<BCF6BDC32D3033C4C1C5D7C0CCB3CAC5CDB9CCB3CEBFA1B3CAC1F DC6EDC1FDBFC3B8B2292E687770>

Transcription

1 수시연구 컨테이너터미널에너지비용 절감방안연구 김우선 최상희 하태영

2 보고서집필내역 연구책임자 김우선 : 제 1 장, 제 3 장, 제 4 장, 제 5 장, 제 7 장, 제 8 장 연구진 최상희 : 제 2 장, 제 6 장 하태영 : 제 4 장 외부집필진 임형배 (HKCT 운영팀팀장 ) : 제 3 장 최용석 ( 순천대학교교수 ) : 제 5 장 산 학 연 정연구자문위원 정한욱 (( 주 ) 하나티앤이대표이사 ) 김종래 ( 해양수산부항만국기술안전과사무관 ) * 연구자문위원은산 학 연 정순임

3 머리말 2007년 10월현재국제유가가배럴당 90달러를넘어서고있다. 이에따라, 2006 년상반기주요항만하역사들의영업이익률이고유가등으로인해전년동기 2~3% 포인트감소한것으로나타났다. 한편, 부산신항및광양항을비롯한지방무역항 ( 마산신항, 영일신항등 ) 의새로운컨테이너터미널의개장이예정되어있어유류를사용하는하역장비의보유대수가지속적으로증가할전망이다. 국내컨테이너터미널의경우부산항및광양항에서유류를사용하는장비의연간사용량및사용액을계산하면 RTGC 14,072천리터, 야드트럭 8,504천리터, 기타하역장비 6,937천리터로연간총유류사용량은 29,513천리터에이르며, 그비용은경유가격을리터당 1,200원으로가정하여사용액을계산하면, RTGC 약 168억 9 천만원, 야드트럭약 102억원, 기타하역장비 83억 2천만원으로총합계약 354억 2천만원에이르고있다. 하역장비에공급되는경유의경우화물차들과달리유가보조금을받지못하고있어항만하역사들은고유가에따른장비운영비부담이날로커지고있는상황이다. 따라서, 향후국내항만이동북아물류중심국가로나아가고주위경쟁항만과의경쟁에서우위를점하기위해서는항만의비용구조를개선하여하역비용을낮춤으로써지속적으로환적물량을유치해야한다. 따라서, 이보고서는고유가에대비하여컨테이너터미널의비용절감을통해운영효율성을향상시키는데그목적이있다. 또한국내항만의경쟁력강화를위해에너지비용절감모델을개발하고모델별대안을제시하고있다. 구체적인연구의내용으로는컨테이너터미널의운영현황을파악하고, 이를바탕으로가능한대안을수집, 분석하고, 특히하역시스템측면에서전세계적으로에너지비용절감을위한새로운기술을수집, 분석하였다. 이를토대로적용가능한대안을선정하여

4 적용효과를분석하며, 에너지비용절감모델을수립하고, 적용우선순위를분석하여, 이를이용한구체적인적용방안을수립하여정책대안을제시하였다. 이보고서는한국해양수산개발원항만연구본부의김우선책임연구원이책임을맡고, 최상희부연구위원, 그리고하태영책임연구원이공동으로집필하였다. 외부집필을통해도움을주신임형배 HKCT 팀장님, 최용석순천대학교교수님그리고좋은지적과조언을해주신김종래해양수산부사무관님, 정한욱 ( 주 ) 하나티앤이사장님, 김우호부연구위원및김종덕박사님께깊은사의를표하며, 자료정리및원고수정에도움을아끼지않은원승환연구원및서진원행정원에게도필자를대신하여이지면을빌어감사드리고자한다 년 12 월 한국해양수산개발원 원장이정환

5 컨테이너터미널에너지비용절감방안연구 i 목 차 ABSTRACT i 요약 ⅲ 제 1 장서론 1 1. 연구의필요성및목적 1 2. 주요연구내용및연구의방법 4 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 5 1. 초대형선시대의진입 5 1) 컨테이너물동량의증가 / 5 2) 초대형컨테이너선의급증 / 5 3) 초대형컨테이너선의등장에따른하역원가의상승 / 8 2. 고유가시대의도래 9 1) 세계석유생산및소비현황 / 9 2) 세계유가의변화 / 11 3) 항만의운영여건악화 / 14 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 컨테이너터미널하역비용 17 1) 항만의항만시설사용료 / 17 2) 항만하역료 / 21

6 ii 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 국내외에너지비용절감사례 28 1) ECO-RTG / 28 2) 하이브리드야드트랙터 / 29 3) 바이오디젤연료 / 31 4) 야드크레인전기구동 / 32 5) 국내외에너지비용절감사례요약 / 에너지비용절감대안및효과분석 34 1) 운영 (Operation) / 34 2) 장치 (Device) / 56 3) 신기술 (New Technology) / 69 제 5 장하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 하역체계의에너지소비패턴 85 1) 하역시스템의상호관계정의 / 85 2) 하역시스템의에너지소비패턴 / 86 3) 하역장비별에너지소비량결정 / 에너지비용분류및비용절감 89 1) 에너지비용분류 / 89 2) 에너지비용절감대안구분 / 91 3) 하역장비간에너지비용절감 / 에너지비용절감모델 92 1) 에너지비용절감모델의가정 / 92 2) 에너지비용절감모델수립 / 94 3) 하역상태별적용기술 / 요약 96 제 6 장컨테이너터미널에너지비용절감적용타당성및우선순위분석 컨테이너터미널적용타당성분석 97

7 iii 1) 절감방안의용이성 / 97 2) 비용절감효과성 / 102 3) 기술적적용성 / 대안별우선순위분석 107 제 7 장컨테이너터미널에너지비용절감적용방향, 적용절차및추진전략 에너지비용절감방안의적용방향 컨테이너터미널에너지비용절감방안적용절차 109 1) 일반적인절차 / 109 2) 컨테이너터미널에너지비용절감방안적용절차 / 에너지비용절감방안의추진전략 112 1) 정책적추진전략 / 112 2) 컨테이너터미널에너지비용절감기술확보전략 / 113 3) 자체기술개발전략 / 114 4) 컨테이너터미널의에너지비용절감기술개발및사업추진체계 / 115 제 8 장결론및정책건의 결론 117 1) 세계물류현황및항만여건변화 / 118 2) 국내컨테이너터미널의하역비용구조분석 / 118 3) 국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 / 119 4) 하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 / 120 5) 적용우선순위및타당성분석 / 120 6) 컨테이너터미널의에너지비용절감대안추진방안 / 정책건의 122 1) 정부의역할 / 122 2) 항만공사의역할 / 124 3) 운영사의역할 / 125 참고문헌 127

8 iv 표목차 < 표 1-1> 하역장비의연간사용량및사용액 2 < 표 2-1> 세계컨테이너처리물동량실적및예측 5 < 표 2-2> 컨테이너선의세대별발전현황 6 < 표 2-3> 국내조선사수주현황의변화 (2003~2007) 7 < 표 2-4> 국내주요컨테이너터미널하역시스템 8 < 표 2-5> 세계석유생산및소비현황 10 < 표 2-6> 국제원유가변동추이 11 < 표 2-7> 국제유가월별가격 (2006~2007) 13 < 표 2-8> 야드크레인유형별시장점유변화분포 15 < 표 2-9> 부산항의디젤사용하역장비현황 15 < 표 2-10> 부산신항의전기 / 디젤사용하역장비현황 (C/C 제외 ) 16 < 표 3-1> 광양항과부산항의항만시설사용료세부항목 17 < 표 3-2> 전세계주요항만의항만시설사용료항목 18 < 표 3-3> 전세계주요항만의항만시설사용료비교 19 < 표 3-4> 부산항컨테이너처리실적 (2007.7) 20 < 표 3-5> 부산항 P터미널의하역비용 21 < 표 3-6> 광양항 A터미널의전력량및금액 22 < 표 3-7> 광양 A터미널의처리물량, 작업시간및생산성 23 < 표 3-8> 광양 A터미널의안벽크레인고장시간, 장비가동률및전력사용량 23 < 표 3-9> 냉동및기타 ( 야간조명 ) 전력비용 24 < 표 3-10> 광양항 A터미널의단위전력소비량 25 < 표 3-11> 야드크레인유류비용 25 < 표 3-12> 야드트럭의유류비용 26 < 표 3-13> 리치스태커의유류비용 27 < 표 3-14> 광양항 A터미널의유류사용량 /TEU 27 < 표 4-1> ECO-RTG의연료소비성능데이터 ( ~ ) 29 < 표 4-2> 국내외에너지비용절감사례요약 33

9 v < 표 4-3> 동적할당유형 36 < 표 4-4> 야드트럭풀링에따른유류비 ( 공회전 ) 절감효과 39 < 표 4-5> 야드트럭풀링에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 39 < 표 4-6> 야드크레인유형별이동형태 42 < 표 4-7> 단일계획법에의한 TC 이동거리산출과정 44 < 표 4-8> 단일계획법을적용한재일정계획법의 TC 이동거리산출 45 < 표 4-9> 단일계획법 vs 재일정계획법의 TC 총이동거리비교 45 < 표 4-10> 한계대기시간을적용한재일정계획법의 TC 이동거리산출 47 < 표 4-11> 선입선출 vs 재일정계획법적용시크레인이동거리비교 47 < 표 4-12> 야드크레인이동거리단축에따른비용절감효과 48 < 표 4-13> 야드크레인동선단축에따른터미널유류비절감효과 48 < 표 4-14> YT와 DSV의주행거리비교예 51 < 표 4-15> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 주행비용 ) 절감효과 51 < 표 4-16> YT와 DSV의하역생산성비교예 53 < 표 4-17> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 53 < 표 4-18> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 주행거리 + 공회전 ) 절감효과 54 < 표 4-19> 터미널야드에서의하역작업횟수 55 < 표 4-20> 컨테이너재조작감소에따른터미널유류비절감효과 55 < 표 4-21> 개선에소요되는공사비 59 < 표 4-22> 개선전후유비보수비용 ( 연간 ) 비교 59 < 표 4-23> 엔진제네레이터연료소비량비교 63 < 표 4-24> 연료비절감효과분석 64 < 표 4-25> 오염물질감소효과및연료절감효과 66 < 표 4-26> Variable Speed 엔진의비용 vs. 절감액 68 < 표 4-27> 미국의바이오에너지관련주요개발정책 71 < 표 4-28> 화석연료와바이오에너지의가격비교 (2005년기준 ) 72 < 표 4-29> 바이오연료의연료비추정 73 < 표 4-30> 수소연료전지의연료비추정 79 < 표 4-31> 도요타하이브리드모델의연비 80 < 표 4-32> 혼다하이브리드모델의연비 81

10 vi < 표 4-33> 하이브리드차와휘발유차의가격및연비비교 1 82 < 표 4-34> 하이브리드차와휘발유차의가격및연비비교 2 83 < 표 4-35> 하이브리드엔진의연료비추정 83 < 표 4-36> 신기술요약정리 84 < 표 5-1> 하역작업에서에너지소비패턴 ( 양하작업과정 ) 87 < 표 5-2> 에너지비용절감사례별적용시기 89 < 표 5-3> 에너지비용절감대안별적용단계 90 < 표 5-4> 에너지비용절감대안분류 91 < 표 5-5> 에너지소비패턴구분 93 < 표 6-1> 운영효율화를통한절감특성및투입비용 98 < 표 6-2> 기존장치적용을통한절감특성 100 < 표 6-3> 신기술개발을통한절감특성 101 < 표 6-4> 운영효율화를통한절감비용비교분석 102 < 표 6-5> 기개발장치적용을통한절감비용비교분석 103 < 표 6-6> 신기술적용시소요연료비비교분석 104 < 표 6-7> 신기술개발 / 적용을통한절감비용비교분석 104 < 표 6-8> 운영효율화를통한적용용이성 105 < 표 6-9> 기존장치를통한적용용이성 106 < 표 6-10> 신기술개발을통한적용용이성 106 < 표 6-11> 절감방안대안별우선순위분석 107 < 표 7-1> 일반적인에너지비용절감방안적용절차 109 < 표 7-2> 운영대안의에너지비용절감방안적용절차 110 < 표 7-3> 장치대안의에너지비용절감방안적용절차 111 < 표 7-4> 신기술대안의에너지비용절감방안적용절차 111

11 vii 그림목차 < 그림 2-1> 연도별세계석유생산및소비현황 10 < 그림 2-2> 국제원유가변동추이 12 < 그림 2-3> 월별국제유가변동추세 (2006~2007) 14 < 그림 4-1> 스페인알제시라스항의 ECO-RTG 28 < 그림 4-2> 미국 LA/LB항의하이브리드야드트랙터 30 < 그림 4-3> 미국타코마항의스트래들캐리어 ( 디젤산화촉매장치장착 ) 31 < 그림 4-4> 부산항에서운영중인야드크레인 32 < 그림 4-5> 이송장비고정할당방식개념도 34 < 그림 4-6> 고정할당방식과이송장비운영비용관계 35 < 그림 4-7> 이송장비동적할당방식개념도 ( 풀링 ) 35 < 그림 4-8> 동적할당방식과이송장비운영비용관계 35 < 그림 4-9> 할당방식에따른이송장비작업시간절감효과 36 < 그림 4-10> 이송장비풀링시할당시점 37 < 그림 4-11> 이송장비시뮬레이션모델개념도 38 < 그림 4-12> 야드트럭풀링에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 40 < 그림 4-13> 터미널야드크레인하역작업시간 40 < 그림 4-14> 야드크레인동선최소화에따른비용절감효과 41 < 그림 4-15> 터미널야드크레인유형 (RTGC vs RMGC) 41 < 그림 4-16> 터미널야드크레인의이동형태 42 < 그림 4-17> 터미널야드크레인운영방안 42 < 그림 4-18> 단일계획법할당규칙 43 < 그림 4-19> 재일정계획법할당규칙 44 < 그림 4-20> 한계대기시간을고려한재일정계획법할당규칙 46 < 그림 4-21> 야드크레인동선단축에따른터미널유류비절감효과 48 < 그림 4-22> 2단적재차량기능 49 < 그림 4-23> 2단적재차량적용시운행거리및하역시간절감효과 50 < 그림 4-24> YT와 DSV의주행거리상대비교 51

12 viii < 그림 4-25> DSV 적용시터미널유류비 ( 주행비용 ) 절감효과 52 < 그림 4-26> DSV 적용시터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 53 < 그림 4-27> 컨테이너재조작감소 (0.1point) 시유류비절감효과 56 < 그림 4-28> 트랜스퍼크레인 (RTG) 적용도 (Cable Trench + Panzerbelt 방식, Cable Guide + Panzerbelt 방식 ) 57 < 그림 4-29> 트랜스퍼크레인 (RTG) 적용시이동장비주행로 58 < 그림 4-30> Bus Bar 방식의 E-RTG 58 < 그림 4-31> 전통적인 RTG 운영사이클 60 < 그림 4-32> 전통적방식과에너지세이빙방식의운영사이클비교 61 < 그림 4-33> 기존방식과슈퍼카파시터를이용한전기배선도 61 < 그림 4-34> 슈퍼카파시터의작동원리 62 < 그림 4-35> 플라이휠방식 65 < 그림 4-36> Variable Speed 디젤엔진 67 < 그림 4-37> Variable Speed 디젤엔진의적용효과 68 < 그림 4-38> 세계주요에너지의공급비율추세 (1971~2004년, 단위 : Mtoe) 69 < 그림 4-39> 바이오에너지기술의개념도 70 < 그림 4-40> 바이오연료의에너지효율 73 < 그림 4-41> 연료전지와내연기관의 CO₂배출비교 74 < 그림 4-42> 전지의에너지밀도와충전시간 75 < 그림 4-43> 미국의연료전지상업화로드맵 76 < 그림 4-44> 일본의연료전지상업화추진체계 76 < 그림 4-45> 일본의연료전지확산시나리오 77 < 그림 4-46> 가정용연료전지사용시에너지절감 78 < 그림 4-47> 하이브리드차연료전지의종합효율 79 < 그림 4-48> 도요타의하이브리드모델 81 < 그림 4-49> 혼다의하이브리드모델 81 < 그림 5-1> 하역체계상호관계정의도 85 < 그림 5-2> 하역장비별에너지단위소비량 88 < 그림 5-3> 하역시스템에서에너지비용의발생상황 93 < 그림 5-4> 하역상태별적용기술 96 < 그림 7-1> 에너지비용절감방안의적용방향 108 < 그림 7-2> 컨테이너터미널에너지비용절감기술추진전략 116

13 ABSTRACT A Study on an Energy Cost-Saving Plan for Container Terminals The merger of the mega-carriers following the increasing trend toward globalization with the increase of worldwide container cargo, the increase of the fuel-cost component in shipping expenses and falling fares are all factors inducing the enlargement of container vessels, from a feeder scale of 700 TEU of the past first generation to very large container ship-scales of 11,000 TEU of an eighth generation that are being operated currently. In the future, the turnaround time of vessels needs to be reduced within 24 hours. The enlargement of vessels is acting as the main factor in the increase of port costs, such as equipment facilities and equipment operating costs. Port costs almost doubled compared with three years ago, the year of 2006 when the international crude oil prices started soaring. The future crude petroleum price is determined by showing the rising trend of the present and the increasing global demand. This trend has a direct influence on the port. In particular, the port costs and operating costs in most container terminals using diesel engines such as the YT-RTGC system are rising and there is a big possibility that the cost diminishes a port s power. The international crude petroleum price surpassed US$90 per barrel in October According to the results of an analysis of the business profit rate of main terminal operators for the first half of 2006, it was revealed that business profits were reduced 2%-3% due to the high oil costs. And with new container terminals opening of trade ports, including Busan New Port and Gwangyang Port, we expect that container handling equipment on hand will increase continuously. The domestic and foreign container terminals are making many efforts to reduce

14 ii energy utilities and energy costs. To realize this, the plan to address the operating costs involves reorganizing the yard cranes to use diesel engines for the electricity. This is being implemented by Busan Port Authority (BPA), and terminal operators reduce the idling of the container handling equipment or are promoting the use of alternative electricity for some equipment. Due to the switch of the electricity for the container handling equipment, applied from April 1, 2003 in the ports to an industry electricity, it is up to 1.5 times cheaper compared with general electricity. In cases where gasoline is used for power instead of electricity for the container handling equipment cost reductions are substantial due to the size. Hence, for domestic ports to make Korea progress into becoming a logistics hub nation in Northeast Asia and to occupy predominance in competition with surrounding competing ports, we must improve the charge structure of the ports and lower the port charges. Following this strategy, we can strengthen competitive power and we must continuously lead the way in transshipment cargos. Based on the above research background and objectives, the performed research results are as follows.

15 요 약 제 1 장서론 1. 연구의필요성및목적 국내컨테이너터미널의경우상해, 닝보항만등인근항만과치열한경쟁 - 상해항의경우국내환적화물 50%, 국제환적화물추가 20% 할인 - 닝보항도유사한상황임 - 주물량원도중국이고, 환적화물하역비도저렴하여어려운실정임 우리나라항만이경쟁력을확보하기위한방안으로하역원가의절감이필수 - 하역원가절감을위해고정비용및변동비용을최소화해야함 - 고정비용의경우장비및시설로하역생산성과연관되어줄일수없음 - 따라서, 변동비용을최소화하여운영비용을절감해야하며, 이를위한선택가능한대안으로컨테이너터미널의에너지비용즉유류비용을최소화하는것임 국제유가급등에따른영업이익률급감 년 10월현재국제유가가배럴당 90달러를넘어섰음 - 고유가로인하여 2006년상반기항만하역사들의영업이익률이전년동기 2~3% 급감하였음 년기준으로부산항및광양항컨테이너터미널의유류사용액은 354억원에이름 고유가시대에대응하여국내외적으로다양한노력 - 국내의경우자성대터미널의디젤식야드크레인을전기식으로교체 - 스페인알제시라스항의경우슈퍼카파시터를이용하여유류비 30~ 50% 절감등

16 iv 본연구에서는고유가에대비하여컨테이너터미널의비용절감을통해서운영효율성을향상시키고, 국내항만의경쟁력강화를위해서항만의유류비용절감을위한에너지비용절감모델을개발하고모델별대안을제시하는것을목적으로하며, 이의효율적인추진을위한방향, 적용절차및추진전략을기술 2. 주요연구내용및연구방법 제2장 세계물류현황및항만여건변화 - 초대형선의출현 - 항만운영여건악화 - 고유가시대도래 제3장 컨테이너터미널의하역비용구조분석 - 컨테이너터미널하역비용분석 - 에너지비용구조분석 - 에너지비용원단위분석 제4장 국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 - 국내외에너지비용절감사례조사 - 에너지비용절감대안및효과분석 ( 운영, 장치, 신기술 ) 제5장 하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 - 하역체계의에너지소비패턴분류 - 비용절감에대한대안의구분 - 에너지비용절감모델수립 제6장 컨테이너터미널에너지비용절감적용타당성및우선순위분석 - 컨테이너터미널적용타당성분석 - 대안별우선순위분석 제7장 컨테이너터미널에너지비용절감적용방향, 적용절차및추진전략 - 에너지비용절감방안의적용방향 - 컨테이너터미널에너지비용절감방안적용절차 - 에너지비용절감방안의추진전략

17 요약 v 제8장에서는결론및정책건의를기술 연구방법은컨테이너터미널의에너지비용절감기술대안선정및분석을위해현지출장조사, 관련논문및기존연구보고서등이론적연구뿐만아니라터미널운영실무자 전문가, 장비제작전문가및관련전문가들에대한조사를통한자료수집및분석업무를수행하였음 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 1. 초대형선시대의진입 컨테이너물동량의증가 - 세계교역규모의증대에따라컨테이너처리량은 1980년 3천 8백만 TEU에서 2006년까지 4억 4천만TEU로약 11.6배증가하여연평균 9~12% 의높은성장 - DSC(2007) 자료에따르면 2011년세계컨테이너예측물동량은 6억 8천만TEU로서연평균 9% 의증가를보일것으로예측 초대형컨테이너선의급증 - 선사에서규모의경제를추구하기위한전략으로컨테이너선의대형화유도 - 1세대 700TEU급에서 8세대 13,000TEU급의선박으로변환되고있음 - 현재, 전세계적으로 10,000TEU급이상의선박이 140여척발주되어있음 초대형컨테이너선의등장에따른하역원가의상승 - 선박의대형화에따라투입하역장비의대수증가 (C/C : 2~3->4, YT : 3~4->5대이상, RTGC : 3->4대이상 ) - 투입하역장비의대수증가에따른장비운영비용증가

18 vi 2. 고유가시대의도래 세계석유생산및소비현황 년 31억 8천만톤에서 2005년 38억 9천만톤으로 14년동안 22.3% 생산증가 년 31억 7천만톤에서 38억 3천만톤으로약 20.8% 소비증가 세계유가의변화 - 세계의유가는 1973~1974년, 1978~1980년 2차례에걸친국제석유가격의상승으로인해석유를소비하는국가들을비롯한세계적혼란을야기시킨 1, 2차석유파동이있었음 년 33.77$/bbl, 2005년 49.37$/bbl, 2006년 61.50$/bbl로서전년에비해각각 26%, 46%, 24% 등급격한증가세를보이고있으며 2006년의원유가는 3년전에비해약 2배이상급등한가격을보이고있음 년 10월현재국제원유가격 ( 두바이기준 ) 은 77$ 대로서 2006년 10월동기대비 36% 급등한것으로나타나있으며향후배럴당 100달러의돌파는시간적문제로대두되고있음 항만의운영여건악화 - 현재전세계적으로머스크라인을비롯한글로벌선사들은중국으로기항지를이동하고있으며, 중국에자사컨테이너터미널보유도늘리고있는추세 - 중국에서의급증하는물동량, 저렴한항만시설사용료, 수출입기업의중국이전, 글로벌선사의이탈등불리한요건에따라국내환적화물및수출입물동량이정체또는증가율감소추세를보이고있어향후국내항만의입지가매우불안한상황 - 국내의경우부산북항의대부분을차지하고있는 RTGC 하역시스템은유가가증가할수록유류비와같은직접운영비가급격히증가하는하역장비운영구조

