KR20200043703A - 친환경 선박의 연료 공급 시스템 - Google Patents

친환경 선박의 연료 공급 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온실가스 배출량을 감소시킬 수 있도록 친환경 연료를 선박의 연료로서 공급하는 친환경 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 친환경 연료 선박의 연료 공급 시스템은, 신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하여 메탄을 생산함으로써, 친환경 LNG를 생산하는 친환경 LNG 생산설비; 선박에 구비되며, 상기 친환경 LNG 생산설비에서 생산된 친환경 LNG를 저장하는 제2 LNG 저장탱크; 선박에 구비되며, 가스정에서 생산된 LNG를 저장하는 제1 LNG 저장탱크; 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 연료로 사용하여 구동되는 선박용 엔진; 및 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG을 연료화하여 상기 선박용 엔진의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;를 포함하여, 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 상기 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 혼합한 혼합 연료를 상기 선박용 엔진의 연료로 사용한다.

Description

친환경 선박의 연료 공급 시스템 {Green Fuel Supply System for Vessel}
본 발명은 온실가스 배출량을 감소시킬 수 있도록 친환경 연료를 선박의 연료로서 공급하는 친환경 연료 선박의 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
해상 운송량은 세계 무역량의 약 80-90%를 차지하고 있고, 무역 확대로 인한 선적 증가로 인해 환경 문제 또한 증가하고 있다. 국제해사기구(IMO; International Maritime Organization)는 선박에서 배출되는 온실가스(GHG; GreenHouse Gas)를 저감시키기 위하여, 배출 규제를 점차 강화하고 있고, 배출 규제 지역(ECAs; Emission Control Areas)을 도입하였다. 또한, IMO에 따르면, 파리협약을 준수하기 위하여, 2050년까지 GHG 배출량을 현재 수준의 50%까지 저감시키는 것을 목표로 하고 있다.
천연가스(Natural Gas)는 90-95%가 메탄(methane)으로 구성된 탄화수소 혼합물로서, 천연가스를 -163℃ 이하로 액화시킨 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)는 기체 상태일 때보다 부피가 약 600배 줄어들기 때문에, 천연가스는 LNG 상태로 저장하고 운송하는 것이 유리하다.
또한, 천연가스는, 화학적 특성으로 인해 연소 시 석유 제품에 비해 이산화탄소(CO2), 질소산화물(NOx), 미세먼지(PM; Particulate Matter) 등의 배출이 적어 화석 연료로서 유용하게 사용되고 있다. 그뿐 아니라, 황 함량이 적어 황산화물(SOx)의 배출도 거의 없다. 이와 같이, 천연가스는 연소 시 연소가스에 포함된 오염물질의 양이 적은 청정연료로서 선박용 연료로 사용되고 있다.
선박의 연료를 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MGO(Marine Gas Oil)에서 LNG로 변경하면, 온실가스는 현재 수준의 약 25% 정도 저감시킬 수 있다. 즉, 선박의 연료를 LNG로 변경하더라도, 온실가스 배출량을 현재 수준의 50%까지 저감시키고자 하는 목표를 달성하기는 어렵다.
한편, IMO의 온실가스 배출량 저감 목표는, 예를 들어, 2030년까지는 30% 저감, 2040년까지는 40% 저감, 2050년까지 50% 저감시키는 등 단계별로 달성될 것으로 예상된다.
따라서, 선박을 운항하는 데 있어서 온실가스 배출 규제를 준수할 수 있도록, 온실가스의 배출량을 감소시킬 수 있는 단계적인 대안이 필요하다. 본 발명은, 선박의 온실가스 배출량을 추가로 저감시켜 IMO 배출 규제를 만족시킬 수 있는 친환경 선박의 연료 공급 시스템을 제공하고자 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하여 메탄을 생산함으로써, 친환경 LNG를 생산하는 친환경 LNG 생산설비; 선박에 구비되며, 상기 친환경 LNG 생산설비에서 생산된 친환경 LNG를 저장하는 제2 LNG 저장탱크; 선박에 구비되며, 가스정에서 생산된 LNG를 저장하는 제1 LNG 저장탱크; 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 연료로 사용하여 구동되는 선박용 엔진; 및 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG을 연료화하여 상기 선박용 엔진의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;를 포함하여, 상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 상기 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 혼합한 혼합 연료를 상기 선박용 엔진의 연료로 사용하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 가스정으로부터 LNG를 생산하고, LNG를 상기 제1 LNG 저장탱크로 공급하는 LNG 생산설비;를 더 포함하고, 상기 LNG 생산설비에서 LNG를 생산하면서 생산되는 부산물인 물(water)을 상기 친환경 LNG 생산설비에서 친환경 메탄을 생산하기 위한 원료로 공급하는 물 공급라인; 및 상기 LNG 생산설비에서 LNG를 생산하면서 생산되는 부산물인 이산화탄소를 상기 친환경 LNG 생산설비에서 친환경 메탄을 생산하기 위한 원료로 공급하는 이산화탄소 공급라인;을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 친환경 LNG 생산설비는, 신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하는 신재생에너지 발전설비; 상기 신재생에너지 발전설비에서 생산한 전력을 이용하여 수전해 반응에 의해 수소를 생산하는 수전해 반응기; 상기 수전해 반응기에서 생산된 수소와 이산화탄소를 원료로 하여 메탄을 생산하는 메탄 생성 장치; 및 상기 메탄 생성 장치에서 생산된 메탄을 액화시키는 친환경 메탄 액화장치;를 포함하고, 상기 수전해 반응기, 메탄 생성 장치 및 메탄 액화장치는, 상기 신재생에너지 발전설비에서 생산된 전력을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 상기 친환경 LNG 저장탱크는 상기 제1 LNG 저장탱크보다 소용량일 수 있다.
바람직하게는, 상기 선박용 엔진은, 추진용 엔진으로서 고압가스 분사엔진인 메인엔진; 및 발전용 엔진으로서 저압가스 분사엔진은 발전엔진;을 포함하고, 상기 연료 공급 장치는, 상기 메인엔진으로 상기 혼합 연료를 공급하는 고압 연료 공급장치; 및 상기 발전엔진으로 상기 혼합 연료를 공급하는 저압 연료 공급장치;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 메인엔진 및 발전엔진으로 공급할 혼합 연료의 LNG와 친환경 LNG의 혼합 비율을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제어부는 친환경 선박의 이산화탄소 배출 저감 목표량에 따라 상기 혼합 비율을 조절할 수 있다.
