KR20200009504A - 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 - Google Patents

선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치 및 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 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, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보가 저장되어 있으며, 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM을 도출하고, 상기 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출하며, 상기 산출된 엔진의 출력과, 상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보를 통해 연료 소모량을 산출하며, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화 중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING EEOI AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM THEREOF}
본 발명은 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출할 수 있는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법과, 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 에너지 효율 설계 지수(EEDI : Energy Efficiency Design Index), 에너지 효율 운항 지표(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 에너지 효율 운항 지수를 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, 선박 에너지 효율 운항 지표는 다음의 수식으로 계산할 수 있다.
Figure pat00001
이때, F ij 는 항로에 대한 연료 소모량이며, C j F 는 사용된 연료의 종류에 따라 결정되는 상수이다. m i L 는 항로에 대한 재화 중량을 나타내며, D i L 는 항로에 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 효율 운항 지표를 분석하는 것이 필수적이라 할 것이나 그러한 지표를 분석하기 위한 관련 데이터인 운항 중 연료 소모량을 해운사로부터 직접 취득하는 것은 용이하지 않다.
따라서 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등 전통적인 요소기술을 활용하여 물리적인 근거에 기반한 선박의 운항성능을 분석하여 이에 근거한 선박 에너지 효율 운항 지표를 추정 또는 산출 할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기 종래 기술적 요구를 해결하기 위해 안출 된 것으로, 본 발명의 목적은 선박의 저항, 자항, 운동, 조종 등의 물리적인 근거에 의거하여 선박의 연료 소모량을 도출하고 이를 통해 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출할 수 있는 선박 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법, 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치 및 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 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, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보가 저장되어 있으며, 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM을 도출하고, 상기 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출하며, 상기 산출된 엔진의 출력과, 상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보를 통해 연료 소모량을 산출하며, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화 중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보는, 상기 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 상기 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및 상기 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 시뮬레이션 할 수 있다.
또한, 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치는, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 엔진의 RPM을 도출할 수 있다.
또한, 상기 재화 중량은, 상기 선박이 액화 가스 운반선 또는 원유 운반선인 경우 화물탱크의 최대용량에 적재율을 곱해서 산출하고, 상기 선박이 컨테이너 운반선인 경우 컨테이너 1개당 중량과 적재된 컨테이너 개수를 곱해서 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM을 도출하는 제 3 단계, 상기 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출하는 제 4 단계, 상기 산출된 엔진의 출력과, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보를 통해 연료 소모량을 산출하는 제 5 단계, 및 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화 중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 제 6 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보는, 상기 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 상기 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및 상기 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상의 정보를 포함할 수 있다.
또한, 상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수일 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.
또한, 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 3-3단계, 및 상기 선박의 현재 흘수와 상기 초기 흘수가 같은지 여부를 판단하는 3-4 단계를 포함하고, 상기 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 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 시뮬레이션 할 수 있다.
또한, 상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 엔진의 RPM을 도출하는 제 3-5 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 재화 중량은, 상기 선박이 액화 가스 운반선 또는 원유 운반선인 경우 화물탱크의 최대용량에 적재율을 곱해서 산출하고, 상기 선박이 컨테이너 운반선인 경우 컨테이너 1개당 중량과 적재된 컨테이너 개수를 곱해서 산출할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 근거에 기반한 선박의 연료 소모량을 도출하고 이를 통해 선박의 에너지 효율 운항 지표를 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 선박의 연료 소모량을 객관적 기준에 의거하여 도출할 수 있으므로, 이와 관련된 다양한 선주의 요구에 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출함에 있어, 선박이 사용하는 연료에 따라 결정되는 탄소지수를 예시한 도면이다.
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 2를 참고로 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템 및 방법을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법을 나타내는 도면이다.
