KR20240012706A - 선박용 cii 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 - Google Patents

선박용 cii 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체 Download PDF

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KR20240012706A
KR20240012706A KR1020220090022A KR20220090022A KR20240012706A KR 20240012706 A KR20240012706 A KR 20240012706A KR 1020220090022 A KR1020220090022 A KR 1020220090022A KR 20220090022 A KR20220090022 A KR 20220090022A KR 20240012706 A KR20240012706 A KR 20240012706A
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Abstract

본 발명은, 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 저장하는 운항DB(110), IMO DCS 데이터를 활용하여, 개별 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도)와, 특정연도의 CII와, 및 특정연도 이후 후속연도의(후속연도별) CII를 산출하는 통합산출부(120), 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도 및 후속연도의 CII를, 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 개별 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 CII 등급 산정부(130), 및 CII 등급 및 예상 CII 등급에 따라 조속장치(141)를 통해 운항속도를 조절하는, 제어부(140)를 포함하여, 선속을 조절하여 CII 요건을 충족하면서 화물 이송량을 최대화하는, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템을 개시한다.

Description

선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체{SYSTEM AND METHOD FOR CALCULATING CARBON INTENSITY INDEX AND FOR REGULATING VELOCITY IN SHIP, AND COMPUTER-READABLE STORAGE MEDIUM RECORDED WITH PROGRAM FOR EXECUTING THE SAME}
본 발명은 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해당연도의 CII(Carbon Intensity Index, Carbon Intensity Indicator) 요건을 충족하는 이산화탄소 배출량에 따라 최적의 선속 및/또는 엔진부하를 산출하여서 선속을 최대화하여 화물이송량을 최대화할 수 있는, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 이산화탄소 배출 규제는 IMO의 EEDI를 통해 규제하는데, 2050년에는 2008년 배출량의 50% 이상의 절감을 목표로 하고 있으며, 2030년에도 2008년 배출량의 40%를 절감해야 하므로, CO2를 배출하지 않거나, 배출된 CO2를 포집하는 기술이 최근 주목을 받고 있다.
한편, 개정된 MARPOL 부속서6에 따라서 2023년부터 국제 항해 종사 선박은 기술적 조치로서 EEXI(Energy Efficiency Existing Ship Index)와 운항적 조치로서 CII 규제가 도입될 예정이고, EEXI는 신조선에 적용하는 에너지효율설계지수(Energy Efficiency Design Index, EEDI)와 유사한 방식으로써, 총톤수(Gross tonnage, GT) 400톤 이상의 국제 항해 종사 선박을 대상으로 적용하는 규제이며, 이를 만족해야만 국제에너지효율증서(International Energy Efficiency Certificate, IEEC)를 발급받을 수 있다.
또한, CII는 총톤수 5,000톤 이상 국제 항해 종사 선박에 적용하는 규제로서, 선박의 실제 연간 연료소모량 및 운항거리를 기반으로 선박 효율성을 계산하고, 해당기간의 선박에 요구되는 CII 허용값(Required) 대비 CII 달성값(Attained) 정도에 따라서 A(높은 등급)부터 E(낮은 등급)까지 등급이 부여된다.
다만, 감축률이 매년 강화되므로 C 등급의 중간값에 해당하는 CII 허용값이 지속적을 낮아지고 있고, 용선 시장에 있어서 화주와 용선계약을 체결하기 위해서는 높은 등급을 유지하는 것이 중요하며, 감축률이 매년 강화된다는 점에서 선박 운항에 대한 책임이 있는 해운회사(선주, 용선주 또는 관리사)는 매년 선박의 운항 효율성을 향상시킬 수 있는 조치들을 식별하고 이를 이행해야 하는 등 규제 대응에 있어서 상당한 부담을 가지게 된다.
이에, 선박에서 CII를 만족하기 위해 필요한 CO2 배출 감소량에 상응하는 감속된 운항속도를 산정하여 최적의 선속으로 운항하면서 화물이송량을 최대화할 수 있는 기술이 요구된다.
한국 등록특허공보 제10-1927378호 (배기가스 내 이산화탄소 포집 및 자원화 시스템, 2018.12.10. 공고) 한국 등록특허공보 제10-2347142호 (선박의 온실가스 배출 저감장치 및 이를 구비한 선박, 2022.01.04. 공고)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해당연도의 CII 요건을 충족하는 이산화탄소 배출량에 따라 최적의 선속 및/또는 엔진부하를 산출하여서 선속을 최대화하여 화물이송량을 최대화할 수 있는, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템 및 방법, 그리고 동 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명의 일 실시예는, 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 저장하는 운항DB; 상기 IMO DCS 데이터를 활용하여, 상기 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도), 특정연도의 CII, 및 특정연도 이후 후속연도의 CII를 산출하는 통합산출부; 상기 통합산출부에 의해 산출된 상기 특정연도의 CII 및 상기 후속연도의 CII를, 상기 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도의 CII 등급기준 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 CII 등급 산정부; 및 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급에 따라 조속장치를 통해 운항속도를 조절하는, 제어부;를 포함하는, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 통합산출부는 상기 IMO DCS 데이터를 기준으로 특정 기간의 연도별로 상기 CII를 산출하고 예측할 수 있다.
이때, 상기 IMO DCS 데이터는 상기 선박의 엔진스펙, 선속, 연간 포트 작업수, 총톤수, 재화 중량톤수, 사용연료별 사용량, 운항시간과 운항거리를 포함하는 운항정보, 및 온실가스를 포함하는 배기가스 배출정보 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 상기 선박의 선종별로 상기 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 상기 기준연도의 CII 기준값, 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 상기 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 상기 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값을 각각 예측할 수 있다.
여기서, 상기 CII 달성값은 다음의 [수학식 1]에 의해 산출되되,
[수학식 1]
