Graphic courtesy Rolls-Royce 온실가스저감대응기술 ( 전기추진 ) 2018. 6. 14. ( 사 ) 한국선급기술본부연구소 미래기술연구팀 김경화책임
CONTENTs 1. 전기추진선박의배경 2. 전기추진선박의정의 & 발전단계 3. 친환경에너지원 & 선외충전 4. 국내 & 해외기술현황 5. 결론
IMO regulation 규제물질 운항지역 NOx ( 질소산화물 ) NOx ECA 전세계 SOx( 황산화물 ) SOx ECA 전세계 CO 2 (EEDI*) 전세계 *EEDI (Energy Efficiency Design Index) 년도 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 TierⅡ TierⅢ TierⅡ 황함유량 1.0 % 황함유량 0.1 % 황함유량 3.5 % 황함유량 0.5 % Phase 0 Phase 1 Phase 2 13 이후건조계약체결선박에적용 Remarks IMO MARPOL IMO MARPOL IMO MARPOL IMO MEPC 66 차에서 2016 년 1 월이후건조되고, NOx ECA 에서운항되는선박에대해 NOx Tier Ⅲ 규제를적용함을결정 ( 14.3) TIER 2 (14.4g/kWh) TIER 3 (3.4g/kWh) TIER 1 (17g/kWh) - 80% in ECA (2016~) (* 회전속도 n 130rpm 기준, 엔진속도에따라상이 ) IMO MEPC 70 차에서 2020 년 1 월 1 일부터전세계에서황함유량 0.5 % 연료를사용함을결정 ( 16.10) 0.5% 황함유량 3.5% - 85% in global(2020~) (* ECA 지역의경우, 15 년부터황함유량 0,1% 감축실시 ) 선종및선박의크기별로 CO 2 배출량규제. EEDI 는선박이화물 1 톤을 1 해리운송시배출되는이산화탄소의질량 (g/ton nm) (* 적용대상 : GT 400 톤이상신조선 ) Phase 2 (-20%) Phase 3 (-30%) Phase 1 (-10% ) 25~ 30 년 20~ 24 년 15~19 년 (* 선종 / 크기별로규제량상이 ) 운항중인국내외항선박 890 척중 28% 에해당하는 248 척이고효율친환경선박으로교체시급 ( 한국해양수산개발원, `16.11.4) 04
Electric 전기추진선박이란? propulsion 기존의 Main Engine 이아닌, 전기 Motor 로추진하는선박 선박의추진방식이무엇인가? 기계식추진 메인엔진 (Main Engine) 으로추진 대부분의상선에오래전부터적용 최근환경규제에대응하기위해 HFO 가아닌 LNG 연료의 M/E 이각광 복합식 (hybrid) 추진 기계식과전기식을합한추진방식 ( 일명, 축발전기가적용된선박 ) 속도에따라다양한추진방식을적용함으로써에너지효율향상 전기식추진 M/E 이아닌, 추진용모터로추진하는방식 속도정밀제어, 기관장비의분산배치등다양한장점으로인해주로해양작업선, LNG 선, 여객선, 군함등에적용 Main Engine Shaft generator/ Electric motor Elec. Electric Motor Oil Main Engine Elec. Electric Motor 10
Electric 전기추진선박의발전원? power 같은전기추진선박이라하더라도발전방식에따라구분 전기추진선박에서전력을어떻게만드는가? ONLY 발전기 디젤발전기 / 이중연료발전기 LNG 연료발전기 복합 (hybrid) 발전 발전기 +ESS 발전기 + 연료전지 (F/C) ESS or 연료전지 육상전원으로 ESS 충전 육상수소 Station 에서 F/C 연료충전 ( 정의 ) 유휴에너지를저장및공급하는에너지저 장장치로, 특히전기에너지를저장및공급 ( 종류 ) 전기에너지저장을위해주로리튬배터리 가사용되며, 그외 Super Capacitor*, NaS, Redox Flow Battery 등이있음 ESS (Energy Storage System) 란? * 슈퍼커패시터 (Super Capacitor) : 축전용량이대단히큰캐패시터로, 급속충방전, 높은충방전효율및반영구적인사이클수명이특징 연료전지 (Fuel Cell) 란? ( 정의 ) 수소, 천연가스, 메탄올, 석유등각종연료의화학에너지를전기에너지로직접변화시키는고효율의무공해발전장치 ( 종류 ) 작동온도, 사용용도에따라 PEMFC( 고분자전해질형 ), MCFC( 용융탄산염 ), SOFC( 고체산화물 ) 로구분 중소형선박에는 PEMFC, 대형선박에는고온형연료전지 (MCFC,SOFC) 가적용되는추세임 11