선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위해서는 운항 중 연료 소모량, 재화 중량, 운항 거리 및 탄소 지수(Carbon factor)를 이용해야 한다. 연료 소모량의 경우 실제 운항 중 계측한 데이터를 이용하여 계산하는 것이 일반적이나, 본 발명에서는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 시뮬레이션에 필요한 선박의 운항정보, 해상환경정보와 선박의 동적 특성을 모사할 수 있는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항성능을 계산하고 이를 통해 연료 소모량을 산출하는 것에 특징이 있다. 이때, 탄소지수(carbon factor)란 각 연료의 단위 부피당 배출하는 탄소의 양을 비율로써 정한 상수를 말한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 도출 시스템은, 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 선박의 실제 운항성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 도출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 도출 장치 및 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 도출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스로 구성된다.
상기 장치 데이터베이스에는 AIS 또는 실선계측장치로부터 수집된 AIS 데이터 또는 실선계측데이터 중 선박의 운항 성능을 분석하기 위해 추출된 운항정보, 상기 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보, 상기 선박의 운항명령속도, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보가 저장되어 있다.
선박의 연료는 MGO(Marine Gas Oil), MDO(Marine Diesel Oil), HFO(heave Fuel Oil) 또는 이들의 혼합유와 같은 연료유가 될 수 있고, 액화 천연 가스와 같은 연료가스를 포함할 수 있다.
또한, 선박은 액화 천연 가스를 연료가스로 하거나 선박의 연료유를 통해 운항 가능한 이중 연료 엔진을 포함할 수 있다. 이 경우 상기 선박은 액화 천연 가스를 저장하기 위한 저장 탱크를 구비할 수 있으며, 이러한 저장 탱크는 공지된 기술의 액화 천연 가스용 저장 탱크가 적용될 수 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, 파도, 조류에 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. 또한, 조류에 관한 정보는 대양 순환 모델의 하나인 HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model) 등의 소스를 통해 획득할 수 있다.
선박의 운항명령속도는 후술하는 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행함에 있어 선박의 기준이 되는 속도를 의미하며, 해당 속도에 연료 소모량이 산출되고 이렇게 산출된 연료 소모량을 통해 선박의 에너지효율 운항 지표를 도출하게 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 엔진의 출력당 연료 소모량 정보가 저장될 수 있다. 이때 엔진의 출력당 연료 소모량 정보는, 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보, 및/또는 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보를 포함할 수 있다.
통상 이중연료를 사용하는 엔진은 연료가스를 사용하는 가스연료 운전모드와 연료유(MDO, HFO 등)를 사용하는 오일연료 운전모드, 그리고 가스연료와 오일연료를 동시에 사용하는 혼합 운전 모드를 가진다.
오일연료는 각각의 실린더 헤드에 구비된 오일연료 인젝터에 의해 연소실로 분사되고, 가스연료는 메인 피드 파이프로부터 각 실린더별 분배 파이프로 분배된 다음 가스 유입 밸브(GAV) 조립체에서 가스량이 조절되어 가스 인젝터를 통해 실린더 헤드의 흡기 포트에 분사된다.
이중연료를 사용하는 엔진은, 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 선박의 에너지 효율 운항 지표를 도출하기 위해 연료유 소모량, 파일럿 연료유 소모량 및/또는 연료가스 소모량 산출이 필요하며, 이를 위해 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및/또는 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보가 상기 장치 데이터베이스에 저장될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템에 있어서 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치 작용을 설명한다.
선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 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.
Figure pat00002
여기서 m은 선박의 질량, Izz는 선박의 질량 관성모멘트를 의미한다. u,v는 각각 선박의 종 방향 속도와 횡방향 속도를 가리키며,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
은 선박의 속도 시간 변화율을 의미한다. r은 선박의
Figure pat00005
위치의 선체 중앙부를 기준으로 회전하는 각속도를,
Figure pat00006
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.
Figure pat00007
여기서, X, Y, N는 각각 수학식 3 내지 12에 의해 계산될 수 있다.
Figure pat00008
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.
Figure pat00009
여기서, ur은 대상 선박의 종방향 속도와 횡방향 속도의 곱이다.
Figure pat00010
여기서 xG는 길이방향 무게중심(LCG)의 위치부터 선박의 중심까지의 거리이다.
Figure pat00011
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.