19 요약 vii 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 1. 컨테이너터미널하역비용 항만의항만시설사용료 - 부산항및광양항의경우선박입출량료, 접안료등부산항은 12가지, 광양항은 11가지항목의항만시설사용료를징수하고있음 - 전세계주요항만의경우톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 항만건설비, 도선료, 예선사용료, 하역료, 상하차료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 선박검역, 세관수수료, 경비료, MWF(Maritime Welfare Fee), 쓰레기수거료등의 19가지항목중에서 6~13가지의항목으로항만시설사용료를징수하고있음 - 부산항의항만시설사용료를 100이라고할때상해항은 143, 동경항은 250, 가오슝항은 141, 상가포르항은 190, 홍콩항은 324, 로테르담항은 158이며, 광양항은 70 정도수준으로현재, 부산항이상당한비용경쟁력을확보하여전년대비 2007년 7월현재 26.4% 의환적화물이증가하였음 항만하역료 - 부산항의경우항만하역료의구성은인건비, 복리후생비, 동력비, 장비유지비, 수선유지비, 동산보험료, 경비료, 기타직접비, 감가상각비, 시설임차료, 판매관리비등의 11가지항목으로구성되며, 동력비의경우하역원가의 6% 를차지하고있으며, 에너지비용의증가에따라지속적으로비율이높아지고있음 - 컨테이너터미널에서사용되는동력비는크게전력비용과유류비용으로구분할수있다. 전력비용은일반적으로안벽크레인, 냉동컨테이너, 기타 ( 조명 ) 등에소요되는비용이며, 유류비용은야드크레인 (RTGC:Rubber Tyred Gantry Crane), 야드트럭 (YT:Yard Truck), 리치스태커등에사용되는비용이며, 사용원단위는다음과같음 전력비용 : 안벽크레인의 TEU당평균전력사용량은 2.87KWH 유류비용 : 야드크레인은 TEU 당평균 1.01Lt, 야드트럭은 TEU 당평균 0.63Lt, 리치스태커의유류비용은 TEU당 0.61Lt를사용

20 viii 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 1. 국내외에너지비용절감사례 ECO-RTG - 일종의에너지저장용배터리인슈퍼카파시터를사용하는방식으로기존의동력낭비를최소화하여에너지효율을높이는방식임 - 스페인의알제시라스터미널에서 1시간 45분동안 30개의컨테이너를처리한결과기존크레인은 28.1Lt 소비, ECO-RTG 는 14.2Lt 를소비하여약 50% 의유류비용절감 - 20대의 ECO-RTG를인도하였으며, 9일동안의모니터링결과 ECO- RTG는시간당평균 9.1Lt를소비하였으며, 기존 RTGC는 16~25Lt를소비하였음 하이브리드야드트랙터 - 하이브리드장치는청정디젤엔진기술과전기모터를결합하여사용하는방식 - 미국 LA/LB(Los Angeles/Long Beach) 항에서는하이브리드에너지기술을적용한야드트랙터를시험운영하고있음. 하이브리드장비를사용함으로써대기오염이 93% 가량감소 - 하이브리드기술은차량의제동을위한에너지를줄여주기때문에, 자주멎었다가는방식으로운행되는야드트랙터에적합한기술로평가됨 바이오디젤연료 - 바이오에탄올과함께가장널리사용되는바이오연료 (bio-fuel) 임. 콩기름 유채기름 폐식물기름 해조유따위의식물성기름을원료로해서만든무공해연료를통틀어일컬으며, 경유를사용하는디젤자동차의경유첨가제로사용되거나그자체가차량연료로사용되기도함 - 미국타코마항의허스키터미널에서는공해배출을줄이고청정환경에서엔진을구동하기위하여컨테이너취급장비와이송장비에바이오디젤연료사용을시작 - 엔진의성능향상에도움을주며, 기계에대한마모를줄이고장치에대한수명을연장시켜서엔진의성능을향상시키며, 기존디젤연료에

21 요약 ix 바이오연료가추가되면매끄러움이향상되어바이오디젤의비율이 1% 대로낮더라도증류연료의매끄러움을 65% 까지향상시킴 야드크레인전기구동 - RTG의에너지공급체계를유류에서전기로전환하는방안을추진 - 자성대터미널의경우 2008년부터 RTG 34대가운데 15대에대해서에너지공급체계를전환할예정이며, 신감만터미널은 17대중 12대, 우암터미널은 13대중 8대를전환할예정임. 감만, 신선대터미널도에너지전환방안을검토 - 부산항만공사는 2007년 8월, 자성대터미널에 RTG 2대에대한에너지공급을전기로전환하여에너지절감정도를측정한결과전력비용은유류비용의 10% 수준임 2. 에너지비용절감대안및효과분석 운영 - 야드트럭풀링운영제 컨테이너터미널에서안벽과야드간의컨테이너운반작업에있어이송장비에대해작업조를편성하지않고운행상황이나 C/C의작업상황에따라선별적으로 C/C작업을지원하는방식 선박의양 적하작업시 C/C의작업상황에따라이송장비의배차를동적으로할당하기때문에안벽작업의지원에융통성을발휘할수있어작업시이송장비의대기시간을줄일수있으므로총작업시간의단축 야드트럭의동적할당유형은 4가지방식이가능하며, 이러한방식에따라컨테이너 1천개를기준으로야드트럭풀링를적용할경우를가정해보면연료비 39,168원의절감이가능한것으로계산되며, 연간 100TEU를처리하는터미널의경우 2,448만원의야드트럭유류비를절감할수있으며, 부산항전체를대상으로하여 1,200만TEU에대한유류비절감효과를고려하면연간약 3억원이절감됨 - 야드크레인작업동선최소화 터미널하역작업에있어이송장비다음으로가장작업동선비율이큰것이야드크레인 (Tranfser Crane, TC) 의하역작업으로 TC의경우

22 x 작업에소요되는시간은 이동시간 + 컨테이너처리시간 으로구분할수있는데, 이경우컨테이너처리시간은모든 TC에대해동일한소요시간이발생하지만, 목표지점까지의블록이동, 베이이동은각 TC의현위치에따라달라지게됨 따라서, 가급적목표지점까지이동하는데소요시간이최소가되는위치에있는 TC에작업을배정함으로써야드크레인의동선을최소화하고이동에따른연료비용을절감할수있는방안을모색할필요 야드크레인의작업동선을최소화하는방법으로는단일계획법, 재일정계획법, 한계대기시간을고려한재일정계획법의 3가지가있음 야드크레인의작업스케쥴링에대한상위 2가지방식에대해반출입트럭 10,000대를대상으로시뮬레이션분석한결과재일정계획법의경우선입선출에비해컨테이너 1개를처리하는데있어평균이동거리는 54.5% 수준에불과한것으로산출되었으며, 따라서, 평균이동거리단축에따른유류비절감액을연간처리물량으로계산하면 100 만TEU를처리하는터미널의경우연간 1,689만원의비용을절감할수있으며, 부산항전체를대상으로하여 1,200만TEU에대한유류비절감효과를고려하면연간약 2억원이절감 - 2단적재차량도입 일반야드트럭에비해적재용량이 2배가되며, 야드트럭의경우에는한번에, 20피트 2개또는 40피트 1개를운반할수있으나, 2단적재차량은이의 2배인 20피트 4개또는 40피트 2개를동시에운반 산술적인측면에서보면, 2단적재차량이일반야드트럭에비해동일한물량의컨테이너를안벽에서야드로운반하는데 1/2 수준의운반거리를가지기때문에연료비에있어서도 50% 의비용을절감할수있음. 다만, 중량에따른연료소비량을고려하면실제절감비용은 50% 보다낮을수있으나, 2단적재차량을이용함으로써동일한작업물량을처리하는데드는상당부분의차량동력비를절감할수있다는측면에서에너지절감효과가높은대안임 DSV의주행거리감소에따른유류비절감효과를고려하면연간 100 만TEU를처리하는터미널의경우 6,250만원의차량연료비가절감될수있으며, 이를부산항의연간처리물량인 12억 (2006년) 으로산정하면연간총 7.5억원의차량연료비를절감

23 요약 xi DSV의작업시간단축에따른유류비절감효과를고려하면연간 100 만TEU를처리하는터미널의경우 6,816만원의비용을절감할수있으며, 이를부산항의연간처리물량인 12억 (2006년 ) 으로산정하면연간총 8.2억원의차량연료비를절감 - 컨테이너재조작감소 컨테이너터미널에서처리되는모든컨테이너는야드에서최소한 2번의하역작업을받게되며, 보통의경우는수입, 수출, 환적에대해최소 2회의하역작업이필요하며, 경우에따라서는재조작등의추가작업이발생하여그횟수는터미널환경에따라다름 수출과환적의경우에는적하순서에맞게컨테이너를재정렬하거나, 사전에장치순서를결정하여적재하는경우가대부분이므로, 이와관련하여 TC의작업횟수를최대한줄일수있는작업계획을수립하는것이불필요한재조작작업에따른취급비용을절감할수있는방안 컨테이너의평균재조작횟수를 0.1포인트감소시킬경우연간 100 만TEU를처리하는터미널의경우 6,120만원의비용을매년절감할수있고, 이를부산항전체로보면연간 73,400만원의컨테이너재조작에따른연료비를절감 장치 (Device) - 외부전원공급방식 (E-RTG) Electronic-RTG의약어로기존의디젤방식의 RTG를전기방식으로변환하는것을말하며, 최근의고유가및환경오염문제가대두됨에따라국내의경우자성대터미널에서기존의디젤엔진식 RTG를전기식 RTG로 2대변경하여사용 E-RTG의적용방식은크게케이블릴방식과 Bus-Bar 방식으로나눌수있으며, 케이블릴방식은케이블트렌치방식과케이블가이드방식으로나눌수있음 디젤식 RTG를전기식 E-RTG로변환하기위해서는전기와관련된기존터미널의변전실보강공사, 지중관로및픽업맨홀공사및케이블포설공사를실시해야하며, 또한기존 RTG의개조를위해서는고압반및케이블릴설치에따른비용이추가되며, 토목및기타케이블트랜치및판저밸트설치에따른비용이필요

24 xii RTG 20대의개선전후의유지비용을비교하기위해서유류 ( 전기 ) 비용과엔진 ( 발전기 ) 유지비로나누어서구분하여분석하면연간 2,112,081천원이절감되는것으로나타났으며, 유지보수비용은연간약 86% 절감효과가있어서투입된비용의회수기간은 3년 6개월인것으로분석 - 에너지세이빙기술 에너지세이빙기술은기존의동력방식을디젤엔진에서전기동력으로변환하는 E-RTG와는달리디젤엔진의연소효율을향상시키거나발생된에너지를저장하여재사용하거나, 회생전력 1) 과같이역으로발생된전류를이용하는방식을사용하며, 전통적인 RTG의운영상황과비교해서보면스프레다의하강시및호이스트의좌우이동시에너지의낭비가발생하는것을최소화하는기술로슈퍼카파시터, 플라이휠배터리, Variable Speed 방식이있음 슈퍼카파시터전기화학이중층형카파시터의다른명칭으로다공성전극재질을사용하여일반카파시터보다많은전하를저장할수있도록제작되었으며, 충전속도를높이고, 방전속도를느리게하며, 반복사용수명을연장하였음 슈퍼카파시터의적용효과는 350Kw의엔진제네레이터를 200Kw의엔진제네레이터로대체할수있으며, 이의적용을통해서연간 1억 3천 4백만원의유류절감효과가있음 플라이휠에너지저장시스템은입력되는전기에너지를플라이휠의회전운동에너지로변환하여저장하고필요시전기에너지로재출력하는장치로서최근재료, 자기베어링, 전력전자학등관련기술의발전에힘입어미국, 일본, 독일등의선진국에서이장치의활발한연구가진행 플라이휠배터리의적용효과는크게환경오염물질감소효과와경제적효과로구분할수있음. 환경오염물질은질소산화물 (NOx) 의경우 25.88%, 메탄의경우 23.08%, 디젤분진 (PM) 의경우 66.67% 의감소효과가있으며, 경제적효과의경우 15톤컨테이너의작업사이클을비교하였으며, 4단적 66% 아이들타임을포함하여 2시간동안시 1) 크레인의스프레다하강시, 브레이킹시발생하는역전류.

25 요약 xiii 험한결과 20~25% 의연료절감효과가발생하여대당연간 1천 8백만원을절감 Variable Speed는양하및적하작업에따라동력이많이필요한상황과동력이적게필요한상황에발생함. 이러한상황에따라엔진의출력을변환하여동력의낭비를막고자하는방식 Variable Speed 엔진의구입을위한구입비용및부가비용은 US$110,500이소요되며, 연료절감비 30% 를고려한금액 US$ 32,000을고려하면대략손익분기점기간이 3.5년으로환산 < 그림요약 -1> 전통적방식과에너지세이빙방식의운영사이클비교 - 신기술 (New Technology) 신기술은바이오에너지, 수소연료전지및하이브리드엔진을말함 바이오에너지는유기성폐기물, 농임산부산물과에너지작물등에서장기저장이가능한연료형태로생산가능하며열, 전기, 수송용대체연료등의형태로활용이가능하여일부는상용화되어사용중

26 xiv 국내의경우 2002년바이오디젤시범보급사업을전개하면서개발및상용화에적극나서고있으며, 이후 2004년 10월에석유및석유대체연료사업법을개정해상용화의발판을마련했음. 정부는 2011 년까지바이오디젤을연간 55만kl생산한다는중장기적목표를설정했으며이목표량은국내경유소비량의 2.4% 수준임 RTG에적용했을때바이오에탄올의경우 $0.48/TEU, 바이오디젤의경우 $1.09/TEU 이었으며야드트럭에적용했을때는바이오에탄올의경우 $0.29/TEU, 바이오디젤의경우 $0.67/TEU 로추정. 바이오디젤의연료비가바이오에탄올에비해 2배정도높게나타났으며, 기존하역장비의연료소비량과비교하면 TEU당소요되는유류의양은많으나 1$ 를 1,000원, 당가격을 1,200원으로계산하여적용하면상대적으로낮은가격으로사용이가능하며, 바이오에탄올의경우 TEU당 RTG는 624원, 야드트럭은 408원이절감되며, 바이오디젤의경우 TEU당 RTG는 110원, 야드트럭은 86원이절감가능하여 100만TEU를처리하는터미널의경우 RTG에서연간 6억 2천 4백만원, 야드트럭에서 4억 8백만원절감가능 수소에너지는궁극적으로인류가당면하고있는에너지와환경문제를동시에해결할수있는유일한에너지원으로평가되고있으며, 연료전지는기존의전지나동력기관에비해다양한장점을보유하고있음. 연료전지의가장큰특징은친환경성에있으며, 소음이거의없고물이외의부산물도거의없음 연료전지는 2차전지의용량한계를극복할수있는기술로서, 현재니켈수소 2차전지, 리튬이온 2차전지등은 3시간정도충전시간이필요한반면연료전지는연료주입에수초면충분하고kg당에너지밀도도 1,000Wh로리튬폴리머전지의 3배이상 연료전지는효율이높아에너지절감효과가큼. 연료전지의발전효율은현재 30~50% 로내연기관보다우수하며, 열로회수되는에너지를활용하면전체효율이 80% 에이름. 수소연료전지를컨테이너터미널에적용했을때예상되는연료비용을산출해보았음. 야드트랙터에적용했을때비용은 $0.14/TEU, RTG에적용했을때비용은 $0.24$/TEU 로추정되어 100만TEU를처리하는터미널의경우 RTG 에서연간 9억 1천 2백만원, 야드트럭에서 7억 4천만원절감가능

27 요약 xv 하이브리드엔진은전기장치와내연기관을결합하여출발시전기장치를이용하여연비를높이고, 가속및등판시내연기관과전기장치의결합으로최고출력을감당하고, 통상주행시에는내연기관으로만운행하게하여차량엔진에걸리는평균부하를증가시켜에너지이용효율을높여서고연비를유지하도록하는엔진임 하이브리드자동차는세계적으로 1997년 200대가생산된이후 2004년에는 16만대로늘었으며, 매년평균 62% 씩하이브리드자동차수가늘고있음 하이브리드엔진을컨테이너터미널에적용했을때예상되는연료비용을산출해본결과야드트랙터에적용했을때비용은 378/TEU, RTG에적용했을때비용은 600/TEU로추정되어 100만TEU를처리하는터미널의경우 RTG에서연간 6억원, 야드트럭에서 3억 7천 8백만원절감가능 제 5 장하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 1. 하역체계의에너지소비패턴 하역시스템의상호관계정의 - 하역작업의상호작용상컨테이너 1단위의하역은 2회크레인작업과 1회이송작업이수반된작업을수행하게되므로장비의작업은반드시연계되어 1회의하역작업은이에따른일련의에너지소비를유발 - 컨테이너 1TEU에대한에너지소비를비용으로환산하여모델을정의할수있으며, 하역시스템의흐름과정이안벽-이송-야드간에소비가많이발생하는지점을찾아우선적으로소비를감소시키도록방안을적용하는것이필요 하역체계의에너지소비패턴 - 소비패턴 1 : 크레인사이클에대한에너지소비 (C/C의하역시발생하는전기에너지소비, TC의하역시발생하는유류에너지소비 )

28 xvi - 소비패턴 2 : YT의목적지도착후대기에너지소비 (YT의에이프런대기유류에너지소비, YT의야드대기유류에너지소비 ) - 소비패턴 3 : 크레인작업위치대기에너지소비 - 소비패턴 4 : YT 주행에너지소비 하역장비별에너지소비량결정 - C/C : 2.87KWH/TEU, TC : 1.01리터 /TEU, YT : 0.63리터 /TEU, RS : 0.61리터 /TEU이며최소기준에너지량이됨 2. 에너지비용분류및비용절감 에너지비용의적용단계별분류 - 운영영역에서 YT 풀링대안은 YT의운영비인유류비용을절감하는효과를가지면서단기적으로적용이가능한반면, TC 운영비절감효과가있는 TC 작업동선최소화및컨테이너재조작감소는운영시스템의기술적지원으로단기적으로적용이가능한기술이며, 운영영역의에너지비용절감대안은하역장비중 TC 및 YT의유류비절감을위한효과적인대안을제시할수있음 - 장치영역에서는유류비의절감에효과적인것으로특정한장치를개발해서적용하는것으로개발및검증에일정기간이소요되는대안들임 - 신기술영역은장기적으로신기술의개발이진행중인것들로항만장비에적용하기에는기술개발에많은시일이소요되는것들로장기적인투자가필요한분야임 에너지비용절감대안구분 - 영역별에너지비용절감대안은대안기술의적용시기에따라구분하면, 바로현장적용이가능한 YT 풀링, 2단적재차량, TC 동선최소화등의대안은단기대안으로분류 - 중기대안은핵심기술의개발또는현장에서의검증이필요한대안들이며, 장기대안은기술개발을통해항만에적용가능하도록검증이필요한대안들임

29 요약 xvii 하역장비간에너지비용절감 - 에너지비용에서고정비용은컨테이너 1단위작업을위해반드시발생하는비용이며, 변동비용은이동거리와대기시간에따라증가하고운영비용은운영효율에따라가변적 - 하역시스템에서하역장비인 C/C, YT, TC를사용할경우양하및적하작업을수행할경우발생하는에너지비용을발생상황에따라표현 - 거리에따른에너지비용은변동비용 (V) 이발생하며, C/C 이동, YT 이동, TC 이동등이해당되며, 거리에대한변동비용은거리가증가함에따라비용이증가하는것으로 YT > TC > C/C의순으로이동거리가많음 - 시간에따른에너지비용은고정비용 (F) 과변동비용이함께발생하며, 고정비용의경우 C/C 하역, TC 하역에서발생하며, 변동비용은 C/C 대기, YT 대기, TC 대기등이발생하며, 대기에대한변동비용은장비간의상호작용에서발생하는빈도가높음 - 양하작업시하역장비에서발생하는고정비용과변동비용은양하작업 = {Ft1+Ft2} + {(Vd1+Vt1)+(Vd2+Vt2)+(Vd3+Vt3)} - 적하작업시하역장비에서발생하는고정비용과변동비용은적하작업 = {Ft2+Ft1} + {(Vd3+Vt3)+(Vd2+Vt2)+(Vd1+Vt1)} 에너지비용절감모델수립 - 저비용에너지전환모델 - 고정비용절감모델 ( 에너지저소비모델, 이송량의증가모델 ) - 변동비용절감모델 ( 이송거리감소모델, 대기시간감소모델 ) 하역상태별적용기술 - 하역시스템을구성하는장비를 C/C, YT, TC로하여각장비별하역상태를 C/C( 이동, 대기, 하역 ), YT( 이동, 대기 ), TC( 이동, 대기, 하역 ) 로구분하여해당되는상태별에너지비용절감기술의적용가능한기술을분류 - C/C의경우하역상태에서슈퍼카파시터가적용가능하며, YT의경우이동상태에서 YT 풀링및 2단적재차량이적용가능하며, TC의경우이동상태에서 TC 동선최소화, 하역상태에서 ECO-RTG 가적용가능

30 xviii 하며, 그리고공통적으로 YT와 TC에는슈퍼카파시터, 플라이휠, 변동스피드등이적용가능하며, 바이오에너지및수소연료전지는공통적으로 YT 및 TC에적용가능 제 6 장컨테이너터미널에너지비용절감적용타당성및우선순위분석 1. 컨테이너터미널적용타당성분석 절감방안의용이성 - 운영대안의투입비용을비교해보았을경우 TT풀링, YC 동선및재조작의경우기존의운영시스템수정 보완을통해가능하므로그개선비용은 3가지시스템을모두개선할경우총 2억원내외에서소요되는것으로조사되었으며, TT 2단적의경우차량전체를교체해야하므로 1선석 16대의 YT가운영된다고가정하였을경우약 16억원내외의교체비용이발생되며 2단적이송장비를운영할경우터미널운영시스템의수정도동시에이루어져야하므로 4가지안중투입비용측면에서는가장불리한안임 - 장치대안의투입비용을비교해보면 E-RTG가 1대당 3억 7천만원이소요되어가장많은투입비용을보였으며가변출력엔진, 플라이휠배터리순으로나타났으며플라이휠배터리가 4천만원으로가장적은비용이투입 - 신기술대안의절감효과를비교해보면수소연료전지의경우절감효과는가장클것으로판단되나오랜개발기간으로인하여그효용성은가장떨어질것으로판단되며바이오에너지또한 16% 정도 ( 세금제외 ) 의에너지비용절감으로인해보다더저렴한바이오에너지기술개발이필요한실정임. 따라서현재상용화되어사용되고있는하이브리드엔진이단기간내적용가능한가장좋은대안으로판단됨 비용절감효과성 - 운영대안의절감비용은 TT의경우풀링시스템을적용할경우연간 24.48원 /TEU의비용이절감되는것으로나타났으며 2단적시스템을

