친환경 스마트선박 개론

김병수 , 박노준 , 박현 , 엄재광 , 이인원 , 이충성 , 장학수 , 정광효 저자(글)

GS인터비전 · 2025년 01월 31일

책 소개

작가정보

저자(글) 김병수

출간작으로 『선박의장』 등이 있다.

저자(글) 박노준

출간작으로『친환경 스마트선박 개론』등이 있다.

저자(글) 박현

출간작으로『친환경 스마트선박 개론』등이 있다.

저자(글) 엄재광

출간작으로『친환경 스마트선박 개론』등이 있다.

저자(글) 이인원

출간작으로『친환경 스마트선박 개론』등이 있다.

저자(글) 이충성

출간작으로 『선박의장』 등이 있다.

저자(글) 장학수

출간작으로 『선박의장』 등이 있다.

저자(글) 정광효

출간작으로 『선박의장』 등이 있다.

목차

• 1. 친환경스마트선박이란?
  1.1 친환경스마트선박 개요
  1.1.1 친환경스마트선박 정의 및 개념도
  1.1.2 친환경선박이란?
  1.1.3 스마트자율운항선박이란?
  1.2 친환경스마트선박의 미래 방향
  1.3 스마트조선소의 미래 방향
  연습문제
  
  2. 지구 온난화 위기와 탄소 배출 감축 국제 협약 및 목표
  2.1 지구 온난화의 핵심 요인 탄소 배출
  2.1.1 지구 온난화 지수
  2.1.2 지구 온난화 및 탄소 배출 증가
  2.1.3 지구 온난화 위협
  2.2 탄소 배출 감축 국제 협약
  2.3 세계 탄소 배출 현황 및 세계 탄소 배출 제로 목표(IEA)
  2.3.1 세계 탄소 배출 현황
  2.3.2 세계 탄소 배출 제로 목표(IEA)
  2.4 유럽연합 및 미국의 탄소국경조정세 도입 현황
  연습문제
  
  3. IMO 환경 규제 및 탄소 배출 제로 추진
  3.1 IMO(국제해사기구) 역할
  3.1.1 IMO 개요
  3.1.2 IMO 조직 및 업무
  3.1.3 IMO 규제 적용 이해 관계자
  3.2 IMO 질소산화물ㆍ황산화물 배출 규제 및 감축 방안
  3.2.1 세계 항만의 환경오염
  3.2.2 IMO 질소산화물(NOx) 및 황산화물(SOx) 배출 규제
  3.2.3 NOx 배출 감축 장치(EGRㆍSCR)
  3.2.4 SOx 배출 감축 방안 및 스크러버(Scrubber)
  3.3 IMO 탄소 배출 규제 및 탄소 배출 제로 목표
  3.3.1 IMO 탄소 배출 제로 목표
  3.3.2 IMO 탄소 배출 감축 지표
  3.3.3 선박 에너지효율지수(EEDIㆍEEXI)
  3.3.4 탄소집약도지수(CII)
  3.3.5 선박 에너지효율관리계획(SEEMP)
  3.3.6 수명주기평가(LCA, Life Cycle Assessment)
  3.3.7 유럽연합 탄소 배출 감축 규제
  3.3.8 2050년 넷제로 달성 점검 및 달성 전략
  연습문제
  
