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1 대한조선학회 WebZine SNAK Zine 2016년 4월

2 대한조선학회 편집위원회 위 원 장 조 대 승 / 부산대학교 편집이사 김 상 현 / 인하대학교 김 현 수 / 인하공업전문대학 안 병 권 / 충남대학교 안 형 택 / 울산대학교 정 한 구 / 군산대학교 학회지위원 강 사 준 / 한국조선해양플랜트협회 김 용 직 / 부경대학교 김 찬 기 / 국방과학연구소 유 병 석 / 한진중티엠에스 김 부 기 / 삼성중공업 이 만 섭 / 현대삼호중공업 이 성 근 / 대우조선해양 이 웅 섭 / 해군 장 봉 준 / 현대중공업 대한조선학회 Webzine 발 행 2016년 4월 20일 발행인 반 석 호 편집인 조 대 승 발행소 사단법인 대한조선학회 ( ) 서울특별시 강남구 테헤란로 7길 22 (역삼동) 과학기술회관 본관 508호 TEL : (02) , , 2371 FAX : (02) editor@snak.or.kr 본 학회지에 게재된 기사내용은 반드시 본 학회의 공식입장이나 회원 대다수의 의견을 대변하는 것이 아니며 사전허가 없이 무단복제 또는 전재할 수 없습니다.

3 TEL : (052) , 2692, 2686 FAX : (052) hkshin@ulsan.ac.kr

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10 SNAK Zine WEBZINE OF THE SOCIETY OF NAVAL ARCHITECTS OF KOREA 2016년 4월 내 용 특집 특집 : 신조선 온실가스 저감을 위한 EEDI의 기준선속 해석법 신명수 2 기후변화와 선박에너지효율 김성현 4 EEDI기준선속 해석을 위한 ISO15016개정과 해석 프로그램(i-STAP) 신명수, 박범진, 이경중, 기민석 기술보고 접이식 풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 친환경 태양광 레져보트의 성능평가 및 기술개발 문병영, 이기열 21 선박 소음코드 강제화에 따른 대처 현황 권종현, 김문수, 양성붕 39 연구실 탐방 인하대학교 모형시험수조 김상현 47 칼럼 세계 조선해양산업의 현황과 한국 조선의 Global Leadership 五 舟 黃 成 赫 56 연구회 소식 선박해양플랜트구조연구회 조대승, 김유일 64 단체회원사 소식 대우조선해양 66 현대중공업 74 삼성중공업 79 성동조선해양 83 현대미포조선 84 현대삼호중공업 85 STX조선해양 87 기타소식 88 국제논문집 내용 93 국문논문집 내용 94 국제학술대회 및 행사 안내 96 11

11 SNAK Zine 특 집 신조선 온실가스 저감을 위한 EEDI의 기준선속 해석법 신명수(선박해양플랜트연구소) 지구 온난화와 온실가스 저감이 전세계적인 화두이다. 이의 해결을 위하여 산업플랜트, 육상교통 등은 국가별로 감축 의무가 특정이 되어 있으나, 선박이나 항공기와 같이 지역적 으로 의무를 특정하기 어려운 분야는 교토의정서에 따라 해당 국제기구에서 별도의 감축률 과 시기를 결정하도록 일임되어 있다. 결과로서 국제항행에 종사하는 400GT이상의 선박은 국제해사기구(IMO)에서 규제를 추진 중이다. 2005년부터 IMO의 해양환경보호위원회(MEPC)에서는 선박에서 배출되는 온실가스 배출량을 계측하기 위한 잠정기준 개발을 시작으로, 온실가스 배출 저감을 위한 신조선 규제와 운항선 시장기반조치 등이 논의 중이다. 2015년부터 IMO에서 공식적으로 규제 시행중인 신조선 에너지효율지수(EEDI: Energy Efficiency Design Index)를 단순화 하면 다음 식과 같다. EEDI = 주엔진CO 2 + 보조엔진CO 2 - CO 2 발생저감(신기술) 재화중량 기준선속 이 식은 선박이 단위중량의 화물을 싣고, 일정 속도로 운항할 때 배출되는 CO2양을 나타내는 무차원화 된 식이다. 이 식의 값을 결정하는데 있어, 분모의 기준선속 검증이 기술적으로 어려운 분야중의 하나이다. 이 식에 의하면 같은 엔진을 장착하고, 같은 재화중량을 적재한 선박의 경우, 기준선속이 높아지면 EEDI값은 줄어든다. 즉, 우수한 저항추진 성능을 갖고 있는 선박이 낮은 EEDI값을 획득할 수 있으며, 이는 조선업의 경쟁력으로 직결된다. 여기에서 기준선속은 실해역 속력 시운전에 의해 결정해야 하며, EEDI값 요구조건(Attained EEDI)을 만족시키지 못하는 선박은 운항이 금지되는 강력한 국제 규제법규이다. 지속적으로 논의 되어온 EEDI인증 지침서에 의하면 기준 선속은 해석법으로는 ISO15016과 ITTC(International Towing Tank Conference)권고안 두 가지를 사용할 수 있는 것으로 결정되었다. ISO에서는 일본의 주관으로, 2012년부터 개정을 추진하여 왔으며, ITTC에서는 2014년에 속력시운전 권고안을 새로이 제정하였다. 개정은 두 개의 기관에서 별도로 추진되었지만, 결과적으로 ITTC권고안의 기술적 내용을 근간으로 하여 2

12 2016년 4월 ISO에서 개정작업이 수행되었다. 이렇게 개정된 표준이 ISO15016:2015이다. 개정된 표준은 속력시운전 해석의 투명성을 높이는 방향으로 추진되었으며, 주로 유럽과 일본의 기술이 도입되어 개정되었다. 본고에서는 EEDI기준선속 해석법의 개정경과 및 내용에 대하여 기술하였으며, 한국조선해양플랜트협회와 한국선급의 의뢰로 개발된 실선시운전 해석프로그램에 대하여 소개하며, 이 프로그램의 정도검증 및 적용 예에 대하여 기술한다. 순 서 기후변화와 선박에너지 효율 : 한국조선해양플랜트협회 EEDI기준선속 해석을 위한 ISO15016개정과 해석 프로그램 (i-stap) : 선박해양플랜트연구소 ISO15016:2015를 이용한 선속시운전 결과해석 및 적용현황 (Container) : 현대중공업 ISO15016:2015에 의한 속력시운전 해석 및 정도검증 (COT, LNGC) : 삼성중공업 ISO15016:2015 에 의한 속력 시운전 해석결과 비교 및 최적화 방안 (Tanker, Bulk Carrier) : 성동조선해양 ISO15016:2015를 이용한 선속시운전 결과해석 및 적용현황 (Container) 과 ISO15016:2015에 의한 속력시운전 해석 및 정도검증 (COT, LNGC), ISO15016:2015 에 의한 속력 시운전 해석결과 비교 및 최적화 방안 (Tanker, Bulk Carrier) 은 대한조선학회 웹진 다음 호에 게재됩니다. 3

13 SNAK Zine 특 집 기후변화와 선박에너지효율 김성현 (한국조선해양플랜트협회) 1. 서 론 1.1 전 지구적 아젠다, 기후변화 지난 월 프랑스 파리에서 개최된 제21차 유엔 기후변화협약(UNFCCC) 당사국 총 회(COP21)에서는 의미 있는 성과가 도출되었다. 196개 협약 당사국은 지구 온도를 산업혁 명 이전(1750년 기점)보다 최대 1.5 이상 높아지지 않게(또 다른 의미로 2 이내보다 상 당히 낮은 수준으로 유지하기 위해) 노력하기로 한 것이다. 산업혁명 이후 지구 온도는 약 0.85 상승하였는데, 이러한 온도 상승의 Cap은 전 지구 적 아젠다인 기후변화 대응을 위한 국가별, 산업별 적정 온실가스 배출량을 추산할 수 있 는(그리고 할당 할 수 있는) 근거가 되는 중요한 요소에 해당되어 많은 관심이 집중되었다. 장기간에 걸쳐 지속되면서 기후의 평균상태나 그 변동 속에서 통계적으로 의미 있는 변 동(주로 인위적인 원인에 의해)을 일컫는 기후변화에 대응하기 위해 지난 1988년 기후변화 에 관한 정부간 협의체(IPCC) 설립에 이어 1992년 브라질 리우에서는 유엔기후변화협약이 체결되었다. 이후 1995년부터 매년 협약 당사국 총회를 개최함으로써 기후현황과 변화, 온 실가스 감축수준과 방식 등을 논의하였다. 1997년 교토에서 개최된 제3차 당사국회의에서 는 선진38개국 온실가스 배출량 감축을 위한 교토의정서가 채택되었으며 이는 일 발효되어 일까지 효력을 지닌다. 포스트 교토체계의 새로운 프레임으로서 협약 당사국의 비준을 거쳐 월부터 발효 될 예정으로 협약 당사국 55개국 이상의 비준과 비준국가의 배출량의 전체 배출량의 55% 를 넘어야 한다.(2016.4월 각국 서명 개방) 1.2 선박의 에너지효율 산정 선박이나 항공기와 같이 국가별 의무를 특정하기 어려운 분야는 교토의정서에 따라 해당 국제기구에서 별도의 감축률과 시기를 결정하도록 일임함으로써 국제항행에 종사하는 400GT이상의 선박은 국제해사기구(IMO)에서 다루게 되었다. 교토의정서가 발효된 2005년부터 IMO는 해양환경보호위원회(MEPC)를 통해 현존선에서 배출되는 온실가스 배출량을 계측하기 위한 잠정기준 개발을 시작으로, 신조선과 시장기반 4

14 2016년 4월 조치 등의 논의가 공식 의제로 채택되었다. 신조선의 기술적 논의가 본격화되기 시작한 MEPC58차( 월) 직전 덴마크는 (환경) 비용과 (사회) 편익에 대한 분석을 통해 신조선박 이산화탄소 배출량 계산식을 아래와 같이 제출, 이후 에너지설계효율지수(EEDI)로 확장되었다. 이후 상기 수식은 수차례 논의와 수정을 거쳐 해양오염방지협약(MAPPOL AnnexⅥ) 개 정을 통해 MEPC62차(2011.7월)에서 최종 채택, 2013년 건조선박부터 단계적인 시행을 거 치게 되었다. 특히 최종 EEDI 수식에는 각종 보정계수(fi, fj, fc, fw, fivse 등)도입과 함께 에너지 저감장치 등을 포함한 혁신적 기술 적용에 대한 급부가 반영 되었다. 다음 단계는 특정기간(1999.1월 월) 인도된 선종 별로 아래 추정식을 이용하여 회귀분석을 수행한 후 기준값(Reference Line Value)을 도출하는 것이다. 이 역시 덴마크 가 제안한 기본 개념을 사용하였는데 이 값에 시기별 감축률을 적용하면 신조시 만족해야 하는 EEDI 값을 구하게 된다. 협약 개정당시 총 7개 선종에 더해, LNG 운반선, 로로선 및 여객선 등 5개 선종의 추가 작업을 통해 MEPC66차(2014.4월)에서는 이들을 포함한 총 12개 선종에 대한 감축률과 적 용시기 등이 확정되었다. 2. 본 론 2.1 끝나지 않은 논의 지난 월 협약 시행으로 국제해사산업계를 포함한 각국 정책과, 기술 개발 등이 활 발해지고 있다. 협약 규칙에 따라 IMO 사무국은 EEDI Phase'1' 시작 시점(2015.1월)과 5

15 SNAK Zine Phase'2' 중간(2022.7월) 시점에 협약 이행 적정성 조사를 위한 통신작업반(EEDI Review Process CG)을 구성하였다. MEPC67차( 월) 직후 구성된 작업반은 협약에서 정하고 있는 적용 단계(Phase), 기준선(Reference Line) 및 감축률(Reduction factor) 등의 실태를 파악, 다음 해당 단계 적용 시 필요한 협약 개정 여부를 파악하게 된다. IMO 사무국은 이를 위해 2013년을 전후한 시기에 인도된 선종별 EEDI 현황을 각 기국 및 해당 선급 등으로부터 취합, 데이터베이스화하여 작업반을 포함한 회원국 등에 제공함으 로써 개별 검토 사안들의 연관관계 및 에너지효율향상 기술을 식별, 분류하기 위한 작업을 진행하였다. 표 1 선종별 EEDI 감축 현황 선종 적용단계 척수 감축률(%) Non-mandato Bulk Carrier ry Phase '0' Non-mandato Tanker ry Phase '0' Non-mandato Containershi ry p Phase '0' Non-mandato Gas Carrier ry Phase '0' Non-mandato General ry Cargo Phase '0' 출처 : MEPC69/5/5(2016.1), Interim Report of CG on EEDI review required under MARPOL AnnexⅥ, 협회 재인용 적용 대상 6개 선종 682척( 일 현재)에 대한 조사 및 DB 구축을 통해 대부분 의 조사대상 선종이 특별한 에너지 저감 혁신기술의 적용 없이도 이미 월부터 적용 되는 Phase'2'를 만족하고 있음을 알 수 있다. 위 결과는 협약이 이행되는 Phase'0' 단계부터 EEDI를 만족하기 위한 노력들이 더욱 집 중되었음을 보여준다. 특히 현재 EEDI 수식의 분자 항목중 네 번째, 다섯 번째 항목인 에 너지 저감기술의 특별한 적용 없이 만족했음을 주목해야 한다. 상기 결과에 따라 현재 협약에서 정하고 있는 Phase'2'에서의 감축률 상향(2020.1월 이 후 건조선박, 현재 대부분 선종은 20% 감축률)에 대한 주장 등이 제기될 수 있다. 하지만 이는 기술적으로 이미 예견된 사안으로 그 근거 중 하나가 기준선을 정할 때 사용 6