What s KEY WORDs ESS? 전기의최대단점 ( 생산과소비의동시성 ) 을극복할수있는에너지저장시스템 (* 리튬배터리는 ESS 의한종류 ) Module (6.7kWh) ( 출처 : Corvus Energy 社 ) Pack Array 순간고출력성능 빠른응답특성 저소음 / 저진동 배출가스 ZERO 연료전지, 태양광발전연계용이성 출력안정화 / 에너지효율향상 16
What s KEY WORDs Fuel Cell? Type Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) Descriptions Hydrogen Low operating temp. High eff. (40~60%) Hydrogen, LNG, etc. High operating temp. High eff. (45~60%) Combined Heat Plant Hydrogen, LNG, etc. High operating temp. High eff. (50~60%) Combined Heat Plant *Source) Department of Energy Vent stack LH 2 Tank Pilot house PEM F/C ZemShip (FCS Alsterwasser) / 독일 ( 08) SF-BREEZE 프로젝트 / 미국 ( 연구용 ) Passenger compartment 18
KEY WORDs ESS - hybrid ESS ( 리튬배터리 ) 가선박의주전원혹은보조전원으로사용된선박 전세계약 185 척이상! ( 18 년 3 월기준 / 건조중인선박도포함 ) ( 출처 : MBF(Maritime Battery Forum), DNVGL) No. 선명 국가 선종 배터리용량 인도일 1 Carolyn dorothy USA Tug 65 kwh 2009 2 Edda Freya Norway MPSV 1) 546 kwh 2012 3 Campbell Foss USA Tug 65 kwh 2012 ( 개조 ) 4 Viking Lady Norway OSV 442 kwh 2013 ( 개조 ) 5 Prinsesse Benedikte Denmark Ferry 1.6 MWh 2013 ( 개조 ) Texelstroom (135mX28m) CNG/ 디젤이중연료발전기 + ESS 6 M/V Prins Richard Denmark Ferry 2.6 MWh 2014 ( 개조 ) 7 Bhagwan Dryden Australia DSV 2) 130 kwh 2014 8 Viking Queen Norway OSV 650 kwh 2015 ( 개조 ) 9 Viking Energy Norway OSV 650 kwh 2015 ( 개조 ) 10 Savannah Netherlands Yacht 1.0 MWh 2015 11 Fannefjord Norway Ferry 410 kwh 2016 12 Texelstroom Netherlands Ferry 1.6 MWh 2016 13 M/V Berlin Denmark Ferry 1.6 MWh 2016 Seaspan Cargo Ferry (148.9mX26m) 디젤 /LNG 이중연료발전기 + ESS 14 Spirit of the Sound USA Research Vessel 91 kwh 2016 15 Seaspan Cargo Ferry Canada Ferry 546 kwh 2016 16 IJ Ferry 60,61 Netherlands Ferry 136 kwh 2016/17 17 Elektra Finland Ferry 1 MWh 2017 18 OV Ryvingen Norway MPSV 3 MWh 2018 ( 예정 ) 19 MPV 30 (3척) Norway MPSV 882kWh X3 2018 ( 예정 ) 1) MPSV: Multi Purpose Support Vessel, 2) DSV: Diving Support Vessel OV Ryvingen 디젤발전기 + ESS (ESS 가주전원 ) 27