여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리일 수 있다.
이때, 상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있다.
또한, 상기 CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 2]에 의해 산출되되,
[수학식 2]
여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는, 다음의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의해, 산출된 상기 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 상기 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
[수학식 3]
여기서, CIIref는 상기 기준연도의 CII 기준값이며, Cship는 선박용량이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 상기 선박용량과 상기 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
[수학식 4]
여기서, 상기 CII연도별허용값은 상기 특정연도의 CII 허용값이며, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수일 수 있다.
여기서, 상기 CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 동일한 감축계수가 적용될 수 있다.
또한, 상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있다.
또한, 상기 CII 등급 산정부는 상기 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 상기 선박의 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, 상기 CII 달성값, 상기 CII 달성 예측값, 및 상기 CII 허용 예측값을 상기 CII 등급에 매칭하여 상기 선박의 CII 등급을 산정할 수 있다.
여기서, 상기 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되고, 상기 특정연도의 CII 허용값에 선종별, 및 연도별로 상이한 dd 벡터를 적용하여 결정될 수 있다.
이때, 상기 등급 범위는 다음의 [수학식 5]에 의해 산정되되,
[수학식 5]
여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 상기 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 상기 선박의 선종 및 크기별로 상이할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도의 CII 허용 예측값을 예측하고, 상기 CII 등급 산정부는 상기 예측된 후속연도의 CII 허용 예측값에 상기 dd 벡터를 적용하여 상기 등급 범위를 결정할 수 있다.
또한, 상기 CII 등급 산정부가, 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 상기 제어부는 선속제어정보를 생성하여 상기 조속장치로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 제어부는 상기 특정연도의 CII 허용값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값에 따라 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 만족하도록 하는 상기 운항속도를 산출할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 다음의 [수학식 6]에 의해, 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급으로부터의 등급상향을 위한 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고,
[수학식 6]
여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리이며, 상기 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 운항DB에는, 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하 및 부하별 연료소모량이 저장될 수 있다.
여기서, 상기 부하별 연료소모량의 실제값을 설계값과 비교하고 보정하여서 상기 운항DB에 저장할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 및 선박의 추진마력 중 어느 하나 이상을 수집하고 모니터링할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예는, 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 운항DB에 저장하는 제1단계; 통합산출부를 통해, 상기 IMO DCS 데이터를 활용하여, 상기 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도), 특정연도의 CII, 및 특정연도 이후 후속연도의 CII를 산출하는 제2단계; CII 등급 산정부를 통해, 상기 통합산출부에 의해 산출된 상기 특정연도의 CII 및 상기 후속연도의 CII를, 상기 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도의 CII 등급기준 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 제3단계; 및 제어부에 의해, 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급에 따라 조속장치를 통해서 운항속도를 조절하는 제4단계;를 포함하는, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법을 제공한다.
여기서, 상기 제2단계에서, 상기 통합산출부는 상기 IMO DCS 데이터를 기준으로 특정 기간의 연도별로 상기 CII를 산출하고 예측할 수 있다.
이때, 상기 IMO DCS 데이터는 상기 선박의 엔진스펙, 선속, 연간 포트 작업수, 총톤수, 재화 중량톤수, 사용연료별 사용량, 운항시간과 운항거리를 포함하는 운항정보, 및 온실가스를 포함하는 배기가스 배출정보 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 상기 선박의 선종별로 상기 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 상기 기준연도의 CII 기준값, 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 상기 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 상기 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값을 각각 예측할 수 있다.
여기서, 상기 CII 달성값은 다음의 [수학식 7]에 의해 산출되되,
[수학식 7]
여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리일 수 있다.
이때, 상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있다.
또한, 상기 CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 8]에 의해 산출되되,
[수학식 8]
여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는, 다음의 [수학식 9] 및 [수학식 10]에 의해, 산출된 상기 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 상기 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
[수학식 9]
여기서, CIIref는 상기 기준연도의 CII 기준값이며, Cship는 선박용량이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 상기 선박용량과 상기 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
[수학식 10]