16 2016년 4월 된 추정식에서 주기관과 보조기관의 SFC값을 각각 최근 190과 215로 결정하였기 때문이다. 또한 작업반 중간보고서에서는 대부분의 선종에서 (새로운 혁신기술의 적용보다는) 주기 관 출력과 선속 감속으로 EEDI를 만족시키는 경향이 뚜렷하게 나타나고 있으며 이는 실제 해상 운송에서의 Transport work(톤마일 개념으로 EEDI 수식의 분모항에 해당)의 감소로 이어져 결국 실질적인 에너지 효율 향상이 아닌 문자 그대로의 'Paragraph Ship' 건조가 증가하고 있음을 지적하고 있다. 이와 관련하여 작업반은 EEDI 향상방안에 대한 선종(Type)-선형(Size)별 적용가능 기술 과 개발 시점 등을 제시한 MEPC60차(2010.3월)일본 제안 문서(MEPC60/4/36)를 기반으로 검토를 진행하였는데 결국 EEDI 감축률을 결정하는 논의 초기부터 Review Process 전반 에 걸친 논의를 일본이 주도하고 있음을 알 수 있다. 그림 1 EEDI 향상 적용 방법 현재 IMO 사무국은 EEDI로 인한 실질적인 해상운송의 Transport work 실태를 파악하 기 위해 기존 EEDI DB 수집자료 외에 선속과 주기관 출력은 물론 선박 주요치수 등을 포 함시키기 위한 논의 등을 진행 중에 있다. 이상의 논의 등은 오는 4월 개최되는 MEPC69차에서 주요 의제로 채택, 논의될 예정으로 향후 에너지효율향상을 위한 다양한 신기술의 채택 및 이를 위한 검증 절차 개발 등이 계 속 될 전망이다. 2.2 무엇에 집중할 것인가 향후 EEDI를 중심으로 한 선박의 에너지효율 이슈는 선박성능 향상을 위한 다양한 기술 개발 및 제품수요로 이어질 전망이다. 특히 실 해역 상태에서의 선박성능 향상과 이에 대 한 검증 그리고 선박안전과 연계되는 이슈들이 논의의 중심이 될 것으로 예상된다. 최근 일본의 한 조선소는 국립해상기술안전연구소(NMRI)와 함께 38K 화학제품운반선을 대상으로 EEDI 날씨보정계수(fw)에 대한 인증을 선급으로부터 획득하였다. 이미 지난 해 19K와 35K에 이어 세 번째에 해당된다. 7

17 SNAK Zine 앞서 잠시 언급한 다양한 보정계수 중 fw는 EEDI 요소 중 조선업계에 가장 민감한 선속 이슈에 해당되며, 선박 설계 시계획 선속(Calm Sea Condition)이 실 해역 운항상태에서 구현되는 실제 선속(Representative Sea Condition, BF6)과의 비율을 표시함으로써 각 조 선소가 인도한 선박 성능에 대한 바로미터가 될 수 있다. 일본이 제안한 fw의 강제화는 설계 단계에서의 EEDI 값을 운항상태까지 확장하는 문제 제기 등으로 인해 현재 잠정계산지침 개발 이후 선택적 계산항목으로 EEDI Technical File에 기재하게 되어있다. 하지만 향후 실 해역 운항상태에 대한 실선 성능을 기반으로 한 운항적 조치(EEOI, SEEMP 등)의 강제화가 이루어 질 경우 에너지효율기술의 검증 절차 개 발과 함께 상당한 영향력을 미칠 것으로 예상된다. 또 다른 주요 이슈는 혁신적인 에너지저감기술(또는 장치)의 객관적 계산 방법 및 검증 절차에 관한 것이다. EEDI 수식의 분자 항목 중 네 번째와 다섯 번째에 해당되는 즉 (-)의 부호를 갖는 요소들로 새로운 기술 채택에 의한 에너지효율 향상에 대한 보상을 언급한 항 목이다. IMO는 에너지저감기술을 세 가지 범주(Category A, B, C)로 분류하여 다음과 같 이 도식화하였다.(MEPC.1/Circ.815, ) 선박이 소모하는 추진 및 전력 생산에 필요한 에너지를 저감시켜 주는 각종 기술의 효과 에 대한 검증으로 국내 산업계에서도 기 개발 중인 각종 에너지저감장지(ESD)인 CRP, Air Lubrication System, WHRS 등이 이에 해당된다. 표 2 에너지효율향상기술의 분류 8

18 2016년 4월 마지막으로 선박 안전 관련 이슈로 EEDI로 인한 저속 운항이 확대되면서 황천상태에서의 최소추진출력문제가 공식 논의되기 시작하였다. IACS는 회귀분석평가와 파랑 중 부가저항 등의 계산을 통한 단순평가 방법을 적용한 잠정지침서를 개발, Phase'0'단계 적용을 거쳐 MEPC67차( 14.10월)에서는 Phase'1'단계 까지 확대적용하기로 결정되었다. 그러나 그리스의 추진 출력과 EEDI 상관 관계 등의 영향분석에 따라 회기분석평가를 강 화하는 지침서 개정이 MEPC68차(2015.5월)에 승인되었다. 현재 논의는 유럽(SHOPERA)과 일본(JASNAOE)의 R&D 프로젝트를 통해 지속되고 있으며 해당 결과는 Phase'2' 적용을 위한 지침서 개정 예정이다. 표 3 개정된 최소추진출력기준의 선종별 영향 분석 위에 언급한 추가 주요 이슈들의 공통점은 선속임을 알 수 있다. 즉 에너지효율향상과 선 박성능지표의 최종 단계에서는 항상 선속이 등장하는데, IMO 검증지침서에서도 선속은 유 일하게 2단계(Design, Sea trial) 검증을 요구하고 있다. 특히 상선 건조 경험을 앞세워 EEDI 논의 초기 우리 나라가 기준선속 검증 방법으로 제 안한 ISO15016:2002에 대한 논의 끝에 STAIMO를 바탕으로 한 ITTC-ISO 공동 개발이 결 정되었다. 이후 ISO15016:2015 개정(2015.4월)이 이루어져 지난 월 이후 적용되고 있으며 우리 협회는 선박해양플랜트연구소(KRISO) 위탁연구를 통해 기준선속 해석프로그램 을 개발 완료하였다. 3. 결 론 선박의 온실가스규제가 에너지효율 문제로 전이되면서 기술적조치(EEDI)와 운항적 조치 (EEOI, SEEMP)로 크게 대별되고 이에 추가적으로 경제적인 시장기반조치(MBM)논의가 진 행되었으나 현재까지 강제화 된 사안은 기술적 조치에 해당되는 EEDI와 운항적 조치인 SEEMP(이 역시 비치만 강제화)에 머물러 있다. 최근 국제해사산업계는 에코쉽에 더해 빅데이터를 활용한 효율적 운항관리 및 ishipping 에 주목하고 있음을 알 수 있다. 이는 기존 EEDI라는 신조선 기술개발 영역이 유럽의 MRV 도입과 현존선의 에너지효율 규제라는 IMO 정책에 투영되어 실선 운항효율을 최적화 하기 위한 수단으로 IT 기술과 접목되고 있음을 보여주고 있다. IACS 등의 선급 단체 등은 이에 더해 각종 센서 및 통신기기의 신뢰성과 보안(Security) 이슈에 집중하고 있다. 사실 이러한 흐름은 협약 반영 이전에 산업계 니즈에 의해 유인된 측면도 강하지만 최근 보호도 9

19 SNAK Zine 장성능기준(PSPC), 선속해석(EEDI) 등 산업계의 사적 계약에 의한 기술적 관행 들이 점점 국제규정-표준화 되면서 투명성과 지적재산권 상호 간의 갈등이 빚어지는 원인이 되기도 하고 있다. 표 Tripartite Meeting 의제 No. Agenda 1 New Design, technologies & Innovations 2 ishipping & Efficiency 3 Monitoring Ship Performance 4 Machinery & Installations 상기 주제를 중심으로 총 24개의 주제발표 진행 실질적인 EEDI 감축률 이행으로 인한 에너지효율 이슈와 연계된 IMO 환경 정책 및 규제 와 맞물린 친환경선박 개발 수요가 새로운 산업계의 패러다임으로 자리 잡고 있다. 또한 친환경선박에 대한 다양한 정의와 의견 등이 제시되고 있으나 결국 선박생애주기 동안 소 모 되는 자원 및 배출되는 잉여물을 최적화함으로써 경제적 효용을 극대화하는 선박이 이 에 해당된다고 볼 수 있을 것이다. 이를 어떻게 차별화 할 것인지 그리고 보다 세밀하고 정교한 정책 수립을 어떻게 이끌어 낼 것인지에 대한 진지한 고민이 (대응이 아닌 주도의 입장에서) 요구되는 시기이다. 참 고 문 헌 국제해사기구(IMO), 결의서 Resolution.MEPC.263(68), Amendments to min. propulsion power(2015) 국제해사기구(IMO), 해양오염방지협약(MARPOL) 부속서 개정안 (2014) 국제해사기구(IMO), 결의서 Resolution.MEPC.245(66), EEDI Calculation Guidlelines(2014) 국제해사기구(IMO), 회람문서 Cir.815, 2013 Guidance on innovative technologies(2013) 국제해사기구(IMO), 회람문서 Cir.796, Interim Guideline for fw(2012) 김 성 현 1972년생 1997년 인하대학교 선박해양공학과 졸업 현 재 : 한국조선해양플랜트협회 기술지원팀 차장(조선기술사 & MBA) 관심분야 : 국제협약표준, 기술기획 및 지식재산권 연 락 처 : E - mail : shkim@koshipa.or.kr 10

20 2016년 4월 특 집 EEDI기준선속 해석을 위한 ISO15016개정과 해석 프로그램(i-STAP) 신명수, 박범진, 이경중, 기민석 (선박해양플랜트연구소) 1. 서 론 신조선의 속력시운전시 기준 선속을 결정하기 위하여, 국제 표준기구(International Standard Organization, 이하 ISO)에서는 선속시운전 해석법 ISO15016:2002(이하 2002 표준)를 제정하였다. 이에 따라 선박해양플랜트연구소(KRISO)가 주관이 되어 2002표준을 따르는 해석프로그램을 개발 하였으며, 이것이 우리나라의 표준 선속해석 프로그램으로 자 리 잡고 있었다. 그러나 이 표준해석법은 다양한 옵션에 의한 해석 값의 편차가 심하여 해 석결과에 대한 투명성이 지속적으로 제기되어 왔다. 이후, 온실가스 감축을 위하여 국제해사기구(International Maritime Organization, 이 하 IMO)는 EEDI(Energy Efficiency Design Index) 규제를 시행하였으며, 지속적으로 논 의 되어온 EEDI인증 지침서에 의하면 기준 선속은 실선 속력시운전으로 결정해야 하고 해 석법으로는 ISO15016과 ITTC권고안 두 가지를 사용할 수 있는 것으로 결정되었다. 이러한 배경 하에, IMO는 투명하고 신기술이 반영된 새로운 속력시운전 해석법의 개정을 ISO에 요구하였다. ISO에서는 일본의 주관으로, 2012년부터 개정을 추진하여 왔으며, ITTC(International Towing Tank Conference)에서는 2014년에 속력시운전 권고안을 제 정한 바 있다. 개정은 두 개의 기관에서 별도로 추진되었지만, 결과적으로 ITTC권고안의 기술적 내용을 근간으로 하여 ISO에서 개정작업이 수행되었다. 이렇게 개정된 표준이 ISO15016:2015(이하 2015표준)이다. 개정된 표준은 속력시운전 해석의 투명성을 높이는 방향으로 추진되었으며, 주로 유럽과 일본의 기술이 도입되어 개정되었다. 이렇게 개정된 두 가지의 해석방법은 상당부분 유사하지만, 전체적인 해석 절차가 기존의 ISO15016:2002와는 기본적으로 다르다. 많은 옵션이 삭제되었으며, 선속-동력 해석의 근간이 되는 부가저항, 선속, 동력 추정방법이 대부분 새로운 신기술로 대치되었다. 따라서 개정된 해 석 방법에 따라 선속-동력 해석을 수행하기 위한 새로운 소프트웨어 개발이 필요하게 되었다. 개발된 소프트웨어의 이름은 i-stap(iso15016:2015 Speed Trial Analysis Program) 이며 2015년 말에 완성되었으며, 이 프로그램은 국내 조선소에서 건조한 선박의 입급을 위 한 EEDI기준선속 속력시운전 해석에 유용하게 쓰이고 있다. 본고에서는 개정된 ISO, ITTC 속력시운전 해석법의 개정결과, 해석방법의 차이에 대하여 기술하며 해석프로그램인 i-stap에 대하여 소개하고자 한다. 11