본 발명에 따른 친환경 선박의 연료 공급 시스템은, 선박의 연료로서 LNG를 사용하되, IMO의 단계별 저감 목표에 따라, 온실가스 배출없이 생산한 친환경 메탄을 혼합하여 연료로 사용함으로써, 가스정에서 채취한 천연가스만을 연료를 사용하는 것에 비해 온실가스 배출량을 더 저감시킬 수 있고, IMO 배출 규제를 준수할 수 있다.
또한, 신재생에너지를 사용하여 생산된 전력을 이용하여 메탄을 생산하므로, 연료의 생성 단계에서도 온실가스를 배출하지 않음으로써, 연료의 생산에서부터 사용에서까지의 주기(life cycle) 전체의 관점에서 온실가스를 배출하지 않을 수 있다.
또한, 메탄가스의 생성 단계에서는 이산화탄소를 원료로 사용할 수 있으므로, 천연가스를 가스정에서 채취할 때 배출되는 이산화탄소 등 계외의 이산화탄소까지도 선박용 연료를 생산하는데 사용할 수 있어 이산화탄소의 처리에도 효과적이다.
또한, 친환경 메탄과 천연가스는 천연가스의 주성분이 메탄이라는 점에서 물성이 유사하므로, 기존 선박의 장비 변경이나 효율 저하 등의 문제없이 그대로 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 선박의 연료 공급 시스템을 간략하게 도시한 구성도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 선박 또는 친환경 선박은, 액화가스를 추진용 엔진의 연료 또는 발전용 엔진의 연료로 사용할 수 있는 엔진이 설치된 모든 종류의 선박일 수 있다. 또한, 액화가스를 연료로 사용하는 선박이라면 그 형태를 불문하고 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 적용될 수 있다. 예를 들어, LNG 운반선(LNG Carrier), 액체수소 운반선, LNG RV(Regasification Vessel), 컨테이너 선박과 같은 자체 추진 능력을 갖는 선박을 비롯하여, LNG FPSO(Floating Production Storage Offloading), LNG FSRU(Floating Storage Regasification Unit)와 같이 추진 능력을 갖지는 않지만 해상에 부유하고 있는 해상 구조물을 포함할 수 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 LNG 운반선 또는 컨테이너 선인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 액화가스는, 가스를 저온으로 액화시켜 수송할 수 있는 액화가스일 수 있으며, 예를 들어, LNG(Liquefied Natural Gas), LEG(Liquefied Ethane Gas), LPG(Liquefied Petroleum Gas), 액화에틸렌가스(Liquefied Ethylene Gas), 액화프로필렌가스(Liquefied Propylene Gas) 등과 같은 액화석유화학가스일 수 있다. 이러한 액화가스는 액화공정에서 불순물을 제거하므로, 청정연료로서의 가치가 있다. 다만, 후술하는 실시예에서는 대표적인 액화가스인 LNG가 적용되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 후술하는 본 발명의 실시예에서 각 라인을 유동하는 유체는, 특별한 언급이 없더라도 시스템의 운용 조건에 따라, 액체 상태, 기체 상태, 또는 기액 혼합 상태일 수 있으며, 초임계 유체 상태일 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 선박의 연료 공급 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 가스정(gas well)에서 채취한 화석연료로서 LNG를 생산하고 저장하는 LNG 생산설비(L); 및 대기오염물질의 배출을 최소화하면서, 수소(H2)와 이산화탄소(CO2)를 이용하여 메탄(CH4)을 생산하여, 친환경 LNG(eco-LNG)를 저장하는 친환경 LNG 생산설비(M);를 포함한다.
또한, 본 실시예의 친환경 선박의 연료 공급 시스템은, LNG 생산설비(L)로부터 LNG를 공급받아 저장하는 제1 LNG 저장탱크(100); 친환경 LNG 생산설비(M)로부터 친환경 LNG, 즉 액화시킨 합성 메탄을 공급받아 저장하는 제2 LNG 저장탱크(200); 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 엔진(ME, GE)의 연료로 공급하는 제1 연료 공급장치(120, 130); 및 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG를 엔진(ME, GE)의 연료로 공급하는 제2 연료 공급장치(220, 230);을 포함한다.
본 실시예에서는, 제1 LNG 저장탱크(100), 제2 LNG 저장탱크(200), 제1 연료 공급장치(120, 130) 및 제2 연료 공급장치(220, 230)는 본 실시예의 친환경 선박(S)에 설치될 수 있다. 또한, LNG 생산설비(L) 및 친환경 LNG 생산설비(M)가 육상에 설치되는 것을 예로 들어 설명하기로 하나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, LNG 생산설비(L)는 육상 또는 선박에 설치되어 육상 또는 선박으로부터 본 실시예의 친환경 선박(S)에 구비된 제1 LNG 저장탱크(100)로 LNG를 공급해줄 수 있고, 친환경 LNG 생산설비(M)는 육상 또는 선박에 설치되어 육상 또는 선박으로부터 본 실시예의 친환경 선박(S)에 구비된 제2 LNG 저장탱크(200)로 친환경 LNG를 공급해줄 수 있다.
여기서, LNG 생산설비(L)와 친환경 LNG 생산설비(M)는 같은 지역의 육상 또는 같은 선박에 설치될 수도 있고, 서로 다른 지역의 육상 또는 서로 다른 선박에 설치될 수도 있다. 또한, LNG 생산설비(L)와 친환경 LNG 생산설비(M)가 각각 선박에 설치되는 경우, LNG 생산설비(L)와 친환경 LNG 생산설비(M)가 설치되는 선박은 본 실시예의 친환경 선박(S)과는 구별되는 다른 선박일 수 있고, 같은 친환경 선박(S)에 설치될 수도 있을 것이다.
본 실시예의 LNG 생산설비(L)는, 가스정(gas well)(310)에서 채취한 천연가스를 전처리 하는 전처리 장치; 전처리한 천연가스를 LNG로 액화시키는 천연가스 액화장치(340); 천연가스 액화장치(340)에 의해 액화된 LNG를 저장하는 LNG 저장탱크(350); 및 LNG 생산설비(L)에 필요한 전력을 생산하는 가스터빈 발전설비(300);를 포함할 수 있다.
본 실시예의 전처리 장치는, 가스정(310)에서 채취한 천연가스로부터 오일(oil), 물(H2O) 등 액체 상태나 고체 상태의 이물질을 분리 제거하는 3상 분리기(320); 및 3상 분리기(320)에서 분리된 가스로부터 이산화탄소(CO2) 등 기체 상태의 이물질을 분리 제거하는 가스 분리기(330);를 포함할 수 있다.