여기서, 상기 CII연도별허용값은 상기 특정연도의 CII 허용값이며, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수일 수 있다.
여기서, 상기 CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 동일한 감축계수가 적용될 수 있다.
또한, 상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있다.
또한, 상기 제3단계에서, 상기 CII 등급 산정부는 상기 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 상기 선박의 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, 상기 CII 달성값, 상기 CII 달성 예측값 및 상기 CII 허용 예측값을 상기 CII 등급에 매칭하여 상기 선박의 CII 등급을 산정할 수 있다.
여기서, 상기 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되고, 상기 특정연도의 CII 허용값에 선종별, 및 연도별로 상이한 dd 벡터를 적용하여 결정될 수 있다.
이때, 상기 등급 범위는 다음의 [수학식 11]에 의해 산정되되,
[수학식 11]
여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 상기 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 상기 선박의 선종 및 크기별로 상이할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도의 CII 허용 예측값을 예측하고, 상기 CII 등급 산정부는 상기 예측된 후속연도의 CII 허용 예측값에 상기 dd 벡터를 적용하여 상기 등급 범위를 결정할 수 있다.
또한, 상기 CII 등급 산정부가, 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 상기 제어부는 선속제어정보를 생성하여 상기 조속장치로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 제4단계에서, 상기 제어부는 상기 특정연도의 CII 허용값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값에 따라 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 만족하도록 하는 상기 운항속도를 산출할 수 있다.
이때, 상기 제어부는, 다음의 [수학식 12]에 의해, 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급으로부터의 등급상향을 위한 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고,
[수학식 12]
여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리이며, 상기 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성할 수 있다.
또한, 상기 운항DB에는, 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하 및 부하별 연료소모량이 저장될 수 있다.
또한, 상기 제1단계에서, 상기 부하별 연료소모량의 실제값을 설계값과 비교하고 보정하여서 상기 운항DB에 저장하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 통합산출부는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 및 선박의 추진마력 중 어느 하나 이상을 수집하고 모니터링할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 앞서 열거한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
본 발명에 의하면, 해당연도의 CII 요건을 충족하는 이산화탄소 배출량에 따라 최적의 선속 및/또는 엔진부하를 산출하여서 선속을 최대화하여 화물이송량을 최대화하도록 하며, 해당연도의 CII 요건 충족에 여유가 있으면 선속 및/또는 엔진부하를 증가시켜 해당연도의 운항기간을 단축하도록 하고, 선박의 폐선 시점을 지연시거나, 보유 선대별로 CII 등급과, 연도별 보유 선대의 CII 등급 현황과, 연도별 CII 등급과, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 등급의 예측정보를 시각화하여 제공하여 폐선 시점을 신속히 파악하도록 하고, 보유 선대를 통합관리하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 선종별 기준선 도출을 위한 매개변수 표를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 CII 등급 범위를 예시한 것이다.
도 4는 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 선종별 등급 범위 결정을 위한 dd 벡터 표를 예시한 것이다.
도 5는 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템에 의한 보유 선대 CII 등급 현황 및 예측을 예시한 것이다.
도 6은 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 선속별 소요 마력 및 엔진의 부하별 연료소모량의 상관관계를 그래프로 각각 도시한 것이다.
도 7은 도 6의 부하별 연료소모량의 테이블을 예시한 것이다.
도 8은 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 특정 IMO DCS 데이터상의 선속별 CII 달성값에 대한 테이블을 예시한 것이다.
도 9는 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 특정 IMO DCS 데이터상의 선속별 CII 달성 예측값에 대한 테이블을 예시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템은, 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 저장하는 운항DB(110), IMO DCS 데이터를 활용하여, 개별 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도)와, 특정연도의 CII와, 및 특정연도 이후 후속연도의(후속연도별) CII를 산출하는 통합산출부(120), 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도 및 후속연도의 CII를, 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 개별 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 CII 등급 산정부(130), 및 산정된 CII 등급 및 예상 CII 등급에 따라 조속장치(141)를 통해 운항속도를 조절하는, 제어부(140)를 포함하여, 선속을 조절하여 CII 요건을 충족하면서 화물 이송량을 최대화하는 것을 요지로 한다.
이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 전술한 구성의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, 운항DB(110)는 선박의 이전 항차(voyage task) 및 실시간 운항의 IMO DCS(Data Collection System) 데이터를 선종별로 수집하여 카테고리화하여 저장한다.
여기서, IMO DCS 데이터는 엔진스펙과 선속과 연간 포트 작업수와 선박의 총톤수(GT)와 재화 중량톤수(DWT)와 HFO, MGO 등의 사용연료별 톤단위의 사용량(연료소모량)과 운항시간과 운항거리(nautical mile)의 운항정보, 및/또는 온실가스를 포함하는 배기가스의 배출정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 운항DB(110)에는, 실제의 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하(소요 마력) 및 부하별 연료소모량이 데이터베이스화하여 저장되고, 도 6과 같이 그래프로 제시될 수 있다. 여기서, 도 6의 (a)에서와 같이, 선속의 감소는 선체 저항의 감소와 추진력(Power) 감소로 이어지는데, 선속의 감속폭보다 선속 감소로 인한 연료소모량의 감소폭이 상대적으로 더 커서 이산화탄소 배출량의 감소폭이 커질 수 있다.