31 요약 xix 적용할경우주행절감비용은연간 62.50원 /TEU과공회전비용은 56.80원 /TEU이절감되며이를합하면연간총 원 /TEU가절감되는것으로산출되었음. YC의경우동선이동거리최소화를위한운영시스템개선시 16.90원 /TEU, 리핸들링작업최소화를위한운영시스템개선시 61.20원 /TEU가절감되어 TT 2단적의절감비용효과가가장큼 - E-RTG의절감비용은 YC 1대당사용시 1억 5백만원이절감되므로이를 TEU로환산하면 211원 /TEU로산출되었으며, 슈퍼카파시터적용시 TT의 1대당연간절감액은 1억3천4백만원이므로이를 TEU로환산하면 268원 /TEU로산출됨. YC 1대당기존동력비용은 1,704원 /TEU 로서플라이휠의경우기존대비 20%, 가변출력엔진의경우기존대비 30% 의연료절감이발생하기때문에각각연간절감액은 206.4원 /TEU, 309.6원 /TEU로산출되며, 따라서단위당절감비용은가변출력엔진이가장우수한것으로나타났음 - 신기술개발및적용을통한절감비용을산출한결과수소연료전지의절감비용이 YC의경우 960원 /TEU, TT의경우 616원 /TEU로가장우수한것으로나타났으며바이오에너지의경우 YC 218원 /TEU, TT 163원 /TEU, 하이브리드엔진의경우 YC 72원 /TEU, TT 72원 /TEU의비용이절감되는것으로나타났음 기술적적용성 - 운영대안의경우항만의운영시스템개선을통해모든대안의단기적적용이가능하였다. 또한상호간의동시적용이가능한시스템으로그효율성은매우높을것으로판단되나, TT 2단적의경우전반적인이송차량의교체와더불어이를효율적으로운영하기위한운영시스템의개선도동시에이루어져야하므로 4가지대안중가장복잡한적용성을가지고있음 - 장치대안의경우 E-RTG가단기적으로가장우수하며적용장비로서는플라이휠배터리가모든하역장비에적용가능하기때문에적용성이매우뛰어나며, 모든장비들은기존의장치들을하역장비에적용가능토록개선하여적용할수있어그적용성은용이한편으로판단

32 xx - 수소연료전지는 20~30년이상의개발기간이필요할것으로판단되어적용시키는장기적적용으로검토되었으며바이오에너지, 하이브리드엔진또한기존에비해많은보완 / 개선기술이개발되어야적용이가능할것으로판단됨. 바이오에너지의경우친환경적에너지로서국가산업적, 환경적연료라는장점을고려하여제도적으로세제적용에있어타유류와구분하여적용하는것이비용절감의극대화를위한최적의방안이나항만에적용하기위해서는상당한개발비용과개발기간이소요됨으로써그적용성은매우떨어짐 2. 대안별우선순위분석 운영대안에서는초기투입비용이가장많이소요되는 TT 2단적이가장불리한것으로나타났으며일부운영시스템의개선을통한비용절감효과가가장높은 YC 재조작최소화를통한절감대안이가장우선순위가높은것으로나타났음 장치대안에서는투입비용측면, 비용절감효과성, 기술의적용성에서모두우수한플라이휠배터리가가장우선순위가앞서며, 가변출력엔진, 슈퍼카파시터, E-RTG 순으로나타났음 신기술대안에서는향후항만에적용하기위해서는장기간의개발과개선이필요한수소연료전지대안이가장불리한것으로나타났고초기투입비용이없고단기간내적용이가능한바이오에너지절감대안이가장유리한것으로나타났음 제 7 장컨테이너터미널에너지비용절감적용방향, 적용절차및추진전략 1. 컨테이너터미널의에너지비용절감방안의적용방향 기술의적용은대상영역에대한목표설정, 목표달성을위한기술대안선정, 효과의달성등이조화를이루어야하며, 비용과이익의상호유기

33 요약 xxi 적인연동하에개별컨테이너터미널의현재시스템과결합하여최적의효과를나타낼수있도록설정되어야함 2. 컨테이너터미널의에너지비용절감방안적용절차 일반화된절차에서는현황분석단계에서먼저운영및현황분석을수행하고, 에너지비용소비형태를분석하며, 이를바탕으로목표설정, 대안분석, 효과분석, 적용방안수립등의단계를거쳐야하며, 5단계의절차를거쳐서효과적인대안을선정하고적용방안을수립 운영대안의절차에서는현황분석단계에서운영계획방법, 야드크레인수, 차량수, 주행거리, 작업방식, 에너지소비현황을분석하며, 이를바탕으로목표설정, 대안분석, 효과분석, 적용방안수립등의단계를거쳐야하며, 5단계의절차를거쳐서효과적인대안을선정하고적용방안을수립 장치대안의절차에서는현황분석단계에서에너지소비방식, 개별에너지소요단가, 주행거리, 작업방식, 에너지소비현황을분석하며, 이를바탕으로목표설정, 대안분석, 효과분석, 적용방안수립등의단계를거쳐야하며, 5단계의절차를거쳐서효과적인대안을선정하고적용방안을수립 신기술대안의절차에서는현황분석단계에서신기술적용대상, 기술수준, 야드크레인수, 차량수, 주행거리, 작업방식, 에너지소비현황을분석하며, 이를바탕으로목표설정, 대안분석, 효과분석, 적용방안수립등의단계를거쳐야하며, 5단계의절차를거쳐서효과적인대안을선정하고적용방안을수립 3. 컨테이너터미널의에너지비용절감방안의추진전략 정책적추진전략 - 컨테이너터미널의에너지비용절감기술적용을위한전략적인목표설정과효율적인투자를위한기술개발추진

34 양수산부항만공사xxii - 첨단컨테이너터미널의에너지비용절감기술의연구개발을위한국내전문기술인력의확보및지속적인연구개발의활성화 - 동북아물류중심기지로의발전을위한국가적위상제고를위한첨단컨테이너터미널의에너지비용절감기술확보 컨테이너터미널의에너지비용절감기술확보전략 - 산 학 연공동연구체제구축에의한자체기술개발방안 - 컨테이너터미널관련기관의협조를통한기술개발방안 자체기술개발전략 - 정부 : 컨테이너터미널의에너지비용절감기술개발및적용을위한정책수립, 컨테이너터미널의에너지비용절감기술개발을위한컨소시엄구성, 개발기술의기존컨테이너터미널적용및신규컨테이너터미널계획시반영을위한지원 < 그림요약 -2> 컨테이너터미널에너지비용절감기술추진전략 한국해양산수업산체개발원협회대학교에너지비용절감기술개발 공공기관 학계및연구소 민간기업 - 에너지비용절감 체공공기관 기반여건, 정책핵심기술개념연구 - 개발기술관리및체컨테이너터미널의 실용화 타당성분석 - 성과확산및공동 기술개발 및- 기초, 응용연구관- 현장적용자문및련- 기술강좌공동연구단- 컨테이너터미널에너지비용절감계획수립 - 기술정책수립및시행공동연구및제작해- 기술개발투자재원확보 - 컨테이너터미널에너지비용절감사업추진 - 컨테이너터미널관리감독 - 개발기술응용및 - 응용및실용화 - 기술지원및자문 - 산업계 : 컨테이너터미널의에너지비용절감관련개발기술확보, 업체간기술공유를통한기술의통합개발

35 요약 xxiii - 연구소 : 컨테이너터미널의에너지비용절감의개념및적용기술개발, 연구방향의설정및조정 - 학계 : 기초과학및핵심요소기술의확보, 기술 / 연구인력의양성 컨테이너터미널의에너지비용절감기술개발및사업추진체계 제 8 장결론및정책건의 1. 결론 세계물류현황및항만여건변화 - 초대형선의출현 - 항만운영여건악화 - 고유가시대도래 국내컨테이너터미널의하역비용구조분석 - 컨테이너터미널하역비용분석 - 에너지비용구조분석 - 에너지비용원단위분석 국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 - 국내외에너지비용절감사례조사 - 에너지비용절감대안및효과분석 ( 운영, 장치, 신기술 ) 하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 - 하역체계의에너지소비패턴분류 - 비용절감에대한대안의구분 - 에너지비용절감모델수립 적용우선순위및타당성분석 - 컨테이너터미널적용타당성분석 - 대안별우선순위분석

36 xxiv 컨테이너터미널의에너지비용절감대안추진방안 - 에너지비용절감방안의적용방향 - 컨테이너터미널에너지비용절감방안적용절차 - 에너지비용절감방안의추진전략 2. 정책건의 정부의역할 - 기존컨테이너터미널에대한에너지비용절감계획반영필요 - 항만재개발촉진법에컨테이너터미널의에너지비용절감반영필요 - 해양수산부연구개발핵심과제에컨테이너터미널에너지절감기술포함필요 - 컨테이너터미널의에너지비용절감을위한효과적인추진체계및추진방안필요 항만공사의역할 - 컨테이너터미널의에너지비용절감을위한중재자의역할수행 - 전대차계약시에너지비용절감반영 - 정부정책건의에활용 운영사의역할 - 개별운영사조직의에너지비용절감의지강화 - 정부의항만정책수립에기여

37 제 1 장서론 1. 연구의필요성및목적 우리나라에서는동북아물류중심국가를목표로정부, 학계및산업체가긴밀한협조관계를유지하면서최선의노력을다하고있으며, 부산신항만의건설및광양항의지속적인건설로하역능력을향상시켜인근항만과경쟁하여왔다. 그러나국내항만의경우상해, 닝보항과같이강력한흡입력을갖는중국항만과경쟁을해야하기때문에가격및서비스측면에서어려운점이많다. 그예로, 상해항의경우국내환적화물및국제환적화물에대해할인해주고있으며, 닝보항도사정은이와비슷하다. 이러한이유때문에부산항의경우환적화물의유치를위해경쟁해야하는중국항만과비교하면하역요금경쟁력이훨씬떨어지고있는실정이다. 이러한상황에서부산항에기항하고있는외국적선사의말을종합해보면주물량원도중국이고환적화물의경우하역비도부산항보다저렴하기때문에중국항만이주도권을행사하고있고선사들도대부분중국에의존하고있는실정이다. 이렇게어려운상황에서우리나라항만이경쟁력을확보할수있는방법은하역원가의절감밖에없으며, 하역원가절감을위해서는고정비용을줄이거나변동비용을최소화해야하나, 고정비용은하역생산성측면에서시설또는장비를줄일수없으므로, 변동비용을최소화하는방법이선택가능한대안이다. 이의한가지대안은고유가로인한추가비용발생으로수익성이악화되고있는컨테이너터미널의에너지비용 ( 유류비용 ) 을최소화하는것이다. 2007년 10월현재국제유가가배럴당 90달러를넘어서고있으며, 이에따라, 2006년상반기주요항만하역사들의영업이익률을분석한결과에의하면고유가등으로인해전년동기 2~3% 포인트감소한것으로나타났다. 또한, 부산신항및광양항을비롯한지방무역항 ( 마산신항, 영일신항등 ) 의새로운컨테이너터미널이향후개장이예정되어있어유류를사용하는하역장비의보유대수가지속적으로증가할전망이다.

38 2 국내컨테이너터미널의경우부산항및광양항에서유류를사용하는장비의연간사용량및사용액을계산하면 RTGC 14,072천리터, 야드트럭 8,504천리터, 기타하역장비 6,937천리터로총연간유류사용량은 29,513천리터에이르며, 경유가격을리터당 1,200원으로가정하여사용액을계산하면 RTGC 약 168억 9천만원, 야드트럭약 102억원, 기타하역장비 83억 2천만원으로총합계약 354억 2천만원에이르며, 하역장비에공급되는경유의경우화물차들과달리유가보조금을받지못하고있어항만하역사들은고유가에따른장비운영비부담이날로커지고있는상황이다. < 표 1-1> 하역장비의연간사용량및사용액 구분 대수 단위당유류소비량 2) 유가 ( 원 ) 3) 처리물량 ( 천TEU) 연간유류사용량 (L) 합계 RTGC 리터 /TEU 1,200 9,910 14,072, 억 9 천 야드트럭 리터 /Hr 1,200 9,910 8,503, 억 기타하역장비 리터 /TEU 1,200 9,910 6,937, 억 2 천 합계 29,512, 억 2 천 주 : 1) 장비대수는항만을제외한철송장등에서의대수는제외한것임 2) 처리물량은부산항중일반부두물량을빼고광양항물량을더한값 3) 야드트럭운영률은 60% 가정 급등하는유가속에서국내외의컨테이너터미널에서는에너지사용및비용절감을위해서많은노력을기울이고있으며, 이를위한한방편으로 BPA(Busan Port Authority) 에서는디젤엔진을사용하는야드크레인을전기식으로개조하여운영비용을절감하는방안을시행중이며, 터미널운영사에서는하역장비의공회전을줄이거나, 몇몇장비의전기식으로의대체를추진하고있다. 항만에서하역장비의전기식으로의전환은 2003년 4월 1일부터산업용전기로적용돼일반용전기에비해최대 1.5배저렴하여, 경유를이용하는하역장비보다전기를이용할경우비용절감폭이상당히크기때문이다. 2) A 터미널의내부자료. 3) 현재유가고려.

39 제 1 장서론 3 또한, 최근에부각된개념으로외국의경우에는에너지의사용을최소화하기위해서슈퍼카파시터 (Super-Capacitor) 4) 를이용한에너지세이빙기술에초점을맞추고있으며, 이외에도엔진의회전체에질량이높은물체를달아서폭발에너지를관성에너지로변환하여사용하는플라이휠방식이나, 엔진 RPM을변환하여에너지사용을최소화하는 Variable Speed 방식에대해서연구하고있다. 이중에에너지세이빙기술은컨테이너의하역작업시또는블레이킹 (Braking) 시발생하는회생전력을카파시터에저장하였다가다시재사용하는방식으로, 현재상가포르의 STA사, 독일의지멘스사등에서연구개발하고있다. 지멘스사의경우스페인의알제시라스 (Algeciras) 터미널에서운영되고있는 17 대의 RTGC에자사의슈퍼카파시터를설치하고있으며, 프로토타입을제작하여 1시간 45분간테스트해본결과자사의슈퍼카파시터를설치하는경우 30~50% 5) 까지유류사용이절감되는것으로나타났다. 향후국내항만이동북아물류중심국가로나아가고주위경쟁항만과의경쟁에서우위를점하기위해서는항만의비용구조를개선해서하역비용을낮추어야하며, 이를통해서경쟁력을강화하고지속적으로환적물량을유치해야한다. 따라서, 본연구에서는고유가에대비하여컨테이너터미널의비용절감을통해서운영효율성을향상시키는데그목적을두고있으며, 또한국내항만의경쟁력강화를위해에너지비용절감모델을개발하고모델별대안을제시하고있다. 구체적인연구의내용에있어서는컨테이너터미널의운영현황을파악하고, 이를바탕으로가능한대안을수집, 분석하고, 특히하역시스템측면에서전세계적으로에너지비용절감을위한새로운기술을수집, 분석하였다. 이를토대로적용가능한대안을선정하여적용효과를분석하며, 에너지비용절감모델을수립하고, 적용우선순위를분석하여, 이를이용한구체적인적용방안을수립하여정책대안을제시하였다. 4) 일종의충전식배터리로필요전력을저장했다가사용후회생전력을이용해서재충전하는장치. 5) SEOHO&SIMENS, "Rubber Tyred Gantry Crane Innovation", 2005 Crane Technology Seminar Korea.

40 4 2. 주요연구내용및연구의방법 본연구에서는컨테이너터미널의에너지비용절감방안을연구하기위해서국내컨테이너터미널의하역비용구조분석, 국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석, 하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립, 적용우선순위및타당성분석등컨테이너터미널에너지절감추진방안을도출하는데초점을둔다. 제1장서론에이어제2장 세계물류현황및항만여건변화 에서는초대형선의출현, 고유가시대도래및항만운영여건악화에따른우리나라항만이처한상황을파악한다. 제3장 컨테이너터미널의하역비용구조분석 에서는기본적인컨테이너터미널에서의하역비용을분석하며하역비용중에컨테이너터미널의에너지비용이차지하는비율및개별하역장비의에너지비용을조사한다. 제4장 국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 에서는국내외에너지비용절감사례를조사하며, 에너지비용절감대안및효과분석을운영, 장치, 신기술로나누어서수행한다. 제5장 하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 에서는수집된에너지비용절감을위한대안을이용한에너지비용절감모델을수립한다. 제6장 적용우선순위및타당성분석 에서는컨테이너터미널의에너지비용절감을위한적용우선순위분석및적용우선순위별도입타당성을분석한다. 제7장 컨테이너터미널의에너지절감대안추진방안 에서는추진방향, 적용절차및추진전략을기술한다. 제8장 결론및정책건의 에서는본연구의결론및수행된연구결과물의이용에관한정책건의를기술한다.

41 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 5 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 1. 초대형선시대의진입 1) 컨테이너물동량의증가세계교역규모의증대에따라컨테이너처리량은 1980년 3천 8백만TEU에서 2006년까지 4억 4천만TEU로약 11.6배증가하여연평균 9~12% 의높은성장률을보였다. 또한 DSC(2007) 자료에따르면 2011년세계컨테이너예측물동량은 6억 8천만TEU로서연평균 9% 의증가를보일것으로예측되고있다. 이러한지속적인컨테이너물동량의성장세는과거미주, 유럽, 아시아, 아프리카순으로이어지는경제발전의순환에그원인이있으며, 특히극동아시아, 남아시아, 중동등아시아의급속한경제발전에힘입은바가크다. 세계컨테이너처리물동량실적및예측 < 표 2-1> ( 단위 : 천 TEU) 구분 물동량 38,821 88, , , ,962 연평균증가율 자료 : Drewry Shipping Consultant Ltd, The Drewry Annual Container Market Review and Forecast 2006/07, ) 초대형컨테이너선의급증세계적컨테이너물동량의증가와더불어대형선사의합병및글로벌화, 운항연료비의증가와운임가격의하락은컨테이너운송에있어규모의경제를추구하기위한선사전략의일환으로컨테이너선의대형화를유도하고있다. < 표 2-2> 에서보듯이컨테이너선은과거 1세대의 700TEU급의피더선규모에서현재 8세대급인 1만 1천TEU급의초대형선규모가운항되고있다.

42 6 < 표 2-2> 컨테이너선의세대별발전현황 구분 Ⅰ 세대 Ⅱ 세대 Ⅲ 세대 Ⅳ 세대 Ⅴ 세대 Ⅵ 세대 Ⅶ 세대 Ⅷ 세대 발전방향 대형 / 고속화 에너지절약화 거대화 초거대화 명칭피더형핸디형준파나막스 파나막스포스트파나막스 슈퍼포스트파나막스 울트라막스 시기 60 년대후반 70 년대 70 년대말 80 년대후반 90 년대전반 90 년대후반 90 년대말 21 세기초 선형 (TEU) 700~ 1,500 1,800~ 2,300 2,000~ 2,500 2,500~ 4,400 4,300~ 5,400 6,000~ 6,670 7,000~ 8,700 10,000~ 13,000 자료 : 해외해사정보 ( 일 ) 1990년 4천 4백TEU급선박의발주가시작되었고약 13년뒤인 2003년부터 8천 TEU급선박의발주가증가되면서초대형컨테이너선의운항경쟁이가속화되기시작하였다. 이로부터불과 3년뒤인 2006년에세계1위선사인머스크라인의 1만 1천TEU급초대형선이운항되기시작하였으며동선박은극동아시아-유럽간의정기항로에투입되어운항되고있다. 최근들어글로벌선사들의선박대형화경쟁이가속화되고있는데스위스선사 MSC( 세계2위 ) 와프랑스선사 CMA CGM( 세계3 위 ) 이국내조선에발주한선박의설계변경을통해 1만 1,300TEU급규모의선박을대량발주하였으며, 삼성중공업은 2007년 1만 2,600TEU급초대형컨테이너선 8척, 2007년 8월 STX 조선은 1만 2천 4백TEU급컨테이너선 9척을수주하였다. 이러한선박의발주현황을살펴보면불과 2~3년만에그규모가 50% 증가된컨테이너선의초대형화가가속화되고있는상황임을알수있으며향후기술개발정도에따라수년내에 1만 5천TEU급선박의등장도예상된다.

43 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 7 < 표 2-3> 국내조선사수주현황의변화 (2003~2007) 조선사 TEU 수량 ( 옵션 ) 수주 / 인도비고 현대중공업 현대삼호중공업 삼성중공업 대우조선 8, ,5,6,7,9월 Costamare Shipping( 그리스 ) 8,200 4(4) ,4,5,6월 CMA-CGM ( 프랑스 ) 8, 현대상선 ( 한국 ) 8, , 2006 하팍로이드 8, 년수주 현대상선 ( 한국 ) 10, 년수주 COS주O 10, 수주 Zim( 이스라엘 ) 외 12, 수주 유럽선주 8, CMA-CGM사 ( 프랑스 ) 8,000이상 유럽선주사 5곳 8, CP Offen( 독일 ), MSC( 스위스 ) 8, ~2005 Seaspan Container Lines( 캐나다 ) 8, OOCL 8,063 6) , OOCL 8, ~2006 OOCL 9,600 4(4) 2006 Seaspan Container Lines( 캐나다 ) 12, 수주 피터돌레 ( 독일 ) 8,400 2(3) 2005~2006 A-NRG, N-NRG 8, 수주 Mediterranean Shipping Co(MSC) CP Offen( 독일 ), 8, 한진중공업 MSC( 스위스 ) 8, KZOSG( 독일 ) STX 조선 12, 수주 니키그룹 ( 그리스 ) 자료 : 1. 국내중공업회사내부자료 2. BRS-Alphaliner 6) OOCL Shenzhen 호. OOCL Long Beach 호.

