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문제 정의
- 1에 따르면, 2008년 기준 전체 에너지의 28%는 원자력에서 충당하고 나머지 72%는 화석연료를 이용하여 공급하고 있으며 이때 화석연료는 연간 약 32만 배럴을 소모한다. 그러나, 2020년에는 대체 연료와 원자력 에너지에서 50%를 공급하고, 연료 효율 상향을 위한 연구를 통하여 2008년 연간 32만 배럴에서 연간 27만 배럴로 5만 배럴을 줄이는 것을 목표로 하고 있다.
- 본 논문에서는 미 해군에서 연구 개발중인 하이브리드 전기추진 시스템(이하 HED 시스템)에 대한 연구를 수행하였다. HED 시스템은 기존의 COGAG(Combined Gas Turbine and Gas Turbine) 추진체계의 단점인 저속, 저부하 구간에서의 연료 효율을 개선하기 위해 EM(Electric Machine)과 인버터를 이용하여 저속에서는 EM을 전동기로 이용하여 추진하고, 고속에서는 발전기로 활용하는 시스템으로써 연료 절감 효과와 가스터빈의 운전시간 감소, 추가 전력량 확보 등 다양한 장점을 가지고 있다.
- 본 논문에서는 이와 같은 문제를 해결하기 위해 미 해군에서 연구중인 HED 시스템을 조사 및 분석하였고, 한국 해군 이지스 구축함에 적용하기 위하여 시뮬레이션을 진행하였다. 그 결과, HED 시스템을 적용한 함정이 적용하지 않은 함정에 비해 연간 약 8억원의 연료비 절감 효과를 낼수 있음을 확인하였다.
- 본 논문에서는 현재 미국에서 연구 개발중인 HED 시스템에 대한 조사 및 분석을 수행하고, 한국 해군의 이지스 구축함 운용 특성 및 제원을 분석하여 한국 해군 이지스 구축함에 적합한 HED 시스템 최적 구성 방안을 제안하였다.
가설 설정
- HED 시스템 효율성을 분석하기 위해서는1) 운용 모드 및 함속에 따른 소요마력 분석, 2) 운용 프로파일 분석, 3) 함내 전력 부하 분석이 수행되어야 한다.
- 이 외, HED 시스템을 함정에 적용하기 위해서는 EM의 용량뿐만 아니라, 설치 공간, 설치 방법등이 고려가 되야 하며, 이와 관련하여 함정 내부 주 기관실 배치도에 대한 검토가 필요하다. 그러나, 이 자료의 특성상 접근이 어렵기 때문에, 본 논문에서는 EM 설치 공간이 충분하다는 가정하에 연구를 수행하였다. 추후 설치 공간 및 방법에 대한 검토를 수행하여 EM 선정 최적화가 진행되어야 할 것이다.
- 위 시뮬레이션은 함정이 일년 평균 2,912시간동안 추진장비를 사용하였다고 가정하였으며, 시뮬레이션 결과 Motoring mode일 경우, 1년에 4,800배럴, Motoring-Generating mode일 경우 8,900배럴의 연료를 절감할 수 있음을 확인하였다[3].
- 함정 운용 프로파일과 함정 소요마력을 분석한 결과, 함속 5KTS 이하에서의 함정 운용이 거의 없음을 확인하였다. 일반적으로 함속 5KTS 이하로 운항시 조타가 거의 불가능하기 때문에 위와 같은 속도로 함정을 운용하지 않으며, 가스터빈 출력이 매우 낮아 정확한 연료 소모량을 측정하기 어려움으로 5KTS이하는 동일한 연료를 소모한다고 가정하였다.
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