또한, 센서 또는 연료게이지를 통해 계측된 엔진의 부하별 실제 연료소모량(실제값)을 엔진 스펙상의 설계값과 비교하고, 필요시 보정하여서 보정값을 운항DB(110)에 저장하여 사용량으로 활용하도록 할 수도 있다.
다음, 통합산출부(120)는 IMO DCS 데이터를 활용하여, 개별 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 특정연도 이전의 기준연도의 기준연도 CII(Carbon Intensity Index; 탄소집약도) 및 특정연도의 CII를 산출하고, 앞서 산출된 기준연도 및 특정연도의 CII로부터 미래 특정기간에 속하는 특정연도 이후 후속연도별 CII를 산출한다.
여기서, 통합산출부(120)는, 특정연도의 운항여부에 따라 CII를 구분하여, 기준연도 CII와 특정연도의 특정항차까지의 CII(CII 달성값)를 각각 산출할 수 있고, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII(CII 달성 예측값)와 후속연도별 CII(CII 예측값)를 각각 예측하여 산출할 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는, IMO DCS 데이터를 기준으로, CII 감축계수가 규정된 특정기간의 연도별로 CII를 산출하고 예측할 수 있다.
구체적으로, 통합산출부(120)는 선종별로 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 기준연도의 CII 기준값, 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 특정연도 이후 후속연도별 CII 허용 예측값을 각각 예측할 수 있다.
즉, CII 달성값은 다음의 [수학식 1]에 의해 산출되되,
여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리일 수 있다.
또한, 도 6의 (a)를 통해 특정 선속에 따른 엔진 부하가 결정되고, 도 7을 통해 특정조건하에서의 엔진 부하별 연료소모량(SFOC;Specific Fuel Oil Consumption)가 산출되어, 선속과 연료소모량과의 상관관계가 도출될 수 있고, 연료소모량은 10200kcal/kg의 열량을 가진 연료를 25℃ 조건(ISO reference condition)에서의 연료 소모량이지만 실제는 외기 온도가 높을 수 있고, 연료의 열량도 9700kcal/kg, 10002kcal/kg 등으로 다양하고, 열량도 좋지 않아 실제는 더 많은 연료가 소모되므로, 이를 고려하여 SFOC의 허용오차(tolerance)를 ±5%로 규정할 수 있다.
한편, 선박용량(Capacity)은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있으며, 도 4를 참고하면, 산적화물선과 가스운반선과 탱커선과 컨테이너선과 일반화물선과 냉동화물운반선과 겸용선과 LNG 운반선과 로로 화물선에는 재화중량톤수가 적용되고, 로로 화물선(차량 운반선)과 로로 여객선과 크루즈 여객선에는 총톤수가 적용될 수 있다.
또한, CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 2]에 의해 산출되되,
여기서, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24) 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 단위시간당 연료사용량이고, Dt+1은 미래 운항할 항차까지의 운항거리이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는, 다음의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의해, 개별 선박별로 산출된 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
여기서, CIIref는 기준연도 CII 기준값이며, Cship는 선박용량 예를 들면, 총톤수 또는 재화중량톤수이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 개별 선박용량과 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
다음의 [표 1]에서와 같이, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수일 수 있다.
연도 '23 '24 '25 '26 '27 '28 '29 '30
'19년대비 감축계수 5% 7% 9% 11% -
이와 같이, CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 동일한 감축계수가 연도별로 적용될 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 및/또는 선박의 추진마력을 각각 수집하고 모니터링할 수 있다.
다음, CII 등급 산정부(130)는, 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도 및 후속연도의 CII를 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도 및 후속연도의 CII 등급에 매칭하여서, 개별 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하여서, 해당 연도별로 허용되는 CII 등급 범위로의 해당 여부를 판단하도록 할 수 있다.
여기서, CII 등급 산정부(130)는 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, CII 달성값과 CII 달성 예측값과 CII 예측값을 CII 등급에 매칭하여 개별 선박의 CII 등급을 산정할 수 있다.
예컨대, 도 3을 참고하면, 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되며, 앞서 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도의 CII 허용값(required CII)에 선종별 및 연도별로 상이한 dd 벡터(dd vector for determining the rating boundaries of ship types)를 적용하여 결정될 수 있다.
즉, 등급 범위는 다음의 [수학식 5]에 의해 산출되는 경계값으로 기준으로 구분되어 산정되되,
여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 선종 및 크기별로 상이할 수 있다.
한편, 통합산출부(120)는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도별 CII 허용값을 예측하고, CII 등급 산정부(130)는 통합산출부(120)에 의해 예측된 후속연도별 CII 허용값에 dd 벡터를 적용하여 미래 특정기간의 등급 범위를 결정하도록 할 수 있다.
또한, CII 등급 산정부(130)가, 기 설정 조건, 예를 들면, IMO CII 규제 대응 지침서에 따른 운항불가의 퇴출 대상 조건에 해당하는 CII 등급, 일 예로 3년 연속 D 등급 또는 1회 E 등급에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 제어부(140)는 운항가능의 적어도 CII C 등급 이상으로 상향(CII A,B,C 등급으로의 상향)하기 위한 선속제어정보를 생성하여 조속장치(speed governor)(141)로 전송하도록 할 수 있다.
한편, 도 5에 예시된 바와 같이, CII 등급 산정부(130)를 통해 산정된 보유 선대 CII 등급 현황 및 예측을 통해서, 보유 선대(fleet mode)별로 CII 등급(rating)과, 연도별 보유 선대의 CII 등급 현황과, 연도별 CII 등급과, 및/또는 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 등급의 예측정보를 시각화하여 제공하여서, 보유 선대를 통합관리하도록 할 수도 있다.
