서 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출한다(제 6 단계). 선박의 전 저항과 프로펠러 효율은 Holtrop-Mennen 기법을 활용하여 산출할 수 있다.
그리고 상기 산출된 선박의 전 저항 및 프로펠러 효율과, 앞서 제 4 단계를 통해 도출한 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출한다(제 7 단계). 이때 제 5 단계를 통해 가정한 선박의 정수 중 속도를 ISO15016:2015에 적시된 Direct Power Method를 이용하여 실제 환경에서의 선박 속도로 수정하고(제 7-1 단계), 상기 제 3 단계를 통해 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박 속도가 동일한지 여부를 판단하여 동일할 경우 상기 가정한 정수 중 선박의 속도가 정확한 것으로 보고 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하며(제 7-2 단계), 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출한다(제 7-3 단계).
이렇게 산출된 운항 중 엔진 출력과 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출한다(제 8 단계). 구체적으로는 산출된 엔진 출력에 엔진의 스펙에 정의된 출력별 시간당 연료소모량 및 시간을 곱하여 연료 소모량을 구할 수 있다.
마지막으로 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 구하는 식에 대입하여 선박 에너지 효율 지표를 산출할 수 있다(제 9 단계).
이하에서는 본 발명에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 전체 과정에 있어서 전 저항 및 프로펠러 효율계산, 선박의 부가 저항 계산 및 엔진 출력 계산에 관하여 구체적으로 기술한다.
- 전 저항 및 프로펠러 효율계산(Holtrop-Mennen method)
도 3은 Holtrop-Mennen 기법에 따른 전 저항 및 프로펠러 효율을 계산하는 과정을 나타낸 도면이다.
동 기법에 따라 전 저항 및 프로펠러 효율을 계산함에 있어, 일반적 정보(Common information)로서, g(중력 가속도), 
(해수의 밀도), 
(공기의 밀도), 
(해류의 밀도)를 입력값으로 하며, 선박 자동 식별시스템 데이터로서 T actual (운항 중 흘수)를 입력값으로 하고, 선박 및 엔진데이터로서 LBP(수선간 길이), B(폭), V design (설계 속도), T design (설계 흘수), D(깊이), DWT(재화 중량), MCR(연속 최대 출력, maximum continuous rating), n MCR (연속 최대 출력 시 초당 엔진 회전수)를 입력값으로 한다. 이때 Holtrop-Mennen 기법에 따라 선박의 전 저항 및 프로펠러 효율을 산출함에 있어 누락된 변수는 LWL(수선길이, length on waterline), C B (방형계수), C M (중앙단면 계수), C WP (수선면 계수), A BT (중앙 단면의 면적의 8%), A T (수선면 이후 트랜섬 면적)와 같다.
상기와 같이 누락된 변수는 LWL과 LBP의 관계식, CB, CM, CWP : Froude number와 각 변수 간의 관계식, ABT, AT : Midship section area (AM)과의 관계식을 통해 도출이 가능하며, 구체적으로는 하기의 식을 참고할 수 있다.
- 선박의 부가 저항 계산 (ISO15016:2015)
도 4 및 5는 ISO15016:2015에 명기된 방법으로 선박의 부가저항을 계산하는 방법을 나타낸 도면이다.
선박의 부가 저항은 바람에 의한 저항과 파도에 의한 저항, 해수의 온도 및 농도에 의한 저항을 합하여 구할 수 있다. 본 발명에 있어서는 해수의 온도 및 농도에 의한 부가 저항은 그 값이 미미하다고 보고 이를 무시한다.
바람에 의한 부가 저항은 하기의 식으로 구할 수 있다.
이때 CAA는 ISO15016:2015에서 제공하는 데이터셋을 이용해 구할 수 있으며, 나머지 변수는 공용데이터를 이용한다.
파도에 의한 부가 저항은 STAWAVE-II 방법과 STAWAVE-I 방법을 이용해 구할 수 있으며, 본 발명에서는 STAWAVE-II 방법을 기본으로 하되, 아래 조건을 만족하여야 한다(도 4).
이때 wave direction이 조건을 만족하지 못하는 경우, 계산한 부가저항에 factorwave를 곱하여 보정을 해야 하며 factorwave는 아래 식으로 구할 수 있다.
STAWAVE-II 조건이 만족하지 않는 경우 STAWAVE-I 방법을 이용할 수 있으며 아래의 조건을 만족하여야 한다(도 5).
동 기법에 따라 선박의 부가 저항을 계산함에 있어, 일반적 정보로서, g(중력 가속도), 
(해수의 밀도), 
(공기의 밀도), 
(해류의 밀도)를 입력값으로 하며, 선박 자동 식별시스템 데이터로서 V G (선박의 측정된 대지 속력, measured ship's speed over ground), T actual (운항 중 흘수)를 입력값으로 하고, 선박 및 엔진데이터로서 LBP(수선간 길이), B(폭), V design (설계 속도), T design (설계 흘수), D(깊이), DWT(재화 중량) 를 입력값으로 한다. 또한 해상 환경 데이터로서 u wind (동쪽 방향 바람의 속도), v wind (북쪽 방향 바람의 속도), H 1/3 (파도 중에서 높은 파고에서부터 1/3 파도에 대한 평균 파고, significant wave height), Wave direction(파랑 방향), T wave (평균 파도 주기)를 입력값으로 하고, 앞서 가정된 변수로서 LWL(수선길이, length on waterline), C B (방형계수), C M (중앙단면 계수)를 입력값으로 한다.