3상 분리기(320)에서 분리된 물은 후술할 친환경 LNG 생산설비(M)로 공급될 수 있고, 친환경 LNG 생산설비(M)에서는 3상 분리기(320)에서 천연가스로부터 분리된 물을 원료로 사용하여 친환경 LNG(친환경 메탄)를 생산할 수 있다.
3상 분리기(320)와 친환경 LNG 생산설비(M)는 3상 분리기(320)로부터 친환경 LNG 생산설비(M)로 물이 이송되는 물 공급라인(도면부호 미부여);으로 연결될 수 있다.
3상 분리기(320)에서 이물질이 분리된, 천연가스를 포함하는 기체 성분은 가스 분리기(330)에서 천연가스와, 천연가스를 제외한 나머지 성분, 예를 들어 이산화탄소로 분리된다. 가스 분리기(330)에서 분리된 천연가스는 메탄(CH4)을 주성분으로하며, 천연가스 액화장치(340)로 공급되고, 가스 분리기(330)에서 분리된 이산화탄소는 후술할 친환경 LNG 생산설비(M)로 공급될 수 있고, 친환경 LNG 생산설비(M)에서는 가스 분리기(330)에서 분리된 이산화탄소를 원료로 사용하여 친환경 LNG를 생산할 수 있다.
가스 분리기(330)와 친환경 LNG 생산설비(M)는 가스 분리기(330)로부터 친환경 LNG 생산설비(M)로 이산화탄소가 이송되는 이산화탄소 공급라인(도면부호 미부여);으로 연결될 수 있다.
또한, 가스 분리기(330)에서 분리된 천연가스는 가스터빈 발전설비(300)로 공급될 수 있고, 가스터빈 발전설비(300)에서는 가스 분리기(330)로부터 공급받은 천연가스를 연료로 사용하여 전력을 생산할 수 있다.
가스터빈 발전설비(300)는, 예를 들어, 발전기를 포함하는 하나 이상의 가스터빈(미도시);을 포함할 수 있다. 가스터빈은 천연가스를 작동유체로 사용하여 전력을 생산할 수 있다. 가스터빈 발전설비(300)에서 생산된 전력은, LNG 생산설비(L)에서 LNG를 생산 및 저장하는데 있어 필요로 하는 펌프 등 각종 전력 수요 장치를 구동시키는데 사용될 수 있다. 또한, 가스터빈 발전설비(300)에서 생산된 전력은, LNG 생산설비(L) 외에 본 실시예의 친환경 선박의 연료 공급 시스템의 전력 수요 장치 또는 시스템 외의 전력 수요처에서 사용될 수도 있다.
천연가스 액화장치(340)는 전처리장치를 통과하면서 전처리된 천연가스를 냉각시켜 액화시킴으로써, 액체 상태의 LNG를 생산한다.
가스 분리기(330)에서 분리된 천연가스 중에서, 가스터빈 발전설비(300)에서 전력 생산에 필요로하는 천연가스량을 제외한 나머지 천연가스가 천연가스 액화장치(340)로 공급될 수 있다.
천연가스 액화장치(340)에서 생산된 LNG는 LNG 저장탱크(350)에 저장된다.
LNG 저장탱크(350)에 저장된 LNG는 대용량의 LNG를 필요로 하는 LNG 운반선과 같은 대량 LNG 수요처(LU)로 공급될 수 있고, 본 실시예의 제1 LNG 저장탱크(100)로도 공급될 수 있다.
본 실시예의 LNG 생산설비(L)의 천연가스 액화장치(340) 및 LNG 저장탱크(350)는, 후술할 친환경 LNG 생산설비(M)의 친환경 메탄 액화장치(450) 및 친환경 LNG 저장탱크(460)보다 대용량의 것으로 구비된다.
본 실시예의 LNG 저장탱크(350)와 제1 LNG 저장탱크(100)는 LNG 공급라인(LL1);으로 연결되고, LNG 저장탱크(350)에 저장된 LNG는 LNG 공급라인(LL1)을 따라 제1 LNG 저장탱크(100)로 이송되며, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장될 수 있다.
본 실시예의 제1 LNG 저장탱크(100)는 하나 이상 구비될 수 있다.
또한, 제1 LNG 저장탱크(100)는 후술할 제2 LNG 저장탱크(200)보다 대용량의 것으로 구비된다.
본 실시예의 친환경 LNG 생산설비(M)는, 신재생에너지로 전력을 생산하는 신재생에너지 발전설비(400); 물(H2O)을 저장하는 물 저장탱크(410); 신재생에너지 발전설비(400)에서 생산된 전력과 물 및 상술한 LNG 생산설비(L)로부터 이송된 이산화탄소(CO2)를 이용하여 친환경 메탄(CH4)을 생산하는 메탄 생성장치(420, 430, 440); 메탄 생성장치(420, 430, 440)에서 생성된 친환경 메탄을 액화시키는 친환경 메탄 액화장치(450); 및 친환경 메탄 액화장치(450)에 의해 액화된 친환경 메탄, 즉 친환경 LNG를 저장하고, 후술할 선박(S)의 제2 LNG 저장탱크(200)로 친환경 LNG를 공급해줄 수 있는 친환경 LNG 저장탱크(460);를 포함한다.
본 실시예의 친환경 LNG 생산설비(M)는 신재생에너지 발전설비(400)에서 친환경적으로 생산한 전력(CO2 free 전력)을 이용하여 구동된다. 신재생에너지 발전설비(400)는, 풍력, 태양광, 수력 등 신재생에너지를 이용하여, 이산화탄소 등 대기오염물질을 거의 배출하지 않고 전력을 생산한다.
예를 들어, 친환경 LNG 생산설비(M)는 풍력, 태양광, 수력 등 신재생에너지가 풍부한 유럽, 캐나다, 미국, 호주 등에 설치될 수 있고, 본 실시예의 선박(S)은 신재생에너지가 풍부한 지역에 설치된 친환경 LNG 생산설비(M)로부터 친환경 LNG를 공급받아 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장하여 선박(S)의 엔진(ME, GE) 연료로 사용할 수 있다.