다음, 제어부(140)는 앞서 CII 등급 산정부(130)에 의해 산정된 CII 등급 및 예상 CII 등급에 따라 조속장치(141)를 통해 운항속도를 조절하도록 하는데, 특정연도의 CII 허용값 및 후속연도의 CII 허용값에 따라 구분된 퇴출면제 특정 CII 등급을 만족하도록 하는 운항속도를 산출하여서, 허용되는 CII 등급 범위의 기준 CII를 만족하도록 하여, 기준 CII를 유지하면서 운항속도를 최대화하여 화물이송량을 최대로 유지하도록 할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 운항속도를 조절하여 연도별로 CII C 등급 이상의 조건을 만족하도록 할 수 있고, 특히, 통합산출부(120)가 해당 선박이 특정연도의 특정항차까지만 운항한 경우에, 특정연도의 특정항차까지의 CII 달성값 및 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값을 각각 구분하여 산출하고, 제어부(140)는 특정항차이후의 운항속도를 조절하여 전체 특정연도의 CII C 등급 이상의 조건을 만족하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 다음의 [수학식 6]에 의해, 특정연도에서의 퇴출면제 특정 CII 등급 이상으로의 등급상향을 위한 특정항차이후의 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고, 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성할 수 있다.
여기서, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24) 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 단위시간당 연료사용량이고, Dt+1은 미래 운항할 항차까지의 운항거리이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
한편, 도 8은 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 특정 IMO DCS 데이터상의 선속별 CII 달성값에 대한 테이블을 예시한 것이고, 도 9는 도 1의 선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템의 특정 IMO DCS 데이터상의 선속별 CII 달성 예측값에 대한 테이블을 예시한 것으로, 이를 참조하여, 운항속도 조절을 예시하면 다음과 같다.
재화 중량톤수 299995톤인 VLCC의 경우, CIIref는 2.39gCO2/ton/nm이고, 연도별 CII 허용값 및 연도별 CII C 등급 유지 조건은 다음의 [표 2]와 같다.
'23 '24 '25 '26
CII 허용값 2.2705 2.3337 2.1749 2.1271
CII C 등급 유지 조건 2.45214 2.400516 2.348892 2.297268
이에, 도 8의 테이블의 적색박스를 참고하면, 23년은 16.0노트로 운항하여야 CII C 등급 유지가 가능하고, 24년과 25년은 15.5노트로 운항하여야 CII C 등급 유지가 가능하고, 26년은 15.0노트로 운항하여야 CII C 등급 유지가 가능하다.
또한, 현재 항차까지 29일 항해하고, 연간 123번 포트작업 중 1일 포트의 방식으로 총 4회 운항하고, 12225.3톤의 연료유를 사용하고, 재화 중량톤수는 293995.1톤이고, 항해거리는 45963nm인 경우에, CII 달성 예측값(CIIex)은 2.758로 예측되므로, 위의 [표 2]와 도 9의 적색박스를 참고하면, 운항속도별 CII 달성 예측값으로부터, 23년에는 14.5노트로 운항하여야 CII C 등급을 만족할 수 있다.
한편, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법의 흐름도를 도시한 것으로, 이를 참조하면, 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법은, 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 운항DB(110)에 저장하는 제1단계(S110), 통합산출부(120)를 통해, IMO DCS 데이터를 활용하여 개별 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII와, 특정연도의 CII와, 및 특정연도 이후 후속연도별 CII를 산출하는 제2단계(S120), CII 등급 산정부(130)를 통해, 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도 및 후속연도의 CII를 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 개별 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 제3단계(S130), 및 제어부(140)에 의해, 앞서 산정된 CII 등급 및 예상 CII 등급에 따라 조속장치(141)를 통해서 운항속도를 조절하는 제4단계(S140)를 포함한다.
우선, 제1단계(S110)는 IMO DCS 데이터를 수집하는 단계로서, 운항DB(110)는 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 선종별로 수집하여 카테고리화하여 저장한다.
여기서, IMO DCS 데이터는 엔진스펙과 선속과 연간 포트 작업수와 선박의 총톤수(GT)와 재화 중량톤수(DWT)와 HFO, MGO 등의 사용연료별 톤단위의 사용량(연료소모량)과 운항시간과 운항거리의 운항정보, 및/또는 온실가스를 포함하는 배기가스의 배출정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 운항DB(110)에는, 실제의 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하(소요 마력) 및 부하별 연료소모량이 데이터베이스화하여 저장되고, 도 6에 예시된 바와 같이 그래프로 제시될 수 있다.
또한, 센서 또는 연료게이지를 통해 계측된 엔진의 부하별 실제 연료소모량을 엔진 스펙상의 설계값과 비교하고, 필요시 보정하는 단계(S111)를 더 포함하여서, 보정값을 운항DB(110)에 저장하여 사용량으로 활용하도록 할 수도 있다.
후속하여, 제2단계(S120)는 CII를 산출하고 예측하는 단계로서, 통합산출부(120)는 IMO DCS 데이터를 기준으로 특정 기간의 연도별로 CII를 산출하고 예측할 수 있다.
제2단계(S120)에서, 통합산출부(120)는 MO DCS 데이터를 활용하여, 개별 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 특정연도 이전의 기준연도의 기준연도 CII 및 특정연도의 CII를 산출하고, 앞서 산출된 기준연도 및 특정연도의 CII로부터 미래 특정기간에 속하는 특정연도 이후 후속연도별 CII를 산출한다.
여기서, 통합산출부(120)는, 특정연도의 운항여부에 따라 CII를 구분하여, 기준연도 CII와 특정연도의 특정항차까지의 CII(CII 달성값)를 각각 산출할 수 있고, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII(CII 달성 예측값)와 후속연도별 CII( CII 예측값)를 각각 예측하여 산출할 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는, IMO DCS 데이터를 기준으로, CII 감축계수가 규정된 특정기간의 연도별로 CII를 산출하고 예측할 수 있다.
구체적으로, 통합산출부(120)는 선종별로 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 기준연도의 CII 기준값, 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 특정연도 이후 후속연도별 CII 허용 예측값을 각각 예측할 수 있다.
즉, CII 달성값은 다음의 [수학식 7]에 의해 산출되되,
여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리일 수 있다.
또한, 도 6의 (a)를 통해 특정 선속에 따른 엔진 부하가 결정되고, 도 7을 통해 특정조건하에서의 엔진 부하별 연료소모량(SFOC;Specific Fuel Oil Consumption)가 산출되어, 선속과 연료소모량과의 상관관계가 도출될 수 있고, 연료소모량은 10200kcal/kg의 열량을 가진 연료를 25℃ 조건(ISO reference condition)에서의 연료 소모량이지만 실제는 외기 온도가 높을 수 있고, 연료의 열량도 9700kcal/kg, 10002kcal/kg 등으로 다양하고, 열량도 좋지 않아 실제는 더 많은 연료가 소모되므로, 이를 고려하여 SFOC의 허용오차(tolerance)를 ±5%로 규정할 수 있다.