21 SNAK Zine 2. ISO15016, ITTC권고안 개정 결과 개정이 완료된, 2002, 2015표준, ITTC권고안의 차이는 표 1과 같다. 전술하였듯이, ISO 개정안은 ITTC권고안의 거의 모든 내용이 포함되어 개정되었다. 동력, 선속 공기저항 파도 (선체운동) 파도 (반사파) 표 1 ISO 15016:2002, 2015, ITTC권고안 비교 ISO15016:2 002 Taniguchi- Tamura 법 JTTC차트, 풍동시험 Maruo Faltinsen, Kwon, Fujii- Takahashi ISO15016:20 15 DPM w/ LVT (inform : full scale wake) ITTC권고안 ( ) DPM w/ LVT STA차트, Fujiwara차트, 풍동시험 Maruo, STAWAVE2, 수조시험 STAWAVE, Theoretical w/ tank test, 규칙파 수조시험 STAWAVE, Theoretical w/ tank test, Theoretical w/ emp. form., 규칙파 수조시험 천수 Lackenby Leckenby (적용 수심조건 강화) 조타 SR 표류 (Drift) SR 조류 (Current) 실선시운전 횟수 보정가능, 구체적 방법 없음 3회 Iterative법, MoM법 Itertive법 : 4회 MoM법 : 6회 - - 계측 결과로부터 동력-선속을 보정하는 방법에 있어서 2015표준에서는 모형시험의 준추 진효율 계수를 그대로 사용하여 직접 동력을 보정하는 DPM(Direct Power Method, 이하 DPM)이 채택되었다. 이 방법의 사용을 위해서는 변동하중시험(Load Variation Tests, 이 하 LVT)에 의한 수조시험을 수행하여야한다. 선속-동력 해석을 위한 기존 2002표준의 Taniguchi-Tamura방법은 해석이 어렵고 방법이 투명하지 않다는 이유로 제외되었다. 다 만, 유사한 방법이 기술정보(Informative)형태로 부록에 남아 있다. 공기, 파도저항은 새로운 해석법으로 교체되었으며 천수효과는 유일하게 기존의 2002표준 12

22 2016년 4월 과 동일하며 조타, 표류는 해석법의 정도 검증이 문제되어 삭제되었다. 조류 보정법은 반복 수렴법(Iterative Method, 이하 Iterative법)과 평균의 평균법 (Mean of Means Method, 이 하 MoM법)이 채택되었다. 조류 보정법의 선택여부에 따라 최소 실선 시운전횟수가 결정된 다. 특이한 것은, 조류 보정법에 관하여 ITTC권고안에는 아무런 언급이 없다는 것이다. 전술 하였듯이, 2015개정안의 해석법에서는 거의 모든 항목에서 투명성이 확보되었다. 특히, 파도, 공기저항을 추정하는 실험식, 차트 등이 상세하게 기술되어 있는 것이 특징이 다. 또한, 2015표준에는 시운전 조건을 포함하여 풍속, 파고, 조류, 시운전 항로 결정 등 많은 제약 조건을 두고 있다. 다만, ISO 문서 1장에 조선소, 선급, 선주의 3자 합의에 따라 속력시운전 조건을 완화 또 는 변경할 수 있다는 추가조항이 삽입되었다. 이는 정해진 일정에 따라 악조건 하에서도 속력 시운전을 해야 하는 우리나라 조선소의 입장이 반영된 결과이다. 3. 기준선속 해석방법 3.1 해석절차 ISO15016:2015의 해석절차는 그림 1에서 볼 수 있듯이 선박 운항환경 외력을 계측, 해 석하여 평수중의 선속과 엔진동력을 추정한다. 우선 파도, 바람 및 수온/해수밀도 차이에 따른 부가저항 증가분을 계산하고, 이 값을 동력 증가분으로 환산한다. 이 증가분을 계측된 동력 값에서 빼주는 것에 의해 정수중의 동력을 추정한다. 별도로, 조류 및 수심의 영향은 직접 선속을 보정한다. 여기에서 최종적으로 모형실험과 시운전 흘수상태의 배수량 차이를 보정하여 최종 선속-동력 성능을 얻는다. 또한, 시운전을 수행하지 않은 하중조건(load condition)에 대해서도 모형시험 결과를 이용하여 성능을 추정할 수 있는 방법도 같이 포 함되어 있다. 그림 1 ISO15016:2015 해석절차 13

23 SNAK Zine 3.2 해석방법 바람에 의한 부가저항 해석을 위하여 공기 저항계수는 아래의 세 가지 방법을 사용할 수 있도록 하였다. 풍동시험 결과 사용 STA-JIP에서 정의한 선종별 저항계수 그래프 이용 Fujiwara regression formulae 사용 파도에 의한 부가저항 계산방법은 아래와 같이 총 4개의 방법을 사용할 수 있도록 하였 다. STAWAVE-1 STAWAVE-2 Theoretical method with simplified tank tests in short waves Seakeeping model tests 수온 및 해수밀도의 차이에 의한 부가저항을 계산하는 방법에는 별도의 선택사항이 없다. 조류를 보정하는 방법은 다음과 같이 두 가지 방법 중에서 선택할 수 있다. 2 double run의 결과를 평균하여 사용하는 Mean of means 방법 사전에 정의된 형태의 조류곡선을 추정하여 보정하는 iterative 방법 선속-동력을 해석하는 방법은 기본적으로 DPM을 사용하며, 이와 별도로 기존의 ISO15016:2002방법과 기술적으로 유사한 full scale wake를 추정하여 해석하는 방법도 기 술정보 형식으로 기술되어 있다. 시운전과 모형시험 사이의 배수량의 차이를 보정하는 방법은 기본적으로 모형선 선속-동 력 곡선을 상하로 이동시켜 보간(Interpolation)하는 것에 의해 최종 선속-동력 성능을 얻 게 된다. 같은 보간법을 사용하여, 다른 배수량 상태의 선속-동력성능도 추정하게 된다. 4. 해석 소프트웨어 개발 4.1 계산절차 ISO15016:2015에서는 각 단계별로 해석법을 잘 정의하고 있지만, 실제로 이에 따라 계 산하려고 하면, 문서에 확실하지 않는 부분이 있거나 어떻게 해석하느냐에 따라 결과가 달 14

24 2016년 4월 라질 수 있는 부분이 존재한다. 따라서 i-stap 개발을 위해 이러한 부분을 참고문헌, 전문 가 의견교환을 통해 정리하여 전체적인 계산절차를 그림 2와 같이 정의하였다. 그림 2 i-stap 계산 절차 i-stap에서는 우선 계산을 수행하기에 앞서 사용자가 입력한 데이터가 ISO15016:2015 에서 요구하는 제약사항을 만족하는지 검사한다. 1단계 : 만약 제약사항을 위배하는 부분이 있다면 경고문을 출력한다. 다음으로 바람, 파 도 및 수온/해수밀도 차이에 의한 부가저항을 계산한다. 2-4 단계 : 파도와 수온/해수밀도 차이에 의한 부가저항을 계산할 때에는 ISO문서에 따 르면 대수속도를 사용하여야 하나 아직 이 단계에서는 대수속도가 알려져 있지 않으므로 대신 double run의 대지속도를 평균한 값을 대수속도의 추정 값으로 사용하여 계산한다. 5단계 : 모든 부가저항이 계산 완료된 후 DPM을 이용하여 선속과 동력을 추정한다. 6-7 단계 : 5단계에서 얻은 선속을 조류에 대해 보정하고, 보정된 선속을 이용하여 다시 DPM을 통해 동력을 추정한다. 8단계 : 만약 선속-동력 추정을 위해 full scale wake를 추정하는 방법을 사용하였다면 마 지막으로 수정된 동력값을 이용하여 다시 한 번 선속에 대해 조류 보정을 수행하여야 한다. 9단계 : 만약 시운전을 수행한 위치의 수심이 낮다면 천수효과를 보정하여 새로운 선속 을 구한다. 10단계 : 또한, 시운전과 모형시험 사이의 배수량이 차이가 난다면 배수량 차이만큼 보정 을 하여 새로운 동력값을 구한다. 15

25 SNAK Zine 11단계 : 이렇게 얻은 선속-동력값은 시운전을 수행한 하중조건(load condition)에 대한 최종 결과가 되지만 만약 시운전을 수행하지 않은 하중조건에 대해서도 선속-동력을 추정 하고 싶다면 유사한 방법에 따라 변환할 수 있다. 조류 보정 방법에 따라 상기 절차는 간단해 질 수 있는데 만약 조류 보정을 Mean of means 방법으로 한다면 조류 보정이 동력값에 독립적으로 이루어지므로 동력값이 변경되 어도 조류 보정을 다시 수행할 필요가 없기 때문에 단계 5와 8을 수행할 필요가 없어진다. 4.2 입출력 데이터 i-stap은 시운전 보고서를 제공하는 것이 목적이 아니라 선속-동력 해석을 수행하는 것 이 그 목적이므로 시운전시 기록하는 모든 데이터를 입력할 필요가 없으며 선속-동력 해석 에 필요한 데이터를 입력하면 되도록 개발되었다. i-stap에 필요한 입력데이터는 다음과 같다. 선박의 기본 제원 시운전시 계측한 데이터 파도에 의한 부가저항 계산에 theoretical method를 사용할 경우 침수형상 데이터 모형시험 결과 i-stap의 출력데이터는 다음과 같다. 해석 결과 summary report 모든 중간계산결과가 포함된 상세 해석 결과 보고서 선속-동력 곡선 동력-RPM 곡선 조류 보정을 iterative 방법을 통해 했을 경우 추정한 조류 곡선 4.3 사용자 화면 i-stap은 그래픽 사용자 인터페이스를 이용하여 최대한 직관적으로 데이터를 입력하고 쉽게 결과를 검토할 수 있도록 개발되었다. 또한 관련된 데이터끼리 모아서 직관적으로 어 떤 데이터가 어떤 계산에 사용되는지 파악할 수 있도록 사용자 화면을 구성하였다. 그림 3은 i-stap의 주 화면을 보여주고 있다. 왼쪽은 어떤 데이터가 아직 입력 완료되 지 않았는지를 쉽게 파악 할 수 있도록 하였고 모든 필요 데이터가 입력되었을 경우에만 계산을 시작할 수 있다. ISO15016:2015에서는 어떤 계산 방법을 선택하느냐에 따라 필요 한 데이터가 달라지기 때문에 해당 기능은 큰 도움이 될 것이다. 16

26 2016년 4월 그림 3 i-stap 메인 입력 화면 그림 4 선속-동력 곡선(예시) 그림 5 조류 보정 곡선(예시) 17

27 SNAK Zine 그림 6 상세 계산 결과(예시) 그림 4는 계산 완료 후 결과인 선속-동력 곡선을 보여주고 있다. 그림 5는 조류 곡선을 보여주고 있으며, 그림 6은 상세 계산 결과 보고서의 일부를 보여주고 있다. 요약보고서와 모든 그래프는 i-stap 프로그램 내에서 확인이 가능하며 필요시 pdf 또는 bmp, jpeg와 같은 파일 형식으로 출력 가능하다. 상세 계산결과 보고서는 엑셀 형식으로 출력되어 다른 보고서에 그 일부를 복사하여 붙여넣기 편리하도록 구성되어 있다. 선속-동력 그래프에는 많은 내용이 출력되기 때문에 사용자가 출력할 내용을 선택하고 위치를 변경할 수 있는 기능을 추가하였으며 그래프의 축도 변경이 가능하도록 하였다. 5. 결 론 IMO에서 규제중인 EEDI값 분모항의 기준 선속(reference speed)을 결정하기 위한 기준 선속 해석법은 개정된 ISO15016:2015 또는 ITTC권고안을 사용하여야 한다. 이 두 가지 해석법은 기술적으로 불명확한 부분은 삭제하였고, 신기술을 도입하여 투명성을 높이는 방 향으로 개정이 추진되었다. 개정된 해석법에 따라 시운전 해석을 수행할 수 있는 i-stap 소프트웨어를 개발하였다. 본 소프트웨어는 두 가지 해석법에서 정의하고 있는 모든 계산 방법을 지원할 수 있으며 그래픽 기반의 인터페이스를 사용하여 직관적이고 쉽게 사용할 수 있다. i-stap에 의한 해석결과는 신조선 EEDI 기준선속의 결정, 획득 EEDI(Attained EEDI) 18

28 2016년 4월 입급에 적용되고 있으며, 파랑중 부가저항, 공기저항, 황천에서의 최소추진출력 추정 등 다 른 용도로도 사용이 가능하다. 개발된 i-stap의 정도는 매우 우수한 것으로 확인 되었으 며, 검증과정에 협력하였던 조선 설계전문가에게 감사의 뜻을 표하는 바이다. 참 고 문 헌 IMO, Amendments to the 2014 Guidelines on survey and certification of the Energy Efficiency Design Index(EEDI), Resolution MEPC.261(68), (May 2015) IMO, 2015 Guidelines on the Method of Calculation of the Attained Energy Efficiency Design Index (EEDI) for New Ship, Resolution MEPC.245(66) (April 2014) ISO, Ships and marine technology Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data, ISO15016;2015 (2015) ISO, Ships and marine technology Guidelines for the assessment of speed and power performance by analysis of speed trial data, ISO15016;2002, (2002) ITTC, 'Analysis of Speed/Power Trial Data', ITTC Recommended Procedure and Guidelines (2014) ITTC, 'Preparation and Conduct of Speed/Power Trials', ITTC Recommended Procedure and Guidelines (2014) Sea Trial Analysis JIP, Recommended Analysis of Speed Trials. MARIN (2006) Fujiwara T., Ueno M. & Ikeda Y., Cruising performance of a large passenger ship in heavy sea, 16th International Offshore and Polar Engineering Conference, Vol. III (2006) Tsujimoto, M., Shibata, K., Kuroda, M. & Takagi K., A Practical Correction Method for Added Resistance in Waves. Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, Vol. 8 (2008) 신 명 수 1957년생 19889년 히로시마대학교 선박해양공학과 박사 현 재 : 선박해양플랜트연구소 책임연구원 관심분야 : 선박유체역학, GHG저감기술 연 락 처 : E - mail : msshin@kriso.re.kr 박 범 진 1977년생 2001년 서울대학교 산업공학과 현 재 : 선박해양플랜트연구소 선임연구원 관심분야 : 선박 안전성 평가, 실해역 성능 해석 연 락 처 : E - mail : baracude@netopia.re.kr 19

