디젤발전기-배터리 하이브리드 전기추진시스템 운전유형에 따른 연료소모량 및 CO2 배출량 비교에 관한 연구

Abstract

선박으로부터 발생되는 온실가스 저감을 위한 친환경 선박 도입의 필요성이 점차 증가하고 있으며, 최근 건조되는 선박에는 기존의 추진시스템에서 대체 가능한 친환경선박 추진시스템이 적용되고 있다. 국내에서도 친환경선박 개발․보급 기본계획을 발표하고 온실가스 감축을 위한 기술개발을 진행 중이며, 국내 소형 선박으로도 친환경 선박 추진시스템 적용을 위한 하이브리드 기술개발이 진행 중이다. 현재 디젤엔진을 사용하는 기계식 추진시스템을 갖춘 소형 선박은 많이 운항 중이나 전기추진시스템을 적용한 경우와 비교분석을 통한 실증을 기반으로 운항 데이터를 도출한 연구는 많지 않다. 본 논문에서는 디젤엔진을 사용하여 운항 중인 어선에서 취득한 운항부하를 배터리를 장착한 디젤발전기-배터리 하이브리드 전기추진시스템에 적용하여 연료소모량과 CO2 저감에 관련한 실증적 연구를 수행하였다. 대상 어선의 부하환경(Load profile)에서 선박 운항시 현재 부하에 가장 적합한 발전원을 선택하여 하이브리드 발전원의 선택 제어 규칙을 적용하고 각각의 경우에서 발생되는 연료소모량 및 CO2 배출량을 비교 분석하였다. 규칙기반제어 방식을 통해 최적의 운전유형을 찾고자 배터리 용량, 배터리 육상충전여부, 등가소비최소화전략(ECMS, Equivalent Consumption Minimization Strategy) 제어에 따른 운전을 추가적으로 진행하였다. 발전기와 배터리의 선택적 발전원 사용에 따른 운전 유형에 따라 최대 약 8.51[%]의 저감 효과를 확인할 수 있었다. 본 논문에서는 특정 소형 선박에 대한 측정 자료를 바탕으로 발전원 최적화를 통해 연료소모량 및 CO2 배출 저감 효과에 대해 분석하였으나 제안하는 제어 규칙의 신뢰성을 높이기 위해서 선박의 다양한 운항 환경과 상황을 적용한 실증적인 실험이 추가로 진행될 필요가 있다. 또한 소형 선박의 경우 선박의 크기와 공간 등을 고려한 적합한 디젤발전기-배터리 하이브리드 전기추진시스템적용에 대한 실증적인 연구도 함께 진행될 필요가 있다.