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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

이윤혁 (한국해양대학교, 한국해양대학교 대학원)

지도교수
강호근
발행연도
2019
저작권
한국해양대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수13

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2019

LNG 냉열을 활용한 LNG 연료추진 냉동운반선의 냉동 및 발전시스템에 관한 연구
이윤혁 기관시스템공학과 2019.01 학위논문

2018

LNG 냉열을 활용한 LNG 연료추진 냉동운반선의 냉동 및 발전 시스템의 초기 공정설계에 관한 연구
이윤혁 ,  소예덕 ,  김준성 외 3명 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 2018.01 학술대회자료

2017

소형 어선용 LNG 연료추진 시스템의 최적 개념설계에 관한 연구
이윤혁 ,  소예덕 ,  김유택 외 1명 해양환경안전학회 학술발표대회 논문집 2017.01 학술대회자료

초록· 키워드

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전 세계적으로 이슈가 되고 있는 기후 변화에 따른 환경규제 강화로 조선 산업 또한 예외 없이 해상운송에 대한 환경규제가 근원적으로 강화되고 있다. 국제해사기구(IMO)에서는 지난 2016년 10월 해양환경보호위원회(MEPC) 70차 회의에서 2020년 1월 1일부로 선박연료유에 대한 황(SOx) 함유량 허용치를 기존 3.5%에서 2020년부터 0.5%로 강화하기로 결정한 바 있으며 2018년 4월에 개최된 72차 총회에서는 선박에기인한 온실가스 배출량을 2008년 대비 2050년 까지 50%가량 감소시키기로 결정한바 있다.
또한, 발틱해, 북해, 미국의 일부 해역에 배출가스 통제구역(ECA)을 설정하여 황 함유량이 적은 연료를 사용하도록 규제 하고 있으며, 청정 해역에 대한 요청 증가로 대상 지역이 확대될 전망이다. 이처럼 강화되고 있는 환경 규제에 대한 대표적인 대응방안으로는 황산화물후처리장치(SOx Scrubber)적용 또는 저유황유사용, LNG를 연료로 하는 LNG 연료추전선이 조명되고 있다. 저유황유를 사용할 경우, 기존 시스템에서 추가적인 설비를 요구 하지 않아 규제를 만족하기 위한 가장 간단한 대안이지만, 현재 연료유 대비 상당히 값비싼 연료라 선박 운영비용 측면에서, 타 방식에 비해 크게 증가하게 되므로, 후처리 방법과 LNG 연료추진선박이 각광받고 있다.
특히 액화천연가스(LNG)를 선박의 연료로 사용하는 선박의 경우 기존 HFO에 비해 황산화물(SOx), 입자상물질(PM)은 거의 배출되지 않으며, 이산화탄소(CO2) 약 25%, 질소산화물(NOx)약 85%저감 가능하여 차세대 청정연료로 각광받고 있다. 실제로 2018년 4월 기준 전 세계 액화천연가스(LNG) 연료 추진선은 약 121척이 바다를 항해하고 있으며 약 126척이 건조 중으로 2014년 64척 대비 약 309% 증가되어 그 보급이 빠르게 진행되고 있는 상황이다.
현존하고 건조 중에 있는 LNG 연료추진선의 선종을 분류하면 대부분 여객선과 LNG 수송선 및 오일/화학 탱커이며 최근 상선 부문에도 가속화가 이뤄지고 있지만, 냉동운반선에 대한 건조 및 연구개발은 수행된바가 없다.
냉동운반선은 주로 식품을 적재하고 원산지로부터 수요지로 대량 수송하기 위한 선박으로 적재물의 신선도 유지를 위해 화물창 내 냉장화물을 운송하도록 냉동장치를 설비한 선박이다. 영국 조선·해운시황 분석기관 클락슨(Clarksons) 통계자료에 따르면 전 세계 냉동운반선 799척중 약 42%인 342척 가량이 선령 30년 이상 노후선박이며 10년 이하의 선령을 보유한 선박들은 단 30척에 불가하며 최근 10년간 건조된 냉동운반선은 30척인 반면, 노후화로 인하여 해체 및 손실된 냉동운반선은 약 390척으로 가파르게 감소하고 있는 실정이다. 또한, 해당선박의 경우 화물선으로 분류되어 2020년 1월부터 시행되는 황산화물(SOx) 배출규제를 만족하기 위한 대응책 모색이 시급하다.
본 연구에서는 현존하는 노후화된 냉동운반선 그리고 다가오는 황산화물 배출규제를 만족하기 위한 대응의 일환으로 액화천연가스(LNG)를 연료 사용하고 기존의 LNG 연료추진 선박에서 활용하지 못한 LNG 냉열을 효과적으로 활용하여 냉동운반선의 화물창 냉각뿐만 아니라 유기랭킨사이클을 이용한 발전시스템을 LNG 연료 추진 냉동운반선에 적용하는 것을 제안하며, 냉동시스템에 있어 기존 압축식 냉각 방식대비 소요동력 비교와 발전시스템에 있어 5종류의 유기냉매를 선정하여 응축온도, 압력, 과열도 변화에 따른 사이클의 성능을 분석을 통해 최적 냉매를 선정하여 적용 하고자 한다.

목차

1. 서 론
1.1 연구배경 1
1.2 연구목적 3
2. LNG 생산 및 LNG 냉열의 활용과 LNG 연료추진선박의 연료공급시스템
2.1 액화천연가스(LNG) 생산과정 5
2.1.1 천연가스의 특성 5
2.1.2 액화천연가스의 정의 7
2.1.3 액화천연가스의 생산과정 7
2.1.3.1 전처리 공정 8
2.1.3.2 천연가스액 제거 공정 9
2.1.3.3 액화공정 9
2.2 LNG 냉열의 개요 및 활용현황 15
2.2.1 LNG 냉열의 개요 15
2.2.2 LNG 냉열의 활용현황 16
2.2.2.1 LNG 냉열을 활용한 공기액화 분리산업 16
2.2.2.2 LNG 냉열을 활용한 발전 산업 17
2.2.2.3 LNG 냉열을 활용한 냉동·냉장창고 산업 18
2.2.2.4 LNG 냉열을 활용한 액화탄산 및 드라이아이스 제조산업 19
2.3 LNG 연료추진선박의 연료공급 시스템 20
2.3.1 LNG 연료추진선박의 개요 20
2.3.2 LNG 연료추진선박의 연료공급시스템 22
2.3.2.1 LNG 연료탱크 23
2.3.2.2 이중연료엔진 25
2.3.2.3 연료공급시스템 26
3. LNG 연료추진 냉동운반선의 냉동 및 발전시스템
3.1 냉동운반선 31
3.2 초저온냉동운반선 31
3.3 LNG 연료추진 냉동운반선의 냉동 및 발전 시스템 31
3.3.1 압축식 냉동시스템과 LNG 냉열을 활용한 냉동시스템 32
3.3.1.1 압축식 냉동시스템 32
3.3.1.2 LNG 냉열을 활용한 냉동시스템 33
3.3.1.3 LNG 냉열을 활용한 냉동시스템의 공정해석 37
3.3.1.4 소요동력 비교 43
3.3.2 LNG 냉열을 활용한 발전시스템 49
3.3.2.1 개요 49
3.3.2.2 유기랭킨사이클 49
3.3.2.3 시스템설계 및 유기랭킨 사이클의 성능분석 51
3.3.2.4 사이클의 성능분석 결과 및 공정해석 68
4. 결론 및 고찰 71
참고문헌 73

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