  4. 친환경선박 연료
  4.1 친환경선박 연료 개요
  4.1.1 친환경선박 연료 개요
  4.1.2 친환경선박 연료의 탄소 배출량(LCA) 비교
  4.1.3 친환경선박 연료의 그린에너지 개념
  4.1.4 탄소 포집ㆍ영구 저장ㆍ재활용
  4.1.5 선박 연료의 특성 비교
  4.1.6 선박의 넷제로 연료 적용 개념
  4.2 LNG(Liquefied Natural Gas, 액화천연가스)
  4.2.1 LNG 연료 개요
  4.2.2 바이오LNG 생산 개념
  4.2.3 그린LNG 생산 개념
  4.3 메탄올(Methanol)
  4.3.1 메탄올 연료 개요
  4.3.2 바이오메탄올 생산 개념
  4.3.3 블루ㆍ그린메탄올 생산 개념
  4.4 암모니아(Ammonia)
  4.4.1 암모니아 연료 개요
  4.4.2 블루ㆍ그린암모니아 생산 개념
  4.5 바이오(Bio)
  4.5.1 FAME(Fatty Acid Methyl Ester, 지방산메틸에스테르)
  4.5.2 HVO(Hydrotreated Vegetable Oil, 수소화 식물성 오일)
  4.5.3 FT(Fischer-Tropsch) 디젤
  4.5.4 바이오 연료의 탄소 배출ㆍ환경물질 배출ㆍ원가 특성 비교
  4.5.5 바이오 연료의 장단점
  4.6 수소(Hydrogen)
  4.6.1 수소 연료 개요
  4.6.2 블루ㆍ그린수소 생산 개념
  4.7 친환경선박 연료의 경제성과 미래
  4.7.1 친환경선박 연료의 종합 경쟁력 비교
  4.7.2 친환경선박 연료의 미래 경제성
  4.7.3 이중연료엔진을 이용한 연료 적용 경로 분석
  4.7.4 친환경연료별 미래 시장 점유율 전망
  연습문제
  
  5. 친환경연료추진선박
  5.1 친환경연료추진선박 개요
  5.2 친환경연료추진선박에 관한 IMO 규정
  5.2.1 IMO IGC 코드(Code)
  5.2.2 IMO IGF 코드(Code)
  5.3 친환경연료추진선박 발주 동향
  5.4 LNG연료추진선박
  5.4.1 LNG 이중연료엔진(Dual Fuel Engine)
  5.4.2 LNG 연료탱크
  5.4.3 LNG 연료공급시스템
  5.4.4 LNG 벙커링시스템
  5.4.5 LNG연료추진선박의 안전시스템 종류 및 설치 장소
  5.4.6 LNG연료추진선박의 메탄슬립 해결 방안
  5.5 메탄올연료추진선박
  5.5.1 메탄올 이중연료엔진
  5.5.2 메탄올 연료탱크
  5.5.3 메탄올 연료공급시스템(LFSS) 및 연료밸브트레인(FVT)
  5.6 암모니아연료추진선박
  5.6.1 암모니아 이중연료엔진 : ME-LGIA, X-DF-A 엔진
  5.6.2 암모니아 연료탱크
  5.6.3 암모니아 연료공급시스템(LFSS) 및 연료밸브트레인(FVT)
  5.6.4 선박의 암모니아 배출 식별 및 처리
  연습문제
  
  6. 연료전지추진선박 및 하이브리드전기추진선박
  6.1 연료전지추진선박 개요
  6.1.1 연료전지추진선박의 개념
  6.1.2 연료전지추진시스템의 종류 및 특성
  6.1.3 연료전지추진선박의 특성 및 제약 조건
  6.1.4 연료전지의 종류 및 특성
  6.1.5 연료전지ㆍ배터리 하이브리드시스템
  6.1.6 연료전지추진선박의 안전시스템
  6.2 LNGㆍ메탄올ㆍ암모니아 등 친환경연료전지추진선박
  6.2.1 SOFC시스템 개요
  6.2.2 SOFC BOP(Balance of Plant) 운전시스템
  6.3 수소연료전지추진선박
  6.3.1 수소연료전지추진선박 개요
  6.3.2 700 bar 고압수소연료탱크
  6.3.3 액화수소연료탱크
  6.3.4 PEMFC시스템
  6.3.5 수소 벙커링(충전)시스템
  6.3.6 수소연료전지추진선박 및 액화수소운반선 건조 사례
  6.3.7 수소연료전지추진선박 개념 설계 사례
  6.4 하이브리드전기추진선박
  6.4.1 하이브리드전기추진선박 개요
  6.4.2 하이브리드전기추진시스템의 통합 제어 및 운항 모드 개념
  6.4.3. 하이브리드전기추진시스템의 전력계통 종류 및 특성
  6.5 연료전지추진선박의 경제성
  6.5.1 원가 산정 기준
  6.5.2 수명주기 연간 평준화 총원가 평가
  연습문제
  