29 SNAK Zine 이 경 중 1960년생 1990년 서울대학교 조선공학과 박사 현 재 : 선박해양플랜트연구소 책임연구원 관심분야 : 선박동역학 해석 연 락 처 : E - mail : gjlee@kriso.re.kr 기 민 석 1982년생 2011년 충남대학교 선박해양공학과 석사 현 재 : 선박해양플랜트연구소 연구원 관심분야 : 선박안전설계, 선체구조해석 연 락 처 : E - mail : mski@kriso.re.kr 20

30 2016년 4월 기술보고 접이식 풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 친환경 태양광 레져보트의 성능평가 및 기술개발 문병영, 이기열 (군산대학교) 1. 서 론 근래 해상 물동량 증가로 인하여 선박의 에너지 수요는 점점 늘어나고 있으나, 이러한 수 요는 유한한 자원인 화석연료의 소모와 함께 온실가스 배출, 지구온난화, 환경오염 등으로 인하여 지구내 총 사용량의 한계 상황에 직면할 만큼 지구환경에 나쁜 영향을 주고 있다. 따라서 화석연료를 사용하는 에너지 사용량을 감소시키는 유도가 필수적이며 풍력, 태양광 과 같은 신재생에너지, 무공해 그린 에너지원을 선박에서도 활용하는 연구가 필요한 실정이 다. (Fig. 1 ~ 3 참조 요망) 현재 세계적으로 신재생에너지 개발 현황을 살펴보면, 풍력발전의 경우 풍속 미달로 인해 풍력발전에너지의 발전효율은 한계성에 직면해 있는 반면, 신재생에너지에 해당하는 풍력을 동력원으로 이용하여 친환경 레져보트를 활용하는 점에 있어서는 미국, 일본 등의 선진국을 위주로 하여 상당히 빠른 속도로 기술개발이 이루어지고 있는 추세이다. Fig. 1(b)에서 보 는 바와 같이 순풍을 동력원으로 하면서 운항하는 친환경 레져보트에 해당하는 요트(yacht, sailboat)의 경우에도 디자인, 선형, 성능, 재질 등에 있어서 나라별로 상당히 기술적 격차가 존재하고 있으며 그 경쟁력의 중요성은 크게 증가하고 있는 실정이다(Bube, 1960). 태양광 발전의 경우에도 다른 신재생에너지와 비교시 상대적으로 발전량이 다소 저조하며, 태양광 발전 시스템 설치시 고가의 설비가 요한다는 단점이 있는 반면, 일조량 및 지역적 환경을 충분히 활용할 경우 신재생에너지 발전 효율성은 그다지 저조하지 않으며 향후 지속 적으로 적용이 검토되고 있는 추세이다. 태양광 발전시스템은 태양광 집광판 모듈을 포함하여 인버터, 밧데리 등 제반 전기설비 등으로 구성되는 시스템을 말하며, 발전 시스템에는 크게 고정식과 추적식이 있다. 고정식의 경우 시시각각 변화하는 태양의 발전량에 따른 전류의 변화를 지상 혹은 선상에 고정된 상 태에서 감지하며, 태양광 에너지를 전기(산업용,가정용)로 변환시켜주게 된다. 추적식 태양광 발전장치는 태양광의 위치 및 방향을 추적하는 구동설비를 장착하여 태양을 추적하는 장치 에 해당되며 비용이 상당히 고가인 반면, 고정식 대비 130~150%의 높은 발전효율을 보여준 다(Lee, et al., 2005). 21

31 SNAK Zine (a) (b) Fig. 1 Actual view of a boat with a photovoltaic system(a), a sailboat with sail and mast itself (b) Fig. 2 Actual view of eco-environmental leisure boat with a photovoltaic hybrid generating system 본 기술개발에서는 태양광 발전시스템을 통해 얻어진 발전량을 이용하여 선미 후위에 설 치된 전기모터(2EA)를 구동시키면서 자체 추진력(driving force)을 얻도록 친환경 레져보트 를 구상하였다. 이 과정에서 Sail 돛 제어장치를 이용하여 풍력을 추진원으로 동시에 이용 하면서 전기엔진을 사용하지 않은 상태에서 풍력 및 태양광 등의 신재생에너지를 이용하여 레져보트를 운항시키는 친환경 신재생에너지 융합시스템을 도출하고자 하였다. 아울러 본 개발에서는 태양광 레저보트에 풍력 Sail 돛을 장착하여 그린에너지를 이용한 레저보트를 제작 후 성능검증 및 범용성을 확보하여 상용화하고자 하였다. 여기서 풍력 Sail 돛은 모터구동을 통하여 상승 및 하강이 가능한 구조로서 '접이식 Sail 돛'으로 제작하 고자 목표를 설정하였다는 점은 특기사항에 해당된다. 풍력 추진장치의 핵심기술을 확보하 고 태양광 레저 보트에 소비되는 에너지를 절감하는 태양광 하이브리드 발전시스템을 개발 하여, 이를 육상 모의시험과 컴퓨터 시뮬레이션을 거쳐 안전성을 평가한 후, 선박에 장착하 22

32 2016년 4월 여 선박의 연료 절감 효과와 배출 오염 감소, 해양관광에 기여할 수 있는 레저보트를 개발 하는데 본 기술개발의 추진배경이 있다(Green, 1982 ; Jang, 2010). (a) (b) Fig. 3 Schematic diagram showing a phptovoltaic hybrid generating system (wind + solar energy) (b) co-environmental leisure ship with the above system 본 기술개발의 목적은 선박제조에 적용되는 태양광 발전시스템 및 풍력 Sail 돛 제어장치 설비를 이용하여 친환경 레져보트인 '풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트' 시 제품을 제작 및 개발하는데 주안점이 있으며, 이 과정에서 제작된 시제품에 대한 성능평가 (performance evaluation)를 수행하여 제반 평가항목에 대한 정량적 수치 및 개발 목표치 를 확보하고자 함에 있다. 특히, 평가항목 중 가장 중요한 항목에 해당되는 Sail Up/Down System 및 Mast Turning System과 관련하여 최적의 풍향 및 풍속을 적용할 수 있는 돛 제어장치의 특성(시간, 각도 등)을 평가하는데 신중한 검토를 하였으며, 기타 평가항목 중 주요 항목에 해당하는 풍향 감지 정도(%), 순간 충전 최대 파워(W/h) 및 최대 운항 시간 (hr) 등에 대해서도 최적의 정량적 수치를 획득하는데 그 중요성을 두었다. 23

33 SNAK Zine 2. 시험 방법 및 절차 본 개발에서는 소모성 연료를 이용하는 전기엔진을 이용하지 않고 재생에너지에 해당되는 풍력 및 태양광을 이용하면서 친환경 레져보트를 자체 제작하고자 하였다. 특히, 기존의 단 순한 신재생에너지의 범주를 벗어나, 풍력 Sail 돛 제어장치 + 태양광 발전장치로 크게 구성 되는 태양광 하이브리드 발전시스템을 적용하면서 풍력 + 태양광을 동시에 이용하는 신개념 의 친환경 레져보트 시제품을 제작하고자 하였다(Hong, 2011, Newman, 1997). 먼저 '풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트' 시제품의 구현에 대한 설계작업을 수행하였으며 초기 개념설계 및 점진적인 상세설계 작업공정을 통해 시제품을 가시화하고자 하였다. Fig. 4에 본 기술개발에서 목표로 하는 시제품에 대한 상세설계 도면을 나타내었다. 친환경 레져보트와 관련, 설계도면의 측면도(a), 정면도(b) 및 평면도(c)에 대한 설계도면 형 상이 보여진다. 설계 후, 구조적 안정성을 검증하기 위해 자체적으로 구조해석을 수행하였으 며, 검토결과 특이사항은 나타나지 않았다. 3차원 모델링의 경우 3D-Modelling Tool(3D-MAX)를 활용하여, '풍력과 태양광' 등의 신 재생에너지를 적용한 친환경 레져보트의 3차원적인 개략도를 Fig.5에 도시하여 친환경 레져 보트 설비의 가시화 및 구현에 대한 모델링 작업을 하였다. 본 기술개발의 주요 목표물에 해당하는 풍력과 태양광 등의 신재생에너지를 이용하여 운항하는 친환경 레져보트의 제원 (전장, 전폭, 선폭, 중량, 재질 등) 등에 대해 설계작업시 사전에 신중한 검토를 하였으며, Table 1에 친환경 레져보트에 대한 제원이 나타나 있다. (a) (b) (c) Fig. 4 Drawing image with respect to eco-environmental leisure boat with a photovoltaic hybrid generating system ; (a) elevation, (b) section and (c) plan 24

34 2016년 4월 Fig. 5 3D-Modelling image as to the prototype with a photovoltaic hybrid generating system (wind + solar energy) Table 1 The specific dimensions of the eco-environmental leisure ship used for this study 시 제 품 태양광 풍력 FRP 선박 전장(mm) 5800 전폭(mm) 2300 선폭(mm) 3000 중량(kg) 700~800 선체 FRP 소음(db) 50~55 주기관 24V(DC) Motor * 2 주연료 태양광 발전 배터리 용량 24V(DC) * 150AH * 2 최대 승선 인원(명) 8 배터리 충전 시간(hr) 8.5 풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트 기술개발과 관련, 태양광 집광판(solar cell panel, module)의 경우 총 9개의 판넬을 사용하였으며 Fig. 6에 본 기술개발 과제에 서 적용된 태양광 집광판의 실제 제품 사진 전경이 보여진다. 충전제어모듈에 해당하는 인 버터(inverter)의 경우에는 모델명 TS-45 제품을 이용하였으며 최대 24V/45A(=1,080W)의 용량을 가지고 있다. 인버터와 연계하여 설치되는 전원공급용 축전지의 경우, 24V(DC)/150AH에 해당되는 용량을 가진 구성품에 해당된다. 25

35 SNAK Zine Fig. 6 Modelling image to show the photovoltaic panels used for photovoltaic hybrid generating system 기술개발의 성능 목표수치와 관련, Table 2에 각 제반 평가항목에 대한 정량적인 수치 및 목표치가 명시되어 있다. Table2에 있는 평가항목을 검토해 보면, Sail Up/Down Speed(120 sec.) 및 Mast Turning 각도(45 degree)가 많은 비중(각각 30%)을 차지하면 서 중요한 평가항목에 해당된다는 것을 알 수가 있다. 이를 위해 Sail 및 Mast에 대한 구 조해석을 외부 전문기관에 위탁하여 성능시험시 필요한 기초자료로 활용하였다. 특히, 높은 태양광 발전효율을 얻는데 필요한 최적의 일조량(amount of sunshine), 풍력 구동에 영향 을 주는 풍향(wind direction) 및 풍속(wind speed) 조건 등의 여러 변수 등을 감안하여 Sail 상하이동 및 Mast 회전각도 등을 사전에 검토해 보기 위해 컴퓨터 시뮬레이션 (Simulation)을 자체적으로 수행하였다. 풍향 감지 정도(%)의 경우 기존과 비교시, 개발목표치를 상향조정하였으며(60%< 100%), 순간 최대 충전 파워(W/h)의 경우 기존 수치(600W/h)보다 증가된 1,000W/h의 수치를 개 발 목표로 하였다. 특히 성능평가시 운항 시간과 관련하여, 사업성과의 신뢰성(reliability) 확보를 위해 개발목표치(3hr)에 거의 근접한 최대 운항 시간을 확보하고자 풍력 및 태양광 을 최대한 활용하면서 태양광 하이브리드 발전시스템(photovoltaic hybrid generating system)을 시제품에 적용하고자 하였다. 최종평가 시에는 KOLAS 공인 인증기관 감독관 입회하에 본 연구에서 제작된 시제품에 대한 성능평가를 시행하였다. Table 2 Several performance evaluation items for this study 평가 항목 단위 비중 국내수 개발 (%) 준 목표치 1. 풍향 감지 정도 % Sail Up/Down Speed sec Mast Turning 각도 degree 순간 최대 충전 파워 W/h , 최대 운항 시간 hr

36 2016년 4월 3. 시험 분석 및 고찰 3.1 풍력, 태양광 레져보트 시제품 제작 본 기술개발에서 '풍력, 태양광 친환경 레져보트 시제품'은 태양광 발전 시스템 + Sail 돛 제어장치 시스템으로 크게 구성되어 있으며, 태양광 관련 설비 및 Sail 돛 제어장치 연결부 등이 주요 구성품에 해당된다. 풍력 Sail 돛 제어장치를 포함하여 태양광 발전시스템과 관련 된 개별 구성품들은 전문 제조업체들의 복수견적, 가격, 제품사양 및 성능 등을 감안하여 검 토, 발주 및 조립하는 방법으로 제작을 하였으며, 태양광 집광판 (9개에 해당) 및 인버터의 경우 사업비의 경제성을 감안하여 국내 태양광 발전 관련 전문업체를 통해 구매하는 경로를 통해 준비하였다. Fig. 6에 풍력, 태양광 친환경 레져보트에 적용되는 각종 개별 구성품들의 전경이 Fig. 7에 제시되어 있다. (a) 태양광 충전제어모듈(인버터) (d) 풍력, 태양광 레져보트 관련 태양광선박 시험설비 (b) 풍력, 태양광 레져보트 관련 돛 제어모듈 (e) 속도계(Speedometr) (c) 풍력, 태양광 레져보트 관련 선박 모니터링 시스템 (f) 선박위치 측위 및 선박식별장치 Fig. 7 Image of individual components used for eco-environmental leisure ship for this study 27