44 8 3) 초대형컨테이너선의등장에따른하역원가의상승일반적으로컨테이너터미널의하역시스템은안벽장비, 야드장비, 이송장비등 3가지장비로구성된다. 이중안벽장비는컨테이너크레인 (C/C:Container Crane), 야드장비로는 RTGC(Rubber Tired Gantry Crane) 또는 RMGC(Rail Mounted Gantry Crane), 이송장비로는 YT(Yard Truck) 이주로사용된다. 국내컨테이너터미널의하역시스템은사용되는야드장비의종류에따라 RTGC시스템과 RMGC시스템 2가지종류로나누어진다. RTGC시스템은디젤을사용하는 4단6열 ~5단6열규모의소규모야드장비로서과거국내대부분의컨테이너터미널들이동시스템을적용하여운영하고있다. < 표 2-4> 국내주요컨테이너터미널하역시스템 구분터미널하역시스템비고 부산항 광양항 자성대터미널 신선대터미널 감만터미널 신감만터미널 우암터미널 감천터미널 부산신항만 ( 북항 2 개터미널 ) 부산신항만 ( 남항 3 개터미널 ) 광양항 1 단계 광양항 2 단계 광양항 3 단계 1 차 C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RMGC C/C-SHC(AGV)-RMGC 계획중 (3개터미널 ) C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC C/C-YT-RTGC 광양항 3 단계 2 차 C/C-AGV-ATC 계획중 자료 : 최상희, 시뮬레이션을이용한컨테이너터미널설계의중요성과정책적추진방안, 월간해양수산,

45 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 9 이에반해최근에는컨테이너선의대형화와더불어대형항만에서는부지이용의효율화, 장비의자동화등을위해 RMGC시스템을채용하여운영하고있는추세에있다. 이러한하역시스템의조합및구성장비의소요대수는기항하는선박의크기, 리프트수량등하역생산성에많은영향을미치게된다. 즉선박의크기가소형이고작업컨테이너수량이적다면투입되는안벽, 이송, 야드장비의수는적은대수로도충분한서비스가가능하게된다. 그러나반대로대형선이거나작업컨테이너수량이많을경우충분한하역장비가투입되지않는다면컨테이너터미널의생산성은저하되고고객인선박에대한서비스수준은저하될수밖에없으므로컨테이너터미널의경쟁력은현저히떨어지게된다. 따라서, 과거주력선종이 5천TEU급컨테이너선에서현재 8천TEU급선종으로변화하고있고, 기항선박의최대선형또한 1만 1천TEU급에서 1만 3천TEU급으로의변화가예상되는바항만이경쟁력을갖기위해서는투입되는장비의수량을증가시키거나장비의성능을개선시킬수밖에없다. 과거 5천TEU급선박에대해 C/C 2~3대, YT 3~4대, RTGC 3대정도의장비를투입하여 36시간이내처리가가능했던부분들이 8천TEU급선박에대해서비스하기위해서는 C/C 4대이상, YT 5대이상, RTGC 4대이상의소요대수가필요하게된다. 향후주력선종이 1만TEU급이상으로증가되거나선사에서선박작업시간의단축 (24시간이내 ) 을요구하게된다면더욱많은장비의투입이필요하게된다. 이러한여건들이항만의입장에서는대고객을위한서비스수준을증가시키는요인이긴하나선박의대형화가장비시설비의증가, 장비운영비의증가등하역원가를증가시키는주요요인으로작용하고있다. 2. 고유가시대의도래 1) 세계석유생산및소비현황세계석유의생산및소비현황은살펴보면생산은 1992년 31억 8천만톤에서 2005년 38억 9천만톤으로 14년동안약 22.3% 증가하였다. 또한, 소비도 1992년 31억 7천만톤에서 38억 3천만톤으로약 20.8% 증가하는데그쳤으며생산및소비의연평균증가율은 1.5% 내외로나타나고있다.

46 10 세계석유생산및소비현황 < 표 2-5> ( 단위 : 백만톤 ) 연도 생산 소비 자료 : 산업자원부홈페이지 < 그림 2-1> 연도별세계석유생산및소비현황

47 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 11 향후에도과거 14년간의석유생산및소비량을살펴보았을때, 절대적생산및소비량의변화는미미할것으로판단된다. 이는대체연료의개발, 매장량의한계, 생산량의조절및각국의에너지정책등으로그증가량의급속한변화는없을것으로판단된다. 2) 세계유가의변화세계의유가는 1973~1974년, 1978~1980년 2차례에걸친국제석유가격의상승으로인해석유를소비하는국가들을비롯한세계적혼란을야기시킨 1, 2차석유파동이있었다. 제1, 2차석유파동을겪으면서세계각국의경제성장률은크게감소될정도로유가가각국산업에미치는영향은매우지대하다. 아래 < 표 2-6> 을살펴보면 1994년부터 2003년사이에원유가의변동폭이컸던시기도있었으나 10여년간절대적인유가는 25달러내외로안정세를보이고있었다. 그러나 2004년의 33.77$/bbl, 2005년 49.37$/bbl, 2006년 61.50$/bbl로서전년에비해각각 26%, 46%, 24% 등급격한증가세를보이고있으며 2006년의원유가는 3 년전에비해약 2배이상급등한가격을보이고있다. < 표 2-6> 국제원유가변동추이 년도 가격 ($/bbl) 증감률 (%)

48 12 < 표 2-6> 국제원유가변동추이 < 계속 > 년도가격 ($/bbl) 증감률 (%) 자료 : 대한석유협회홈페이지주 : 가격은및증감률은두바이유기준 향후의원유가격은중국, 인도, 러시아등급성장하는국가들의수요및글로벌수요의증가와일부산유국의정정불안, 투자부족으로인한원유생산시설의부족등으로인해당분간상승추세를보일것으로판단된다. < 그림 2-2> 국제원유가변동추이

49 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 13 이러한징후는 < 표 2-7> 및 < 그림 2-3> 에잘나타나있다. 2007년 10월현재국제원유가격 ( 두바이기준 ) 은 77$ 대로서 2006년 10월동기대비 36% 급등한것으로나타나있으며, 최근원유값의징후는미원유재고의감소, 달러화의약세등공급부족의움직임이나수요가증가될만한징후만보여도급등하는추세를보이고있어향후배럴당 100달러의돌파는시간적문제로대두되고있다. 전문가들도이러한상승추세는장기적으로도지속될것으로예견하고있다. 국제유가월별가격 (2006~2007) < 표 2-7> ( 단위 : $/ 배럴 ) 월 Dubai Brent 06년 01월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 월 년 01월 월 월 월 월 월 월 월 월 월

50 14 < 그림 2-3> 월별국제유가변동추세 (2006~2007) 이러한원유가격의변화추세는다수의하역장비를운영하는항만에직접적인영향을미치게된다. 특히디젤을사용하는 YT- RTGC시스템을가진국내대부분의컨테이너터미널들은하역원가의상승및운영비의증가등항만경쟁력저하요인으로작용할가능성이매우크다. 3) 항만의운영여건악화현재세계적으로머스크라인을비롯한글로벌선사들은중국으로기항지를이동하고있으며중국에자사컨테이너터미널보유도늘리고있는추세에있다. 아시아의허브항만으로급부상하고있는중국에서의급증하는물동량, 저렴한항만시설사용료, 수출입기업의중국이전, 글로벌선사의이탈등불리한요건에따라국내환적화물및수출입물동량이정체또는증가율감소추세를보이고있어향후국내항만의입지가매우불안한상황에놓여있다. 따라서, 현국내항만의입지는항만물동량유치, 항만서비스수준향상, 항만운영비용절감등다양한각도에서국내항만의경쟁력을키워야하는과제를안고있는상황이다. 현재전세계적으로대형항만의야드하역장비의발주현황을살펴보면디젤을사용하는 RTGC의비율이점점축소되고있는실정이며상대적으로전기를사용하는 RMGC의비중이높아지고있는추세에있다.

51 제 2 장세계물류환경및항만여건변화 15 < 표 2-8> 야드크레인유형별시장점유변화분포 구분 수량 ( 대 ) 비율 (%) 수량 ( 대 ) 비율 (%) 수량 ( 대 ) 비율 (%) 수량 ( 대 ) 비율 (%) 수량 ( 대 ) RTGC RMG C 합계 주 : 1) 2003 년의경우전체 284 기가발주되었으나 ZPMC 에서발주받은 121 기는정확한사양이발표되지않아제외 2) 2005 년이후의수량은 2006 년도 4 월까지의발주물량포함자료 : Cargo Systems, 각년호 비율 (%) 이는 RMGC가자동화및대형화의이점도있지만전기를사용함으로써고유가시대의연료비절감과그에따른유지보수비의절감을통해항만운영여건이향상되는매우많은장점을가지고있기때문이다. 국내의경우부산북항의대부분을차지하고있는 RTGC 하역시스템은유가가증가할수록유류비와같은직접운영비가급격히증가하는하역장비운영구조를가지고있다. < 표 2-9> 부산항의디젤사용하역장비현황 구분자성대신선대감만신감만우암감천 RTGC YT RS FL 주 : RS : Reach Stacker, FL : Folk Lift 자료 : BPA, 부산항컨테이너화물처리및수송통계, 2006 이에반해신규로운영되거나건설되는부산신항 1-1, 2단계, 2-1~2-4단계의컨테이너터미널은모두야드장비를 RMGC시스템으로운영 계획함으로써고유가시대에항만운영측면에서의경쟁력을보유할것으로판단된다.

52 16 < 표 2-10> 부산신항의전기 / 디젤사용하역장비현황 (C/C 제외 ) 구분 1-1 단계 1-2 단계 2-3 단계 2-4 단계 RMGC YT SHC RS/TH 주 : 1) 부산신항만 2-3 단계이후는민간투자사 / 운영사내부자료를참조하였으며계획중인자료로서향후변경가능 2) SHC : SHuttle Carrier, TH : Top Handler 자료 : 부산신항만홈페이지 2007년 11월현재유가는배럴당 $77 내외 ( 두바이유기준 ) 를상회하고있으나전문가들은향후 $100까지도급등할것으로예견하고있어유류를사용하는하역장비를보유한항만의경쟁력이점점더약화될것으로판단된다.

53 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 1. 컨테이너터미널하역비용 1) 항만의항만시설사용료 (1) 부산항및광양항대표적인컨테이너항만인부산항과광양항의항만시설사용료를살펴보면부산항의경우선박입출항료, 접안표, 화물입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수수료등의 12가지항목을항만시설사용료로징수하고있으며, 광양항의경우선박입출항료, 접안표, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수수료등 11가지항목의항만시설사용료를징수하고있다. < 표 3-1> 항만부산항광양항 광양항과부산항의항만시설사용료세부항목 항목 선박입출항료, 접안표, 화물입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수수료 선박입출항료, 접안표, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수수료 (2) 전세계주요항만전세계의항만중물동량점유율상위의항만인상해, 동경, 가오슝, 상가포르, 홍콩, 로테르담항의항만시설사용료를살펴보면톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 항만건설비, 도선료, 예선사용료, 하역료, 상하차료, 검수료, 해치개폐료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 선박검역, 세관수수료, 경비료, MWF (Maritime Welfare Fee), 쓰레기수거료등의 19가지항목으로구성되어있다. 상해항의경우톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 항만건설비, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수거료등의 11가지항목을징

54 18 수하고있으며, 동경항은톤세, 선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 선박검역, 세관수수료, 경비료, MWF(Maritime Welfare Fee), 쓰레기수거료등의 13가지항목을징수하고있다. 가오슝항은톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수거료등의 11가지항목을징수하고있고, 상가포르항은톤세, 선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 상하차료, 검수료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, MWF, 쓰레기수거료등의 13가지항목을징수하고있다. 홍콩항은선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 세관수수료, 경비료등의 9가지항목을징수하고있으며, 로테르담항은선박입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료등의 6가지항목을징수하고있다. < 표 3-2> 항만 상해 전세계주요항만의항만시설사용료항목 항목 톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 항만건설비, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수거료 동경 톤세, 선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 선박검역, 세관수수료, 경비료, MWF, 쓰레기수거료 가오슝 톤세, 선박입출항료, 접안료, 화물입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 검수료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 쓰레기수거료 상가포르 톤세, 선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 상하차료, 검수료, 라싱료, 라인핸들링료, 선박대리점료, MWF, 쓰레기수거료 홍콩 선박입출항료, 접안료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료, 세관수수료, 경비료 로테르담 선박입출항료, 도선료, 예선사용료, 하역료, 라인핸들링료, 선박대리점료

55 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 19 (3) 전세계주요항만과국내항만의항만시설사용료비교부산항및광양항을비롯한전세계주요항만의항만시설사용료를동일선상에서비교하기위해서항만시설사용료체계개편방안에관한연구에서요율산정의기본가정으로삼고있는선박규모 5,300TEU급컨테이너선, 하역물량 2,000TEU ( 양하 : 300TEU, 350FEU, 적하 : 300TEU, 350FEU), 시간당안벽크레인생산성 30Box (40TEU) 를기준으로비교분석하면다음과같다. 전세계주요항만의항만시설사용료비교 < 표 3-3> ( 단위 : 천원 ) 항목부산상해동경가오슝상가포르 홍콩 로테르담 광양 톤세 - 11,630 4,393 1, 선박입출항료 8,532 5,198 1,350 1,165 3,847 2,087 26,130 1,706 접안료 2, ,690 3,313 7,067 2, 화물입출항료 8,400 9,000-38, 항만건설비 - 10, 도선료 1,962 5,711 13,467 3, ,350 9,120 3,001 예선사용료 2,471 6,330 6,509 2,030 1,496 2,160 3,840 1,794 하역료 85, , , , , , ,000 63,000 상하차료 , 검수료 6,800 5,400-6, ,800 해치개폐료 라싱료 8, , ,620 라인핸들링료 , , 선박대리점료 3,341 23,557 2,000 1,785 1,741 1,740 5,520 3,341 선박검역 세관수수료 경비료 MWF 컨테이너세 40, 쓰레기수거료 , 합계 168,858 (128,858) 184, , , , , ,610 90,836 비교 100 (100) 109 (143) 190 (250) 107 (141) 145 (190) 247 (324) 121 (158) 54 (70)

56 20 MWF : Maritime Welfare Fee 자료 : 항만시설사용료체계개편방안에관한연구 ( 04. 9/ 한국해양수산개발원 ) 요율산정기본가정 - 선박규모 : 5,300 TEU 급컨테이너선 (66,654GT, 24,405NT, 67,115DWT) - 하역물량 : 2,000TEU( 양하 : 300TEU 350FEU, 적하 : 300TEU 350FEU) - 시간당 GC 생산성 : 30BOX (40TEU) - ( ) 컨테이너세폐지시금액및비율 부산항의항만시설사용료를 100이라고할때, 상해항은 109, 동경항은 190, 가오슝항은 107, 싱가포르항은 145, 홍콩항은 247, 로테르담항은 121이며, 광양항은 54 정도수준이다. 이러한비율은 2007년 1월 1일부로폐지된컨테이너세를고려할경우상해항은 143, 동경항은 250, 가오슝항은 141, 상가포르항은 190, 홍콩항은 324, 로테르담항은 158이며, 광양항은 70정도수준으로현재, 부산항이상당한비용경쟁력을확보하게되어부산항의경우 7월한달간 116만 7천TEU를처리해 3개월만에월간최대컨테이너처리량기록을경신하고있다. 이러한부산항컨테이너처리량의증가는컨테이너세의폐지에따른것으로분석되며, 앞에서살펴본바와같이부산항의지리적인위치와가격경쟁력을가지고지속적으로발전할수있다는것을의미한다. < 표 3-4> 구분 06 년 7 월 07 년 7 월 부산항컨테이너처리실적 (2007.7) 전년대비 (%) ( 단위 : TEU) 06 년 1~7 월 07 년 1~7 월 수입 281, , ,972,154 2,154,392 수출 282, , ,944,312 2,120,145 수출입합계 563, , ,916,466 4,274,537 환적 437, , ,029,876 3,458,389 연안 ,725 3,793 총계 1,002,417 1,167, ,971,067 7,736,719

57 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 21 2) 항만하역료 (1) 항만하역료의구성항만에서컨테이너를적양하하는데관련되는모든직접비용을정리하면인건비, 복리후생비, 동력비, 장비유지비, 보험료, 경비료, 전대사용료, 장비리스표, 노임보상금, 제세공과금, 교육훈련비등의 11가지항목으로구성된다. 2005년도부산항 P터미널의하역수입및그에따른하역료의비용지출구성을살펴보면동력비, 즉유류비와전기사용료를합한금액의비율이전체하역원가의 6% 를차지하고있다. 이러한 6% 의비율이요즘과같이지속적으로유류비용이증가한다면 7%, 8% 로증가하여컨테이너터미널운영비용의증가를가져올것이다. 부산항 P터미널의하역비용 < 표 3-5> ( 단위 : 백만원 ) 항목 금액 비율 항목 금액 비율 인건비 26,511 29% 경비료 689 1% 복리후생비 4,679 5% 기타직접비 9,413 10% 동력비 5,158 6% 감가상각비 4,981 6% 장비유지비 3,539 4% 시설임차료 31,572 35% 수선유지비 683 1% 판매관리비 2,377 3% 동산보험료 815 1% 비용계 90, % 자료 : 부산 P터미널내부자료 (2) 동력비의구성컨테이너터미널에서사용되는동력비는크게전력비용과유류비용으로구분할수있다. 전력비용은일반적으로안벽크레인, 냉동컨테이너, 기타 ( 조명 ) 등에소요되는비용이며, 유류비용은야드크레인, 야드트럭, 리치스태커등에사용되는비용이다.

58 22 1 전력비용전력비용은안벽크레인의전력비용과냉동블록에서사용되는전력비용, 기타 ( 조명 ) 전력비용으로나눌수있다. 가. 안벽크레인전력비용광양 A터미널에서지난 2006년도의실적자료를토대로안벽크레인의전력비용을분석해보면안벽크레인 2기의전체전력사용은 131호기의경우연간 190,300KW를사용했고, 132호기의경우연간 194,526KW를사용했다. 이를월평균으로산출하면 131호기의경우 15,858KW가되며, 132호기의경우 16,210KW가된다. 전체수요의패턴을보면, 날씨가추워지는 10월부터다음해봄이시작되는 3월까지전력수요량이평균이하의수치를보이며, 날씨가따뜻해지는 4월부터 9 월까지의전력수요량이평균이상의수치를나타내고있다. 광양항 A 터미널의전력량및금액 < 표 3-6> ( 단위 : KWH, 천원 ) 구분 G/C 131 호 132 호전력량금액전력량금액 1 월 9, , 월 13, , 월 12, , 월 22,050 1,109 22,280 1,121 5 월 20,290 1,021 19,960 1,005 6 월 21,970 1,106 24,440 1,230 7 월 16,170 1,201 15,910 1,182 8 월 16,880 1,254 16,700 1,241 9 월 18, , 월 14, , 월 9, , 월 13, , 합계 190,300 10, ,526 11,106 평균 15, , 자료 : 광양항 A 터미널내부자료

59 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 23 전력량에따라서 KW당약 57.17원을지불하여안벽크레인의사용에따른연간전력사용비용은 131호기의경우 10,876천원을지불하였으며, 132호기의경우 11,105천원을지불하였다. 광양항 A터미널의연간처리물량, 작업시간및생산성을안벽크레인별로분석하면 131호기의경우 43,930Van을처리하였으며, 총작업시간 1,328시간, 순작업시간 1,138시간, 시간당총생산성 33.07Van, 순생산성 38.60Van이며, 132호기의경우 42,229Van을처리하였으며, 총작업시간 1,278시간, 순작업시간 1,137시간, 시간당총생산성 33.05Van, 순생산성 37.14Van이다. < 표 3-7> 구분 합계 광양 A 터미널의처리물량, 작업시간및생산성 처리물량작업시간생산성 (Van/Hr) Van TEU 총작업시간순작업시간총생산성순생산성 비율 (%) 합계합계비율 (%) , ,229 1, , , ,084 1, , 합계 86, ,313 2, , 합계 비율 (%) 평균 평균 < 표 3-8> 구분 광양 A 터미널의안벽크레인고장시간, 장비가동률및전력사용량 고장시간및장비가동률 (%) 고장시간 장비가동률 (%) 전력사용량 (KWH) 전력사용량 (KWH) TEU 당전력소비량 (KWH) 합계 고장률 평균 합계 비율 합계 % 18.29% 190, % 17.60% 194, 합계 % 17.94% 384, 광양항 A터미널의안벽크레인고장시간, 장비가동률, 전력사용량을살펴보면 2006년도기준으로 131호기의고장시간은 13.14시간, 장비가동률은 18.29%, 전력사용량은 190,300KWH로 TEU당 2.75KWH를사용했으며, 132호기의경우고장시

60 24 간은 2.88시간, 장비가동률은 17.60%, 전력사용량은 194,526KWH로 TEU당 2.99KWH를사용하였다. 이를평균하면안벽크레인의 TEU당평균전력사용량은 2.87KWH로나타났다. 나. 냉동및기타 ( 야간조명 ) 전력비용광양항 A터미널은 342개의냉동플러그를운영하고있으며냉동블럭및기타운영을위한야간조명에사용되는전력비용은 4월부터증가하여 8월까지더워진날씨에따라많은전력이소비되며, 이후기온이낮아짐에따라전력소비량이줄어든다. 운영을위한기타야간조명들은월전력소비량이비슷한양상을띤다. < 표 3-9> 구분 냉동및기타 ( 야간조명 ) 전력비용 냉동기타 ( 야간조명 ) 전력량 (KWH) 금액 ( 원 ) 전력량 (KWH) 금액 ( 원 ) 1월 5, ,349 11,852 1,094 2월 5, ,760 10,957 1,037 3월 5, ,779 11,547 1,037 4월 21,384 1,762,904 13,874 1,143 5월 40,128 3,372,881 14,862 1,249 6월 13,128 1,230,929 13,854 1,299 7월 12,264 1,337,424 14,527 1,584 8월 14,616 1,575,189 15,831 1,706 9월 8, ,332 12,961 1,183 10월 7, ,484 11,854 1,233 11월 4, ,472 10,624 1,154 12월 5, ,444 11,627 1,074 합계 145,248 13,477, ,370 14,796 평균 12,104 1,123,162 12,864 1,233

61 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 25 다. 전력비용종합광양항 A터미널의전력비용을종합하여개별전력소비량으로표시하면안벽크레인의경우 TEU당평균 2.87KWH를사용하였으며, 냉동컨테이너전력장치의경우월 12,104KWH, 야간조명의경우월 12,864KWH를소비하였다. < 표 3-10> 광양항 A 터미널의단위전력소비량 안벽크레인 (KWH/TEU) 냉동 (KWH/ 월 ) 야간조명 (KWH/ 월 ) 전력소비량 ,104 12,864 2 유류비용컨테이너터미널의유류비용은야드크레인, 야드트럭, 리치스태커로구분하여분석한다. 가. 야드크레인유류비용광양항 A터미널은 2006년현재총 10대중물량의부족으로 3대의야드크레인을운영하고있으며, 항만에서연간처리한물량은 134,313TEU였으나, 야드크레인이처리한물량은 220,614TEU로야드크레인의작업량이처리물량의 1.64배높게나타났다. 가동시간은총합계연간 9,019시간이며, 가동률평균은 41%, 유류사용량은 223,370리터이며, 일일평균가동시간은 8.28시간, TEU당유류사용량은평균 1.01 리터이며, 시간당평균 24.80리터의유류를사용하는것으로나타났다. < 표 3-11> 야드크레인유류비용 구분유류 TEU당시간당처리물량일일평균가동시간가동률사용량유류유류 (TEU) 가동시간번호 (Lt) 사용량소비량 ,377 2, % 74, ,722 3, % 70, ,515 3, % 78, 합계 220,614 9, % 223, 주 : * 는평균

62 26 나. 야드트럭유류비용 2006년현재광양항 A터미널의경우 15대의야드트럭을운행하였으며, 연간가동시간은 13,070시간이며, 평균가동시간은 871시간이다. 평균유류사용량은 5,595 리터이며, 시간당평균 6.42리터를소비했다. < 표 3-12> 가동시간및장비가동률 야드트럭의유류비용 유류사용량 구분 가동시간 (HR) 가동률 (%) 유류사용량 (Lt) 시간당소비량 (Lt/HR) 합계 평균 합계 평균 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 합계 13, , * : 평균 다. 리치스태커유류비용광양항 A터미널의리치스태커는 2대이며, 대부분의공컨테이너를처리하는데사용된다. 연간처리물량은 126,067TEU이며, 연간가동시간은 4,575시간으로평균 2,288시간에가동률은평균 31.51% 이다. 연간유류사용량은 76,910리터로일일평균 6.30시간을가동하였으며, TEU당유류소비량은 0.61리터로시간당평균 리터를소비했다.