신재생에너지 발전설비(400)에서 생산된 전력은, 친환경 LNG 생산설비(M)에서 친환경 LNG를 생산 및 저장하는데 있어 필요로 하는 펌프 등 각종 전력 수요 장치를 구동시키는데 사용될 수 있다. 또한, 신재생에너지 발전설비(400)에서 생산된 전력은, 친환경 LNG 생산설비(M) 외에 LNG 생산설비(L)나 선내 전력 수요처 등 본 실시예의 친환경 선박의 연료 공급 시스템의 전력 수요 장치 또는 시스템 외의 전력 수요처에서 사용될 수도 있다.
본 실시예의 물 저장탱크(410)에는, 상술한 LNG 생산설비(L)로부터 이송된 물이나 메탄 생성장치(420, 430, 440)에서 반응에 의해 생성된 물이 저장될 수 있고, 또한 외부에서 이송된 물이 저장될 수도 있다.
또한, 물 저장탱크(410)에 저장된 물은, 메탄 생성장치(420, 430, 440)에서 사용될 수 있으며, 예를 들어 수전해 반응기(420)로 공급되어, 수전해 반응기(420)에서는, 물 저장탱크(410)로부터 공급받은 물의 전기분해에 의해 수소를 생산할 수 있다.
본 실시예의 메탄 생성장치(420, 430, 440)는, 신재생에너지 발전설비(400)에서 생산된 전력을 이용하여 물을 분해해 수소(H2)를 생산하는 수전해 반응기(420); 수전해 반응기(420)에서 생산된 수소와 상술한 LNG 생산설비(L)로부터 이송된 또는 외부에서 이송된 이산화탄소를 이용하여 역수성가스 이동반응에 의해 일산화탄소(CO)를 역수성가스 이동 반응기(430); 및 역수성가스 이동 반응기(430)에서 생산된 일산화탄소와, 수전해 반응기(420)에서 생산된 수소를 반응시켜 메탄(CH4)을 생산하는 메탄 합성 반응기(440);를 포함할 수 있다.
본 실시예의 수전해 반응기(420)에서는, 물의 전기분해 반응에 의해, 수소(H2)와 산소(O2)가 생성된다.
H2O → H2 + O2
수전해 반응기(420)에서 생성된 수소는 역수성가스 이동 반응기(430)로 공급되고, 수전해 반응기(420)에서 생성된 산소는 대기 중으로 방출될 수 있다.
또한, 수전해 반응기(420)에서 생성된 수소는 메탄 합성 반응기(440)로도 공급될 수 있다.
본 실시에의 역수성가스 이동 반응기(430)에서는, 수전해 반응기(420)로부터 공급받은 수소와, LNG 생산설비(L) 및 외부로부터 공급받은 이산화탄소의 역수성가스 반응에 의해, 일산화탄소(CO)와 물(H2O)이 생성된다.
H2 + CO2 → CO + H2O
역수성가스 이동 반응기(430)에서 생성된 일산화탄소는 메탄 합성 반응기(440)로 공급되고, 역수성가스 이동 반응기(430)에서 생성된 물은 물 저장탱크(410)에 저장될 수 있다.
본 실시예의 메탄 합성 반응기(440)에서는, 수전해 반응기(420)로부터 공급받은 수소와, 역수성가스 이동 반응기(430)로부터 공급받은 일산화탄소의 메탄 합성 반응에 의해, 메탄(CH4) 및 물이 생성된다.
3H2 + CO → CH4 + H2O
메탄 합성 반응기(440)에서 생성된 메탄은, 저장에 용이한 LNG로 액화시키기 위하여 친환경 메탄 액화장치(450)로 공급되고, 메탄 합성 반응기(440)에서 생성된 물은 물 저장탱크(410)에 저장될 수 있다.
또한, 역수성가스 이동 반응기(430)로부터 메탄 합성 반응기(440)로 공급된 일산화탄소 중에서, 반응하지 않고 남은 미반응가스는 다시 역수성가스 이동 반응기(430)로 회수될 수 있다.
본 실시예의 친환경 메탄 액화장치(450)는, 메탄 합성 반응기(440)에서 생성된 친환경 메탄을 액화시켜, LNG를 생산한다.
메탄 합성 반응기(440)에서 생성된 메탄은, 상술한 바와 같이 신재생에너지로 생산한 전력을 사용하고 물 및 이산화탄소를 원료로 사용함으로써, 이산화탄소 등 대기오염물질을 배출하지 않고 생성된 친환경 메탄이고, 천연가스는 메탄을 주성분으로 하므로, 본 실시예의 친환경 메탄 액화장치(450)는, 천연가스의 액화장치를 그대로 적용할 수 있다. 단, 본 실시예의 친환경 메탄 액화장치(450)는, 상술한 LNG 생산설비(L)의 천연가스 액화장치(340)보다 소용량의 것으로 구비될 수 있다.
본 실시예의 친환경 LNG 생산 설비(M)는, 상술한 바와 같이, 신재생에너지를 이용하여 이산화탄소 등 대기오염물질을 배출하지 않고, 물과 이산화탄소를 원료로 사용함으로써, 친환경 메탄 및 친환경 LNG를 생산할 수 있다.
본 실시예의 친환경 LNG 생산 설비(M)에서 생산된 친환경 LNG는 선박(S)의 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장될 수 있고, 선박(S)의 엔진(ME, GE) 연료로 사용된다. 친환경 LNG는 친환경 메탄을 액화시킨 것이고, LNG는 메탄을 주성분으로 하므로, 친환경 LNG를 선박(S)의 엔진(ME, GE)의 연료로 사용하더라도 기존 설비를 그대로 이용할 수 있다.
본 실시예의 친환경 LNG 생산설비(M)의 친환경 메탄 액화장치(450) 및 친환경 LNG 저장탱크(460)는, 상술한 LNG 생산설비(L)의 천연가스 액화장치(340) 및 LNG 저장탱크(350)보다 소용량의 것으로 구비된다.
본 실시예의 친환경 LNG 저장탱크(460)와 선박(S)의 제2 LNG 저장탱크(200)는 친환경 LNG 공급라인(EL1);으로 연결되고, 친환경 LNG 저장탱크(460)에 저장된 친환경 LNG는 친환경 LNG 공급라인(EL1)을 따라 제2 LNG 저장탱크(200)로 이송되며, 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된다.
본 실시예의 제2 LNG 저장탱크(200)는 하나 이상 구비될 수 있다.
또한, 제2 LNG 저장탱크(200)는 상술한 제1 LNG 저장탱크(100)보다 소용량의 것으로 구비된다.
본 실시예의 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG와 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG는, 제1 연료 공급장치(120, 130) 및 제2 연료 공급장치(220, 230)에 의해 연료화되어, 선박용 엔진(ME, GE)의 연료로 공급된다.