37 SNAK Zine Fig. 7에서 보는 바와 같이 신재생에너지인 풍력과 태양광을 이용하면서 운항하는 친환경 레 져보트의 핵심 구성품에는 충전제어모듈인 인버터를 포함하여 Sail 돛 제어모듈, 선박 모니터 링 시스템, 각종 시험설비, 선박상태기록장치, 선박 내항성 모듈, 선박위치 측위 및 선박식별장 치 등이 해당되어진다. 아울러 인버터와 연계하여 설치되는 전원공급용 축전지, Sail 상승 및 강하용 윈치, 축전지로부터 전원을 공급받아 작동되는 전기모터(24V DC, 2EA), 프로펠러 제어 부, 전기모터를 통해 작동되는 프로펠러(2EA) 등의 내부 구성품 전경이 Fig. 8에 보여진다. (a) (b) (c) (d) (e) (f) Fig. 8 Image to show the main components as to the eco-environmental leisure ship in this study ; (a) 프로펠러 제어부 전경, (b) 전원공급용 축전장치, (c) 돛 상승/강하용 윈치, (d) 프로펠러 측면부 전경 (e) 프로펠러 전면부 전경, (f) 프로펠러 체결부 (모터 장착) 28

38 2016년 4월 시제품 제작 공정과 관련, 친환경 레져보트의 선체 Hull은 FRP재질을 이용하였으며, 초 기 제작한 상세설계 도면에 준해 모든 공정준비를 하였고 각종 FRP 소재의 구성 부분들은 CP(Cutting Plan)에 준해 절단, 준비 및 조립을 하였다. 특히 오작 및 치수불량 등을 사전 에 예방하기 위해 친환경 레져보트 제작 공정시 자주검사, 품질검사, 내부검사 등을 통해 치수관리 및 공정관리를 하도록 하였다. 이를 위해 주관 및 참여기관 간에 사전 협의, 일정 조율 및 자체 검사 등을 통해 공정 업무관리를 하였으며, Fig. 9에 본 기술개발에서 목표로 하는 친환경 레져보트 시작품 제조공정 전경이 보여진다. (a) (b) Fig. 9 (a) Image of main frame of leisure ship hull, (b) Image of Internal components leisure ship hull in the process of the fabrication 상기 FRP 선체 Hull의 골격을 토대로 하여 태양광 집광판, 인버터, 축전기, 전기모터, 프 로펠러 추진부 등의 각종 구성품을 연결하여 친환경 레져보트 시제품을 조립하였으며, Sail 돛 제어부, 관련 구성품 및 각종 모니터링 시스템 등을 연계하여 설치함으로써 본 기술개 발에서 목표로 하는 '풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트 시제품' 을 제조하 였으며 Fig. 10에 완성된 최종 시제품의 전경이 보여진다. 29

39 SNAK Zine Fig. 10 Image to show the manufactured prototype of eco-environmental leisure ship with wind and solar energy 3.2 성능시험 수행 및 평가시 정량적 수치 확보 시제품을 제작한 후에는 정상적으로 작동되는 여부를 확인하고자 제반 주요 구성품을 시 험 대상으로 하여 시운전(test operation)을 수행하였다. 이 과정에서 태양광 집광판, 인버 터 및 밧데리의 정상 작동여부, 풍력 Sail 돛 제어장치의 작동상태, Sail Up/Down 및 Mast Turning시 밸런싱(balancing) 동작상태, 안정성 및 선박 복원성 상태 등 각종변수를 고려하여 내부 점검 및 수정작업을 시행하였다. 이후 본 과제에서 최종 목표로 하는 성능 평가를 외부 전문 시험기관(KOLAS 인증기관) 감독관 입회하에 2장에서 언급한 5개의 평가 항목에 대해 시행하였다. Table 3 Results as to performance evaluation items 평가 항목 단위 비 중 (%) 개발 목표치 성능 시험치 1. 풍향 감지 정도 % Sail Up/Down Speed sec Mast Turning 각도 degree 순간 최대 충전 파워 W/h 15 1, 최대 운항 시간 hr

40 2016년 4월 성능평가시 목표로 하는 5개의 평가항목(풍향 감지 정도, Sail Up/Down Speed, Mast Turning 각도, 순간 최대 충전 파워, 최대 운항 시간 등)에 대해 개별적으로 시험평가를 시행하였다. Fig. 11에 성능시험을 수행하고 있는 친환경 레져보트의 전경이 보여진다. Fig. 12의 경우 성능시험시 친환경 레져보트의 운항 속도를 자체적으로 가감하면서 운항한 레져보트의 이동경로를 나타낸 자료이다. 운항속도는 평균 4~5knot를 유지하면서 성능시험 을 수행하도록 하였다(The SNAK, 2012). Fig. 11 Image to show the manufactured prototype of eco-environmental leisure ship under the performance evaluation Fig. 12 Image to show the test root of the manufactured prototype under the performance evaluation 31

41 SNAK Zine 우선, 풍향 감지 정도(%)의 경우 평가하고자 하는 풍향, 풍속에 대한 감지 및 민감도 정 도 등을 해양용 풍향/풍속계(디지털식 계측장비)를 이용하여 측정하였으며, 디지털식 풍향 풍속표시기를 이용하여 목표치에 거의 근접하는 90%에 해당하는 감지 결과를 획득하였다. Sail Up/Down시 소요시간(sec)의 경우 2.2M의 Sail을 상승 및 하강 하면서 왕복하는데 소요되는 시간을 stop watch로 측정하였다. Sail Up/Down시 왕복 소요시간은 1min 40sec(100sec)를 기록하였으며 목표치(120sec) 시간을 단축하는 데이타를 기록하였다. Mast Turning 각도(degree)의 경우 좌향 및 우향으로 Mast Sail을 회전시 최대 회전각도 를 측정하였으며 목표치에 근접한 45 degree의 수치를 획득하였다. 순간 최대 충전 파워(W/h)와 관련, 통상 실제 실험할 경우, 시간당 0.797~ 0.897Kw 정 도에 해당 됨을 감안하여 순간적인 충전시 최대전력을 측정하고자 하였으며, 목표치 (1000W)보다 조금 낮은 900W의 수치를 확보하였다. 마지막으로 최대 운항 시간(hr)의 경 우 본 친환경 레져보트가 신재생에너지인 풍력과 태양광을 이용하여 구동 및 운항하는 점 을 감안하여, 일조량이 풍부하면서 순풍을 얻을 수 있는 청명한 날씨를 택하였으며 목표치 에 근접한 3시간의 운항시간을 기록하는 성능시행을 수행하였다. 3.3 성능시험 관련 개별특성에 대한 고찰 풍향감지 정도 및 순간 최대 충전 파워 성능시험의 평가항목인 풍향감지정도를 측정시에는 해양용 풍향풍속계(선박용 풍향풍속 표시기)를 이용하여 풍향(wind direction), 풍속(wind speed)의 상태를 측정하였다. Fig. 13에 본 기술개발의 성능시험시 실제 적용하여 이용한 풍향풍속계 계측장비 전경이 보여진 다(Hwang, 2013 ; Markvart, et al., 2005). 디지털식 풍향풍속계(해양용 디지털식 Type)는 친환경 레져보트에 고정식으로 장착하여 풍향, 풍속의 감지정도를 디지털 수치화하여 검토하고자 하였다. 성능시험 관련, 풍향감지 정도에 대한 디지털 수치를 분석한 결과 개발목표치(목표치 : 100%) 대비 90%에 달하는 결과치를 확보하였으며, Fig. 14에 디지털 계측장비를 통해 데이터를 확보한 다음 도표상으 로 작성한 풍향 및 풍속 민감도 자료가 제시되어 있다. 본 태양광 발전시스템의 경우, 집광판을 포함하여 인버터, 밧데리 등 제반 전기설비 등으 로 구성된 시스템을 말하며, 핵심설비인 집광판 모듈의 경우 수시로 변화하는 태양의 발전 량에 따른 전류의 변화를 고정된 상태에서 감지하도록 하였다. 특히 고정식 대비, 높은 발 전효율을 보여주는 추적식 발전장치를 초기에 검토하였으나, 태양광의 위치 및 방향을 추적 하는 추적식 구동설비 비용이 상당히 고가이며 고장이 빈번하게 발생한다는 점을 감안하여 여기서는 고정식 태양광 발전장치로 제한하였다. 32

42 2016년 4월 (a) (b) Fig. 13 The view of calibration instrument for measuring wind direction and speed; (a) view of instrument, (b) digital type of indicator for wind direction and speed (a) (b) Fig. 14 (a) The graph showing the state of sensitivity of wind direction, (b) wind speed 태양광 집광판(solar panel, module)은 총 9개의 판넬을 사용하였으며 이론적으로 판넬 1개당 150W/h이므로 150W/h * 9장 = 1,350W/h의 계산식이 가능하였다. 그러나 상기 이론식은 최적의 여건 및 주변 환경을 고려한 경우에 해당되므로 실질적으로는 불규칙한 33

43 SNAK Zine 일사량 및 주변 여건 등의 변수를 감안할 경우 시간당 1.35Kw보다 낮은 발전량이 일반적 으로 얻어지게 된다. 충전제어용 인버터 (모델명 : TS-45)의 경우 전압 24V/ 45A 용량을 가지며 최대 1,080w/h의 충전이 가능하였다.(24V x 45A = 1,080w/h) 친환경 레져보트에서 상기 인버 터를 적용하여 성능시험시 순간 최대 충전 파워(maximum instant charging power)의 실제 실험결과는 약 897.5w/h로서 대략 900w/h의 결과치를 나타내었다. 이는 성능시험의 목표치(1000w/h) 대비 근접한 결과치를 확보한 경우에 해당된다. 성능시험시 적용된 충전 제어용 인버터(TS-45) 및 전원 공급용 축전지(용량 : 24V(DC)/150AH) 구성품 전경이 Fig. 15에 제시되어 있으며, 축전지에서 공급되는 전원은 추진을 담당하는 프로펠러(2EA) 구동 용 전기모터 및 '접이식 Sail 돛'의 상승 및 하강용에 이용되는 구동모터에 공급되어지도록 되어있다(Yoon, 2004). (a) (b) Fig. 15 (a) The view of charging inverter component, (b) battery for supplying electo-motive force Fig. 16 The relationship between adhesive force and outer variables; (a) steel plate, (b) gap, (c) material, (d) surface roughness 본 연구에서 적용된 충전제어용 인버터(24V)의 경우 발전 파워(W) 대비 발전효율(%)을 도표상으로 비교하여 검토해보면 Fig. 16 와 같다. 34

44 2016년 4월 Sail Up/Down Speed and Mast Turning Angle 전술한 바와 같이 풍력 Sail 돛은 모터구동을 통하여 상승 및 하강이 가능한 구조로서 ' 접이식 Sail 돛'으로 제작하고자 하였다. 풍력 Sail 돛 Up/Down 시스템의 경우 전동윈치 를 이용하여 자동으로 돛을 올리고 내리는 시스템 설계가 되었으며 윈치는 UDT사의 DC 전동윈치를 사용하였다. 전동윈치의 모델 형상 및 제원이 Fig. 17에 나타나 있다. (a) EWP-4500U Rated line pull Motor Cable(Dia L) Net weight 4500lbs/2041kgs 3.2HP ɸ6.44mm 14.5m 12.6kgs Gear reduction ratio 172:1 Pull Speed 2.64m/min (b) Fig. 17 The view of winch motor and its specification 친환경 레져보트의 Sail 돛의 실제 높이가 2.2m임을 감안하여 실제 성능시험시 Sail Up/Down 시간은 100초로 측정되었으며, 성능시험에서 목표로 하는 시간을 단축함으로써 평가항목을 충족하였다.(Sail Up 작동시 소요시간 : 50초, 2.2m 돛 높이 기준) 친환경 레 져보트에서 Sail 높이(m) 및 Sail 상승시간(초)과의 관계식을 Fig. 18에 나타내었다. 35

45 SNAK Zine Fig. 18 The relationship between sail lifting time and sail height in the eco-environmental leisure ship (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Fig. 19 The simulation view of sail up/down system during actual operation; (a) 10%, (b) 50%, (c) 80%, (d) 100% (as sail-up operation state), (e) 10%, (f) 30%, (g) 50%, (h) 100% (as sail-down operation state) 36