63 제 3 장컨테이너터미널의하역비용구조분석 27 구분 번호 처리물량 (TEU) 가동시간 < 표 3-13> 리치스태커의유류비용 가동률 유류사용량 ( 리터 ) 일일평균가동시간 TEU 당유류사용량 ( 리터 ) 시간당유류소비량 ( 리터 ) ,248 2, % 46, ,819 1, % 30, 합계 126,067 4, % 76, * : 평균 라. 유류비용종합광양항 A터미널의유류비용을종합하여개별유류사용량으로표시하면야드크레인의경우 TEU당평균 1.01리터를사용하였으며, 야드트럭의경우 TEU당 0.63 리터, 리치스태커의경우 TEU당 0.58리터를소비하였다. 이러한 TEU당단위소비량을바탕으로추후표준터미널의유류소비량과개선된대안의적용시유류소비량을비교할수있다. 광양항 A터미널의유류사용량 /TEU < 표 3-14> 단위 : 리터 야드크레인 야드트럭 리치스태커 유류사용량

64 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 1. 국내외에너지비용절감사례 1) ECO-RTG Siemens Cranes과 APM 터미널은새로운 RTG 드라이브시스템을공동개발했다. ECO-RTG 시스템은에너지효율이매우높아서터미널운영에필요한연료소비를줄이게되고, 이로인해오염물배출및운영비가줄어들게된다. 스페인알제시라스항의 APM 터미널에서 ECO-RTG 시제품을현장테스트해본결과, 연료소비가 50% 이상감소하였다. 또한소음감소, 오염물배출감소, 유지보수감소, 연료보충횟수감소등의효과를나타냈다. < 그림 4-1> 스페인알제시라스항의 ECO-RTG 자료 : Kuilboer, R., Evaluating the ECO-RTG concept, Port Technology International, Issue 33, pp , 2007

65 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 29 APM 터미널에서는기존 RTG와 ECO-RTG의성능을비교하는실험이실시되었다. 1시간 45분동안미리정의된순서대로 30개의컨테이너를처리하였다. 기존 RTG는총 28.1리터의연료 ( 시간당 16.1리터 ) 를, ECO-RTG는 14.2리터 ( 시간당 8.1리터 ) 를소비하였다. 이실험을기초로터미널은 ECO-RTG 드라이브시스템이장착된 20대의 RTG를발주했고 2006년말에첫번째크레인이인도되었다. 현재운영중인 ECO-RTG의실제성능데이터는다음의표와같다. ECO-RTG가연속된 9일동안모니터링되었다. 이기간동안 ECO-RTG는시간당평균 9.2리터의연료를소비하였다. 기존 RTG는운영시간당 16~25리터를소비한다. < 표 4-1> ECO-RTG 의연료소비성능데이터 ( ~ ) RTG No. Total 리터s Total Hours Total Moves 리터s/Hour 리터s/Move 56 1, , , , , , , , , , , , , , , , , 합계 15,871 1,728 11, 평균 1, , 자료 : Kuilboer, R., Evaluating the ECO-RTG concept, Port Technology International, Issue 33, pp , ) 하이브리드야드트랙터미국 LA/LB(Los Angeles/Long Beach) 항에서는하이브리드에너지기술을적용한야드트랙터를시험운영하고있다. 하이브리드장비를사용함으로써대기오염을 93% 가량감소시킬것으로예상되며, 이는산화질소 19톤에해당되는양이

66 30 다. 하이브리드장치는청정디젤엔진기술과전기모터를융합하는하이브리드전기시스템, 혹은청정디젤엔진기술과유압유체압축기술 ( 에너지저장에사용 ) 을융합하는하이브리드유압시스템을적용한다. 신기술적용을통하여연료소비, 공해, 유지보수등을줄일수있으며, 미국에서는연료비가상대적으로저렴한편이지만향후연료비는계속상승할것이므로대체연료에대한요구와긴급성은증가하고있다. 또한, 하이브리드기술은트랙터의유휴기간동안발생되는공해를대폭절감할것으로예상된다. 야드트랙터의유휴시간은전체작업시간의 50% 이상을차지한다. 특히, 하이브리드기술은차량의제동을위한에너지를줄여주기때문에자주멎었다가는방식으로운행되는야드트랙터에적합한기술로평가된다. 하이브리드기술의또다른장점은기존의운영방식과기반시설을그대로사용할수있도록유지한다는것이다. 시스템이디젤엔진으로운영되므로새로운유형의연료보급소가필요없다. < 그림 4-2> 미국 LA/LB 항의하이브리드야드트랙터 자료 : Kalmar Industries, A hybrid terminal truck for US West coast ports, Kalmar around the World, No. 1, pp , 2007

67 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 31 3) 바이오디젤연료미국타코마항의허스키터미널은공해배출을줄이고청정환경에서엔진을구동하기위하여컨테이너취급장비와이송장비에바이오디젤연료사용을시작했다. 2006년 4월에바이오디젤을 20% 혼합해서사용했는데당시산업계의일반적인수준은 2~5% 였다. 그후혼합비율은단계적으로확대되어 50% 까지증가하였다. 허스키터미널은 2006년에 18만TEU를처리가능하도록 93에이커로새롭게확장되었다. 터미널장비는터미널트랙터 31대, 야드크레인 6대, 탑핸들러 9대, 포크리프트 3대로구성되고, 이들장비모두가바이오디젤연료로전환되었다. 바이오연료의사용은엔진의성능향상에도움을준다. 초저유황디젤, 야채기름, 콩등으로부터만들어지는바이오디젤은기계에대한마모를줄이고장치에대한수명을연장시켜서엔진의성능을향상시킨다. 또한기존디젤연료에바이오연료가추가되면매끄러움이향상된다. 바이오디젤의비율이 1% 대로낮더라도증류연료의매끄러움을 65% 까지향상시킨다. Puget Sound Clean Air Agency는순수바이오디젤연료및혼합바이오디젤연료를사용하는차량이보통의디젤보다대기오염방출이낮다고발표했다. 순수바이오디젤과혼합바이오디젤모두지구온난화를야기하는디젤입자상물질, 탄화수소, 이산화탄소의방출비율을 10~50% 만큼줄여준다. < 그림 4-3> 미국타코마항의스트래들캐리어 ( 디젤산화촉매장치장착 ) 자료 : Kalmar Industries, Biodiesel meets its match in terminal equipment, Kalmar around the World, No. 2, pp , 2007

68 32 바이오디젤의운영비용은혼합비율에따라달라진다. 운영비용은 6~7가소요되지만 1갤런을넘으면추가비용이발생하지않는다. 현재바이오연료의판매자는정부로부터보조금을받고있고이로인해최종사용자는가격면에서혜택을보고있다. 바이오디젤의사용으로인해추가적으로발생하는비용은기계의수명증가로인해타당성을얻게된다. 4) 야드크레인전기구동부산의신감만, 자성대, 신선대, 감만등의컨테이너터미널에서는야드에설치된 RTGC의에너지공급체계를유류에서전기로전환하는방안을추진중이다. 자성대터미널의경우 2008년부터 RTGC 34대가운데 15대에대해서에너지공급체계를전환할예정이며, 신감만터미널은 17대중 12대, 우암터미널은 13대중 8대를전환할예정이다. 감만, 신선대터미널도에너지전환방안을검토중이다. 부산항만공사는 2007년 8월, 자성대터미널에 RTGC 2대에대한에너지공급을전기로전환하여에너지절감정도를측정하였다. 비용은유류비의 10% 선에그친것으로밝혔다. 부산항만공사는케이블설치작업등을위해대당약 3억 6천만원의비용이소요되지만대당약 1억 3천만원의에너지절감효과를거둘수있으므로 3년후면투자비를회수할것으로예상했다. < 그림 4-4> 부산항에서운영중인야드크레인 자료 : 부산일보, 부산항야드크레인연료유류서전기로앞다퉈전환,

69 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 33 5) 국내외에너지비용절감사례요약국내외의항만에서에너지비용을절감하기위한많은노력들이있어왔으며이러한노력의결과, 에너지비용절감을위한많은기술의발전이있었다. 외국의경우지멘스사에서 ECO-RTG를개발하여스페인의알제시라스항에적용한사례가있으며, 미국 LA/LB항의경우컨테이너터미널의이송장비에하이브리드전기시스템 / 유압시스템을시험운영중에있다. 또한, 미국타코마항의허스키터미널에서는바이오디젤연료를허스키항에서사용하여연료비를절감하고있으며, 국내의경우자성대터미널에서기존의디젤엔진 RTGC를전기식 RTGC로변환하여운영중에있다. < 표 4-2> 국내외에너지비용절감사례요약 사례 ECO-RTG 하이브리드야드트랙터 바이오디젤연료 야드크레인전기구동 대상 컨테이너터미널야드장비 컨테이너터미널이송장비 컨테이너터미널하역장비, 이송장비 컨테이너터미널야드장비 지역 스페인알제시라스항 미국 LA/LB 항 미국타코마항 부산항 특징 새로운 RTG 드라이브시스템개발 APM 터미널에서시제품테스트완료후사용중 하이브리드전기시스템 / 유압시스템적용 시험운영중 바이오디젤을혼합하여사용 허스키터미널에서사용중 RTG 에너지공급을유류에서전기로전환 자성대터미널에서에너지절감정도측정 자성대, 신감만, 우암터미널등에서적용검토중 효과 연료소비감소 소음, 오염물배출유지보수, 연료보충횟수감소 연료소비감소 대기오염, 유지보수감소 엔진성능향상 기계수명증가 대기오염감소 연료소비감소

70 34 2. 에너지비용절감대안및효과분석 1) 운영 (Operation) (1) 야드트럭풀링운영제 1 개요일반적으로컨테이너터미널에서안벽과야드간의컨테이너운반작업에있어이송장비에대해고정할당방식 (Static Assignment Method, SA) 을채택하고있다. 이는다수의이송장비를하나의작업조로편성하여특정 C/C에대해전담지원하는방식이다. < 그림 4-5> 이송장비고정할당방식개념도 C/C #1 C/C #2 C/C #3 SET #I SET #II SET #III I-1 I-2 II-1 II-2 III-1 III-2 I-3 I-4 II-3 II-4 III-3 III-4 이러한방식하에서는특정한이송장비는하나의안벽장비에대해서만지원작업을하기때문에작업융통성이떨어질뿐만아니라장비상호간의작업사이클의불균형이심화되는현상을초래한다. 장비상호간의작업사이클의불균형은곧장비간의대기시간을증가시키는요인으로작용하며, 이는결국동일한작업량을처리하는데있어이송장비의운영시간을증가시켜이에필요한각종운영비 ( 연료비 ) 의부담이증가하는현상을발생시킨다.

71 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 35 < 그림 4-6> 고정할당방식과이송장비운영비용관계 장비간작업불균형심화 장비간대기시간증가 장비운영시간증가 장비운영비용증가 이러한단점을보완하기위해이송장비의할당방식으로동적 (Dynamic Assignment Method, DA) 으로할당하는풀링운영제 (Pooling System) 를들수있다. 풀링방식은이송장비에대해작업조를편성하지않는방식으로운행상황이나 C/C의작업상황에따라선별적으로 C/C 작업을지원하는방식이다. < 그림 4-7> 이송장비동적할당방식개념도 ( 풀링 ) C/C #1 C/C #2 C/C #3 Assign Rule SET Assign Rule S-1 S-2 S-7 S-8 S-3 S-4 S-9 S-10 S-5 S-6 S-11 S-12 특히, 선박의양 적하작업시 C/C의작업상황에따라이송장비의배차를동적으로할당하기때문에안벽작업의지원에융통성을발휘할수있어작업시이송장비의대기시간을줄일수있으므로총작업시간의단축을기대할수있다. 따라서, 작업시간단축으로인한이송장비의운영비용을상당부분절감할수있는효과를가지게된다. < 그림 4-8> 동적할당방식과이송장비운영비용관계 장비간작업불균형해소 장비간대기시간감소 장비운영시간감소 장비운영비용감소

72 36 이송장비의작업에대해각작업단계별시간구성을보면, 안벽과야드간의운행횟수와운행거리는총작업물량과야드작업지점이동일할경우에는 2가지할당방식모두동일한이동시간을가지게된다. 그러나안벽과야드에서의대기시간은안벽처리능력과야드처리능력에따라달라질수있다. < 그림 4-9> 할당방식에따른이송장비작업시간절감효과 총 작업시간 이동시간 대기시간 안벽 야드 야드 안벽 야드 안벽 절감효과 특히안벽에서의대기시간은안벽작업상황을고려한동적할당이기존의고정할당에비해상당부분유리한방식이기때문에대기시간절감효과를기대할수있다. 따라서이송장비의총작업시간이단축되며, 이로인해이송장비의운영비용을절감할수있다. 7) 다음으로, 이러한이송장비의동적할당에는여러가지방법이있을수있다. 이에대해본연구에서는다음과같이 4가지할당전략을대안으로제시하였으며, 그내용은다음과같다. < 표 4-3> 유형대안Ⅰ 대안Ⅱ 대안Ⅲ 대안Ⅳ 동적할당유형 내용 할당시점에 C/C의번호에따라순차적으로이송장비를할당하는방식할당시점에서 C/C의이송장비대기시간이가장큰 C/C에이송장비를할당하는방식할당시점에 C/C의이송장비대기시간 ( 최대 ) 과이송장비할당대수 ( 최소 ) 를고려하여할당하는방식할당시점에 C/C생산성이가장낮은 C/C에이송장비를할당하는방식 7) 야드의처리능력이안벽의처리능력보다클경우에는 2 가지할당방식에서야드대기시간은동일하다고할수있음.

73 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 37 4가지할당전략에서대안Ⅰ의경우는할당시점에기준값으로 C/C의번호만을참조하여할당하는전략으로가장적용하기가쉽고신속한할당이이루어질수있는장점을가진다. 그러나나머지할당전략의경우에는 C/C의현재작업상태에대한실시간상세정보가필요하기때문에이를지원하는시스템이터미널의운영시스템에갖춰질필요가있다. 8) 한편, 할당시점에있어서는 2가지방법이있을수있다. 하나는이송장비가야드작업을완료한시점이며, 또다른하나는야드작업을완료한이후안벽으로회차하여안벽주행로에진입하기직전의시점이다. 이중야드작업을완료한시점보다는안벽주행로에진입하기직전을할당시점으로정의하는것이좀더원활한배차방식이라할수있겠다. 9) < 그림 4-10> 이송장비풀링시할당시점 할당시점 할당시점 < 안벽주행로진입직전할당법 > < 야드작업완료시점할당법 > 이상의고정할당과동적할당전략간의운영비용을상호비교분석하기위해서는이송장비의안벽대기시간을산출해야한다. 이러한대기시간을산출하기위해서는터미널하역시스템의특징을반영한실험적분석이필요하며, 이에는시뮬레 8) 대안 Ⅰ 의경우에는순차적으로 C/C 번호를참조하면되기때문에특별한지원시스템을필요로하지않지만, 나머지대안 Ⅱ~Ⅳ 의경우현재작업중인 C/C 에대한실시간작업정보가제공되어야만할당을할수있음. 9) 이송장비들의야드작업지점은매번달라지는특징이있으며, 이는안벽으로최종복귀하는시간이야드작업지점에따라달라짐을의미함. 따라서, 정확한배차를위해서는야드작업완료시각보다는안벽진입로에도착하는시각으로할당시점을정의하는것이타당할것으로판단됨.

74 38 이션방법이매우유용하게적용될수있다. 그리고시뮬레이션수행을위한모델을설계하는데있어서는이송장비의하역작업시안벽과야드에서의컨테이너장비간컨테이너이적작업상황과각대기상황을모두묘사할수있는방법이강구되어야할것이다. < 그림 4-11> 이송장비시뮬레이션모델개념도 안벽크레인 안벽작업지점으로이동 이적작업 안벽에서대기 C/C 에의한하역작업 이적작업 야드작업지점으로이동 야드크레인 야드에서대기 TC 에의한하역작업 마지막으로실험에의해안벽과야드의대기시간을산출하고이를비용으로환산하여 2가지할당전략간의운영비를상호비교함으로써이송장비풀링도입에따른터미널비용절감효과를산출해낼수있다. 2 야드트럭풀링운영제적용효과 야드트럭풀링운영제를적용할경우기대할수있는에너지비용절감효과는 C/C의작업생산성향상으로인한야드트럭의유류비이며, 추가로야드트럭의투입대수를절감할수있는효과가있다고하겠다. 에너지비용절감측면에서보면, 풀링운영제를적용함으로써 C/C 작업생산성이향상되고선박하역작업시간이단축될수있다. 보통야드트럭운영에풀링를적용할경우 15% 내외의 C/C 작업생산성향상을기대할수있으며, 10) 선박하역시간 10) 신선대터미널의경우기존의 C/C 당 4~5 대의 YT 조별투입에비해풀링를적용하였을경우 YT 1~2 대의대수절감효과가있는것으로나타났음. 이를토대로 C/C 의순작업생산성은간접적으로평균 15% 내외의향상효과가있는것으로조사됨.

75 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 39 단축으로인해야드트럭의연료비 ( 공회전비 ) 를절감할수있다. 컨테이너 1천개작업을기준으로야드트럭풀링를적용할경우를가정해보면연료비 ( 공회전비 ) 에있어 39,168원의비용절감효과가있는것으로계산된다. 또한, 이를기준으로터미널의연간처리물량으로연료비절감액을산정하면, 연간 100 만TEU를처리하는터미널의경우 2,448만원의야드트럭유류비를절감할수있다. < 표 4-4> 야드트럭풀링에따른유류비 ( 공회전 ) 절감효과 구분 YT DSV 시뮬레이션분석조건 총처리물량 - 안벽길이 350m, - 야드깊이 : 600m - C/C대수 : 4대, - TC대수 : 8대 - YT대수 : C/C당 4대 ( 총 16대 ) 1,000개 C/C 순작업생산성 11) 32.0 개 / 시간 36.8 개 / 시간 (15% ) 총작업소요시간 7.81시간 6.79시간 상대비교 시간 산정식절감시간 총차량대수 시간당유류비 시간당사용량절감효과 = ,200원 2l 절감 = 39,168원 * 공회전소모량 ( 대형차기준 ): 2l/hr, 연료비 1,200원 /l < 표 4-5> 야드트럭풀링에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 구분 연간처리물량 연간절감액 비고 Case 1 50만 TEU 1,224만원 우암, 감천 Case 2 100만 TEU 2,448만원 동부부산 Case 3 200만 TEU 4,896만원 감만, 신선대, 자성대 Case 4 1,200만 TEU 29,376만원 부산항 (2006) * TEU/Box 비율 : 1.6, 공회전소모량 : 2l/hr, 연료비 1,200원 /l 11) 신선대터미널운영실적에기준하여적용한값임.

76 40 < 그림 4-12> 야드트럭풀링에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 만 36,000 33,000 30,000 27,000 24,000 21,000 18,000 15,000 12,000 9,000 6,000 3,000-1,224 2,448 4,896 29, 만 TEU ( 우암, 감천 ) 100 만 TEU ( 동부부산 ) 200 만 TEU ( 감만, 신선대, 자성대 ) 1200 만 TEU ( 부산항 ) 한편, 야드트럭풀링는동일한수준의 C/C 작업생산성을달성하는데있어기존에비해선석당 1~2대의야드트럭의연료비를절감할수있는효과를가지기때문에이에따른유지 보수비용의일부를줄일수있다. (2) 야드크레인작업동선최소화 1 개요터미널하역작업에있어이송장비다음으로가장작업동선비율이큰것이야드크레인 (Transfer Crane, TC) 의하역작업이다. TC의경우작업에소요되는시간은이동시간 + 컨테이너처리시간으로구분할수있는데, 이경우컨테이너처리시간은모든 TC에대해동일한소요시간이발생하지만, 목표지점까지의블록이동, 베이이동은각 TC의현위치에따라달라지게된다. < 그림 4-13> 터미널야드크레인하역작업시간 TC # TC # TC # TC # TC # 작업완료시간 이동시간 컨테이너처리시간

77 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 41 < 그림 4-14> 야드크레인동선최소화에따른비용절감효과 따라서, 가급적목표지점까지이동하는데소요되는시간이최소가되는위치에있는 TC에작업을배정함으로써야드크레인의동선을최소화하고이동에따른연료비용을절감할수있는방안을모색할필요가있다. 일반적으로터미널의 TC는크게 2가지종류가사용되고있는데, RTGC의경우에는작업지점에따라수평및수직이동이가능하지만수직이동시에는상당히많은시간과비용이발생하기때문에가급적수직이동이배제된작업할당이이루어질때이동에따른연료비용을절감할수있다. 이에반해, RMGC의경우는수평이동만가능하므로이에맞는작업할당이이루어져야한다. < 그림 4-15> 터미널야드크레인유형 (RTGC vs RMGC) RTGC RM GC 따라서, 동일한작업을처리하는데있어서 TC의이동거리를최소화하도록야드에배치된다수의 T/C에대한위치정보를참조하여효율적인작업배정을함으로써전체 T/C의총이동거리를단축시킬수있고, 이에따른비용을절감할수있게된다.

78 42 < 표 4-6> 야드크레인유형별이동형태 구분 장비유형 RTGC RMGC 비고 수평이동 가능 가능 안벽을기준으로수평으로주행 수직이동 가능 불가 안벽을기준으로수직으로주행 < 그림 4-16> 터미널야드크레인의이동형태 T/C T/C 수평이동 T/C T/C 수직이동 A 3 수직이동 B 베이 블록 일반적으로터미널에서야드작업을운영하는방안에는각 TC마다작업영역을사전에지정하는방안과작업영역을특별히지정하지않는방안 2가지를들수있다. 작업영역을지정하지않는경우에는신규작업이발생할때마다가장효과적으로해당작업을처리할수있는 TC에작업을배정하게된다. < 그림 4-17> 터미널야드크레인운영방안

79 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 43 이러한 2가지야드운영방안에따라세부적으로신규작업이발생할때작업을어느 TC에할당할것인가와그작업순서를어떻게결정할것인가하는방법에단일계획법과재일정계획법 2가지방법을적용해볼수있다. 이때, 야드크레인의하역작업대상은본선하역작업보다는비본선작업에대해서만적용한다. 12) 이는일반적으로선박을대상으로하는양 적하작업인본선작업은터미널에서우선적으로처리해야할하역작업이기때문에야드크레인의이동거리최소화보다는야드작업생산성을우선시하는작업할당이이루어져야하기때문이다. 가. 단일계획법단일계획법은이미 TC 할당된작업에대해서는작업순서를그대로유지하고신규작업에대해서가장최단거리에위치한 T/C에작업을할당하는방법이다. 이때, 최단거리의기준은각 TC의마지막작업이완료된위치와신규작업위치간의 TC이동소요시간이며, 이이동시간이가장짧은 TC에해당신규작업을할당하는것이다. 이방법은각 TC별로마지막작업위치만을참조하여이동시간을산정하기때문에최소한의정보를토대로신속한할당이이루어질수있다. 또한, 선입선출 (FCFS, First Come, First Service) 의작업순서를유지하기때문에일반적인서비스정책에도위배되지않아현실무에적용하기에도큰무리가없는방안이라할수있겠다. < 그림 4-18> 단일계획법할당규칙 T/C # 신규 T/C #02 베이번호 TC #01 에배정 12) 일반적으로야드크레인은본선작업 ( 양하, 적하 ) 과비본선작업 ( 반입, 반출, 구내이적 ) 을모두수행하나, 본선작업의경우기본적으로우선처리대상이므로 TC 의동선거리최소화를적용하기에는무리가있음. 따라서, TC 의동선거리최소화는비본선작업을대상으로하는것이타당하다고판단됨.

