Technology Brief - Technology Brief 01
에코십을 위한 에너지 절감형 조타기
국내 조선 업계는 2008년 세계 경제불황 이후 수주량이 급감하여, 2012년 선박 발주는 2011년 대비 40%가 감소하였고, 2013년 새롭게 인도할 신조선량은 전년 대비 15%가 감소할 전망이다.
또한 유엔 산하기구인 IMO는 선박 운항 중의 CO2 배출량을 2015년까지 10%, 2020년까지 20%, 2030년까지 30%를 의무적으로 감축하는 선박제조연비지수(Energy Efficiency Design Index)를 결정하여 2013년부터 건조되는 신조선은 EEDI에 따라 설계, 건조하여야 한다.
이러한 경제적 및 사회적 이슈에 대응하기 위하여 조선소나 선주사들은 에코십, 친환경 선박, 그린십 등으로 불리는 선종을 개발하거나 건조하고 있다.
전 세계 CO2 배출량의 2.7%가 국제 해상 무역으로부터 발생하며, 이를 줄이기 위해 OECD의 권장 절감 목표는 CO2 30%, SOx 90%, NOx 90%이다.
배기가스를 절감하기 위하여 다양한 분야에서 노력을 하고 있는데, 가장 많이 절감할 수 있는 부분은 선박용 엔진으로서, 전자적 제어를 통해 달성하려는 연구를 하고 있다.
선박의 저항은 운항 속도의 제곱에 비례하므로 운항 속도를 낮추어 운항하는 노력도 하고 있으며, 연료도 LNG로 전환하면 배기가스 저감에 효과적이므로 조선소들은 LNG 연료용 엔진도 개발하고 있다.
엔진에서 버려지는 폐열을 회수하여 재사용하거나, 상시 구동되는 유도전동기를 인버터를 사용하여 사용 빈도를 낮춤으로써 기자재들의 발열을 줄이는 노력을 하고 있다.
에너지 절감형 조타기도 이러한 목적으로 개발되고 있는데, 사용 빈도를 낮춤으로써 발전기용 엔진의 연료 소모를 줄이고자 하는 것이다.
조타기는 엑츄에이터에 따라 Ram형, Rotary vane형으로 나뉘지만, 발전기로부터의 전기로 유도전동기를 가동하여 전동기와 직결된 유압 펌프를 동작시켜 발생된 유압을 이용하여 엑츄에이터를 구동하는 메커니즘은 동일하다.
발생된 유압으로 밸브의 위치나 펌프의 경전각을 변화시킴으로써 조타기의 방향을 결정하는데, 유도전동기는 선박이 출항하여 입항할 때까지 항상 구동하므로 필요할 때만 구동하도록 하면 에너지를 크게 절감할 수 있다.
항해 기간 중 조타기는 30~40% 동작하는 것이 일반적이다.
펌프는 전동기와 직결되어 있어 전동기의 회전수와 방향을 원하는 대로 제어할 수만 있다면 조타기 동작에 필요한 유량과 방향만큼만 에너지를 소모하게 된다.
전동기의 회전수와 방향 제어를 위해 이용하는 것이 인버터이다.
인버터는 이미 에어컨 등에 적용되어 에너지 절감에 많이 이용되고 있다.
인버터를 채용하면 전기, 전자회로가 증가하고 Fail 대책, Auto Pilot과의 연계 등 해결해야 할 과제가 많지만, 에너지 절감 효과는 기계적인 효율 등을 감안하더라도 50% 이상이 될 것이라 추산하고 있다.
전동기를 한 방향으로 고정하고 회전수만 제어하는 방식과 전동기를 양 방향으로 구동하면서 회전수를 제어하는 방식이 있는데, 이들 두 방식 모두 에너지절감 효과가 크고 많은 기업들이 경쟁적으로 개발하고 있어, 우리나라도 학계와 산업계가 힘을 합쳐 개발에 박차를 가하여야 할 것이다.
임태형 훌루테크(주) 기술연구소