본 실시예의 제1 LNG 저장탱크(100)에는 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 가압하여 제1 연료 공급장치(120, 130)로 공급하는 제1 LNG 공급펌프(110);가 구비될 수 있다.
또한, 본 실시예의 제2 LNG 저장탱크(200)에는 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG를 가압하여 제2 연료 공급장치(220, 230)로 공급하는 제2 LNG 공급펌프(210);가 구비될 수 있다.
본 실시예의 선박용 엔진(ME, GE)는, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG와 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG를 혼합한 혼합 연료를 연료로서 사용하는 것은 물론이고, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG만을 연료로 사용할 수도 있고, 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG만을 연료로 사용할 수도 있으며, 선박(S)의 운항 상태에 따라 선박용 엔진(ME, GE)의 연료를 LNG, 친환경 LNG 및 혼합 연료로 전환하면서 사용할 수 있다.
본 실시예에서는, 혼합 연료를 선박용 엔진(ME, GE)의 연료로서 사용하는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
또한, 혼합 연료는, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG와 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 LNG가 혼합된 후, 제1 연료 공급장치(120, 130) 및/또는 제2 연료 공급장치(220, 230)을 통해 연료화되어, 즉, 선박용 엔진(ME, GE)에서 요구하는 압력 및 온도로 조절되어, 선박용 엔진(ME, GE)으로 공급될 수 있다.
또는, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG는 제1 연료 공급장치(120, 130)에 의해 연료화되고, 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG는 제2 연료 공급장치(220, 230)에 의해 연료화된 후, 적정 비율로 혼합되어 선박용 엔진(ME, GE)으로 공급될 수 있다.
본 실시예에서는, LNG와 친환경 LNG가 각각 연료화된 후 혼합되어 엔진(ME, GE)의 연료로 공급되는 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
본 실시예의 엔진(ME, GE)은, 추진용 엔진으로서 선박(S)의 프로펠러를 구동시키는 메인엔진(ME); 및 발전용 엔진으로서 선박(S)에서 필요로하는 전력을 생산하는 발전기와 연결되는 발전엔진(GE);을 포함한다.
메인엔진(ME)은 고압가스 분사엔진, 예를 들어 ME-GI(MAN Electronic Gas Injection) 엔진일 수 있다. ME-GI 엔진은, 2-행정 디젤 사이클을 사용하며, 약 300 bar의 고압 천연가스를 연료로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 메인엔진(ME)이 ME-GI 엔진인 것을 예로 들어 설명하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
또한, 발전엔진(GE)은 저압가스 분사엔진, 예를 들어 DFDG(Dual Fuel Diesel Generator)일 수 있다. DFDG는, 약 7 bar의 저압 천연가스를 연료로 사용할 수 있다. 본 실시예에서는 발전엔진(GE)이 DFDG인 것을 예로 들어 설명하지만 이에 한정하는 것은 아니다.
본 실시예의 제1 연료 공급장치(120, 130)는, 메인엔진(ME), 즉 고압가스 분사엔진으로 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 공급하는 제1 고압 연료 공급장치(120); 및 발전엔진(GE), 즉 저압가스 분사엔진으로 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG를 공급하는 제1 저압 연료 공급장치(130);를 포함한다.
또한, 본 실시예의 제2 연료 공급장치(220, 230)는, 메인엔진(ME), 즉 고압가스 분사엔진으로 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG를 공급하는 제2 고압 연료 공급장치(220); 및 발전엔진(GE), 즉 저압가스 분사엔진으로 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 친환경 LNG를 공급하는 제2 저압 연료 공급장치(230);를 포함한다.
먼저, 본 실시예의 제1 고압 연료 공급장치(120)는, 제1 LNG 저장탱크(100)로부터 제1 LNG 공급펌프(110)에 의해 공급받은 LNG를 메인엔진(ME)에서 요구하는 연료 조건에 따라, 압력, 온도 등을 조절하여 메인엔진(ME)으로 공급한다.
제1 고압 연료 공급장치(120)와 제1 LNG 공급펌프(110)는 제2 LNG 공급라인(LL2)에 의해 연결되고, 제1 LNG 저장탱크(100)로부터 LNG는 제2 LNG 공급라인(LL2)을 따라 제1 고압 연료 공급장치(120)로 공급된다.
제1 고압 연료 공급장치(120)는, LNG를 메인엔진(ME)에서 요구하는 압력으로 압축하는 제1 고압펌프(121); 및 제1 고압펌프(121)에 의해 고압으로 압축된 LNG를 기화시키는 제1 고압기화기(122);를 포함한다.
제1 고압펌프(121) 및 제1 고압기화기(122)에 의해 메인엔진(ME)에서 요구하는 압력 및 온도로 조절된 천연가스 연료는 제1 고압 연료 공급장치(120)와 메인엔진(ME)을 연결하는 고압 혼합 연료 공급라인(ML);을 따라 메인엔진(ME)으로 공급된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 고압 혼합 연료 공급라인(ML)에는, 제1 고압 연료 공급장치(120)와 고압 혼합 연료 공급라인(ML)이 연결되는 지점과 후술할 제2 고압 연료 공급장치(220)와 고압 혼합 연료 공급라인(ML)이 연결되는 지점 또는 그 하류에, 제1 고압 연료 공급장치(120)로부터 이송된 천연가스 연료와, 제2 고압 연료 공급장치(220)로부터 이송된 친환경 천연가스 연료(NG)가 혼합되는 고압 연료 혼합부(미도시);가 구비될 수 있다.
본 실시예의 제2 고압 연료 공급장치(220)는, 제2 LNG 저장탱크(200)로부터 제2 LNG 공급펌프(210)에 의해 공급받은 친환경 LNG를 메인엔진(ME)에서 요구하는 연료 조건에 따라, 압력, 온도 등을 조절하여 메인엔진(ME)으로 공급한다.
제2 고압 연료 공급장치(220)와 제2 LNG 공급펌프(210)는 제2 친환경 LNG 공급라인(EL2)에 의해 연결되고, 제2 LNG 저장탱크(200)로부터 친환경 LNG는 제2 친환경 LNG 공급라인(EL2)을 따라 제2 고압 연료 공급장치(220)로 공급된다.
본 실시예의 제2 고압 연료 공급장치(220)는, 친환경 LNG를 메인엔진(ME)에서 요구하는 압력으로 압축하는 제2 고압펌프(221); 및 제2 고압펌프(221)에 의해 고압으로 압축된 LNG를 기화시키는 제2 고압기화기(222);를 포함한다.