80 44 < 표 4-7> 단일계획법에의한 TC 이동거리산출과정 구분 TC #01 TC #02 1번째작업위치 19번베이 07번베이 2번째작업위치 21번베이 04번베이 3번째작업위치 15번베이 01번베이 신규작업 이동거리 2개베이이동 11개베이이동할당여부할당 - TC별이동거리 15개베이이동 10개베이이동 총이동거리 25개베이이동 나. 재일정계획법재일정계획법은앞서설명한단일계획법과달리기존의작업순서에대해서도변경을허용하면서최단거리의이동으로할당된모든작업을처리할수있는순서를결정하는방법이다. 따라서, 신규로발생한작업의위치에따라기존에결정된작업순서가바뀔수있게되나실제모든작업을처리하기위해최소한의이동거리를매번재계획하기때문에가장좋은작업순서를결정할수있다. < 그림 4-19> 재일정계획법할당규칙 T/C #01 베이번호 신규 T/C # TC #01 에배정 이러한재일정계획법은세부적용에있어서는 2가지형태로나눌수있는데, 우선신규작업을단일계획법에의해특정 TC에배정한후배정된 TC를대상으로재일정계획을수립하는것과, 모든 TC에대해신규작업을각각적용하여재일정계획을수립한후이중 TC의이동거리가가장최소가되는할당방법을선택하는것이다. 전자의경우해를구하는시간이상당히빠른반면, 후자의경우는모든 TC에대해재일정계획을수립해보아야하므로상당한계획시간을요구하게된다. 따라서, 현장의실시간적용을위해서는계획수립시간의정도를충분히고려해야할것이다.

81 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 45 < 표 4-8> 단일계획법을적용한재일정계획법의 TC 이동거리산출 구분 TC #01 TC #02 재일정계획수립 신규작업할당 번째작업위치 15번베이 07번베이 2번째작업위치 13번베이 04번베이 3번째작업위치 19번베이 01번베이 4번째작업위치 21번베이 11개베이이동 TC별이동거리 11개베이이동 10개베이이동 총이동거리 21개베이이동 단일계획법과재일정계획법을상호비교하면앞의예제에서 TC의총이동거리의합은단일계획의경우 25베이, 재일정계획의경우 21베이가되어작업에투입된 TC의총이동거리면에서재일정계획이 4베이간이동이절감되어이경우재일정계획법에의한할당전략이 TC의이동거리측면에서약 26% 정도의절감효과가있다고할수있다. < 표 4-9> 단일계획법 vs 재일정계획법의 TC 총이동거리비교 구분단일계획법재일정계획법 TC 총이동거리 25 개베이 21 개베이 상대비교 앞서설명한바와같이신규작업이발생할때마다계획을다시수립해야하는재일정계획법은모든 TC에대한작업정보를참조해야하는부담이있으며, 재계획수립을위한시간도많아지게되는단점을가지고있다. 또한, 일반적인서비스정책인선입선출의규칙이무시될수도있을뿐아니라상황에따라서는무한대기되는작업대상이발생할수있기때문에현장적용시이점을충분히고려해야할필요가있다. 13) 13) 재일정계획법을실제현장에적용하더라도무한대기되는작업이발생할경우는거의없

82 46 다. 한계대기시간을고려한재일정계획법한계대기시간재일정계획법은앞서설명한재일정계획법의단점을보완한방법으로무한대기하는작업이발생하지않도록일정시간대기시간이초과되면선입선출의규칙을적용하는방안이다. < 그림 4-20> 한계대기시간을고려한재일정계획법할당규칙 T/C #01 베이번호 신규 4 신규 3 신규 2 신규 작업순서 신규 1 신규 신규 3 신규 4 신규작업 2 번완료시점에한계대기시간초과됨 다시말해, 사전에한계대기시간을설정하고대기중인작업목록중에대기시간이이한계대기시간을초과하게되면해당작업에대해서는재일정계획과는무관하게선입선출의원칙을부여하여작업순서를최우선으로배정한다. 이렇게함으로써대기중인작업대상중무한대기를하는경우를방지할수있으며, 터미널의입장에서도한계대기시간이허용하는범위내에서 TC의이동을최소화하면서야드작업을할수있다. 14) 보통, 한계대기시간을적용할경우에는 TC의이동거리가한계대기시간을적용하지않은경우보다길어지게된다. 그러나한계대기시간을어느정도설정하는것이유리한가에대해서는터미널마다반출입서비스수준을어느정도책정할것인가에따라달라질수있다. 을것으로판단되지만작업물량이폭주할경우상당부분특정작업에대해서는대기시간이매우길어질가능성이있을수있음. 14) 한계대기시간의설정값에따라 TC 의작업계획이단일계획법이나재일정계획법을적용한것과같아질수있음. 예를들어한계대기시간이 0 이면단일계획법이, 무한대 ( ) 이면재일정계획법과동일한효과를가짐.

83 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 47 < 표 4-10> 총이동거리 한계대기시간을적용한재일정계획법의 TC 이동거리산출 구분 작업내용 한계대기시간초과작업여부 1번째작업 12번베이 없음 2번째작업 14번베이 없음 3번째작업 15번베이 ( 신규 1) 없음 4번째작업 16번베이 ( 신규 2) 없음 5번째작업 04베이 1-3작업 6번째작업 17번베이 - 7번째작업 18번베이 - 한계대기시간미적용한계대기시간적용 22개베이이동 32개베이이동 2 야드크레인작업동선최소화적용효과야드크레인의경우컨테이너의조작및이동에연료를소비한다. 통상적으로컨테이너의장치및추출의컨테이너조작작업은기본적인작업이므로연료절감이용이하지않으나, 작업을위한이동하는거리는터미널의장치계획이나크레인의작업스케쥴에따라상당부분절감할수있다. 야드크레인의하역작업중반출입작업의경우선입선출의작업스케쥴로운영되는것이일반적이지만이방식은크레인의이동거리가높다는단점을가진다. 이에비해재일정계획법은야드크레인의평균이동거리를단축시키는효과가있기때문에, 이동거리단축에따른유류비절감효과를거둘수있다. < 표 4-11> 선입선출 vs 재일정계획법적용시크레인이동거리비교 구분선입선출재일정계획법 대상블록 45 개베이 평균이동거리 15.4 베이 8.4 베이 상대비교 100% 54.5% 야드크레인의작업스케쥴링에대한상위 2가지방식에대해반출입트럭 10,000대를대상으로시뮬레이션분석한결과재일정계획법의경우선입선출에비해컨테이너

84 48 1 개를처리하는데있어평균이동거리는 54.5% 수준에불과한것으로산출되었다. 따라서, 평균이동거리단축에따른유류비절감액을연간처리물량으로계산하면 100 만 TEU 를처리하는터미널의경우연간 1,689 만원의비용을절감할수있다. < 표 4-12> 야드크레인이동거리단축에따른비용절감효과 구분 산출값 연간처리물량 100 만 TEU( 수입 : 수출 : 환적 =25%:25%:50%) 연간트럭대수 야드크레인 선입선출 총이동거리 재일정법 유류비용 468,750 대 7,235,410 베이 (46,582km, 31,055l) 3,954,443 베이 (25,459km, 16,973l) 선입선출 37,265,600 재일정법 20,367,200( 16,898,400) * TEU/Box 비율 : 1.6, 연비 : 1.5km/l, 연료비 1,200 원 /l, 베이길이 : 6.438m < 표 4-13> 야드크레인동선단축에따른터미널유류비절감효과 구분연간처리물량연간절감액비고 Case 1 50만 TEU 845만원 우암, 감천 Case 2 100만 TEU 1,690만원 동부부산 Case 3 200만 TEU 3,380만원 감만, 신선대, 자성대 Case 4 1,200만 TEU 20,278만원 부산항 (2006) * TEU/Box 비율 : 1.6, 공회전소모량 : 2l/hr, 연료비 1,200 원 /l < 그림 4-21> 야드크레인동선단축에따른터미널유류비절감효과 27,000 만 24,000 21,000 20,278 18,000 15,000 12,000 9,000 6,000 3, ,690 3, 만 TEU ( 우암, 감천 ) 100 만 TEU ( 동부부산 ) 200 만 TEU ( 감만, 신선대, 자성대 ) 1200 만 TEU ( 부산항 )

85 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 49 (3) 2단적재차량도입 1 개요 2단적재차량 (Double Stack Vehicle, DSV) 은일반야드트럭에비해적재용량이 2 배가된다. 야드트럭의경우에는한번에, 20피트 2개또는 40피트 1개를운반할수있으나, 2단적재차량은이의 2배인 20피트 4개또는 40피트 2개를동시에운반할수있다. 산술적인측면에서보면, 2단적재차량이일반야드트럭에비해동일한물량의컨테이너를안벽에서야드로운반하는데 1/2 수준의운반거리를가지기때문에연료비에있어서도 50% 의비용을절감할수있다. 다만, 중량에따른연료소비량을고려하면실제절감비용은 50% 보다낮을수있으나, 2단적재차량을이용함으로써동일한작업물량을처리하는데드는상당부분의차량동력비를절감할수있다는측면에서에너지절감효과가높은대안이라고할수있겠다. 또한, 2단적재차량을사용함으로써하역시간을일부단축시킬수있는효과가있을수있으며, 이송장비의전체작업시간중운행시간비율이높을수록그효과가증가하는특징을가지고있다. 15) 물론, 적정운행대수수준에서대수절감효과도추가로기대할수있다. < 그림 4-22> 2 단적재차량기능 15) 하역시간을단축하면이송장비를작업에투입하는데드는관련제비용을줄일수있기때문임. 이는작업에투입된이송장비는작업투입시간동안엔진을구동시킨상태에있으므로이에따른연료소비가발생함.

86 50 < 그림 4-23> 2 단적재차량적용시운행거리및하역시간절감효과 < 운행시간비율이높은경우 > 절감효과 < 운행시간비율이낮은경우 > 운행시간 컨테이너처리시간 절감효과 이상의내용에서실제터미널하역작업시 2단적재차량을활용함으로써기대되는이송장비의운행거리와하역시간단축효과는산술적인방법과시뮬레이션방법을활용해볼수있으나, 좀더유효한값을산출하고자할경우에는시뮬레이션방법이유용할것으로판단된다. 이러한방법을통해산출된운영거리와하역시간을기준으로 2단적재차량활용시이송장비의동력비절감액수준을산정해낼수있다. 2 2단적재차량도입효과가. 운행거리단축에따른에너지절감적재용량면에서 DSV는기존 YT에비해 2배의용량을가지므로주행거리에따른연료사용을 1/2로줄일수있다. 이송차량의반복주행구간은안벽의 C/C와야드 TC의 2지점으로, 1개선석 (350m), 수평배치형터미널일경우를기준으로하면, 1회평균운행거리가약 1,000m 정도가되며, DSV는그절반수준인 500m 정도의주행거리로계산될수있다. 다음표의예에서보듯이, 처리해야할선박의양적하컨테이너물량이 1,000개일경우에기존 YT는 1,000km의주행거리가필요하다. 그러나 DSV는 500km만소요되므로선박의양적하작업에서 50% 정도의차량연료비를절감할수있으므로이를단위당비용인 1,200원으로환산하면 1개컨테이너처리마다 600원의연료비를절감하는효과가있게된다.

87 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 51 < 표 4-14> YT 와 DSV 의주행거리비교예 구분 YT DSV 비고 단위주행거리 1,000m 1,000m C/C TC 왕복거리 1회운반량 1개 2개 40피트기준 처리물량 1,000개 1,000개 양적하물량 운행횟수 1,000회 500회 왕복횟수 총주행거리 1,000km 500km 비용절감효과 100,000원연료비절감 * 차량연료비 : 1,200원 /l, 주행연비 : 3.00km/l * 주 ) DSV의경우적재용량증가로연비가 50% 증가되는것으로간주하였음 < 그림 4-24> YT 와 DSV 의주행거리상대비교 D SV 시스템 50 YT 시스템 상대값 다음표는 DSV 도입시비용절감효과를나타낸것으로연간 100만 TEU를처리하는터미널의경우 6,250만원의차량연료비가절감될수있는것으로계산된다. 이를부산항의연간처리물량인 1,200만 (2006년) 으로산정하면연간총 7.5억원의차량연료비를절감할수있게된다. < 표 4-15> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 주행비용 ) 절감효과 구분 연간처리물량 연간절감액 비고 Case 1 50만 TEU 3,125만원 우암, 감천 Case 2 100만 TEU 6,250만원 동부부산 Case 3 200만 TEU 12,500만원 감만, 신선대, 자성대 Case 4 1,200만 TEU 75,000만원 부산항 (2006) * TEU/Box 비율 : 1.6, 차량연료비 : 1,200원 /l, 주행연비 : 3.00km/l

88 52 이외에도빈번하게발생하는구내이적작업등에도 DSV를활용할수있어기존 YT에비해연료비를절감할수있는대안이라할수있다. < 그림 4-25> DSV 적용시터미널유류비 ( 주행비용 ) 절감효과 만 100,000 90,000 80,000 75,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 3,125 6,250 12, 만 TEU 100 만 TEU 200 만 TEU 1200 만 TEU ( 우암, 감천 ) ( 동부부산 ) ( 감만, 신선대, 자성대 ) ( 부산항 ) 나. 작업시간단축에따른에너지절감주행거리단축과동시에 DSV는 C/C의작업생산성면에서 YT에비해유리하다고할수있다. DSV를적용하여시뮬레이션을한결과를정리해보면, 기존 YT에비해 C/C 순작업생산성이 28.9% 높으며총작업시간이단축되는효과가있다. 이것은이송차량의작업에투입되는가동시간이절감되는것으로가동시간절감에따른운영비의절감효과를기대할수있는것이라하겠다. 16) 기존 YT의경우에는분석결과에서 C/C당순작업생산성이 32.0개로총물량 1,000개를처리하는데 4대의 C/C가투입될경우 7.81시간이소요되는것으로나타났다. 그러나 DSV를적용한경우에는 4.97시간이소요되어약 2.84시간의작업시간단축효과가있었다. 이를차량의정차중엔진가동으로인해발생하는비용으로환산하면약 109,056원의비용을절감할수있다. 마찬가지로이를연간처리물량으로환산하면 100만TEU를처리하는터미널의경우연간 6,816만원의비용을절감할수있다. 16) 차량의경우주행에도연료가소모되나정차중에도공회전으로인한연료소모가발생함. 따라서, 전체작업시간이단축되면이러한연료소모비를추가로절감할수있음.

89 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 53 < 표 4-16> YT 와 DSV 의하역생산성비교예 구분 YT DSV 시뮬레이션분석조건 - 안벽길이 350m, - 야드깊이 600m - C/C대수 : 4대, - TC대수 : 8대 - YT대수 : C/C당 4대 ( 총 16대 ) 1,000개 총처리물량 C/C순작업생산성 17) 32.0개 / 시간 50.3개 / 시간 총작업소요시간 7.81시간 4.97시간 상대비교 시간 절감효과 산정식 절감 * 공회전소모량 ( 대형차기준 ): 2l/hr, 연료비 1,200 원 /l 절감시간 총차량대수 시간당유류비 시간당사용량 = ,200원 /l 2l = 109,056원 < 표 4-17> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 구분 연간처리물량 연간절감액 비고 Case 1 50만 TEU 3,408만원 우암, 감천 Case 2 100만 TEU 6,816만원 동부부산 Case 3 200만 TEU 13,632만원 감만, 신선대, 자성대 Case 만 TEU 81,792만원 부산항 (2006) * TEU/Box 비율 : 1.6, 공회전소모량 : 2l/hr, 연료비 1,200원 /l < 그림 4-26> DSV 적용시터미널유류비 ( 공회전 ) 절감효과 만 100,000 90,000 80,000 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000-3,408 6,816 13,632 81, 만 TEU ( 우암, 감천 ) 100 만 TEU ( 동부부산 ) 200 만 TEU ( 감만, 신선대, 자성대 ) 1200 만 TEU ( 부산항 ) 17) 설계조건을기준으로시뮬레이션을수행한결과값임.

90 54 이상의내용에서기존의야드트럭을대체하여 2단적재차량을이송시스템으로도입할경우에주행거리와하역시간단축에따른비용절감효과가발생하며, 이는연간 100만TEU를처리하는터미널의경우 13,066만원의비용을절감할수있음을의미한다. < 표 4-18> DSV 도입에따른터미널유류비 ( 주행거리 + 공회전 ) 절감효과 구분연간처리물량연간절감액비고 Case 1 50 만 TEU 6,533 만원우암, 감천 Case 만 TEU 13,066 만원동부부산 Case 만 TEU 26,132 만원감만, 신선대, 자성대 Case 만 TEU 156,792 만원부산항 (2006) 실비율반영연간절감액 62,716 만원 * TEU/Box 비율 : 1.6, 공회전소모량 : 2l/hr, 연료비 1,200 원 /l DSV 의엔진동력증가에따른에너지소비계수 1.6 고려 (4) 컨테이너재조작감소 1 개요컨테이너터미널에서처리되는모든컨테이너는야드에서최소한 2번의하역작업을받게된다. 18) 보통의경우는수입, 수출, 환적에대해최소 2회의하역작업이필요하며, 경우에따라서는재조작등의추가작업이발생하며그횟수는터미널환경에따라다르게나타난다. 수입컨테이너의경우양하, 반출시 2번의 TC작업이발생하며, 수출컨테이너의경우그반대인반입, 적하작업, 환적컨테이너의경우양하, 적하 2회가기본적으로진행된다. 여기에수입의경우에는해당컨테이너의반출을위해불가피하게상단에적재된컨테이너를재조작해야할경우가발생하기때문에재조작작업을터미널입장에서통제하기란매우힘든점이많다. 19) 18) 직반입또는직반출일경우에는터미널내에서의하역작업은 C/C 에의해서만 1 회발생하며, 야드에서의하역작업은없음. 19) 수입컨테이너의경우반출될순서를사전에알수없으므로, 블록에임의적으로적재할수밖에없음. 따라서, 특별한장치계획이나적재순서가무의미함.

91 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 55 < 표 4-19> 터미널야드에서의하역작업횟수 구분기본작업횟수추가작업횟수총작업횟수처리물량 수입컨테이너 수출컨테이너 환적컨테이너 평균 2 회 ( 양하, 반출 ) 2 회 ( 반입, 적하 ) 2 회 ( 양하, 적하 ) 0.48 ( 재조작 ) 0.08 ( 마샬링 ) 0.86 ( 마샬링 ) TEU TEU TEU 회 그러나수출과환적의경우에는적하순서에맞게컨테이너를재정렬하거나, 사전에장치순서를결정하여적재하는경우가대부분이므로, 이와관련하여 TC의작업횟수를최대한줄일수있는작업계획을수립하는것이불필요한재조작작업에따른취급비용을절감할수있는방안이라할수있다. 이에는수리적분석모델이유용하게적용될수있으며, 선박적부계획을사전에미리확보할수있는지원체제가갖춰져있어야한다. 2 컨테이너재조작감소효과야드에서발생하는컨테이너재조작의경우에소요되는비용은앞서조사된 TEU당연료소비량과평균조작횟수를기준으로산출할수있다. 국내터미널의경우야드크레인의 TEU당연료소비량은약 1.01리터였으며, TEU당 1.997회의조작이이루어진것을감안하면, 1회조작시 0.51리터의연료를소비하였다고볼수있다. < 표 4-20> 컨테이너재조작감소에따른터미널유류비절감효과 구분연간처리물량연간절감액비고 Case 1 50 만 TEU 3,060 만원우암, 감천 Case 만 TEU 6,120 만원동부부산 Case 만 TEU 12,240 만원감만, 신선대, 자성대 Case 만 TEU 73,400 만원부산항 (2006) * 재조작획수 0.1point 감소시절감효과임 * 연료비 : 1,200 원 /1 회, 연료사용량 : 0.51l/TEU

92 56 이를기준으로하면컨테이너의평균재조작횟수를 0.1포인트감소시킬경우연간 100만TEU를처리하는터미널의경우 6,120만원의비용을매년절감할수있고, 이를부산항전체로보면연간 73,400만원의컨테이너재조작에따른연료비를절감할수있는규모가된다. < 그림 4-27> 컨테이너재조작감소 (0.1point) 시유류비절감효과 만 90,000 80,000 73,400 70,000 60,000 50,000 40,000 30,000 20,000 10,000 3,060 6,120 12, 만 TEU ( 우암, 감천 ) 100 만 TEU ( 동부부산 ) 200 만 TEU ( 감만, 신선대, 자성대 ) 1200 만 TEU ( 부산항 ) 2) 장치 (Device) 장치부분에서는야드크레인 (RTGC) 의에너지비용절감을위한 E-RTG와에너지세이빙기술에대해서설명한다. E-RTG는 Electronic-RTG의약자로기존의디젤엔진을사용하여동력을발생시키는방식을전기컨버터를이용해서동력을전달하는방식으로개조하는것을말한다. 또한에너지세이빙기술은슈퍼카파시터를이용하는방식, 플라이휠 (Fly Wheel) 방식및변동스피드 (Variable Speed) 방식을말한다. (1) 외부전원공급방식 (E-RTG) Electronic-RTG의약어로기존의디젤방식의 RTG를전기방식으로변환하는것을말한다. 기존의 RTG는야드운영시유연성이양호하고장비가격이상대적으로저렴하여초기컨테이너터미널개발시및작업의유연성이필요한경우주로사용되어왔다. 그러나최근의고유가및환경오염문제가대두됨에따라국내의경

93 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 57 우자성대터미널에서기존의디젤엔진식 RTG를전기식 RTG로 2대변경하여사용하고있다. 1 적용방식 E-RTG의적용방식은크게케이블릴방식과 Bus-Bar 방식으로나눌수있으며, 케이블릴방식은케이블트렌치방식과케이블가이드방식으로나눌수있다. 가. Cable Trench + Panzerbelt 방식크레인주행로와차량의통행로전구간에케이블트렌치및판저벨트를설치하는방식으로전구간에판저벨트를설치하므로케이블파워보호및차량이동이용이하다. 또한변전실에서야드전구간에지중관로를통한파워케이블을포설한다. 나. Cable Guide + Panzerbelt 방식크레인주행로에케이블가이드를설치하고차량통행로구간에는케이블트렌치및판저밸트를설치한다. 크레인케이블릴장치쪽에는차량이동이없어케이블보호가가능하고차량통행로는판저밸트설치로케이블파워보호및차량이동을용이하게한다. 또한변전실에서야드전구간에걸쳐지중관로를통한파워케이블을포설한다. < 그림 4-28> 트랜스퍼크레인 (RTG) 적용도 (Cable Trench + Panzerbelt 방식, Cable Guide + Panzerbelt 방식 )

94 58 < 그림 4-29> 트랜스퍼크레인 (RTG) 적용시이동장비주행로 이동장비주행로 RTGC 주행로 다. Bus Bar 방식야드에가공으로파워송전용철구조물과 Bus-Bar를설치하는방식으로크레인상부구조물에사람키높이보다높거나낮은안전위치에 Bus-Bar를설치한다. 야드장비와간섭이우려되며고압전류에따른위험성이상존하며변전실에서레인파워포인트마다지중관로를통한파워케이블을포설한다. < 그림 4-30> Bus Bar 방식의 E-RTG 오버헤드콘덕터바시스템 그라운드레벨컨덕터바시스템

95 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 59 2 적용효과기존에사용하던디젤식 RTGC를전기식 E-RTGC로변환하기위해서는전기와관련된기존터미널의변전실보강공사, 지중관로및픽업맨홀공사및케이블포설공사를실시해야한다. 또한기존 RTGC의개조를위해서는고압반및케이블릴설치에따른비용이추가되며, 토목및기타케이블트랜치및판저밸트설치에따른비용이필요하다. 이를고려해서개선전 후의유지보수비용 ( 연간 ) 과비교하면다음과같다. 개선에소요되는공사비 < 표 4-21> 단위 : 천원 구분개선내용개선비용 전기 - 변전실보강공사 - 지중관로및픽업맨홀공사 - 케이블포설공사 1 식 2,694,500 RTGC 개조 (20 대 ) - 고압반및케이블릴설치등 1 식 3,600,000 토목및기타 - 케이블트랜치및판저밸트설치등 1 식 1,085,340 총비용 7,379,840 자료 : BPA 내부자료 개선전후유비보수비용 ( 연간 ) 비교 < 표 4-22> 단위 : 천원 구분 전체유지비용 개선전 ( 엔진 ) 유지비용 ( 연간 ) 개선후 ( 엔진 ) RTGC 수량 절감액 비고 유류 ( 전기 ) 비용 3,692,152 (3,609,142Lt) 2,307,595 (2,255,714Lt) 346,139 1,961,456 예상 엔진 ( 발전기 ) 유지비 241, , ,625 합계 3,933,152 2,458, ,139 2,112,081 주 : 1) 유류 ( 전기 ) 비용은유류금액대비전기사용금액을 15% 예상 (4 부두의경우유류대비전기요금이약 11% 예상 ) 2) 유류사용량및엔진 ( 발전기 ) 유지비는 2005 년 RTGC 기준

96 60 RTGC 20대의개선전후의유지비용을비교하기위해서유류 ( 전기 ) 비용과엔진 ( 발전기 ) 유지비로나누어서구분하여분석하면연간 2,112,081천원이절감되는것으로나타났으며, 유지보수비용은연간약 86% 절감효과가있어서투입된비용의회수기간은 3년 6개월인것으로분석된다. (2) 에너지세이빙기술에너지세이빙기술은기존의동력방식을디젤엔진에서전기동력으로변환하는 E-RTG와는달리디젤엔진의연소효율을향상시키거나발생된에너지를저장하여재사용하거나, 회생전력 20) 과같이역으로발생된전류를이용하는방식과엔진의 RPM을효율적으로제어하는방식을사용한다. 전통적인 RTG의운영상황과비교해서보면스프레다의하강시및호이스트의좌우이동시에너지의낭비가발생하는것을최소화하는기술이다. < 그림 4-31> 전통적인 RTG 운영사이클 자료 : Octavio solis, "The Role of Energy Storage to Reduce Fuel Consumption and Emissions", TOC Americas ) 크레인의스프레다하강시, 브레이킹시발생하는역전류.