한편, 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수일 수 있으며, 도 4를 참고하면, 산적화물선과 가스운반선과 탱커선과 컨테이너선과 일반화물선과 냉동화물운반선과 겸용선과 LNG 운반선과 로로 화물선에는 재화중량톤수가 적용되고, 로로 화물선(차량 운반선)과 로로 여객선과 크루즈 여객선에는 총톤수가 적용될 수 있다.
또한, CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 8]에 의해 산출되되,
여기서, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24) 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 단위시간당 연료사용량이고, Dt+1은 미래 운항할 항차까지의 운항거리이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는, 다음의 [수학식 9] 및 [수학식 10]에 의해, 개별 선박별로 산출된 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
여기서, CIIref는 기준연도 CII 기준값이며, Cship는 선박용량 예를 들면, 총톤수 또는 재화중량톤수이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 개별 선박용량과 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
다음의 [표 3]에서와 같이, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수일 수 있다.
연도 '23 '24 '25 '26 '27 '28 '29 '30
'19년대비 감축계수 5% 7% 9% 11% -
이와 같이, CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 연도별로 동일한 감축계수가 적용될 수 있다.
또한, 통합산출부(120)는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 또는 선박의 추진마력을 각각 수집하고 모니터링할 수 있다.
후속하여, 제3단계(S130)는 CII 등급 산정 단계로서, CII 등급 산정부(130)는, 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도 및 후속연도의 CII를 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도 및 후속연도의 CII 등급에 매칭하여서, 개별 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하여서, 해당 연도별로 허용되는 CII 등급 범위로의 해당 여부를 판단하도록 할 수 있다.
여기서, CII 등급 산정부(130)는 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, CII 달성값과 CII 달성 예측값과 CII 예측값을 CII 등급에 매칭하여 개별 선박의 CII 등급을 산정할 수 있다.
예컨대, 도 3을 참고하면, 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되며, 앞서 통합산출부(120)에 의해 산출된 특정연도의 CII 허용값에 선종별 및 연도별로 상이한 dd 벡터를 적용하여 결정될 수 있다.
즉, 등급 범위는 다음의 [수학식 11]에 의해 산출되는 경계값으로 기준으로 구분되어 산정되되,
여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 선종 및 크기별로 상이할 수 있다.
한편, 통합산출부(120)는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도별 CII 허용값을 예측하고, CII 등급 산정부(130)는 통합산출부(120)에 의해 예측된 후속연도별 CII 허용값에 dd 벡터를 적용하여 미래 특정기간의 등급 범위를 결정하도록 할 수 있다.
또한, CII 등급 산정부(130)가, 기 설정 조건, 예를 들면, IMO CII 규제 대응 지침서에 따른 운항불가의 퇴출 대상 조건에 해당하는 CII 등급, 일 예로 3년 연속 D 등급 또는 1회 E 등급에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 제어부(140)는 운항가능의 적어도 CII C 등급 이상으로 상향(CII A,B,C 등급으로의 상향)하기 위한 선속제어정보를 생성하여 조속장치(141)로 전송하도록 할 수 있다.
한편, 도 5에 예시된 바와 같이, CII 등급 산정부(130)를 통해 산정된 보유 선대 CII 등급 현황 및 예측을 통해서, 보유 선대별로 CII 등급(rating)과, 연도별 보유 선대의 CII 등급 현황과, 연도별 CII 등급과, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 등급의 예측정보를 시각화하여 제공하여서, 보유 선대를 통합관리하도록 할 수도 있다.
후속하여, 제4단계(S140)는 운항속도 조절 단계로서, 제어부(140)는 앞서 CII 등급 산정부(130)에 의해 산정된 CII 등급 및 예상 CII 등급에 따라 조속장치(141)를 통해 운항속도를 조절하도록 하는데, 특정연도의 CII 허용값 및 후속연도의 CII 허용값에 따라 구분된 퇴출면제 특정 CII 등급을 만족하도록 하는 운항속도를 산출하여서, 허용되는 CII 등급 범위의 기준 CII를 만족하도록 하여, 기준 CII를 유지하면서 운항속도를 최대화하여 화물이송량을 최대로 유지하도록 할 수 있다.
즉, 제어부(140)는 운항속도를 조절하여 연도별로 CII C 등급 이상의 조건을 만족하도록 할 수 있고, 특히, 통합산출부(120)가 해당 선박이 특정연도의 특정항차까지만 운항한 경우에, 특정연도의 특정항차까지의 CII 달성값 및 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값을 각각 구분하여 산출하고, 제어부(140)는 특정항차이후의 운항속도를 조절하여 전체 특정연도의 CII C 등급 이상의 조건을 만족하도록 할 수 있다.
구체적으로, 제어부(140)는, 다음의 [수학식 12]에 의해, 특정연도에서의 퇴출면제 특정 CII 등급 이상으로의 등급상향을 위한 특정항차이후의 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고, 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성할 수 있다.
여기서, FCt는 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24) 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 단위시간당 연료사용량이고, Dt+1은 미래 운항할 항차까지의 운항거리이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, DT는 연간 총 운항거리일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 앞서 열거한 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공한다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 의해서, 해당연도의 CII 요건을 충족하는 이산화탄소 배출량에 따라 최적의 선속 및/또는 엔진부하를 산출하여서 선속을 최대화하여 화물이송량을 최대화하도록 하며, 해당연도의 CII 요건 충족에 여유가 있으면 선속 또는 엔진부하를 증가시켜 해당연도의 운항기간을 단축하도록 하고, 선박의 폐선 시점을 지연시거나, 보유 선대별로 CII 등급과, 연도별 보유 선대의 CII 등급 현황과, 연도별 CII 등급과, 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 등급의 예측정보를 시각화하여 제공하여 폐선 시점을 신속히 파악하도록 하고, 보유 선대를 통합관리하도록 할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 운항DB 120 : 통합산출부
130 : CII 등급 산정부 140 : 제어부
141 : 조속장치

