LNG선이란?
LNG선은 LNG발전을 통해 추진되는 선박입니다. LNG선은 미국 셰일가스의 성장과 선박과 관련된 규제가 강화됨에 따라 발전하고 있는 산업입니다.
LNG선의 등장 배경은 1950년대에 천연가스가 디젤 연료보다 청정연료로 인정받게 되면서 발전용 연료로 주목받았습니다. 거기에 일본에 천연가스를 공급하기 위해 액화된 LNG의 형태로 운송하는 기술이 개발되면서 더욱 주목을 받았습니다.
LNG선 추진 방식 종류
LNG선에서 사용되는 추진시스템은 1, 보일러를 이용한 가스터빈 방식 2, 4 행정 이종 연료 엔진을 이용한 전기추진시스템 3, ME-GI엔진을 이용한 추진시스템, 4, X-DF 엔진을 이용한 추진시스템으로 나뉩니다.
1, 보일러를 이용한 가스터빈 방식
가스터빈 시스템은 기회 된 천연가스(BOG)를 연료로 하여 고압의 증기를 발생시키고 터빈으로 하여 동력과 전력을 얻는 시스템입니다. 기관 효율은 28% 정도 됩니다.
가장 보편적으로 사용되고 있는 시스템이며, 제작하는데 용이하다는 것이 장점입니다.
2, 4행성 이종 연료 엔진을 이용한 전기 추진시스템(DFDE)
가스 모드에서 가스와 공기가 혼합된 형태로 흡입되는 오토 사이클 연소방식입니다.
DFDE시스템은 천연가스(BOG)와 원료(벙커 A유)를 투입해 발전기 엔진(DF 엔진)에서 전기가 발생해 전기모터를 돌리는 형식입니다.
DFDE 방식의 열효율은 41~43%로 증기터빈보다 40% 효율이 높습니다. 안정성면에서도 굉장히 높은 평가를 받고 있으며, 현재 선박에서 가장 문제가 되고 있는 COx(산화탄소화합물)을 줄인 친환경 엔진입니다.
그러나 발전기 변압기 모터를 거치면서 효율이 떨어지고 유지보수 비용이 증가하는 단점을 가지고 있습니다.
3, ME-GI엔진을 이용한 추진시스템(ME-GI)
MDT사의 이종 연료 엔진인 ME-GI로 대표되는 추진시스템입니다.
고압의 가스를 분사해 연소시키는 방식으로 보통 상선이랑 비슷한 형식의 발전시스템을 가지고 있습니다. 그러나 DEDP방식과 다르게 300 바의 고압 연료 공급 시스템을 필요로 하고 있으며, 엔진의 끝단에 프로펠러가 직접 연결되어 있습니다. 이로 공기가 압축된 후에 가스가 직접 분사되는 디젤 사이클 연료 방식을 사용하고 있습니다.
이러한 발전 방식으로 효율이 높고, 유지보수가 쉬워 중 대형 선박에서 DEDP 엔진보다 효과적인 운용이 가능할 것으로 예상되고 있습니다.
4, X-DF엔진을 이용한 추진시스템
X-DF 엔진 기술은 연료와 공기가 미리 혼합되어 높은 공연비로 연소되는 오토 사이클 연소 원리를 이용하고 있는 엔진입니다. 여기서 공기가 혼합되기 때문에 더 낮은 부하에서 작동할 때 필요한 가스 압력은 13 Bar이하여서, 신뢰성이 증명되었습니다.
최근 X-DF 엔진 2.0은 가스 모드가 작동하는 동안 저압 경로를 통해서 가스 일부가 냉각되며, 재순환되도록 설계되었습니다. 최대 50% 질량 유량까지 배기가스를 재순환할 수 있습니다.
이를 통해 더욱 친환경적이며 높은 성능을 낼 수 있게 되었습니다.
또한 X-DF 엔진이 가스 모드로 작동되는 경우 엔진이 가스에서 디젤로도 변환할 수 있습니다.
저압 가스 공급으로 인해 단순성과 낮은 투자 비용 낮은 전력 소비를 가지고 있으며, 열 방출이 낮습니다.
또한 현재 문제가 되고 있는 NOx(질산화합물), SOx(황 산화물) 배출이 제로에 가깝습니다.
대우조선해양이 가지고 있는 LNG선이란? 그에 따른 기술
대우조선해양은 위에 있는 기술과 더불어 LNG CCS와 재액화 시스템 기술을 개발하였습니다. 대우조선해양은 해당 엔진들을 바탕으로 독자적으로 개발한 LNG 연료시스템(FGSS)과 천연가스 재액 화장치(PRS)를 바탕으로 LNG선에서는 전 세계 최고의 기술력을 자랑하고 잇습니다.
LNG CCS는 액화된 천연가스는 열에 의해 기회 되기 때문에 BOG(증발된 천연가스) 처리가 무엇보다 중요합니다. 대우조선해양은 TYPE B TANK와 MEMBRANE TYPE TANK를 공급받아를 통해 BOG를 처리하고 있습니다. 그러나 이런 천연가스를 다시 재액 화하는 기술을 대우조선해양은 독자적으로 개발하였습니다.
LNG선에서 발생한 BOG는 모두 연료로 사용되는 것이 아니어서, 추진선의 효율이 비교적 떨어지며, 잉여 BOG가 남아돌고 있습니다. 원래는 단열재를 활용해 이러한 문제를 해결하고 있었으나, 좀 더 높은 효율을 위해 천연가스 재액 화가 필요하게 되었습니다.
이로 천연가스를 재액화하여 다시 발전에 사용함으로써 더욱 높은 효율을 가지고 있습니다.
이로 인해 부유식 LNG 저장 재기화 설비(LNG-FSRU) 등의 기술도 개발하였습니다. 이는 천연가스의 수요가 급증하거나, 육지에 설비투자 건설이 힘든 곳에서도 막대한 투자가 없이도 천연가스를 공급할 수 있는 시스템입니다.
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