97 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 61 < 그림 4-32> 전통적방식과에너지세이빙방식의운영사이클비교 자료 : 상게서 1 Super Capacitor 가. 개요 < 그림 4-33> 기존방식과슈퍼카파시터를이용한전기배선도 기존방식 슈퍼카파시터사용방식 자료 : 김우선, 컨테이너하역장비의에너지세이빙기술적용효과분석, 월간해양수산, 통권제 262 호,

98 62 나. 슈퍼카파시터작동원리기본적으로하역장비가움직이는단계는가속단계, 정속또는등속단계, 감속단계의세가지로구분할수있다. 가속단계에서는최대속도까지도달하기위해서지속적인동력의증가가필요하며, 일정속도에도달하게되어정속단계에도달하면최대파워의 50% 이하의동력으로정속단계를유지할수있게된다. 따라서, 기존방식에서는엔진제네레이터가최대속도까지도달할수있는드라이빙파워를가지고있어야한다. 그러나슈퍼카파시터를이용하는방식에서는등속에필요한드라이빙파워를초과하는동력은카파시터에저장했다가재사용하는방식을사용한다. 예를들면, 최대속도에도달하기위해서드라이빙파워가 170% 가필요하다고가정할경우, 등속단계의유지를위해서는 70% 의드라이빙파워가필요하다. 이때, 가속단계에서필요한 170% 와등속단계에서필요한 70% 의차이인 100% 의동력을슈퍼카파시터에서제공하는방식이다. 슈퍼카파시터는완전충전된 500 볼트의전원이빠르게 300볼트로방전되고감속시나적양하시발생하는회생전력을이용해서느리게충전된다. < 그림 4-33> 슈퍼카파시터의작동원리

99 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 63 자료 : 상게서 다. 적용효과슈퍼카파시터기술의연료절감효과를분석하기위해서슈퍼카파시터기술을미적용한 350Kw의엔진제네레이터와수퍼카파시터기술을적용한 200Kw 엔진제네레이터를대상으로비교분석한결과는다음과같다. 연료절감효과에너지세이빙기술의연료절감효과를분석하기위해서먼저주행에따른연료소비량을조사하고, 운영시의주행구간에따른운행모드를분석하여, 각운행상태별연료절감량을산정한결과는다음과같다. - 연료소비 < 표 4-23> 엔진제네레이터연료소비량비교 350Kw Fuel Consumption( 리터 /Hour) 200Kw Fuel Consumption( 리터 /Hour) Load 350Kw 비고 Load 200Kw 비고 100% 가속시 100% 60.7 가속시정속시 75% 81 정속시 75% % % % 29.5 감속시 25% 17 감속시 350Kw 엔진제네레이터의시간당연료소비량은 100% 가속시시간당 102.2리터이며, 75% 정속시시간당 81리터, 50% 주행시시간당 55.3리터, 25% 감속시시간

100 64 당 29.5리터이다. 200Kw 엔진제네레이터의경우시간당연료소비량은 100% 가속시시간당 60.7리터이며, 75% 정속시시간당 43.3리터, 50% 주행시시간당 30.1리터, 25% 감속시시간당 17리터이다. - 연간운행시연료절감효과적하시사이클당절감량 1.7리터와양하시사이클당절감량 1.62리터를평균하면 1.66리터이며, 사이클당평균시간을도출하면 초로시간당 15Box 남짓의생산성을나타낸다. 여기에하루 15시간을운행시간으로간주하고, 일년중휴일및근무불가능일수를고려하여 300일을가동가능한일수로하여 1년간의유류절감량을산출하면 112,050리터에이르며, 이를리터당 1,200원으로환산하여계산하면연간 1억 3천 4백만원이상의절감효과가있다. < 표 4-24> 연료비절감효과분석 연료비절감효과 ( 대당 ) 시간 (cycle 당 ) sec 절약량 (cycle 당 ) 1.66 리터 15cycles / 시간 - - 운행시간 15 시간 / 일 21) 225 cycles/day 300 일가동 67,500 cycles/year 절약량 (1 년기준 ) 112,050 리터 1 리터 = 1,200 원 /l 134,460,000 원 2 플라이휠 (Fly Wheel) 가. 개요일반적으로전력의가장큰단점은저장하기가어렵다는것이다. 일례로 400파운드무게의자동차배터리는겨우 1파운드가솔린에함유된정도의에너지만을저장할수있으며, 손쉽게저장할수있는석탄, 석유등과는달리전기는필요시점에필요한곳에서생산돼야한다. 하지만이러한상황은플라이휠배터리덕 21) 일일평균운행시간의비율을 62.5% 로가정.

101 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 65 분에수요가많은시간에사용할수있도록훨씬더많은에너지를더작은공간에저장하는방향으로변하고있다. 플라이휠에너지저장시스템은입력되는전기에너지를플라이휠의회전운동에너지로변환하여저장하고필요시전기에너지로재출력하는장치이다. 최근재료, 자기베어링, 전력전자학등관련기술의발전에힘입어미국, 일본, 독일등의선진국에서이장치의활발한연구가진행되고있다. 이장치는무정전전원공급장치, 기차및버스와같은대형수송차량에서의제동에너지회생장치등과같은여러제품에서이미실용화가진행또는완료되어있다. 다른에너지저장분야에비해잉여에너지의저장을통한에너지절약효과, 높은전력밀도, 높은에너지밀도, 짧은충전시간, 반영구적수명, 환경친화성등과같이뛰어난장점을가진플라이휠시스템은고속회전을위한복합재플라이휠설계 / 제작기술, 초고속전동기 / 발전기설계 / 제작기술, 손실최소화를위한자기베어링설계 / 제작기술, 고주파전력변환기술등선진국으로부터기술이전이어려운첨단기술의집합체로관련기술의대외종속탈피를위한국내개발이절실하다. < 그림 4-35> 플라이휠방식 자료 : Octavio solis, "The Role of Energy Storage to Reduce Fuel Consumption and Emissions", TOC Americas 2006

102 66 나. Fly Wheel의적용플라이휠배터리는에너지를저장해주전력공급이부족해지는경우나변압기가벼락등의사고에의해순간적인정전이발생한경우전력을보충해줌으로써전력의질 (energy quality) 을향상시킬수있다. 이러한배터리는비상용발전기가가동되기까지의시간동안전력을제공할수있으며, 결과적으로정전없는전력의공급이가능해져, 갑작스런전력부족에의한컴퓨터의다운현상등을막을수있다. 플라이휠배터리는고속열차및버스등을포함해다수의하이브리드차량개념과도잘어울린다. 현재이장치들은승용차용으로는부적합하다. 승용차용은현재경제적으로제조할수있는크기보다작은크기의플라이휠을필요로한다. 일반상업용차량과같이군사용운송장치들도점차전기로움직이기시작한다. 이러한차량들은전기추진방식을채택하고있을뿐만아니라군사용운송기의경우, 전자시스템및전자무기시스템에상당히의존하고있다. 이러한전기시스템중몇가지는짧은시간동안엄청난에너지를사용하며, 이러한에너지소모는기존의배터리를파손시키지만, 플라이휠배터리는이러한형태의임무에적합하다. 플라이휠배터리는궤도비행중인우주선이수집한태양빛을저장하기위해사용된다. 플라이휠배터리는기존의배터리보다훨씬효율적으로에너지를저장할수있으며, 또다른독특한장점으로서회전로터가우주선의안정화를위한자이로스코프의역할을한다는점이다. 다. 적용효과 < 표 4-25> 오염물질감소효과및연료절감효과 Emissions Test Run #1 Test Run #2 Percent Reduction(lb/hr) DSCFM O₂% CO₂% NOx PPM(drift corr.) PPM@15%O₂ lb/hr THC(as methane) PPM(drift corr.) PPM@15%O₂ lb/hr % 23.08%

103 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 67 < 표 4-25> PM mg gr/dscf lb/hr 경제적효과 자료 : 상게서 오염물질감소효과및연료절감효과 < 계속 > Emissions Test Run #1 Test Run # o 20~25% 연료절감효과 -15 톤컨테이너의사이클비교 -4 단적, 66% 아이들타임포함 -2 시간시험 - 대당 1 천 8 백만원절감 Percent Reduction(lb/hr) 66.67% 플라이휠배터리의적용효과는크게환경오염물질감소효과와경제적효과로구분할수있다. 환경오염물질은플라이휠방식을적용하지않는테스트 1번과플라이휠방식을사용하는테스트 2번을비교하면질소산화물 (NOx) 의경우 25.88% 의절감효과가있으며, 메탄의감소효과의경우 23.08%, 디젤분진 (PM) 의경우 66.67% 의감소효과가있다. 경제적효과의경우 15톤컨테이너의작업사이클을비교하였으며, 4단적 66% 아이들타임을포함하여 2시간동안시험한결과 20~25% 의연료절감효과가발생하였다. 3 Variable Speed 가. 개요 RTGC를이용해서하역작업을수행하게되면양하및적하작업에따라동력이많이필요한상황과동력이적게필요한상황이발생한다. 이러한상황에따라엔진의출력을변환하여동력의낭비를막고자하는방식이다. < 그림 4-36> Variable Speed 디젤엔진 자료 : 허치슨터미널내부자료

104 68 나. Variable Speed의적용 Variable Speed 방식의적용은이송장비와야드장비모두에사용이가능하며, 이송장비와야드장비의아이들시간동안에 RPM을낮춰서연료비를절감하고이송장비의가속시또는야드장비의로딩및언로딩시추가동력이필요한경우 RPM 을높이게되며, 반대로이송장비의감속시또는야드장비의빈작업시 RPM을낮추게된다. 이러한방식으로엔진의 RPM을변화시켜서연료소비량을줄일수있으며, 시스템구입비용및추가적인엔진의부가비용등을고려하면대략 US$110,000 수준의비용이추가된다. 다. 적용효과 < 표 4-26> Variable Speed 엔진의비용 vs. 절감액 소요비용 시스템구입비용 US$ 97,500 엔진부가비용 US$ 13,000 합계 US$110,500 절감액 연료절감비 30% US$ 32,000 손익분기점기간 3.5년 < 그림 4-37> Variable Speed 디젤엔진의적용효과 자료 : Simon Wong, "Energy Saving Initiatives", HIT

105 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 69 Variable Speed 방식의엔진은기존이송장비및하역장비의엔진을교체하여사용하여야한다. 따라서, 개별적인하역장비에적용하다는융통성이있으며, 이러한융통성을바탕으로고정비용및착수비용을최소화할수있는장점이있다. 현재 Variable Speed 엔진의구입을위한구입비용및부가비용은 US$110,500이소요되며, 연료절감비 30% 를고려한금액 US$ 32,000을고려하면대략손익분기점기간이 3.5년으로환산된다. 3) 신기술 (New Technology) 석탄, 석유, 가스, 원자력, 수력등세계주요에너지의공급비율추세는다음과같다. 기존의에너지원을대체할수있는바이오에너지, 수소연료등신기술의비중이현재까지는높지않지만점점확대될것으로예상된다. < 그림 4-38> 세계주요에너지의공급비율추세 (1971~2004 년, 단위 : Mtoe) 자료 : International Energy Agency, Key world energy statistics, 2006 (1) 바이오에너지 1 기술개요바이오에너지는열또는전기를생산하는여타의신재생에너지자원과는달리에너지의장기저장이가능한연료의형태로생산가능하다는장점이있다. 바이오

106 70 에너지생산에사용되는원료인바이오매스에는유기성폐기물, 농임산부산물과에너지작물등이있으며이들로부터에너지를생산하는데적용되는기술도열화학적기술과생물학적전환기술이있다. 적용된기술에따라생산된바이오에너지는열, 전기뿐만아니라수송용대체연료등의형태로활용된다. 이러한바이오에너지기술중일부는상용화되어실제보급중에있으며다른기술들은보다미래기술로개발중이다. 대표적인바이오매스의종류와각원료별로적용되는바이오에너지생산기술은다음그림과같다. 동일한원료에대해서도각각다른전환기술을적용하면다른형태의에너지를생산하게된다. 특히바이오에너지기술에서는다른신재생에너지원이생산하지못하는수송용연료를생산할수있어다른재생에너지원과보완관계를갖는다. < 그림 4-39> 바이오에너지기술의개념도 자료 : 이진석, 박태현, 바이오에너지기술의현황과전망, 신재생에너지, Vol. 2, No. 1, pp , 2006 상용화된바이오에너지기술로는유기성폐기물의혐기소화, 섬유소계바이오매스의열화학적이용기술, 수송용바이오연료관련기술등이있으며미래의바이오에너지기술로는목질계바이오매스로부터바이오에탄올생산, 바이오매스로부터수소생산등이있다.

107 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 71 2 국외의개발현황미국은 2000년 바이오매스 R&D법 제정을계기로바이오에너지개발을본격화하였고현재바이오매스관련 R&D에만연간 1억 5천만달러이상을투자하고있다. 또한, 바이오에너지기술개발및보급활성화를위한다양한지원정책을시행하고있다. < 표 4-27> 미국의바이오에너지관련주요개발정책 법 정책 ( 실행시기 ) 주요내용특징 Biomass R&D Act (2000) National Biomass Initiative(2001) Federal Procurement of Biobased Products (2002) Renewable Energy Systems & Energy Efficiency Improvements (2003) Biorefinery Development Grants(2002) Continuation of Bioenergy Program (2003) E85 Tax Credit (2002) Renewable Fuels Standard(RFS) (2005) Tax Incentives for Biodiesel(2004) 에너지성및농업성에국가바이오매스전략의실행의무 미국의바이오매스관련 R&D 및자원관리를총괄하는정책 연방정부가만달러이상의구매활동시, 바이오성분이다량함유된제품의구매를우선하도록의무화 농가나지역소기업의재생에너지생산또는에너지시설개선에대한보조금또는저리의차관을지급 바이오매스에서각종연료및화학소재를생산하는공정개발및건설비용의일부를지원 연간바이오에너지생산량이증가한생산자에게증산비용의일정액을연간 150 백만달러한도에서 2006 년까지지원 수송용대체연료 (E85) 에대해갤런당총 달러의세금을공제 2012년까지바이오연료등재생가능연료 (RFS) 의사용량을연간 50억갤런까지확대 2012년까지정유회사는일정기준이상의 RFS를생산하거나, 다른정유사로부터 RFS 사용권을구입해야함 100% 천연식물오일로제조한바이오디젤은갤런당 1 달러, 재활용오일로만든바이오디젤은갤런당 0.5 달러세금공제 바이오매스의국가비전및기술로드맵수립 산하에 Biomass R&D Initiative를운영 농업성이바이오성분함량 품질을측정하여우선구매목록인 Biobased Product Lists를작성 2005 년도는 22.8 백만달러를배정 바이오정유공정개발및건설비용의 30% 까지지원 연간 65백만갤런이하생산자는증가량 2.5유닛당 1유닛, 65백만갤런이상은 3.5유닛당 1유닛의비용을보조 E85 판매용시설투자를한소매사업자도연간 3만달러의소득세를공제. 2007년기한 환경청 (EPA) 이공급상황에따라목표수치를증 ( 감 ) 량할수있도록규정 일정규모이하의소형정유사업자는 RFS 사용량또는사용권구매의무를 2007년말까지유예 미국시장에서바이오디젤이석유계디젤대비생산비가갤런당 1 달러비싼수준 자료 : 삼성경제연구소, 미국의바이오에너지개발현황과시사점, SERI 경제포커스, 80 호, pp. 1-12, 2006

108 72 3 국내의개발현황국내에서는 2006년 7월부터바이오디젤이상용화되는등대체에너지상용화에박차를가하고있다. 우리나라는수송용에너지비율이높기때문에바이오에너지의활용은많은도움이될것이며바이오연료를국내에서활용할경우농가소득에도도움이될전망이다. 국내에서수송용에너지의사용비율은전체에너지사용량의 23.5% 를차지한다. 특히대형차량등에너지다소비차량의증가가눈에띈다. 지난 2002년바이오디젤시범보급사업을전개하면서개발및상용화에적극나서고있다. 2002년정부는경유에바이오디젤 20% 를첨가한제품을수도권및지방일부지역에서판매를허용하면서시범보급하기시작했다. 이후 2004년 10 월에석유및석유대체연료사업법을개정해상용화의발판을마련했다. 정부는 2011년까지바이오디젤을연간 55만kl생산한다는중장기적목표를설정했다. 이목표량은국내경유소비량의 2.4% 수준이다. 4 효과분석바이오에탄올은휘발유보다낮은가격에수입하는것이가능하므로에너지비용절감을기대할수있지만, 바이오디젤은생산단가가높아시장가격을기준으로했을때에너지비용절감을기대할수없다. < 표 4-28> 화석연료와바이오에너지의가격비교 (2005 년기준 ) 휘발유 ( 국제가 ) 바이오에탄올 * ( 브라질 ) 경유 ( 국제가 ) 바이오디젤 (EU) 가격 ~ ~0.75 주 : 해외운송비, 관세, 세금이포함되지않은가격 * : 바이오에탄올의가격은휘발유환산비용이고려된것. 휘발유환산비용이란바이오에탄올이휘발유에비해약 48% 정도열효율이낮은것을감안하여휘발유와같은연비로추정했을때드는비용으로계산된수치자료 : 삼성경제연구소, 한국형바이오연료의가능성평가및시사점, Issue Paper, 2007 바이오에탄올은휘발유보다낮은가격에수입이가능하다. 2005년브라질현지에탄올세전현물가격은국제휘발유 22) 보다다소낮은상태이다. 22) 싱가포르현물시장본선인도 (FOB) 가격기준.

109 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 73 바이오디젤은생산단가가높아시장가격을기준으로한경제성은낮다. 2005년독일현지바이오디젤세전현물가격은국제경유가격에비해리터당 20센트이상높은상황이다. 23) 미국의에너지성에따르면바이오에탄올 1단위의에너지량은생산에투입된총에너지대비약 134% 로에너지효율측면에서는경제성이있다고판단된다. 독일의슈피겔지는차량의연비를통해바이오연료의에너지효율을제시하였는데, 일반차량기준연비를 20km /l로봤을때바이오디젤의연비는 18.2km /l, 바이오에탄올의연비는 13.2km /l로나타났다. < 그림 4-40> 바이오연료의에너지효율 자료 : 조선일보, 떠오르는 신재생에너지, 2 월 1 일기사, 2007 < 표 4-29> 바이오연료의연료비추정 구분 연료 바이오에탄올 * 바이오디젤 ** 적용분야 RTG 야드트럭 RTG 야드트럭 연료소모량 1.42l/TEU 0.86l/TEU 1.56l/TEU 0.95l/TEU 연료가격 $0.34/l $0.7/l 연료비 $0.48/TEU $0.29/TEU $1.09/TEU $0.67/TEU * : 바이오에탄올의가격이휘발유환산비용이므로바이오에탄올의연료소모량은국내컨테이너터미널의장비별평균유류소모량을사용하였음 **: 바이오디젤의연료소모량은국내컨테이너터미널의장비별평균유류소모량과휘발유대비바이오디젤의연비비율 (91%) 을사용하여추정하였음 23) 바이오에탄올은브라질이수출하고있으나, 바이오디젤은아직국제거래가이루어지지않고있어현재가장보급이활발한 EU 의가격을기준으로비교.

110 74 (2) 수소연료전지 1 기술개요수소에너지는궁극적으로인류가당면하고있는에너지와환경문제를동시에해결할수있는유일한에너지원으로평가된다. 향후 30~40년뒤에예상되는수소에너지시대, 즉수소경제의비전이달성될때수소이용기술인연료전지기술이보편화돼새로건설되는발전소는연료전지발전소가대부분일것이며, 가정과상업용건물에도연료전지가설치될것이다. 또한운행되는상당부분의승용차와버스가연료전지차량이며, 이에상응해주유소의절반정도는연료전지차량에수소를공급하는수소주유소로대체될것이다. 그러나이러한꿈을이루기위해서는수소에너지체계의핵심인연료전지기술의상용화는물론풍력, 태양등을이용한대체에너지원으로부터의수소생산기술, 수소저장, 운송에이르는수송인프라스트럭처구축등해결해야할과제가적지않다. 연료전지는기존의전지나동력기관에비해다양한장점을보유하고있다. 연료전지의가장큰특징은친환경성이다. 연료전지는소음이거의없고물이외의부산물도거의없다. 연료전지는 2차전지의용량한계를극복할수있는기술로서, 현재니켈수소 2 차전지, 리튬이온 2차전지등이 3시간정도충전시간이필요한반면연료전지는연료주입에수초 ( 數秒 ) 면충분하고kg당에너지밀도도 1,000Wh로리튬폴리머전지의 3배이상이다. < 그림 4-41> 연료전지와내연기관의 CO₂ 배출비교 자료 : 삼성경제연구소, 에너지혁명 : 연료전지사업의현황과발전전망, Issue Paper, 2004

111 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 75 < 그림 4-42> 전지의에너지밀도와충전시간 자료 : 상게서 연료전지는셀의개수를늘리면출력을높일수있기때문에연료전지형태에따라수 W ~ 수십MW의전력생산이가능하다. 따라서휴대용, 주택용, 자동차용, 우주선용등현재석유, 가스, 전력등에너지를사용하는거의모든분야에응용이가능하다. 2 국외의개발현황미국은자동차용개발에주력하고있다. 1960년대우주및군사용으로연료전지연구를시작한이후점차상업화연구로발전했다. 미국정부는에너지대외의존완화와자동차산업경쟁력강화측면에서연료전지육성책을추진했다. 이와더불어민간과의파트너십을통해상업화장애를극복하고있다. 18개주이상의주에서도주정부차원의연료전지프로젝트를추진중이다. 일본은연료전지의산업화를추구하고있다. 1980년대부터연료전지개발및상용화를정부차원에서지원했다. 정부는지속적으로연료전지에대한비전과의지를표명하고있다. 정부내추진주체는경제산업성을중심으로국토교통성, 환경성등이협력하고있고특히자동차산업경쟁력확보를위해연료전지지원을강화하고있다. 현재는연료전지확산시나리오상 연구및기술데모 단계로일본전역을연료전지시험무대화하고있다.