제2 고압펌프(221) 및 제2 고압기화기(222)에 의해 메인엔진(ME)에서 요구하는 압력 및 온도로 조절된 친환경 천연가스 연료(NG)는 제2 고압 연료 공급장치(220)와 고압 혼합 연료 공급라인(ML)을 연결하는 제2 고압 혼합 연료 공급라인(ML2);을 따라 고압 혼합 연료 공급라인(ML)으로 이송되고, 상술한 제1 고압 연료 공급장치(220)로부터 이송된 천연가스 연료와 혼합되어 메인엔진(ME)의 연료로 공급된다.
본 실시예의 제1 저압 연료 공급장치(130)는, 제1 LNG 저장탱크(100)로부터 제1 LNG 공급펌프(110)에 의해 공급받은 LNG를 발전엔진(GE)에서 요구하는 연료 조건에 따라, 압력, 온도 등을 조절하여 발전엔진(GE)으로 공급한다.
제1 LNG 공급펌프(110)는, LNG를 발전엔진(GE)에서 요구하는 저압까지 가압시켜 제1 저압 연료 공급장치(130)로 공급할 수 있다.
제1 저압 연료 공급장치(130)와 제1 LNG 공급펌프(110)는 제3 LNG 공급라인(LL3);에 의해 연결되고, 제1 LNG 저장탱크(100)로부터 LNG는 제3 LNG 공급라인(LL3)을 따라 제1 저압 연료 공급장치(130)로 공급된다.
제1 저압 연료 공급장치(130)는, LNG를 기화시키는 제1 저압기화기(131); 제1 저압기화기(131)에서 기화된 천연가스의 메탄가를 조절하는 제1 메탄가 조절기(132); 및 제1 메탄가 조절기(132)에서 메탄가가 조절된 천연가스 연료의 온도를 발전엔진(GE)에서 요구하는 온도로 가열 또는 냉각시키는 제1 온도조절기(133);를 포함한다.
발전엔진(GE)은, 가스 연료의 메탄가 제한이 있을 수 있다. 본 실시예의 제1 메탄가 조절기(132)에서는, 제1 저압기화기(131)에서 기화되지 않은 액체 상태의 중탄화수소 또는 제1 저압기화기(131)에서 기화된 천연가스의 온도를 제어함으로써 응축시킨 중탄화수소 성분을 기체 상태의 천연가스 연료와 기액분리시켜, 발전엔진(GE)에서 요구하는 메탄가를 갖는 기체 상태의 천연가스 연료는 제1 가스 연료 라인(DL1);을 통해 제1 온도조절기(133)로 이송되고, 분리된 액체 상태의 중탄화수소 성분은 제1 회수라인(BL1);을 통해 제1 LNG 저장탱크(100)로 회수될 수 있다.
제1 저압 연료 공급장치(130)에 의해 발전엔진(GE)에서 요구하는 압력 및 온도로 조절된 저압 천연가스 연료는 후술할 제2 저압 연료 공급장치(230)로부터 이송된 친환경 저압 천연가스 연료(NG)와 혼합되어, 저압 혼합 연료 공급라인(DL);을 따라 발전엔진(GE)으로 공급된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 저압 혼합 연료 공급라인(DL)에는, 제1 저압 연료 공급장치(130)와 저압 혼합 연료 공급라인(DL)이 연결되는 지점과 후술할 제 2 저압 연료 공급장치(230)와 저압 혼합 연료 공급라인(DL)이 연결되는 지점 이후에, 제1 저압 연료 공급장치(130)로부터 이송된 천연가스 연료와, 제2 저압 연료 공급장치(230)로부터 이송된 친환경 천연가스 연료가 혼합되는 저압 연료 혼합부(미도시);가 구비될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장된 LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스(BOG; Boil-Off Gas) 및 LNG 생산설비(L)의 LNG 저장탱크(350)에서 생성된 증발가스도 발전엔진(GE)의 연료로 공급될 수 있다.
마찬가지로, 이러한 증발가스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 메탄가 조절기(132)로 공급되며 제1 가스 연료라인(DL1)을 따라 제1 온도조절기(133)로 공급되고, 저압 혼합 연료 공급라인(DL)을 통해 친환경 천연가스 연료 또는 천연가스 연료와 혼합되어 발전엔진(GE)의 연료로 공급될 수 있다.
본 실시예의 제2 저압 연료 공급장치(230)는, 제2 LNG 저장탱크(200)로부터 제2 LNG 공급펌프(210)에 의해 공급받은 친환경 LNG를 발전엔진(GE)에서 요구하는 연료 조건에 따라, 압력, 온도 등을 조절하여 발전엔진(GE)으로 공급한다.
제2 저압 연료 공급장치(230)와 제2 LNG 공급펌프(210)는 제3 친환경 LNG 공급라인(EL2);에 의해 연결되고, 제2 LNG 저장탱크(200)로부터 친환경 LNG는 제3 친환경 LNG 공급라인(EL3)을 따라 제2 저압 연료 공급장치(230)로 공급된다.
제2 LNG 공급펌프(210)는, 친환경 LNG를 발전엔진(GE)에서 요구하는 저압까지 가압시켜 제2 저압 연료 공급장치(230)로 공급할 수 있다.
제2 저압 연료 공급장치(230)는, 친환경 LNG를 기화시키는 제2 저압기화기(231); 제2 저압기화기(231)에서 기화된 친환경 천연가스의 메탄가를 조절하는 제2 메탄가 조절기(232); 및 제2 메탄가 조절기(232)에서 메탄가가 조절된 친환경 천연가스 연료의 온도를 발전엔진(GE)에서 요구하는 온도로 가열 또는 냉각시키는 제2 온도조절기(233);를 포함한다.
본 실시예의 제2 메탄가 조절기(232)에서는, 제2 저압기화기(231)에서 기화되지 않은 액체 상태의 중탄화수소 또는 제2 저압기화기(231)에서 기화된 친환경 천연가스의 온도를 제어함으로써 응축시킨 중탄화수소 성분을 기체 상태의 친환경 천연가스 연료와 기액분리시켜, 발전엔진(GE)에서 요구하는 메탄가를 갖는 기체 상태의 친환경 천연가스 연료가 제2 가스 연료 라인(DL2);을 통해 제2 온도조절기(233)로 이송되고, 분리된 액체 상태의 중탄화수소 성분은 제2 회수라인(BL2);을 통해 제2 LNG 저장탱크(200)로 회수될 수 있다.