46 2016년 4월 아울러 성능시험 이전단계로서 풍력 Sail Up&Down 시뮬레이션을 자체적으로 수행하였고, 영상 작동시 소요되는 시간도 성능시험과 거의 비슷한 수치를 보여줌으로써 시뮬레이션의 신뢰 성을 확보할 수 있었다. Sail Up/Down에 대한 시뮬레이션 실행결과를 Fig. 19에 나타내었다. Mast Turning 시스템의 경우, 전동모터를 이용해 자동으로 Mast turning을 시행하였 다. 이는 마스트의 상부에 풍향감지 센서를 부착하여 풍향을 감지하면 자동으로 마스트 각 도를 조절하는 시스템으로 Mast turning 각도는 최대 45 까지 조절이 가능하였다.(결과치 : 0 ~ 45 ) Mast Turning에 대한 시뮬레이션 실행결과를 Fig. 20에 나타내었다. (a) (b) (c) (d) Fig. 20 The simulation view of mast turning operation; (a) 0 degree, (b) 15 degree, (c) 30 degree, (d) 45 degree 4. 결 론 본 시제품의 경우 풍력 Sail 돛 제어장치를 접목한 태양광 하이브리드 발전시스템(고정 식)을 적용하였으며, 태양의 발전량에 따른 전류의 변화를 감지하여 인버터를 거쳐 확보되 어진 축전지전원이 추진을 담당하는 프로펠러(2EA) 구동용 전기모터 및 접이식 Sail 돛 의 상승 및 하강용에 이용되는 구동모터에 공급되어지도록 제작이 되어있다. 접이식 풍력 Sail 돛 제어장치와 관련, Sail Up/Down 시간의 경우 목표시간(120초)를 단축하면서 왕복시간 100sec를 확보하였으며, Mast Turning 각도(degree)의 경우 45degree를 얻었으며 목표수치에 근접하는 정량수치를 보여 주었다. 풍력 및 태양광의 신재생에너지를 추진원으로 한 친환경 레져보트 시제품을 이용하여 실 행한 성능시험과 관련, 90%의 풍향 감지 정도, 900W의 최대 순간 충전 파워를 획득하였고 대략 3시간에 해당하는 최대 운항 시간을 얻었으며 개발 목표치의 성능수치를 충족하였다. 본 시제품의 경우 태양광 발전시스템 및 접이식 풍력 Sail 돛 제어장치를 접목하여 제작 37

47 SNAK Zine 되었으며, 풍력 및 태양광 신재 생에너지를 이용한 친환경레져선박으로 적합한 것으로 판정 되었으며, 향후 관련 분야에 다양하게 적용 가능할 것으로 사료되었다. 후 기 본 연구는 교육부와 한국연구재단의 지역혁신인력양성사업으로 수행된 연구결과 (No. 2013H1B8A )에 대한 사업비 지원으로 수행되었습니다. 참 고 문 헌 Bube, R. H., Photoconductivity of solids, Wiley, New York, USA. Green, M. A., Solar cells, Prentice Hall Inco., New Jersey, USA. Hong, S. C, Jeon, H. J. and Yoon, Y. S., Power Electronics, McGraw-Hill Korea, Korea Hwang, A. R., Joo, Y. S. and Yoo, H. S., 2013, Principles of Offshore Plant and Equipment, GS Intervision, Korea. Jang, J. H., 2010, Fundamentals of Wind Turbine, GS Intervision, Korea. Lee, J. H., Lim, D. G., and Lee, J. S, Principles of Solar Cell. Hong Reung Science Publish, Korea. Markvart, T. and Castaner, L., Solar Cells : Materials, Manufacture and Operation, Elsevier Oxford, UK. Newman, J. N., Marine Hydrodynamics, The MIT Press, Cambridge, MA, USA. The Society of Naval Architects of Korea, Introduction to Naval Architecture and Ocean Engineering, GS Intervision, Korea. Yoon, C. S., Alternative Energy Wind Turbine Technology. Intervision, Korea. 문 병 영 1968년생 2002년 코베대학 기계시스템설계공학 박사 현 재 : 군산대학교 조선해양공학과 관심분야 : 선박설계, 발전시스템 설계 연 락 처 : E - mail : moonby20@gmail.com 이 기 열 1964년생 2003년 조선대학교 금속재료공학 박사 현 재 : 군산대학교 조선해양인력양성사업단 관심분야 : 선박구조재료, 용접, 소성가공 연 락 처 : E - mail : kimhynhe1@naver.com 38

48 2016년 4월 기술보고 선박 소음코드 강제화에 따른 대처 현황 권종현, 김문수, 양성붕 ( 한진중티엠에스) 1. 서 론 선박 소음코드로 사용된 IMO Resolution A.468(XII)이 2012년 12월에 Res. MSC.337 (91)로 개정되었다. 개정 소음코드 Res. MSC.337(91)는 소음기준 및 계측에 관련된 사항 등을 정의하고 있으며, Res. MSC.338(91)은 SOLAS 협약 제2-1장 제3-12규칙으로 편입됨 과 강제화 및 적용 시기를 명시하고 있다. SOLAS(Safety Of Life at Sea)의 강제화 주요내용은 아래와 같다. i) 국제항해에 종사하는 총톤수 1,600톤 이상의 선박은 선내 소음을 계측하고, 소음검사 보 고서를 선내에 비치한다. ii) 선내 소음을 계측하는 자의 자격 요건을 마련하고, 선원이 거주하는 구역의 격벽 등에 차음 성능시험을 실시한다. iii) 선원의 청력 보호를 위해 고소음이 발생 하는 구역에 경고표지판을 설치한다. 개정 및 강제화 된 소음코드를 적용받는 선박은 2016년 상반기부터 인도될 예정이며, 이에 당사에서 기적용한 설계 및 소음계측 대책 등을 소개한다. 2. 개정 소음코드 검토 개정 소음코드 MSC.337(91)은 기관실 등 선박에서 발생하는 소음으로부터 선원의 청력 손상을 예방하기 위해 SOLAS협약 제2-1장 제3-12규칙으로 채택되었다. 개정 소음코드는 소음기준, 소음계측 자격조건, 적용시기 뿐만 아니라 개괄적인 소음저감대책 등도 포함하고 있으나, 본 기술보고에서는 소음기준, 적용시기, 소음계측 자격조건에서 대해서만 간략하게 정리하였다. 2.1 소음기준 개정된 소음코드 MSC.337(91)에 의해 거주구역 최대허용 소음기준이 강화되었다. 그리고 격실 간 음향감쇠지수(sound reduction index) 요구치도 강화되었으며, 일부 구역 기준은 신설되었다. 표1과 표2에 개정 전 후의 소음 기준의 차이를 나타내었다. 39

49 SNAK Zine 개정 전후의 소음기준 차이를 요약하면, 총톤수 10,000 GT의 전후로 소음기준이 분리되었 으며, 거주구역의 소음기준이 5dB(A) 강화되었다. 격실 간 차음성능 요구치가 5dB 강화 되 었으며, 통로와 선실사이의 요구치 등이 신설되었다. 표 1 거주구역 최대허용 소음기준의 강화 내용 거주 구역 개정 기준 1,600GT이상 10,000GT미만 10,000GT 이상 기존 기준 선실 병원 식당 휴게실 사무실 표 2 거주구역 격벽의 차음성능 강화 내용 구역구분 개정 기준 기존 기준 가중음향감쇠지수, Rw 선실과 선실사이 공용구역과 선실사이 통로와 선실사이 30 - 왕래가능한 문이 달린 선실과 선실사이 30 - 위의 차음성능 기준은 강제사항이나, 선박에 판넬, 문 등이 설치된 후의 실선 차음 시험은 권고사항이다. 2.2 적용시기 개정 소음코드의 적용 시기는 아래와 같다. 1) 2014년 7월 1일 이후 건조계약이 이루어진 선박; 또는 2) 건조계약이 없는 경우, 2015년 1월 1일 이후 용골이 거치되거나, 또는 이와 동등한 건 조 단계에 있는 선박; 또는 3) 인도일이 2018년 7월 1일 이후인 선박 위의 적용시기에 의해 당사는 2016년 상반기에 인도되는 선박 일부에 개정 소음코드를 적 용하였다. 40

50 2016년 4월 2.3 소음계측 자격조건 개정 소음코드는 소음계측자의 자격조건을 기술표준 ISO 17020/25에 따른 품질시스템을 인증 받은 기관에서 선박의 소음계측 업무를 수행한 경력이 있는 자로 명시하고 있다. 개정 소음코드가 SOLAS에 편입되어 선급의 강제화 사항으로 되었다. 그래서 선급에서는 소음계측 자격 심사를 확인한 후, 자격 등록된 업체에게 소음계측 자격조건을 부여하고 있 다. 물론, 시운전 소음계측시에는 선급 현장 Surveyor가 입회하도록 하고 있다. 3. 소음코드 적용대책 개정 소음코드 SOLAS의 강제화 주요 내용에 의거하여 적용대책을 분류하였다. 각 조선 소의 거주구 배치나 구조가 다르기 때문에 조선소별로 다른 대책이 필요하며, 본 기술보고 에서는 당사에 적용한 대책을 아래와 같이 서술하였다. 3.1 최대 허용 소음기준 대책 거주구역의 소음기준 만족여부를 평가하기 위해 실적선의 계측결과를 참고하여, 소음기준을 상회하는 고위험 구역을 선정하였다. 선정된 고위험 구역에 대해 주요 기여 소음원을 파악하 고 저감 대책을 마련하였다. 아래에 실제로 고위험 구역 선정과 소음저감대책을 제시하였다. 실적선 자료 중 거주구역 Tally office가 기존 소음기준은 만족하나, 5dB 엄격해진 개정 소음기준은 만족하지 못하였다. 주요 기여 소음원은 인접한 팬소음으로 판명되었으며, 250Hz 이상의 중주파수 대역이 주성분으로 분석되었다. 소음저감 대책으로는 Office와 팬 사이에 완충구역을 설치하여 팬에서 전달되는 공기음을 차단하였다. 추가적으로 중주파수 대역에 저감효과가 있는 흡음재를 벽과 천장에 추가 시공하였다. 그림 1에 Tally office의 호선별 소음수준과 옥타브 밴드 소음수준을 나타내었다. 위의 경우와 같이 거주구역에 대해 고위험 구역을 산정하여, 기여 소음원, 공기음과 고체음 으로 인자를 분류하여 소음저감 대책을 마련하였다. 최선의 대책은 초기설계 단계에서 소음 원과 거주구역을 분리하는 배치도를 작성하는 것이며, 차선책으로는 흡차음재를 추가로 설 치하는 소음저감 대책이다. 시운전시 기본적으로 LAeq로 계측하고 85dB(A) 초과하는 구역은 LCeq와 LCpeak로 계 측하여, 청력손상방지 대책의 참고자료로 활용하여야 한다. 당사는 선급으로 부터 소음계측 자격인증을 획득하여 시운전시 소음계측을 자체 수행할 예 정이다. 41

51 SNAK Zine 그림 1 Tally office 호선별 소음수준과 옥타브 밴드 스펙트럼 3.2 격실사이 차음기준 대책 일반 상선에서는 거주구역 선실사이의 실선 차음시험을 수행하지 않았다. 개정 소음코드 에서도 실선 차음시험이 강제적이지는 않고, 차음성능은 기술표준 ISO :2010 (Acoustics-Laboratory measurement of sound insulation in buildings and of building elements-part 1: Airborne sound insulation)에 따라 시험기관에서 행하는 시 험에 적합하여야 한다고 명시되어 있다. 다만, 시운전 중에 소음계측 시 재료의 설치가 의문 스러운 경우에는 대표적인 칸막이, 마루, 문 등을 선택하여 계측할 수 있다고 명시되어 있다. 실제 현장에서 판넬이나 문 등의 설치 상의 정확도가 떨어지기 때문에 차음기준을 만족 하는 못하는 경우가 있다. 최근의 선주 주도 상황에서는 선주의 실선 차음시험 요구를 무 시할 수 만은 없을 것으로 판단된다. 이에 당사에서 건조하는 호선에 대해 실선 차음시험을 수행하고, 거주구역 격벽의 실제 가중음향지수를 구하였다. 42

52 2016년 4월 실선 계측방법은 ISO :2014(Acoustics-Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements-part 1: Airborne sound insulations)에 준하여 수행하였으며 아래의 식으로 최종 가중음향감쇠지수(Rw`) 를 구할 수 있다. 여기서 계측인자는 수음실 배경소음(B2), 잔향시간(T2)와 수음실과 음원실의 음압 수준(L1 & L2)이다. 수음실 배경소음 & 잔향시간 계측 음원실 & 수음실의 음압수준 계측 그림 2 실선 차음시험 절차 계측절차는 아래의 3단계로 요약할 수 있다. - 수음실의 배경소음 계측 (B2) - 수음실의 잔향시간 계측 (T2) - 음원실과 수음실 음압수준 계측 (L1 & L2) 43

53 SNAK Zine 그림 2에 실제 계측사진을 나타내었다. 그림 3은 실선 차음계측 결과를 분석하여 최종 가중음향지수를 추출한 결과이다. 배경소음과 수음실 & 음원실 소음수준 수음실 잔향시간 최종 가중음향감쇠지수 그림 3 실선 차음시험 절차 실선 차음시험 결과를 요약하면 1) 강 격벽이 있는 경우는 차음수준이 약 45dB 이상으로 계측되었다. 공용 공간과 선실사 이에 강 격벽을 설치하면 기준을 만족시킬 수 있다. 2) 기존의 50mm 판넬은 차음수준이 30dB 전후이므로, 선실과 선실사이에 사용하기 위해 서는 High noise reduction 판넬로 교체해야 한다. 44