Figure pat00012
여기서, tR은 선체와 러더 간의 간섭계수이고, FN은 러더에 작용하는 직압력(port, stbd는 방향을 의미),
Figure pat00013
및
Figure pat00014
은 러더각이다.
Figure pat00015
여기서, α H 는 선체와 러더간 간섭계수이고, FN_PORT는 해수의 밀도, 러더(PORT)면적, 입사각에 따른 러더(PORT) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산되며, FN_STBD도 마찬가지로 해수의 밀도, 러더(STBD) 면적, 입삭각에 따른 러더(STBD) 양력계수의 기울기 및 유동입사각을 이용하여 계산된다.
Figure pat00016
XH는 선체와 러더 간 간섭계수이다.
또한, 선박의 조종운동방정식에서 바람 하중을 구하기 위해서는 상대 속도와 상대 입사각으로 정리되어야 하며, 아래의 수학식 10을 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00017
여기서,
Figure pat00018
는 바람의 종 방향 상대 속도이고,
Figure pat00019
는 바람의 횡 방향 상대 속도를 가리킨다.
Figure pat00020
는 종 방향 상대 속도의 제곱과 횡 방향 상대 속도의 제곱을 더한 값을 제곱근으로 계산한 값이며,
Figure pat00021
는 선체에 입사되는 상대 입사각을 가리킨다.
선체에 작용하는 바람 하중은 아래의 수학식 11를 이용하여 계산된다.
Figure pat00022
여기서, C X , C Y , C N 은 무차원화 된 풍하중 계수를 가리킨다. AT는 선박의 수선면 위쪽의 종 방향 투영면적을 가리키며, AL은 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.
Figure pat00023
여기서, QTF는 파랑 평균 표류력을 가리키며, ω는 주파수, α는 파도 입사각도,
Figure pat00024
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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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, 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM과 러더의 러더각을 포함하는 결과를 근거로 대상선박의 실제 운항성능을 추정할 수 있다.
한편, 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치는 상기한 바와 같이 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출할 수 있다.
통상 선박이 저항[RT]을 받으면서 속도 V[m/s]로 항해하기 위해 필요한 동력 P[kW]는 P = RTV로 표시한다. 여기에서 RT ∝ V2 (전저항은 속도의 거의 2승에 비례함)이므로 위의 식은 P ∝ V3로 바꿀 수 있다. 즉, 선박의 항해에 필요한 동력 즉, 출력은 속도의 3승에 비례한다.
또한, 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치는, 이렇게 산출된 엔진의 출력과, 상기 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 상기 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및/또는 상기 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보를 통해 연료유 소모량, 파일럿 연료유 소모량 및/또는 연료가스 소모량을 산출하게 된다.
이렇게 선박의 연료 소모량을 산출한 뒤, 선박의 운항경로에 있어서의 이동 거리와 재화 중량을 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하게 된다.
선박의 이동 거리와 재화 중량은 AIS 또는 실선계측장치를 통해 도출할 수 있다.
일 예로, 이동 거리의 경우 AIS 데이터에 시간 별로 기록된 선박의 위치를 추적하여 도출할 수 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 구하거나, 또는 화물이 적재된 적재율을 고려하여 도출할 수 있다.
일 예로, 액화 천연 가스나 액화 석유 가스를 운반하는 액화 가스 운반선이나 원유를 운반하는 원유 운반선의 경우 화물 탱크의 최대 용량에 적재율을 곱해서 산출할 수 있고, 컨테이너를 운반하는 컨테이너 운반선의 경우, 컨테이너 1개당 중량과 적재된 컨테이너 개수를 곱하여 간단하게 산출할 수 있다. 또한, 액화 가스 운반선의 경우 화물 탱크의 자연기화율(Boil-Off Rate) 정보를 추가로 반영하여 재화 중량의 정확도를 높일 수 있다.
한편, 탄소지수의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 선박이 사용하는 연료에 따라 고정되는 값이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법을 도 2를 참조하여 설명한다.
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.