112 76 < 그림 4-43> 미국의연료전지상업화로드맵 자료 : 상게서 < 그림 4-44> 일본의연료전지상업화추진체계 자료 : 상게서 유럽은환경문제해결대안으로연구를강화하고있다. EU 전체의연구비총액은미국, 일본에뒤처지는수준이지만연료전지에대한관심이확대되고있다. 유럽위원회 (EC) 는 R&D Framework Program(FP) 의일환으로연료전지 R&D를지원하고있지만주로자동차용연료전지개발에주력하고있으며연료전지자동차 ( 버스 ) 의시범운행프로그램을강화하고있다. 개별국가차원의연료전지투자는 2000년기준으로프랑스, 독일, 네덜란드순이지만전반적으로미국, 일본처럼국가적지원은크지

113 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 77 않다. < 그림 4-45> 일본의연료전지확산시나리오 자료 : 상게서 아이슬란드는풍부한자연에너지원을활용해수소강국을지향하고있다 년세계최초로수소경제국가로의전환계획을발표했다. 수소경제로의이행을위해 1999년 아이슬란드신에너지사 (INE, Iceland New Energy) 를설립했다. 캐나다는 Ballard Power Systems라는세계적연료전지기업을보유하는등연료전지산업에있어경쟁력을인정받고있다. 최근캐나다정부는고용창출, 지식기반제조경쟁력강화를위해연료전지지원을강화하고있다. 3 국내의개발현황수입에너지의존도가높아그어느나라보다대체에너지개발이필수적임에도불구하고연구수준은선진국에비해크게뒤처지는편이다. 국내연료전지연구는대체에너지관점보다는제품경쟁력강화측면에서이루어지고있으므로연구개발도자동차용과휴대기기용에집중되어있다. 주로대기업에서연구개발이진행되고있으며, 최근벤처기업들이가세하였다. 정부는국내연료전지기술이선진국과약 5년의격차가있다고분석하고있다. 연료전지관련국내업체의동향을살펴보면자동차용은현대자동차가 2002년미국연료전지업체인 UTC Fuel Cells과전략적제휴를맺고연료전지자동차를

114 78 개발중이다. 현대자동차는기존연료전지연구팀을센터로확장하여연료전지연구를강화하고있다. 휴대용은삼성종합기술원, LG화학, 세티등이휴대용연료전지에대한연구를본격화하고있고, 거치용은전력연구원이발전용개질시스템, 가정용고체고분자형연료전지 (PEMFC) 등의기술을개발중이다. 4 효과분석연료전지는효율이높아에너지절감효과가크다. 연료전지의발전효율은현재 30~50% 로내연기관보다우수하며, 열로회수되는에너지를활용하면전체효율이 80% 에육박할수있다. 전력과보일러를사용하는가정이연료전지를도입해급탕과전력일부를충당할경우필요한투입에너지량은현행보다 16% 절감이가능하다. < 그림 4-46> 가정용연료전지사용시에너지절감 자료 : 상게서 또한연료전지자동차는가솔린차량에비해약 3배이상의고효율을나타낸다. 화석연료에서수소를추출해연료전지자동차를구동할경우연료생산효율은낮지만차량효율은높아지게된다. 조사된자료를기반으로수소연료전지를컨테이너터미널에적용했을때예상되는연료비용을산출해보았다. 야드트랙터에적용했을때비용은 US$0.14/TEU, RTGC에적용했을때비용은 US$0.24$/TEU로추정되었다. 단수소연료의충전비용은제외하였다.

115 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 79 < 그림 4-47> 하이브리드차연료전지의종합효율 자료 : 상게서 < 표 4-30> 수소연료전지의연료비추정 연료수소연료전지구분적용분야야드트랙터 RTG 연료소모량 1.20 kw /TEU* 1.98 kw /TEU** 연료가격 $0.12/ kw *** 연료비 $0.14/TEU $0.24/TEU * : 야드트랙터의연료소모량은국내컨테이너터미널의야드트랙터평균유류소모량 (0.86l/TEU), 야드트랙터의유류연비 (3.5 km /l), 수소연료전지차량의연비 (10 km / kw ), 일반차량연비대비야드트랙터의연비비율 (25%) 을사용하여추정하였음 ** : RTGC 의연료소모량은추정된야드트랙터의연료소모량 (1.20 kw /TEU), 국내컨테이너터미널의야드트랙터대비 RTG 의연료소비비율 (1.65 배 ) 을사용하여추정하였음 *** : 연료가격은 Ballard Power Systems 의연료전지가격 ($73/ kw ), 수소연료전지차량의연비 (10 km / kw ), 자동차용연료전지의총주행거리 (40,000 km ) 를사용하여추정하였음. 단, 수소연료의충전비용은제외하였음주 : 1) 야드트랙터의연료전지용량을 200 kw라고가정하고 Ballard Power Systems 의연료전지가격 ($73/ kw ) 을적용하면, 야드트랙터연료전지의가격은 $14,600 로추정됨 2) 야드트랙터의 1 사이클평균운행거리 (1 km ), 터미널의연간처리물량 (312,500box), 야드트랙터의수 (20), 야드트랙터연료전지의예상총주행거리 (40,000 km ) 를적용하면, 야드트랙터연료전지의수명은 2.5 년으로추정됨 3) RTGC 의연료전지용량을 300 kw라고가정하고 Ballard Power Systems 의연료전지가격 ($73/ kw ) 을적용하면, RTG 연료전지의가격은 $21,900 로추정됨 4) RTGC 의 1 사이클평균이동베이의수 (15.4), 베이간의간격 (6.438m), 터미널의연간처리물량 (312,500box), RTG 의수 (8), RTG 연료전지의예상총주행거리 (24,000 km ) 를적용하면, RTG 연료전지의수명은 6 년으로추정됨

116 80 (3) 하이브리드엔진 1 기술개요휘발유나디젤차는엔진과변속기 ( 트랜스미션 ) 로구성된동력전달장치 ( 파워트레인 ) 가차를움직인다. 이경우엔진의효율은차의주행상태에따라많이변한다. 저속으로주행할때는효율이낮고, 대기중이나차가막혀서있을때는효율이거의 0이다. 차는정지하고있어도엔진은계속돌아연료를그냥버리는것이나마찬가지기때문이다. 일반적으로연료에서나오는에너지의 18~23% 만실제로자동차를움직이는데사용되고나머지는버린다고보면된다. 이런단점을보완하기위해하이브리드전기자동차는모터와엔진을동시에구동해동력을얻는다. 엔진의모든동력을전기에너지로바꿔이를다시모터로변환해동력을얻거나 ( 직렬형 ), 엔진과모터를상황에따라적절히작동하도록조절해동력을얻을수도있다 ( 병렬형 ). 그리고두가지방식을섞은복합형도있다. 예를들어엔진이움직이면자동차를구동시켰던배터리가충전되고, 속도를줄일때는운동에너지가전기에너지로바뀌어배터리에저장된다. 또차가정지하면엔진이저절로꺼졌다가속페달을밟으면엔진이켜진다. 즉하이브리드자동차는엔진이외에동력을생산하는전기모터를사용한다는점을최대한활용해연료손실을최소로줄인다. 하이브리드자동차는세계적으로 1997년 200대가생산된이후 2004년에는 16만대로늘었으며, 매년평균 62% 씩하이브리드자동차수가늘고있다. 2 국외의개발현황세계에서하이브리드자동차기술이가장앞선나라는일본이다. < 표 4-31> 도요타하이브리드모델의연비 모델 연비 발매년도 프리우스 ( 신형프리우스 ) 31km /l(36km/l) 1997(2003) 에스티마하이브리드 18km /l 2001 크라운마일드하이브리드 13km /l 2001 크라운세단마일드하이브리드 13km /l 2002 자료 : 삼성경제연구소, 환경친화형자동차의개발동향과향후대응전략, Issue Paper, 2003

117 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 81 < 그림 4-48> 도요타의하이브리드모델 (a) 신형프리우스 (b) 에스티마하이브리드 자료 : 상게서 일본의도요타는 1997년세계최초의하이브리드자동차인 프리우스 (Prius) 를개발하였다. 시속 50km이하의저속에서는배터리를이용한모터로, 시속 50km이상에서는휘발유엔진으로움직인다. 도요타는 프리우스 이후 2004년동급차량과비교해 74% 가까이연비가뛰어난 프리우스 Ⅱ 를출시했다. 혼다는 1999년 인사이트 (Insight) 를시작으로 시빅 (Civic) 하이브리드, 아코드 (Acord) 하이브리드자동차를출시하며도요타에이어 2위자리를지키고있다. < 표 4-32> 혼다하이브리드모델의연비 모델 연비 발매년도 인사이트 (Insight) 35km /l 1999 시빅 (Civic) 하이브리드 29km /l 2001 자료 : 상게서 < 그림 4-49> 혼다의하이브리드모델 (a) 인사이트 (b) 시빅하이브리드 자료 : 상게서

118 82 3 국내의개발현황국내에서는현대자동차가최초로 클릭 (Click) 하이브리드자동차를개발해 2004년 10월환경부에 50대를공급했다. 당시 프리우스 의누적판매량이 30만대를돌파했다는점에견줘보면늦은감이있지만우리나라도드디어하이브리드자동차생산국의대열에합류했다는점에서의미가크다. 현재 클릭 하이브리드자동차는경찰청업무용차량으로운행되고있다. 현대자동차는 클릭 에이어 2005년에 베르나 (Verna) 하이브리드자동차를출시하였다. 베르나 하이브리드는 2005년환경단체가국내에서판매되는 117종의승용차를대상으로실시한환경등급평가에서 1위를차지하며대표적인친환경차량으로자리잡았다. 4 효과분석하이브리드엔진을장착한자동차의경우, 구입비용은휘발유차량보다높지만연비는약 50% 이상향상된다. 따라서운영측면만봤을때는즉시에너지비용절감효과를얻을수있고, 투자후몇년이내에투자비용회수가가능하다. 하이브리드차량이대중화되고가격이더떨어진다면보다큰에너지비용절감효과를기대할수있을것이다. 국내에수입된하이브리드차량을기준으로하여구입가격과연비를비교해보았다. 국내에서처음으로판매를시작한하이브리드차인렉서스 RX400h의연비는 12.9km /l로휘발유모델인 RX350( 연비 8.9km /l) 에비해 45% 가량높다. 반면가격은 8,000만원으로 6,970만원인 RX350에비해 15% 가량비싸다. < 표 4-33> 하이브리드차와휘발유차의가격및연비비교 1 차종 RX400h RX350 가격 80,000,000원 69,700,000원 연비 12.9km /l 8.9km /l 비고 하이브리드모델 휘발유모델 자료 : 카리뷰, 수입하이브리드차, 몇년타야본전뽑나?, 2007년 3월 6일기사

119 제 4 장국내외에너지비용절감사례및대안별효과분석 83 국내에서두번째로선보인혼다 시빅 의차량가격은 3,390만원이고경쟁차종중의하나인아반떼 1.6( 최고급형 ) 의차량가격은 1,615만원으로, 시빅 은 2배가량비싸다. 그러나 시빅 의연비는 23.2km /l로아반떼 (12.3km/l) 에비해서 2배가량높다. < 표 4-34> 하이브리드차와휘발유차의가격및연비비교 2 차종 시빅 아반떼 1.6( 최고급형 ) 가격 33,900,000원 16,150,000원 연비 23.2km /l 12.3km /l 비고 하이브리드모델 휘발유모델 자료 : 상게서 < 표 4-35> 구분 하이브리드엔진의연료비추정연료하이브리드엔진적용분야야드트랙터 RTG 연료소모량 0.315l/TEU* 0.5l/TEU** 연료가격 1,200/l 연료비 378/TEU 600/TEU * : 야드트랙터의연료소모량은국내컨테이너터미널의야드트랙터평균유류소모량과휘발유차량대비하이브리드엔진차량의연비비율 (150%) 을사용하여추정하였음 ** : RTG 의연료소모량은추정된야드트랙터의연료소모량 (0.315l/TEU), 국내컨테이너터미널의야드트랙터대비 RTG 의연료소비비율 (1.65 배 ) 을사용하여추정하였음주 : 휘발유모델자동차와하이브리드모델자동차의가격을비교했을때, 하이브리드엔진의가격은일반디젤엔진의 1.5 배정도로추정됨 조사된자료를기반으로하이브리드엔진을컨테이너터미널에적용했을때예상되는연료비용을산출해보았다. 야드트랙터에적용했을때비용은 378/TEU, RTG에적용했을때비용은 600/TEU로추정되었다.

120 84 < 표 4-36> 신기술요약정리 기술바이오에너지수소연료전지하이브리드엔진 특징 에너지원인바이오매스는유기성폐기물, 농임산부산물과에너지작물등 열, 전기, 수송용대체연료등의형태로활용 에너지의장기저장이가능한연료형태로생산가능 일부는상용화되어보급중 소음이거의없고물이외의부산물이거의없음 연료전지의셀개수를늘리면출력을높일수있기때문에연료전지형태에따라수 W~ 수십MW의전력생산가능 휴대용, 주택용, 자동차용, 우주선용등에응용가능 모터와엔진을동시에구동하여동력을얻음 엔진이움직이면자동차를구동시켰던배터리가충전되고속도를줄일때는운동에너지가전기에너지로바뀌어배터리에저장 엔진이외에동력을생산하는전기모터를사용하여연료손실을최소화 현황 국외 국내 미국은 2000 년 바이오매스 R&D 법 제정을계기로바이오에너지개발을본격화 미국은바이오매스관련 R&D 에연간 1 억 5 천만달러이상을투자 미국은바이오에너지기술개발및보급활성화를위한다양한지원정책을시행 2002 년정부는경유에바이오디젤 20% 를첨가한제품을수도권및지방일부지역에서판매허용 2004 년 10 월에석유및석유대체연료사업법을개정해상용화의발판마련 정부는 2011 년까지바이오디젤을연간 55 만kl생산한다는중장기적목표설정 2006 년 7 월부터바이오디젤상용화 미국은자동차용개발에주력 일본은연료전지의산업화를추구 유럽은환경문제해결대안으로연구를강화 아이슬란드는풍부한자연에너지원을활용해수소강국을지향 캐나다는연료전지산업에서경쟁력보유 선진국에비해연구수준이크게뒤처지는편 국내연구는대체에너지관점보다는제품경쟁력강화측면에서이루어지고있으며, 자동차용과휴대기기용연구개발에집중 주로대기업에서연구개발이진행되고있으며, 최근벤처기업들이가세 일본의도요타는 1997 년에세계최초의하이브리드자동차를개발했고, 성능이향상된후속모델을출시 일본의혼다는 1999 년부터하이브리드자동차를출시 현대자동차는 2004 년에국내최초의하이브리드자동차를출시 최초로출시된하이브리드차량은경찰청업무용차량으로운행 현대자동차는 2005 년에후속모델을출시 후속모델은 2005 년환경등급평가에서 1 위를차지하여대표적인친환경차량으로자리잡음 효과 바이오에탄올은휘발유보다낮은가격에수입가능 바이오디젤은휘발유보다가격이높음 바이오에탄올 1 단위의에너지량은생산투입대비약 134% 일반차량기준바이오디젤의연비는 91%, 바이오에탄올의연비는 66% 수준 발전효율이 30~50% 로내연기관보다우수하며열로회수되는에너지를활용하면전체효율이 80% 에육박 가정에서전력과보일러에연료전지를도입할경우, 에너지량 16% 절감가능 연료전지자동차는가솔린차량에비해약 3 배이상의고효율 하이브리드엔진장착자동차의구입비용은휘발유차량보다높지만연비는 50% 이상향상 운영측면에서는즉시에너지비용절감이가능하고투자후몇년이내에투자비용회수가능 연료비추정 바이오에탄올 - RTG : $0.48/TEU - YT : $0.29/TEU 바이오디젤 - RTG : $1.09/TEU - YT : $0.67/TEU 수소연료전지 - YT : $0.14/TEU - RTG : $0.24/TEU 하이브리드엔진 - YT : 378/TEU - RTG : 600/TEU

121 제 5 장하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 1. 하역체계의에너지소비패턴 1) 하역시스템의상호관계정의컨테이너터미널에서유류및전기에너지를주로소모하는하역시스템은하역작업의특성상컨테이너의흐름에기인하여작업량에따른에너지소비를하게된다. 일반적으로 C/C의 1회양하작업시 20피트컨테이너 1개또는 40피트컨테이너 1개를처리할경우이는 YT의이송작업 1회를야기시키며, 또한야드에서 TC의하역작업 1회를유발하게된다. 반대로 C/C의 1회적하작업은 YT의 1회이송작업과 TC 1회하역작업이선행되어야한다. 따라서, 하역작업의상호작용상컨테이너 1단위의하역은 2회크레인작업과 1 회이송작업이수반된작업을수행하게되므로장비의작업은반드시연계되어야하므로 1회의하역작업은이에따른일련의에너지소비를유발하게된다. 현재의컨테이너터미널에서양적하작업과정에서하역시스템상호간에발생하는에너지소비작업을구분하면다음 < 그림 5-1> 과같다. < 그림 5-1> 하역체계상호관계정의도 *1 또는 40 *1 하역 1 회 이송 1 회하역 1 회양하작업 하역 1 회이송 1 회하역 1 회적하작업 20 *1 또는 40 *1 전기에너지 유류에너지 유류에너지

122 86 그러므로컨테이너터미널에서처리한물동량에는이러한에너지소비패턴이잠재적으로포함되어있으며, 컨테이너 1TEU에대한에너지소비를비용으로환산하여모델을정의할수있다. 또한이러한에너지소비는하역시스템의흐름과정이안벽-이송-야드간에소비가많이발생하는지점을찾아우선적으로소비를감소시키도록방안을적용하는것이필요하다. 2) 하역시스템의에너지소비패턴하역작업을수행하는동안하역장비의에너지소비에대한패턴을분석해보면, 다음의세가지유형으로구분할수있다. (1) 소비패턴 1 : 크레인사이클에대한에너지소비소비패턴 1의경우크레인 (C/C 또는 TC) 이컨테이너취급작업중에발생하는것으로고정적인에너지소비가발생하는부분으로고정비용개념으로적용되는것이며, 동력장치의변화가없을경우반드시발생한다. 소비패턴 1에속하는경우는다음과같다. 1 C/C 의하역시발생하는전기에너지소비 C/C가양하및적하시컨테이너 1단위 (20피트또는 40피트 ) 취급시에소모되는에너지소비량으로고정적으로발생하지만절감요인은 Twin lift 스프레더또는 Tandem lift 스프레더를사용하여 1회취급량을늘리면단위 (TEU) 당소모되는에너지소비는절감될수있다. 2 TC의하역시발생하는유류에너지소비 TC가야드에서장치장작업을위해컨테이너 1단위 (20피트또는 40피트 ) 를취급할때사용되는에너지소비량으로고정위치에서작업을할경우고정적으로발생하는비용이며, Twin lift 스프레더를사용하여단위 (TEU) 당소모되는에너지소비는절감될수있다. (2) 소비패턴 2 : YT의목적지도착후대기에너지소비소비패턴 2는 YT가 C/C 또는 TC와의연계작업을위해작업위치에도착한후대기하는동안에소모되는에너지를의미하며, 대기현상에따라변동적으로발생한다. 이유형에는다음의 2가지경우가발생한다.

123 제 5 장하역체계분석을통한에너지비용절감모델수립 87 1 YT의에이프런대기유류에너지소비 YT가안벽의에이프런에도착한후 C/C가작업진행상태일경우대기상태에서 YT가유류에너지를소비하거나대기행렬에따른대기시간에따라비례적으로증가하는변동비용이다. 2 YT의야드대기유류에너지소비 YT가야드의블록내작업베이에 TC보다먼저도착하여대기하는경우에발생하는대기상태에너지소비로대기시간에따라비례적으로증가하는변동비용이다. (3) 소비패턴 3 : 크레인작업위치대기에너지소비소비패턴 3은에너지소비의변동성이발생하는부분이 YT의이송후도착시간의불확실성에따른 C/C 및 TC의대기시간동안의에너지소비를의미하며, C/C 의경우전기에너지이며, TC의경우유류에너지의소비가발생한다. 이러한 3가지유형의소비패턴을하역과정으로표현하면, 아래의표와같은에너지소비패턴으로분류할수있다. < 표 5-1> 하역작업에서에너지소비패턴 ( 양하작업과정 ) 하역장비작업내용에너비소비소비패턴 C/C 선박적재컨테이너를집어서이송차량에내려놓기 컨테이너 1 단위하역을위한전기에너지소비 시간에비례 YT 컨테이너적재를위해 C/C 아래에서대기 대기시간동안유류소비 대기시간비례 YT 안벽에서야드로이동 컨테이너단위의이동거리에따라유류소비 이동거리에비례 YT TC 작업위치에서대기 대기시간동안유류소비 대기시간비례 TC 컨테이너장치를위해작업위치인 YT 대기위치로이동 이동거리에따라유류소비 이동거리에비례 TC YT 적재컨테이너를집어서장치장에내려놓기 컨테이너 1 단위장치를위한유류소비 시간에비례

124 88 위의표에서에너지소비패턴중 YT의경우이동거리와대기시간에따라변동적인에너지소비패턴을가지므로변동비용발생가능성이가장높다. TC의경우도장치장내부이동과대기시간에따른변동비용이발생할가능성이높다. 두가지경우는주로유류에너지를소비하면서대기중에도엔진이가동중이므로유류를소모하는특성을가지고있다. (4) 소비패턴 4 : YT 주행에너지소비소비패턴 4는에너지소비의변동성이 YT의운행거리에따라비례적으로발생하는부분으로 YT의이송작업동안지속적으로에너지가소비된다. YT의주행에너지에는주행중의대기시간과순수주행시간동안에너지소비가포함되어있다. 3) 하역장비별에너지소비량결정 3 장에서하역장비별로분석된에너지소모량에대해서분류하면다음과같다. < 그림 5-2> 하역장비별에너지단위소비량 따라서 1TEU의컨테이너를하역하기위해사용되는에너지비용은 2.87KWH와 1.64리터 (1.01리터 +0.63리터 ) 가소비되는것으로추정된다. 1단위 (TEU) 컨테이너하역작업시사용되는에너지소비량을결정하면, 이를기준으로에너지소비를절감시킬수있는비교대안들을수립할수있다. 따라서, 위에서추정한 2.87KWH와 1.64리터는에너지절감방안을수립하기위한기준이되는값이다. C/C의경우 1TEU 하역시 2.87KWH보다적은에너지소비량을가지도록하는대안을수립하여야한다. TC의경우 1.01리터보다적은유류소비량을가지는운영방안을마련하거나 TEU당에너지소비단가가더낮은에너지유형의전기동력원