54 2016년 4월 3) 통로와 선실사이는 강 격벽의 유무와 관계없이 차음기준 30dB를 만족하지 못하였다. 그 이유는 문 틈새로 고주파수 성분이 전달되기 때문이다. 2차 실선 시험에서는 일반 문대신 에 High noise reduction 문을 사용하여 기준을 만족함을 확인할 수 있었다. 위의 차음시험 결과를 반영하여, 선실과 선실사이의 판넬과 선실 문을 High noise reduction 판넬과 문으로 교체하였다. 3.3 경고표지판 대책 소음수준이 85dB(A)보다 높은 구역의 경우는 다음의 표 3과 그림 4를 참조하여 출입구에 경고판을 부착하여야 한다. 해양수산부 공고에서는 영구적인 표식을 위해 아크릴 재질로 경 고판을 제작하도록 하고 있다. 표 3 소음이 있는 장소의 입구 표시 그림 4 그림으로 된 경고 표지판 85dB(A)이상이 되는 구역은 아래와 같을 것으로 판단되며, 시운전시 계측결과를 통해 확 인해야 한다. - 작업구역 Engine room & Fan room Steering gear room & CO2 room & Cargo compressor room 등 - 거주구역 Emergency generator room & Air handing unit room 45

55 SNAK Zine 4. 결 론 본 기술보고에서는 개정 및 강제화 된 소음코드에 대해 검토하였으며, 이를 토대로 설계 반영 사항 및 계측시 요구되는 사항 등을 서술하였다. 그리고 설계에 적용된 소음대책을 간략히 소개하였다. 1) 개정 소음기준은 거구구역의 최대 허용 소음기준이 5dB(A) 강화되었으며, 차음기준도 5dB 강화 및 신설되었다. 2) 최대 허용 소음기준 만족여부를 평가하기 위해, 실적선의 계측결과를 토대로 거주구역 내 고위험 구역을 산정하여 소음저감 대책을 마련하여 설계에 반영하였다. 3) 실선 차음시험을 통하여 현 설계 상태와 현장작업의 차음성능을 검증하였으며, 불만족하 는 구역에는 High noise reduction 판넬과 문을 적용하였다. 4) 개정 소음코드가 적용된 선박은 2016년 상반기에나 기준 만족여부를 최종적으로 평가할 수 있으며, 아직 적용 초기단계이므로 후속선에 반영할 사항이 많을 것으로 판단된다. 참고문헌 [1] 강선의 구조기준개정안 행정예고, 해양수산부 공고 제 [2] 소음 코드 기술 세미나, 한국선급, 2015 [3] RESOLUTION MSC.337(1), ADOPTION OF THE CODE ON NOISE LEVELS ON BOARD SHIPS [4] IMO 소음기준 개정 및 강제화에 따른 연구개발, 한진중 티엠에스 연구보고서,2015 권 종 현 1969년생 부산대학교 조선해양공학과 석사 현 재 : 한진중 티엠에스 부장 관심분야 : 선박 진동 & 소음 연 락 처 : E - mail : kjh5103@hhic-tms.com 김 문 수 1960년생 부산대학교 조선해양공학과 석사 현 재 : 한진중 티엠에스 부장 관심분야 : 선박 진동 & 소음 연 락 처 : E - mail : mskim@hhic-tms.com 양 성 붕 1976년생 충남대학교 선박해양공학과 석사 현 재 : 한진중 티엠에스 차장 관심분야 : 선박 진동 & 소음 연 락 처 : E - mail : sbyang@hhic-tms.com 46

56 2016년 4월 연구실 탐방 인하대학교 모형시험수조 김상현 (인하대학교) 1. 개 요 인하대학교 조선해양공학과는 1954년 본교설립과 함께 조선공학과로 출발한 이후, 현재 까지 글로벌 경쟁력을 갖춘 조선해양 전문인력을 배출하여 국가 경제발전을 주도하고 세계 1위 조선해양산업국을 달성하는 데 많은 공헌을 하였다. 본 학과에서 보유하고 있던 국내 최초의 예인식 선형시험수조(길이 84m)는 대학의 미래 지향적 발전과 공간 부족문제 해결을 위한 창학 60주년 기념관 건립으로 안타깝게 2014년 철거되었다. 그러나 본 학과에서는 조선해양 유체분야 교육 강화와 동 분야의 학문적인 경 쟁력 유지를 위하여, 교육을 주요 목적으로 하는 50m급 모형시험수조의 신규 구축을 추진 하여 2015년 8월 27일 시수식 행사를 거쳐 수조 구축을 완료하였다. 인하대학교 모형시험수조 시수식 행사 현재 50m급 모형시험수조는 유체역학 실험, 저항 및 자항 성능 실험, 내항 및 조종 성능 실험, 해양구조물 운동 성능 실험 등의 분야에서 학부 및 대학원 교육에 활용되고 있으며, 산업통상자원부의 "해양플랜트특성화대학 사업", "한-영 해양플랜트 글로벌 인력양성사업" 등의 인력양성 사업에도 활용되고 있다. 또한 산업통상자원부의 "운항비 10% 절감을 위한 어선 설계핵심기술 개발"과 "평형수가 필요 없는 선박의 개념 설계 개발" 등의 연구 사업에도 적극 활용되고 있다. 47

57 SNAK Zine 2. 설비 및 장비현황 2.1 저수조 및 Trimming Tank 모형시험수조는 선박 및 해양구조물의 모형실험을 통한 유체성능의 평가와 추정에 활용 된다. 모형시험수조는 국제수조회의(ITTC) 회원 수조이며, 저수조 본체의 제원은 길이 40m, 폭 3.5m, 깊이 1.5m이며 철근 콘크리트로 구축되었다. 또한, Trimming Tank의 제원은 길이 10m, 폭 1.5m, 깊이 0.5m이며 스테인리스 골조 및 강화 유리로 구축되었다. 모형시험수조 전경 2.2 전차시스템 전차시스템은 무인예인전차 및 레일 시스템으로 구성되어 원격 무선방식으로 자동 제어되 며, 전차의 최대 주행속도는 5m/s, 주행가능거리는 약 45m, 유효 계측시간은 최대 3.5초 이상이다. 무인예인전차의 사용조건으로는 1.5m급 모형선을 기준으로 Fn = 1.3까지 실험 하는 것을 목표로 설정하였다. 또한 무인예인전차는 외팔보식 트러스 구조를 가지며, 모듈 형식으로 저항계측시스템, 프로펠러 단독시험 시스템, 강제 동요장치, 운동 계측장치, 운동 조종시험장치 등을 탈부착할 수 있다. 레일 시스템은 50m 수조 구간에 걸쳐 콘크리트 옹벽 상면에 주행용 레일이 부설되어 주 행용 수직 차륜으로 전차 중량을 지지하고 있으며, 주행레일의 상방향 천정하부에는 보조 가이드레일 및 수평 차륜이 설치되어 전차를 구동하고 있다. 또한 무인예인전차 제동방식으로는 모터제동, 축압식 공압 비상제동, 마찰식 충격흡수 제 동, 충격흡수 제동 등이 단계적으로 적용되고 있다. 48

58 2016년 4월 무인예인전차 및 레일 시스템 2.3 조파 및 소파장치 조파장치(Wave Maker)는 Flap Type이며 규칙파(Regular Wave), 불규칙파(Irregular Wave), 집중파(Accumulated Wave)를 발생시킬 수 있다. 규칙파의 발생 범위는 파고 (Wave Height)가 0.02m~0.2m이며, 파장(Wave Length Range)은 0.1m~2m이다. 또한 불 규칙파는 ITTC 1984(JONSWAP), ISSC 1976(JONSWAP), Pierson Moskowitz 스펙트럼 등 9개의 불규칙파 스펙트럼을 이용하여 생성할 수 있다. 조파기 조파 성능 곡선 또한 예인수조에서 모형선 저항시험 및 운동시험 수행 후 발생한 파를 신속히 감쇠시키기 위한 장치인 소파기는 Trimming Tank가 연결되는 저수조 끝단에 설치되었으며, 효율적인 실험을 위하여 상하이동식으로 구축하였다. 소파장치는 Beach type이며, 길이 2.1m, 폭 3.5m, 깊이 1.5m의 제원을 가진다. 49

59 SNAK Zine 2.4 저항계측시스템 저항계측시스템은 모형 선박의 선체에 작용하는 저항력을 정밀하게 계측하기 위한 장치 로서 트림가이드, 클램프, 저항동력계로 구성되며, 무인예인전차에 모듈형식으로 탈부착이 가능하고 계측 데이터는 무선 전송방식으로 저장이 가능하다. 저항동력계는 각각 10N, 30N, 50N 용량의 것을 사용할 수 있고, 트림가이드는 저항동력 계와 병행하여 사용되며, 모형선의 sway 및 yaw 방향 이동을 방지하는 동시에 Trim 값 계측에 사용된다. 또한 무인예인전차의 가속 및 감속구간에서 관성력에 의한 센서의 과부하 를 방지하기 위하여 자동제어 방식의 클램프가 설치되어 있다. 저항계측시스템 2.5 프로펠러 단독 및 자항 시험장치 선박의 추진성능 모형실험과 관련해서는 프로펠러 단독 및 자항 시험장치를 갖추고 있다. 자항시험장치는 모형선을 예인하면서 선미에 설치한 자항동력계를 이용하여 모형 프로펠러 를 회전시켜 프로펠러의 추력 및 토오크, 회전수를 계측하여 추력감소계수, 선체효율, 상대 회전효율, 추진효율 등을 얻어낼 수 있는 시험장치로서, 실선의 프로펠러 설계 및 엔진마력 추정에 활용된다. 자항시험장치에 사용되는 자항동력계의 최대 Thrust는 10N, Torque는 0.1N-m, RPM은 3000이다. 프로펠러 단독 및 자항 시험장치 50

60 2016년 4월 2.6 기타 저항 및 추진 시험 파형계측시험, 반류계측시험 및 유선가시화시험 등 다양한 저항 및 추진 분야 시험이 수 행되고 있다. 파형계측 및 해석시험에서는 모형선을 예인하여 모형선에 의해 발생되는 파형을 계측하 여 해석함으로써 조파저항을 구해내고 있다. 또한 반류계측시험에서는 모형선 선미 프로펠러 위치에 피토 튜브를 설치하여, 프로펠러 반경의 위치, 각도 별로 선미 반류를 계측하고 계측된 결과들을 내삽하여 선미반류분포와 공칭반류비를 얻어내고 있다. 유선가시화시험 예 유선가시화시험에서는 선체 주위 유동의 흐름을 파악하여 선형설계에 반영하거나 선체의 횡동요 감소를 위한 빌지킬 부착의 적합한 위치 파악 등을 위하여 모형선 표면에 페인트를 칠하여 예인한 후 한계유선을 파악하여 선체 주위 유동의 흐름을 파악하고 있다. 2.7 강제동요시험장치 강제동요시험장치는 선박 및 해양플랜트에 작용하는 파랑 강제력을 추정하기 위하여 모형 을 직선 또는 회전 방향으로 임의의 주파수와 진폭으로 강제 동요시켜 모형에 작용하는 유 체력을 계측하는 장치이다. 본 수조에서 보유하고 있는 장치는 Heave, Roll 및 Pitch 운동 에 대하여 강제동요가 가능하며, 각각의 동요 범위는 ± 100 mm, ± 45도, ± 30도 이다. 강제동요장치 51

61 SNAK Zine 자유도 운동계측장치 3-자유도 운동계측장치는 파랑 등의 외력에 의하여 발생하는 선박 및 해양구조물 모형의 운동을 계측하는 장치이다. 본 수조에서 보유하고 있는 장치는 Heave, Roll, Pitch 운동에 대하여 계측 가능하며, 각각의 측정 범위는 ±200mm, ±40도, ±20도 이다. 3-자유도 운동계측장비 2.9 운동조종시험장치 수평운동조종시험(Horizontal Planar Motion Mechanism Test)장치는 선박의 조종성능 평가를 위하여 모형선에 작용하는 조종유체력을 계측하는 장치이다. 본 수조에서 보유하고 있는 장치는 Pure Sway 및 Pure Yaw 시험이 가능하며, Sway 운동범위는 ±15도 이다. 운동조종시험장치 52

62 2016년 4월 축 모형 삭성기 본 수조에서는 선박 및 해양구조물 모형을 직접 제작할 수 있는 4축 모형 삭성기를 보유 하고 있으며, 모형 삭성은 x, y, z축의 병진 방향과 x축을 회전축으로 하는 회전(±90도)이 가능하다. 삭성기를 이용하여 제작할 수 있는 모형선의 최대 길이는 2.5m 이다. 모형 삭성기를 이용한 모형선 제작 3. 주요 활용분야 3.1 교육분야 인하대학교 모형시험수조는 조선해양공학 교육과정 중에서 선박 및 해양구조물의 다양한 유체성능에 관한 실험 교육을 주요 목적으로 하여 구축되었다. 저항론, 추진론 및 기본설계 등의 교과목에서는 모형선 저항 및 자항 시험, 파형 계측 시 험, 프로펠러 단독시험, 반류계측시험, 유선가시화 시험 등을 통하여 선박의 저항 및 추진 분야 전공 교육에 활용할 예정이다. 또한 운동조종론, 해양플랜트운동론, 해양계류시스템동역학 및 해양플랜트구조동역학 등 의 교과목에서는 자유횡요시험, 강제동요시험, HPMM 시험, 파랑 중 운동계측 시험 등을 통하여 선박 및 해양구조물의 운동과 선박 조종 분야 전공 교육에 활용할 예정이다. 그 밖에, 유체역학, 해양파 역학 및 선박계산 등의 선박해양 유체분야 기초 교과목에서는 유속 측정, 부유체 주위 유동 계측, 수중익 양항력 계측, 복원력 계측, 규칙파 특성 등의 시험을 통하여 유체관련의 일반교육에도 활용할 예정이다. 53