또한, 선박의 운항경로에 따른 해상환경정보는 운항경로 상의 바람, 파도, 조류에 관한 정보로서 ECMWF, NOAA, NDBC, HYCOM 등의 소스를 통해 획득할 수 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.
다음으로, 상기 추출된 운항정보, 상기 획득한 해상환경정보, 상기 입력된 운항명령속도와, 상기 제 1 단계에서 설정된 조종운동방정식을 이용하여 선박의 운항경로에 따라 시뮬레이션을 수행하여 엔진의 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 엔진의 RPM을 도출한다.
다음으로, 도출된 엔진의 RPM으로부터 엔진의 출력을 산출한다(제 4 단계). 앞서 언급한 바와 같이 선박의 항해에 필요한 동력 즉, 출력은 속도의 3승에 비례하는 점을 활용하여 엔진의 출력을 산출할 수 있다.
다음으로, 앞서 산출된 엔진의 출력과, 엔진의 출력당 연료 소모량, 구체적으로는 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및/또는 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보를 통해 연료유 소모량, 파일럿 연료유 소모량 및 연료가스 소모량을 산출한다(제 5 단계).
마지막으로, 상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출한다(제 6 단계).
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: 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치 200: 장치 데이터베이스

Claims (15)

  1. 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치 및 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치의 각종 데이터들이 저장되는 장치 데이터베이스에 의해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 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, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보가 저장되어 있으며,
    상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM을 도출하고,
    상기 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출하며,
    상기 산출된 엔진의 출력과, 상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보를 통해 연료 소모량을 산출하며,
    상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화 중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보는, 상기 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 상기 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및 상기 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수인 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  4. 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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 장치는,
    상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 엔진의 RPM을 도출하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 재화 중량은,
    상기 선박이 액화 가스 운반선 또는 원유 운반선인 경우 화물탱크의 최대용량에 적재율을 곱해서 산출하고,
    상기 선박이 컨테이너 운반선인 경우 컨테이너 1개당 중량과 적재된 컨테이너 개수를 곱해서 산출하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 시스템.
  8. 선박의 운항과정을 시뮬레이션 또는 시운전하여 상기 선박의 실제 운항 성능을 분석하고 이를 통해 상기 선박의 에너지 효율 운항 지표를 산출하기 위한 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 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 엔진의 RPM을 도출하는 제 3 단계;
    상기 도출된 엔진의 RPM으로부터 상기 엔진의 출력을 산출하는 제 4 단계;
    상기 산출된 엔진의 출력과, 엔진의 출력당 연료 소모량 정보를 통해 연료 소모량을 산출하는 제 5 단계; 및
    상기 산출된 연료 소모량과, 상기 선박의 운항경로에 있어서의 재화 중량 및 이동 거리를 이용하여 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출하는 제 6 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 엔진의 출력당 연료 소모량 정보는, 상기 엔진의 출력당 연료유 소모량(SFOC) 정보, 상기 엔진의 출력당 파일럿 연료유 소모량(SPOC) 정보 및 상기 엔진의 출력당 연료가스 소모량(SGC) 정보로 이루어진 군으로부터 어느 하나 이상의 정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 AIS 데이터 또는 상기 실선계측데이터로부터 추출된 상기 운항정보는 상기 선박의 위치, 선수각 및 흘수인 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  11. 제 8 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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  12. 제 11 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 설
    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 3-4 단계;
    를 포함하고,
    상기 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 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 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 계산된 러더각으로 러더의 러더각을 변경하여 상기 목표점으로 이동하는 선박이 받는 종방향 및 횡방향의 힘과, 요모멘트를 토대로 상기 엔진의 RPM을 도출하는 제 3-5 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 재화 중량은,
    상기 선박이 액화 가스 운반선 또는 원유 운반선인 경우 화물탱크의 최대용량에 적재율을 곱해서 산출하고,
    상기 선박이 컨테이너 운반선인 경우 컨테이너 1개당 중량과 적재된 컨테이너 개수를 곱해서 산출하는 것을 특징으로 하는 선박 에너지 효율 운항 지표를 산출 방법.
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 선박의 에너지 효율 운항 지표 산출 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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