Claims (41)

  1. 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 저장하는 운항DB;
    상기 IMO DCS 데이터를 활용하여, 상기 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도), 특정연도의 CII, 및 특정연도 이후 후속연도의 CII를 산출하는 통합산출부;
    상기 통합산출부에 의해 산출된 상기 특정연도의 CII 및 상기 후속연도의 CII를, 상기 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도의 CII 등급기준 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 CII 등급 산정부; 및
    상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급에 따라 조속장치를 통해 운항속도를 조절하는, 제어부;를 포함하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 상기 IMO DCS 데이터를 기준으로 특정 기간의 연도별로 상기 CII를 산출하고 예측하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 IMO DCS 데이터는 상기 선박의 엔진스펙, 선속, 연간 포트 작업수, 총톤수, 재화 중량톤수, 사용연료별 사용량, 운항시간과 운항거리를 포함하는 운항정보, 및 온실가스를 포함하는 배기가스 배출정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 상기 선박의 선종별로 상기 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 상기 기준연도의 CII 기준값, 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 상기 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 상기 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값을 각각 예측하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 CII 달성값은 다음의 [수학식 1]에 의해 산출되되,
    [수학식 1]

    여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 2]에 의해 산출되되,
    [수학식 2]

    여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 통합산출부는, 다음의 [수학식 3] 및 [수학식 4]에 의해, 산출된 상기 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 상기 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
    [수학식 3]

    여기서, CIIref는 상기 기준연도의 CII 기준값이며, Cship는 선박용량이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 상기 선박용량과 상기 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
    [수학식 4]

    여기서, 상기 CII연도별허용값은 상기 특정연도의 CII 허용값이며, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 동일한 감축계수가 적용되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 CII 등급 산정부는 상기 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 상기 선박의 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, 상기 CII 달성값, 상기 CII 달성 예측값, 및 상기 CII 허용 예측값을 상기 CII 등급에 매칭하여 상기 선박의 CII 등급을 산정하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되고, 상기 특정연도의 CII 허용값에 선종별, 및 연도별로 상이한 dd 벡터를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 등급 범위는 다음의 [수학식 5]에 의해 산정되되,
    [수학식 5]

    여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 상기 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 상기 선박의 선종 및 크기별로 상이한 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도의 CII 허용 예측값을 예측하고,
    상기 CII 등급 산정부는 상기 예측된 후속연도의 CII 허용 예측값에 상기 dd 벡터를 적용하여 상기 등급 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  15. 제 4 항에 있어서,
    상기 CII 등급 산정부가, 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 상기 제어부는 선속제어정보를 생성하여 상기 조속장치로 전송하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 특정연도의 CII 허용값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값에 따라 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 만족하도록 하는 상기 운항속도를 산출하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제어부는, 다음의 [수학식 6]에 의해, 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급으로부터의 등급상향을 위한 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고,
    [수학식 6]

    여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리이며,
    상기 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 운항DB에는, 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하 및 부하별 연료소모량이 저장되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 부하별 연료소모량의 실제값을 설계값과 비교하고 보정하여서 상기 운항DB에 저장하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 및 선박의 추진마력 중 어느 하나 이상을 수집하고 모니터링하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 시스템.
  21. 선박의 이전 항차 및 실시간 운항의 IMO DCS 데이터를 수집하여 운항DB에 저장하는 제1단계;
    통합산출부를 통해, 상기 IMO DCS 데이터를 활용하여, 상기 선박의 선속과 연료소모량의 상관관계를 통해, 기준연도의 CII(탄소집약도), 특정연도의 CII, 및 특정연도 이후 후속연도의 CII를 산출하는 제2단계;
    CII 등급 산정부를 통해, 상기 통합산출부에 의해 산출된 상기 특정연도의 CII 및 상기 후속연도의 CII를, 상기 기준연도의 CII로부터 도출된 특정연도의 CII 등급기준 및 후속연도의 CII 등급기준에 매칭하여 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급을 산정하는 제3단계; 및
    제어부에 의해, 상기 선박의 특정연도의 CII 등급 및 후속연도의 예상 CII 등급에 따라 조속장치를 통해서 운항속도를 조절하는 제4단계;를 포함하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 제2단계에서,
    상기 통합산출부는 상기 IMO DCS 데이터를 기준으로 특정 기간의 연도별로 상기 CII를 산출하고 예측하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 IMO DCS 데이터는 상기 선박의 엔진스펙, 선속, 연간 포트 작업수, 총톤수, 재화 중량톤수, 사용연료별 사용량, 운항시간과 운항거리를 포함하는 운항정보, 및 온실가스를 포함하는 배기가스 배출정보 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 상기 선박의 선종별로 상기 기준연도 및 특정연도의 운항정보와 배기가스 배출정보를 기반으로, 상기 기준연도의 CII 기준값, 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 CII 달성값 및 상기 특정연도의 CII 허용값을 각각 산출하고, 상기 특정연도의 미래 운항할 항차까지의 CII 달성 예측값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값을 각각 예측하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 CII 달성값은 다음의 [수학식 7]에 의해 산출되되,
    [수학식 7]