본 실시예의 친환경 LNG는, 친환경 LNG 생산설비(M)에서 합성된 메탄이므로, 친환경 LNG는 메탄가를 조절할 필요가 없을 수 있으며, 따라서, 친환경 LNG 연료의 메탄가를 조절하기 위한 제2 메탄가 조절기(232)를 구비하지 않을 수도 있을 것이다.
제2 저압 연료 공급장치(230)에 의해 발전엔진(GE)에서 요구하는 압력 및 온도로 조절된 친환경 저압 천연가스 연료(NG)는 상술한 제1 저압 연료 공급장치(130)로부터 이송된 저압 천연가스 연료와 혼합되어, 저압 혼합 연료 공급라인(DL);을 따라 발전엔진(GE)으로 공급된다.
또한, 본 실시예에 따르면, 제2 LNG 저장탱크(200)에 저장된 LNG가 자연기화하여 생성된 증발가스 및 친환경 LNG 생산설비(M)의 LNG 저장탱크(350)에서 생성된 증발가스도 발전엔진(GE)의 연료로 공급될 수 있다.
마찬가지로, 이러한 증발가스는, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 메탄가 조절기(232) 또는 제2 온도조절기(133)로 공급될 수 있으며, 제2 가스 연료라인(DL2) 및 저압 혼합 연료 공급라인(DL)을 통해 천연가스 연료 또는 친환경 천연가스 연료와 혼합되어 발전엔진(GE)의 연료로 공급될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 비상상황과 같이, 제1 LNG 저장탱크(100) 및 제2 LNG 저장탱크(200)의 내압을 조절할 필요가 있을 때, 제1 LNG 저장탱크(100) 및 제2 LNG 저장탱크(200)로부터 증발가스를 대기 중으로 방출시키는 벤트 마스트(VM); 제1 LNG 저장탱크(100)와 벤트 마스트(VM)를 연결하는 제1 벤팅라인(VL1); 및 제2 LNG 저장탱크(200)와 벤트 마스트(VM)를 연결하는 제2 벤팅라인(VL2);을 더 포함할 수 있다.
제1 벤팅라인(VL1) 및 제2 벤팅라인(VL2)은 제1 LNG 저장탱크(100) 및 제2 LNG 저장탱크(200)의 내압이 설정압력 이상이 되면 자동 개방되도록 설정되어 있을 수 있다.
또한, 본 실시예의 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)은 이중연료 엔진으로서, 가스연료는 물론 액체연료도 연료로서 사용할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 선박(S)의 운항상황에 따라 액체연료를 엔진(ME, GE)의 연료로 공급하는 액체연료 공급장치(미도시); 액체연료 공급장치와 메인엔진(ME)을 연결하는 제1 액체연료 공급라인(HL1); 및 액체연료 공급장치와 발전엔진(GE)을 연결하는 제2 액체연료 공급라인(HL2);을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에서 액체연료는 HFO(Heavy Fuel Oil) 또는 MGO(Marine Gas Oil)일 수 있다.
본 실시예에서 액체연료는, 엔진(ME, GE)의 연료로서 공급될 수도 있고, 가스연료의 점화를 돕기 위한 점화오일로서도 엔진(ME, GE)으로 공급될 수 있다.
또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)으로 가스 연료, 즉, LNG, 친환경 LNG 및 LNG와 친환경 LNG를 혼합한 혼합 연료의 공급을 제어하는 제어부(미도시);를 더 포함할 수 있다.
또한, 제어부는, 친환경 선박(S)의 이산화탄소 배출 저감 목표량에 따라 엔진(ME, GE)으로 공급하는 혼합 연료의 LNG와 친환경 LNG 혼합 비율을 조절할 수 있다.
앞서 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 친환경 선박(S)은, LNG, 친환경 LNG 및 혼합 연료를 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)의 연료로 사용할 수 있다.
본 실시예와 같이, 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)의 연료로서, LNG와 친환경 LNG를 혼합하여 사용하면, 중유 등 디젤유를 연료로 사용하는 경우는 물론 LNG만을 연료로 사용하는 경우와 비교하여도, 온실가스 배출량을 더 감축시킬 수 있다.
예를 들어, 약 95%의 LNG 연료에 약 5%의 친환경 LNG 연료를 혼합하여 메인엔진(ME) 및 발전엔진(GE)의 연료로 사용하면, 대형 가스운반선(173k 급) 및 대형 컨테이너선(23,000 TEU 급) 등 대형 선박들의 경우 2025년까지 온실가스 배출량을 현재 기준 약 30% 이상 감축해야 하는 국제해사기구(IMO)의 온실가스 감축을 위한 조치인 신조선 에너지효율설계지수(EEDI; Energy Efficiency Design Index) 3단계 기준을 달성할 수 있다.
예를 들어, 173K급 LNG 운반선의 경우, 약 18,343 km의 해상 거리를 36 km/hr(19.5 knot)의 속도로 운항하면, 22일이 소요되고, 소모되는 총 에너지량은 약 71 TJ이다. 23,000 TEU급 컨테이너선의 경우에는, 약 22,000 km의 해상 거리를 42.5 km/hr(23 knot)의 속도로 22일간 운항할 경우 필요한 총 에너지량은 약 217 TJ이다.
이러한 173K급 LNG 운반선에, 본 실시예에 따른 친환경 선박의 연료 공급 시스템을 적용하여, 전체 에너지량의 2%, 즉 약 1.42 TJ에 대해서는 친환경 LNG를 연료로 사용한다면, 즉, 제2 LNG 저장탱크(200)에 친환경 LNG를 저장하고, LNG 연료와 혼합하여 혼합 연료를 엔진(ME, GE)의 연료로 사용한다면, LNG 연료만을 사용할 때와 비교하여 이산화탄소 배출량을 약 2% 정도 추가로 저감시킬 수 있다.
또 다른 예로서, 23,000 TEU급 컨테이너선에, 본 실시예에 따른 친환경 선박의 연료 공급 시스템을 적용하여, 전체 에너지량의 2%, 즉 약 4.34 TJ에 대해서는 친환경 LNG를 연료로 사용한다면, 즉, 제2 LNG 저장탱크(200)에 친환경 LNG를 저장하고, LNG 연료와 혼합하여 혼합 연료를 엔진(ME, GE)의 연료로 사용한다면, LNG 연료만을 사용할 때와 비교하여 이산화탄소 배출량을 약 2% 정도 추가로 저감시킬 수 있다.
