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문제 정의
- LED 등기구는 내진동 및 내충격성이 우수하여 특히, 선박에서 장수명이 보장된다[1]-[3][7]. 그러나 LED 등기구의 최적 설계와 적용을 위해서는 경제적 대체효과에 대한 분석이 요구되므로, 본 논문에서는 지금까지 해양산업분야에서 한 번도 시도되지 않은 기존의 등기구를 LED 등기구로 대체 시 적용 효과를 정량적으로 제시하였다. 기존 선박 조명계통과 등기구의 특성을 분석하고, 상용화되어 있는 LED 등기구로 대체 시 초기 투자비용, 소비 전력량 및 연료 소비량 등을 분석하여 손익분기점을 찾아내고 동시에, CO2 배출량도 산출하였다.
제안 방법
- 그러나 LED 등기구의 최적 설계와 적용을 위해서는 경제적 대체효과에 대한 분석이 요구되므로, 본 논문에서는 지금까지 해양산업분야에서 한 번도 시도되지 않은 기존의 등기구를 LED 등기구로 대체 시 적용 효과를 정량적으로 제시하였다. 기존 선박 조명계통과 등기구의 특성을 분석하고, 상용화되어 있는 LED 등기구로 대체 시 초기 투자비용, 소비 전력량 및 연료 소비량 등을 분석하여 손익분기점을 찾아내고 동시에, CO2 배출량도 산출하였다.
- 선박 조명 부하 중 백열등 및 형광등기구가 차지하는 비중이 80 %이상으로 매우 높기 때문에 이를 대상으로 경제성을 분석하였다. 형광등기구는 안정기 손실을 포함하므로 소비전력은 FL 40 W는 48 W와 FL 20 W는 26 W로 적용하였다.
- 선박용 등기구의 부하설비분석과 초기투자비용, 운용비용인 유지비용 및 소비전력에 따른 유류비를 산출하였다. 등기구 점등률은 40%, 50% 및 60%로 구분하였다.
- 비율적으로 소비전력이 증가하므로 실습선의 전 구역 대신 기존 등기구의 적용이 많은 Main deck구역을 선정하였고, 기존 광원에 광학적 성능을 만족하는 LED 등기구를 동일한 수량으로 대체 한 결과를 Table 3에 나타내었다. 이 때, 20 W, 40 W 및 60 W의 백열등기구를 8 W LED 등기구로 대체하고, 48 W를 20 W로, 26 W를 10 W로 각각 형광등기구에서 LED 등기구로 대체하였다.
- 본 논문에서는 선박 조명의 80%를 차지하는 백열등 및 형광등을 LED광원으로 대체 시, 소비전력, 초기투자비용, 유지비용 및 유류비에 대한 절감률을 분석하여 손익분기점을 산출하였으며, 결과는 다음과 같다.
- 5배 증가되었다. 유지비용은 5년동안 55% 절감되었고, 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 15개월, 12개월 및 10개월로 분석하였다. 따라서 점등률이 높을수록 단기간에 초기투자비용을 회수하며, 장기간 운용할수록 경제적 효과가 크게 나타난다.
대상 데이터
- 형광등기구는 안정기 손실을 포함하므로 소비전력은 FL 40 W는 48 W와 FL 20 W는 26 W로 적용하였다. 선종은 실습선과 함정을 대상으로 비교하였다.
- 등기구 점등률은 40%, 50% 및 60%로 구분하였다. 선박용 발전기 연료는 벙커C유가 사용되므로, 유류비는 변환 효율 4.3 kWh/ℓ를 기준으로 한국석유공사에서 2015년 7월 기준으로 제시한 세전가격 521원을 적용하였다.
- 대체 광원 및 등기구는 백열등 및 형광등기구의 광학적 성능을 만족하는 LED 등기구만으로 하였으며, 등기구별 광속은 Table 1과 같다.
- 비율적으로 소비전력이 증가하므로 실습선의 전 구역 대신 기존 등기구의 적용이 많은 Main deck구역을 선정하였고, 기존 광원에 광학적 성능을 만족하는 LED 등기구를 동일한 수량으로 대체 한 결과를 Table 3에 나타내었다. 이 때, 20 W, 40 W 및 60 W의 백열등기구를 8 W LED 등기구로 대체하고, 48 W를 20 W로, 26 W를 10 W로 각각 형광등기구에서 LED 등기구로 대체하였다.
- 함정은 실습선과 달리 등화관제를 실시하므로 1개가 홍등인 3등용 형광등기구를 사용한다. 실습선과 비교하기 위해 기존 등기구와 LED 등기구의 부하를 Table 10 과 11에 나타내었다.
성능/효과
- 실습선의 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 각각 11개월, 9개월 및 7개월 후에 초기투자비용을 회수할 수 있다.
- 따라서 탄소배출량은 각각의 점등률에서 기존 등기구에 비해 연간 73.62 tCO2, 92.03 tCO2 및 110.43 tCO2로 감소하는 것으로 분석되었다.
- 실습선과 동일한 방식으로 기존 등기구는 74,490 W이며, LED 등기구를 대체하면 총 26,494 W으로 산출되었다.
- 함정의 연간 벙커C유의 소비량으로 탄소배출량을 Table 17에 나타내었다. 탄소배출량은 각각의 점등률에서 기존 등기구에 비해 연간 92.59 tCO2, 119.78 tCO2 및 143.38 tCO2로 감소하는 것으로 분석되었다.
- 실습선의 소비전력 및 탄소배출량은 68% 감소하였으며, 초기투자비용은 3.8배 증가되었다. 유지비용은 5년동안 51% 절감되었고, 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 11개월, 9개월 및 7개월로 분석되었다.
- 8배 증가되었다. 유지비용은 5년동안 51% 절감되었고, 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 11개월, 9개월 및 7개월로 분석되었다.
- 함정의 소비전력 및 탄소배출량은 65% 감소하였으며, 초기투자비용은 3.5배 증가되었다. 유지비용은 5년동안 55% 절감되었고, 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 15개월, 12개월 및 10개월로 분석하였다.
- 유지비용은 5년동안 55% 절감되었고, 손익분기점은 40%, 50% 및 60%의 점등률에 따라 15개월, 12개월 및 10개월로 분석하였다. 따라서 점등률이 높을수록 단기간에 초기투자비용을 회수하며, 장기간 운용할수록 경제적 효과가 크게 나타난다. 한편, 등기구의 수량이 많은 함정에서는 초기투자비용이 높지만, 유지비용의 절감효과가 더 큰 것으로 나타났다.
- 따라서 점등률이 높을수록 단기간에 초기투자비용을 회수하며, 장기간 운용할수록 경제적 효과가 크게 나타난다. 한편, 등기구의 수량이 많은 함정에서는 초기투자비용이 높지만, 유지비용의 절감효과가 더 큰 것으로 나타났다. 백열등기구의 비율이 높은 실습선에서 손익분기점은 빨라지며, 탄소배출량은 더 감소하였다.
- 한편, 등기구의 수량이 많은 함정에서는 초기투자비용이 높지만, 유지비용의 절감효과가 더 큰 것으로 나타났다. 백열등기구의 비율이 높은 실습선에서 손익분기점은 빨라지며, 탄소배출량은 더 감소하였다.
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