    여기서, j는 연료의 종류이며, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, Dt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 운항거리인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 CII 달성 예측값은 다음의 [수학식 8]에 의해 산출되되,
    [수학식 8]

    여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  28. 제 24 항에 있어서,
    상기 통합산출부는, 다음의 [수학식 9] 및 [수학식 10]에 의해, 산출된 상기 기준연도의 CII 기준값에 감축률을 반영하여 상기 특정연도의 CII 허용값을 산출하되,
    [수학식 9]

    여기서, CIIref는 상기 기준연도의 CII 기준값이며, Cship는 선박용량이고, a와 c는 기준연도의 IMO DCS 데이터를 활용하여 산출한 상기 선박용량과 상기 CII 달성값을 기반으로 도출한 매개변수이고,
    [수학식 10]
    여기서, 상기 CII연도별허용값은 상기 특정연도의 CII 허용값이며, Z는 기준연도 대비 연도별 CII 감축계수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 CII 감축계수는 선종 및 선박용량과 무관하게 동일한 감축계수가 적용되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 선박용량은 선종별 총톤수 또는 재화중량톤수인 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  31. 제 24 항에 있어서,
    상기 제3단계에서,
    상기 CII 등급 산정부는 상기 특정연도의 CII 허용값을 기반으로 상기 선박의 선종별 CII 등급 범위를 산정하고, 상기 CII 달성값, 상기 CII 달성 예측값 및 상기 CII 허용 예측값을 상기 CII 등급에 매칭하여 상기 선박의 CII 등급을 산정하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 등급 범위는 A등급부터 E등급의 5등급으로 구분되고, 상기 특정연도의 CII 허용값에 선종별, 및 연도별로 상이한 dd 벡터를 적용하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 등급 범위는 다음의 [수학식 11]에 의해 산정되되,
    [수학식 11]

    여기서, boundary는 등급 구분 경계값이며, exp(di)는 상기 CII 허용값으로부터 벗어나는 방향과 거리를 나타내는 dd 벡터의 지수로 상기 선박의 선종 및 크기별로 상이한 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  34. 제 32 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 연도별로 상이한 CII 감축계수를 적용하여 후속연도의 CII 허용 예측값을 예측하고,
    상기 CII 등급 산정부는 상기 예측된 후속연도의 CII 허용 예측값에 상기 dd 벡터를 적용하여 상기 등급 범위를 결정하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  35. 제 24 항에 있어서,
    상기 CII 등급 산정부가, 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 산정하면, 상기 제어부는 선속제어정보를 생성하여 상기 조속장치로 전송하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제4단계에서,
    상기 제어부는 상기 특정연도의 CII 허용값 및 상기 특정연도 이후 후속연도의 CII 허용 예측값에 따라 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급을 만족하도록 하는 상기 운항속도를 산출하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 제어부는, 다음의 [수학식 12]에 의해, 상기 기 설정 조건에 해당하는 CII 등급으로부터의 등급상향을 위한 최대 운항속도(VMAX)를 도출하고,
    [수학식 12]

    여기서, FCt는 상기 특정연도의 과거 운항한 항차까지의 연료별 연료사용량이며, (FCt+1_V)/24)는 미래 운항할 항차까지의 선속(V)별 시간당 연료사용량이고, (Dt+1_V/V)는 선속에 따른 미래 운항할 항차까지의 운항시간이고, FCP는 포트에서의 총 연료소모량이고, Pt+1은 연간 잔존 포트 작업수이고, PT는 연간 총 포트 작업수이고, Cfj는 연료별 전환계수이고, CSHIP는 선박용량이고, DT는 연간 총 운항거리이며,
    상기 최대 운항속도에 상응하는 선속제어정보를 생성하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  38. 제 21 항에 있어서,
    상기 운항DB에는, 모형 테스트 또는 해상 시운전을 통해 획득되는 선속별 부하 및 부하별 연료소모량이 저장되는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  39. 제 38 항에 있어서,
    상기 제1단계에서,
    상기 부하별 연료소모량의 실제값을 설계값과 비교하고 보정하여서 상기 운항DB에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  40. 제 21 항에 있어서,
    상기 통합산출부는 주기엔진의 부하와 연료소모량, 발전엔진의 부하와 연료소모량, 보일러의 부하와 연료소모량, 및 선박의 추진마력 중 어느 하나 이상을 수집하고 모니터링하는 것을 특징으로 하는,
    선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법.
  41. 제 21 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 기재된 선박용 CII 산정 및 선속 조절 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 컴퓨터 프로그램이 기록된, 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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