LNG를 가스정으로부터 생산하여 제1 LNG 저장탱크(100)에 저장하는 동안(Well to Tank) 발생하는 이산화탄소 배출량과 제1 LNG 저장탱크(100)에서 엔진(ME, GE)까지 공급하는 동안(Tank to Propeller) 발생하는 이산화탄소 배출량의 총합은 약 60 내지 70 g/MJ으로 추산된다.
그러나, 본 실시예와 같이 신재생에너지를 이용하여 이산화탄소를 배출하지 않고 전력을 생산하고, 이 전력을 이용하여 메탄을 생산하고, 액화시킴으로써, 친환경 LNG를 생산하는 동안 이산화탄소를 거의 배출하지 않을 수 있다.
또한, 173K급 LNG 운반선의 전체 에너지량의 2%, 즉 약 1.42 TJ를 발생시키기 위한 연료를 친환경 LNG로 대체하여 사용한다면, 마진(약 5%)와 리던던시를 고려하여 약 63 ton의 친환경 LNG가 필요하고, 친환경 LNG의 저장용량은 약 137 m3에 불과하며, 20 ft 규모의 컨테이너 기준 약 4.2개 공간에 불과하다.
또한, 173K급 LNG 운반선의 엔진(ME, GE)의 연료로서, 본 실시예와 같이 LNG 연료와 친환경 LNG의 혼합 연료를 사용하여, 현재 기준 약 25%의 이산화탄소 배출량을 추가로 저감시키기 위해 필요한 친환경 LNG 연료의 양은 마진과 리던던시를 고려하여 약 793.8 ton이고, 저장용량은 약 1,725 m3에 불과하며, 20 ft 규모의 컨테이너 기준 약 52.3개 공간에 불과하다.
또한, 23,000 TEU급 컨테이너선의 경우에도, 약 2%의 이산화탄소 배출량을 추가로 저감시키기 위해 필요한 친환경 LNG 연료의 양은 약 193.9 ton, 저장용량은 약 422 m3에 불과하며, 20 ft 규모의 컨테이너 기준 약 12.8개 공간에 불과하다.
또한, 23,000 TEU급 컨테이너선의 경우, 약 25%의 이산화탄소 배출량을 추가로 저감시키기 위해 필요한 친환경 LNG 연료의 양은 약 2,423.9 ton, 저장용량은 약 5,270 m3에 불과하며, 20 ft 규모의 컨테이너 기준 약 160개 공간에 불과하다. 이는 컨테이너선 규모의 약 0.7% 수준에 불과하다.
즉, 단순히 액체연료를 LNG 연료만으로 전환하여 엔진(ME, GE)의 연료로 사용할 때 보다 이산화탄소 배출량을 추가로 저감하기 위하여 필요한 친환경 LNG 저장 공간은 선박 전체 규모에 비해 매우 적은 편이며, 기존 선박의 장비 변경이나 효율 저하 없이 적용 가능하다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
L : LNG 생산설비
M : 친환경 LNG 생산설비
400 : 신재생에너지 발전설비
450 : 친환경 메탄 액화장치
460 : 친환경 LNG 저장탱크
S : 친환경 선박
100 : 제1 LNG 저장탱크
200 : 제2 LNG 저장탱크
120, 220 : 고압 연료 공급장치
130, 230 : 저압 연료 공급장치

Claims (6)

  1. 신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하여 메탄을 생산함으로써, 친환경 LNG를 생산하는 친환경 LNG 생산설비;
    선박에 구비되며, 상기 친환경 LNG 생산설비에서 생산된 친환경 LNG를 저장하는 제2 LNG 저장탱크;
    선박에 구비되며, 가스정에서 생산된 LNG를 저장하는 제1 LNG 저장탱크;
    상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 연료로 사용하여 구동되는 선박용 엔진; 및
    상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG을 연료화하여 상기 선박용 엔진의 연료로 공급하는 연료 공급 장치;를 포함하여,
    상기 제1 LNG 저장탱크에 저장된 LNG와 상기 친환경 LNG 저장탱크에 저장된 친환경 LNG를 혼합한 혼합 연료를 상기 선박용 엔진의 연료로 사용하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    가스정으로부터 LNG를 생산하고, LNG를 상기 제1 LNG 저장탱크로 공급하는 LNG 생산설비;를 더 포함하고,
    상기 LNG 생산설비에서 LNG를 생산하면서 생산되는 부산물인 물(water)을 상기 친환경 LNG 생산설비에서 친환경 메탄을 생산하기 위한 원료로 공급하는 물 공급라인; 및
    상기 LNG 생산설비에서 LNG를 생산하면서 생산되는 부산물인 이산화탄소를 상기 친환경 LNG 생산설비에서 친환경 메탄을 생산하기 위한 원료로 공급하는 이산화탄소 공급라인;을 포함하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 친환경 LNG 생산설비는,
    신재생에너지를 이용하여 전력을 생산하는 신재생에너지 발전설비;
    상기 신재생에너지 발전설비에서 생산한 전력을 이용하여 수전해 반응에 의해 수소를 생산하는 수전해 반응기;
    상기 수전해 반응기에서 생산된 수소와 이산화탄소를 원료로 하여 메탄을 생산하는 메탄 생성 장치; 및
    상기 메탄 생성 장치에서 생산된 메탄을 액화시키는 친환경 메탄 액화장치;를 포함하고,
    상기 수전해 반응기, 메탄 생성 장치 및 메탄 액화장치는, 상기 신재생에너지 발전설비에서 생산된 전력을 사용하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 친환경 LNG 저장탱크는 상기 제1 LNG 저장탱크보다 소용량인, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 선박용 엔진은,
    추진용 엔진으로서 고압가스 분사엔진인 메인엔진; 및
    발전용 엔진으로서 저압가스 분사엔진은 발전엔진;을 포함하고,
    상기 연료 공급 장치는,
    상기 메인엔진으로 상기 혼합 연료를 공급하는 고압 연료 공급장치; 및
    상기 발전엔진으로 상기 혼합 연료를 공급하는 저압 연료 공급장치;를 포함하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 메인엔진 및 발전엔진으로 공급할 혼합 연료의 LNG와 친환경 LNG의 혼합 비율을 제어하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는 친환경 선박의 이산화탄소 배출 저감 목표량에 따라 상기 혼합 비율을 조절하는, 친환경 선박의 연료 공급 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20230051375A (ko) * 2021-10-08 2023-04-18 대우조선해양 주식회사 선박의 연료공급시스템 및 방법

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