- 엔진 출력 계산 (Direct Power Method of ISO15016:2015)
도 6는 전 저항, 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 엔진 출력을 산출하는 과정을 나타낸 도면이다.
이때 정수 중 선박의 속도를 예측하는 과정이 필요하며, 정수 중 선박의 속도를 수정하고, 앞서 해류에 대해 보정한 선박의 속도를 비교하여 같을 경우 계산을 진행하여 엔진 출력을 구한다. 정수 중 선박의 속도를 수정한 값과 해류에 대해 보정한 선박의 속도가 다를 경우 선박의 속도를 다시 가정하여 계산하는 과정을 반복한다.
- 선박 에너지 효율 지표 산출
도 7은 앞선 과정을 통해 산출한 값들과 선박의 제원을 종합하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 것을 나타내는 도면이다.
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: 선박 에너지 효율 지표 산출 장치 200: 장치 데이터베이스
Claims (19)
- 선박 에너지 효율 지표를 산출하기 위한 선박 에너지 효율 지표 산출 장치 및 상기 선박 에너지 효율 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템으로서,
상기 장치 데이터베이스에는 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터가 저장되어 있으며,
선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소가 특정되어 상기 선박 자동식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류의 속도를 도출하고,
상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하며,
상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하고,
상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하며,
상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고,
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하며,
상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하고,
상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 변수는
LWL(수선길이, length on waterline), CB(방형계수), CM(중앙단면 계수), CWP(수선면 계수), ABT(중앙 단면의 면적의 8%) 및 AT (수선면 이후 트랜섬 면적)인 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 선박의 부가 저항은
ISO15016:2015에 적시된 방법을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율은
Holtrop-Mennen 기법을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 운항 중 엔진 출력의 산출은
상기 가정한 선박의 정수 중 속도를 ISO15016:2015에 적시된 Direct Power Method를 이용하여 실제 환경에서의 선박 속도로 수정하고,
상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일할 경우 상기 가정한 정수 중 선박의 속도가 정확한 것으로 간주하고
상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하고,
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일하지 않을 경우 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 다시 가정하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 선박의 부가 저항은
바람에 의한 저항, 파도에 의한 저항, 및 해수의 온도 및 농도에 의한 저항의 합인 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 파도에 의한 저항은
STAWAVE-I 또는 STAWAVE-II을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 변수는 하기의 관계식으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율지표를 산출하는 시스템.
- 선박 자동 식별시스템 데이터, 선박 제원 데이터 및 해상 환경 데이터로부터 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법으로서,
선박 에너지 효율 지표를 산출할 시점과 장소를 특정하는 제 1 단계;
상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 속도와, 상기 해상 환경 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 해역의 해류 속도를 도출하는 제 2 단계;
상기 도출된 선박의 속도와 해류의 속도를 통해 보정된 선박의 속도를 산출하는 제 3 단계;
상기 선박 제원 데이터로부터 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계;
상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하는 제 5 단계;
상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 6 단계;
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7 단계;
상기 산출된 운항 중 엔진 출력과 상기 선박 제원 데이터로부터 취득한 엔진의 출력별 시간당 연료소모량을 통해 연료 소모량을 산출하는 제 8 단계; 및
상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터로부터 취득한 항로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 제 9 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 변수는
LWL(수선길이, length on waterline), CB(방형계수), CM(중앙단면 계수), CWP(수선면 계수), ABT(중앙 단면의 면적의 8%) 및 AT (수선면 이후 트랜섬 면적)인 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계는
ISO15016:2015에 적시된 방법을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 6 단계는
Holtrop-Mennen 기법을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7 단계는
상기 가정한 선박의 정수 중 속도를 ISO15016:2015에 적시된 Direct Power Method를 이용하여 실제 환경에서의 선박 속도로 수정하는 제 7-1 단계;
상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일할 경우 상기 가정한 정수 중 선박의 속도가 정확한 것으로 간주하고, 상기 선박 자동 식별시스템 데이터, 상기 선박 제원 데이터, 상기 가정한 속도와 변수를 통해 선박의 전 저항과 프로펠러 효율을 산출하는 제 7-2 단계; 및
상기 선박의 전 저항과 프로펠러 효율 및 선박의 부가 저항을 이용하여 선박의 운항 중 엔진 출력을 산출하는 제 7-3 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 제 7-2 단계에서
상기 보정된 선박의 속도와 상기 수정된 선박의 속도가 동일하지 않을 경우 상기 시점과 장소에 있어서의 선박의 정수 중 속도와 변수를 가정하는 제 5 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 선박의 부가 저항을 산출하는 제 4 단계는
바람에 의한 저항, 파도에 의한 저항 및 해수의 온도 및 농도에 의한 저항의 합으로 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 파도에 의한 저항은
STAWAVE-I 또는 STAWAVE-II을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 변수는 하기의 관계식으로부터 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법.
- 제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 선박 에너지 효율 지표를 산출하는 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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