63 SNAK Zine 저항계측실험 예 자유횡요실험 예 3.2 연구분야 현재 인하대학교 모형시험수조에서는 연구과제 "운항비 10% 절감을 위한 어선 설계핵심 기술 개발"과 "평형수가 필요 없는 선박의 개념 설계 개발" 수행에 필요한 모형 시험을 수 행 중에 있다. 연구과제 "운항비 10% 절감을 위한 어선 설계핵심기술 개발"에서는 에너지 절감형 어선 선형의 저항성능 평가를 위한 모형선 저항 시험과 에너지 절감형 부가물 유체성능 평가 시 험이 수행 중에 있다. 또한 연구과제 "평형수가 필요 없는 선박의 개념 설계 개발"에서는 제안하고 있는 Ballast Free Ship의 핵심 기술인 Trunk-Trim Tank 연결형 구조의 유량 확보성능과 유체 순환성능 등, 유체성능 평가를 위한 모형 시험을 수행하고 있다. 향후 여객선 및 고속선 저항성능 연구, 고속 선형 개발, 부가저항이 고려된 선형설계 연 구, 파랑 중 선박의 내항성능 및 조종성능 연구, 해양플랜트 계류 및 Riser 거동 특성 연 구, 해양에너지플랜트 운동성능 및 주위 유동 연구 등, 선박 및 해양구조물 분야의 다양한 유체성능 연구에도 활용될 것으로 기대된다. 54

64 2016년 4월 기존선형 설계선형 여객선 선수 벌브 최적화 및 선형 개발 연구 예 선수 갑판 침입수에 관한 실험 예 4. 맺음말 인하대학교 모형시험수조는 조선해양 분야의 이론 교육과 병행한 실험실습 교육을 담당 함으로써 미래 선박 및 해양플랜트, 해양에너지 산업을 선도하는 전문인력 양성에 지속적으 로 기여할 것이다. 또한 친환경 선박 설계 및 관련 기술 개발을 중심으로 국가 및 기업 연 구소, 관련 산업체 및 지자체 등과 산 학 연 관 네트워크를 구축하여 다양한 분야의 공동 연구 프로젝트를 수행함으로써 세계 1위의 조선 해양플랜트 산업국 유지에 공헌할 것이다. 김 상 현 1967년생 2000년 동경대학교 선박해양학과(공학박사) 현 재 : 인하대학교 조선해양공학과 교수 관심분야 : 운동 및 운항 제어, 내항 및 조종 성능 평가, 무인해양운항체 개발 연 락 처 : E - mail : kimsh@inha.ac.kr 55

65 SNAK Zine 칼럼 세계 조선해양산업의 현황과 한국 조선의 Global Leadership 五 舟 黃 成 赫 지난 11월 18일 서울대 AIP 54기 강의의 초본입니다. 몇 년 동안 "조선 삼국지"라는 이름으로 조선공업에 관한 컬럼을 써왔다. 전 세계 선박 생산량의 90% 정도를 차지하는 한국, 중국, 일본의 이야기이다. 컬럼을 쓰는 동안 20세기 초 야나기 무네요시( 柳 宗 悦 )의 한국, 중국, 일본에 대한 문예비평이 늘 머리를 떠나지 않았 다. 그는 선( 線 ), 형태( 形 態 ), 색( 色 )으로 삼국의 미술을 정의하였다. 중국의 방대한 볼륨, 일 본의 휘황찬란한 색깔, 한국의 간결한 선은, 삼국의 역사와 생활 방식을 절묘하게 특징 지 었을 뿐 아니라 오늘의 삼국 조선산업의 특징으로도 그대로 적용할 수 있기 때문이다. 한 국의 곡선은 특히 우리의 수묵화에서 절묘하게 빛난다. 난초 한 줄기가 화선지의 한 가운 데를 가로지름으로서 균형을 잡고 그 여백을 가득 채워 놓는 것이다. 한국의 조선공업은 그렇게 시작되었고 발전되었다. 제한된 자체 수요보다 무한한 세계 시장으로의 진출이 살길 이었다. 세계 시장의 균형을 맞추고 세계 시장의 필요한 공간을 채워 나갔던 것이다. 오늘 의 이야기도 한중일 삼국의 비교로 풀어볼까 한다. 우리나라 조선 공업에 대해 많은 걱정들을 하고 있다. 요즈음 대형 조선소들의 적자가 노출되면서 우리나라 조선소가 이제 문을 닫을 때가 된 것인가 하는 극단적인 의문까지 제 기되고 있다. 특히 그 시설에 큰 돈이 들어갔고 많은 인원을 고용하고 있기 때문에 문제점 이 보도되었을 때 걱정하는 것은 어쩌면 자연스런 현상인지 모른다. 그 동안 Interview, column, report 등을 통해 논의되었던 상황들을 아래와 같이 정리해 본다. 요즈음 국내의 많은 산업들이 어려움에 빠져있다. 특히 조선해양산업에 대해서는 한국의 입지가 좁아지다 못해 곧 중국과 일본에 산업전체가 흡수 당하고 말 것이라는 예측들까지 공공연히 거론되고 있다. 1990년대 중반 세계 제1위로 올라선 뒤 20년이 지난 오늘, 한국 은 그 찬란하던 기술적 우월성과 타의 추종을 불허하던 경쟁력을 상실하고 이제 사양화하 여 뒷전으로 물러나는 것이 아니냐는 예측들을 하는 것이다. 그러한 주장들은 몇 가지의 실질적인 사례를 들어 실감 있는 설득력을 얻고 있기도 하다. 첫째 여러 불확실성 때문에 산업자체의 앞이 보이지 않는다는 점, 둘째 한국의 대 조선소들, 소위 Big 3가 지난 2년간 엄청난 적자를 보았고 그로 인해 입은 상처가 치유되기 어려울 것이라는 점, 셋째 해양산 56

66 2016년 4월 업 특히 심해 석유개발사업의 침체는 한국 조선소들의 전망을 극도로 암울하게 하고 있다 는 점들이다. 첫째 세계시장의 불확실성에 대해 이야기 하겠다. 조선산업에 대한 불확실성은 주로 국제 유가의 하락, 중국 경제에 대한 불신, 그리고 선박 수급의 불균형에 집중된다. 이러한 불확 실성들은 이제 너무나 보편화된 화두가 되었다. 첫 번째 불확실성은 유가의 불안정이다. 1970년대 초부터 시작된 Oil Shock는 계속 유 가를 끌어 올렸고 유가는 오르기만 하여 2000년대 들어서면서 110불선을 돌파했다. 그러다 2014년 말 느닷없이 40불 선까지 떨어져 역 Oil Shock를 보이고 있는 것이다. 유가의 하 락은 생산제품 단가를 내려 세계 소비자의 삶을 좀 편하게 한 공은 있으나 전반적으로 산 업의 생산의욕을 저하시킨 잘못도 저지르게 되었다. 특히 북해에서 활발하게 진행되던 심해 유전개발이 중단되었고 중동의 사회간접자본 개발 계획들은 급격히 줄어들었다. 그에 따른 직접적인 영향은 세계조선해양업계를 강타하였고 한국의 조선소들은 급작스런 충격에 휩싸 이게 되었다. 두 번째 불확실성은 중국 경제성장의 둔화이다. 21세기는 중국을 위한 세기라고 불리어 왔다. 거대한 나라 중국의 급격한 경제 성장은 전 세계의 에너지와 자원을 있는 대로 빨아 들였다. 전 세계의 철광석과 석탄은 중국으로 실려갔고 중국의 사회간접시설의 건설을 위한 철강공장의 확장에 사용되었다. 산업의 활성화와 맞물린 발전 시설도 세계의 석탄과 기름을 중국으로 흡수했다. 1999년 톤당 300불 정도로 거래되던 철판 가격은 2007년 1160불 수준 까지 급등했다. 그러나 중국의 경제 성장이 느려지면서 숨가쁘게 오르던 계기판이 순식간에 정지되더니 역회전하기 시작했다. 철판 값은 톤당 518불 선까지 떨어졌고 철강산업은 갑자 기 정체되었다. 이는 바로 원자재 수송을 담당한 해운시장에 직격탄을 날렸다. 2007년을 정점으로 했던 철광석 운반선의 운임은 사상 최저를 기록하고 있고 선가는 현재 거의 반값 으로 떨어졌다. 지어놓은 선박들은 화물을 확보할 수 없어 계류되어 있고, 년 조 선 산업의 활황을 이끌었던 건 화물선 즉 Bulk Carrier의 주문은 금년 들어 그 자취를 감 춘 상황이다. 중국정부가 "국조국수 ( 國 造 國 輸 )"정책을 견지하고 Bulker의 국내 건조를 독 려하고 있으나 별 성과를 거두지 못하고 있다. 세 번째 불확실성은 선박의 수요와 공급의 불균형이다. 조선 경기는 년에 걸 쳐 역사상 유례없는 호황을 누렸다. 중국의 원자재에 대한 수요의 팽창, 중국정부의 조선공 업 확장정책에 겹쳐, 세계적인 투기 자본까지 개입되어 통제 불능의 폭발적 활황이 닥쳐왔 던 것이다. 척당 5000만불 선이던 17만 톤 Bulker가 1억 1000만 불에 거래되었고 8000만 57

67 SNAK Zine 불에 머물렀던 30만 톤 급 초대형 유조선이 1억 5000만 불까지 호가되었다. 해운회사들은 하루가 다르게 오르기만 하는 선박 용선료에 환호 작약하였다. 오늘 하루 용선료 10,000불 에 임차한 배를 다음날 20,000불에 임대를 하고 그 배는 또 다른 화주에게 30,000불에 재 임대하는 식이었다. 모두들 그것이 폭탄 돌리기라는 것을 예견하면서도 계속하였다. 선주와 투기자본들은 조선소 간판만 있으면 배를 지어달라고 줄을 섰다. 보통 조선 시장은 1년 미 만의 호황과 2-3년의 불황이 반복되는 cycle을 보였는데 2000년대 초 사상 유례없는 7년 간의 호황이 지속되었던 것이다. 2008년 8월 드디어 Leman Brothers의 금융사고가 터졌 다. 그것이 폭탄 돌리기의 끝이었다. 너무나 많은 배가 너무 비싼 가격에 계약되었고 건조 되었다. 그리고 배들은 순식간에 갈 곳을 잃었다. 전통적인 선주들까지도 나락으로 몰아 넣 었다. 한국의 가장 건실한 해운회사 중 하나였던 대한해운이 파산했고 체력이 약한 해운회 사들은 업계에서 사라졌다. 전통적인 해운업자들은 그나마 살아남을 수 있었다. 그들이 지 켜온 기본적 물동량이 확보되어 있었기 때문이었다. 그러나 투기 자본들이 시장가격보다 훨 씬 비싼 가격으로 지어놓은 배들은 싼 운임으로 운항을 할 수도 없어 곳곳에 계선을 시켜 놓을 수 밖에 없었다. 투기자본들과 연관된 은행들까지도 흔들렸다. 세계적으로 선박금융의 문은 굳게 잠겨 버렸다. 참으로 큰 쇼크였다. 조선시장을 보는 시각은 절망적이었다. 그러나 이러한 불확실성에 대한 우려는 너무 일방적이며 작위적이라는 생각이 든다. 이 세계 역사상 어느 시기에 어 느 산업이 확실성 위에서 경영된 적이 있었던가. 산업이라는 것은 마치 살아있는 동물과 같아서 언제나 불확실성을 먹고 살며 그 불확실성과 함께 생존하고 그 위에서 발전되어 온 것이다. 이 불확실성과 함께 겪는 불황은 긴 시각으로 보면 시장의 속성인 "up and down" 의 일부분이라고 생각할 수 있다. 한번의 Down은 다음의 Up을 준비하는 단계라고 볼 수 있는 것이다. 세계 조선해양업계는 위의 세가지 불확실성으로 시계가 꽉 막힌 상태이다. 이러한 시황에 서 세계의 이목이 세계의 시장을 모든 면에서 이끌어 온 한국의 Big 3, 즉 현대, 삼성, 대 우 3사의 일거수일투족에 집중될 수 밖에 없었다. 2008년 이후 세계시장이 곤두박질 쳤을 때 조선공업은 절망적으로 보였다. 그러나 시장은 언제나 틈새를 마련하고 있었다. 값이 비 싸고 고도의 기술을 요하는 해양석유개발 장비와 초대형 Container선, 가스 운반선 등의 수요가 창출되었고 그들을 Big 3 가 석권 함으로서 "역시 Big 3밖에 없다"는 감탄을 자아내 게 하였다. 그러나 안심한 것도 잠깐이었다. 2014년 조선공업의 숨통을 열어 주었던 바로 그 해양 설비 때문에 현대와 삼성이 커다란 적자를 시현했다는 뉴스가 나갔을 때 시장의 반응은 다양했다. "그러면 그렇지, 너희들이라고 별 수 있겠느냐?" "아니 Big 3조차 그렇다 면 세계조선해양은 앞으로 어떻게 될 것인가?" "정말 Big 3가 이 곤경 앞에서 주저 앉고 말 것인가?" Big3의 신용등급이 떨어지고 장래에 대한 부정적인 전망이 대세를 이루었다. 58