  7. 선박 에너지 효율 향상
  7.1 선박 에너지 효율 향상 개요
  7.2 선체 효율 향상
  7.2.1 선박 대형화와 에너지 효율 향상
  7.2.2 선체 마찰 저항 및 선체 형상 최적화
  7.2.3 선체 경량화
  7.2.4 선체 도장 및 선체 정기 청소
  7.2.5 공기윤활시스템(Air Lubrication System)
  7.3 프로펠러 효율 및 에너지 절감 고정 장치를 통한 향상
  7.3.1 프로펠러 효율 향상
  7.3.2 포드형(Pod Type) 및 아지무스(Azimuth) 프로펠러
  7.3.3 프로펠러 전부 고정 장치(Pre-Swirl Stator)
  7.3.4 프로펠러 후부 고정 장치(Post-Swirl Stator)
  7.4 기계 및 전기시스템 효율 향상
  7.4.1 선박 종류와 크기별 추진동력시스템의 연료 효율 비교
  7.4.2 가변속도 샤프트발전기 및 가변속도 발전기
  7.4.3 폐열회수시스템(WHRS, Waste Heat Recovery System)
  7.5 운항 최적화
  7.5.1 운항 최적화 에너지관리시스템(EMS) 구축
  7.5.2 운항 속도 최적화
  7.5.3 기상 예보 활용 운항 경로 최적화
  7.5.4 항만 적기 도착(Just in Time Arrival)
  7.5.5 운항 트림 최적화
  7.5.6 항만 정박 시 육상 전력 활용
  7.6 풍력 및 태양광 에너지 활용
  7.6.1 픙력 로터 세일(Rotor Sail) 방식
  7.6.2 풍력 윙 세일(Wing Sail) 방식
  7.6.3 태양광 활용
  7.7 선박 에너지 효율 향상 종합
  7.8 선박 에너지 효율 향상 통합 프로세스
  7.8.1 선박 성능 모니터링 통합 운영
  7.8.2 선박 에너지효율관리계획(SEEMP) 프로세스
  연습문제
  
  8. 스마트자율운항선박
  8.1 스마트자율운항선박 개요
  8.1.1 스마트자율운항선박 정의
  8.1.2 자율운항선박 정의
  8.2 스마트 성능
  8.2.1 고장 진단 사전 예측시스템
  8.2.2 원격 유지보수관리시스템
  8.2.3 선단 관리시스템(Fleet Management System)
  8.3 자율운항 성능
  8.3.1 자율운항선박과 무인운항선박
  8.3.2 항로 추적ㆍ자동 충돌 회피ㆍ자동 운항
  8.3.3 자동 접안(Auto Berthing)과 이안(Auto Unberthing)
  8.3.4 육상관제시스템(실시간 원격 제어)
  8.4 레이더ㆍ영상 센서와 통신시스템
  8.4.1 레이더ㆍ영상 센서 장치
  8.4.2 자율운항선박과 통신망
  8.4.3 해상 GMDSS(Global Maritime Distress and Safety System) 통신망
  8.4.4 인공위성 통신망과 원ㆍ근거리 통신망
  8.4.5 선박 내부 통합네트워크
  8.5 사이버 보안시스템
  8.5.1 선박 사이버 보안 사고 사례
  8.5.2 IACS 사이버 복원력(Cyber Resilience) UR E26ㆍE27 규정
  8.5.3 네트워크 방화벽(Firewall) 설치
  8.6 운항 빅테이터 및 운항 인공지능(AI)
  8.6.1 빅데이터와 인공지능(AI)
  8.6.2 자율운항선박과 AI 적용
  8.6.3 AI 적용 사례
  8.7 자율운항선박의 해외 및 국내 기술 개발 현황
  8.7.1 해외 기술 개발
  8.7.2 국내 기술 개발 현황
  연습문제
  
  9. 스마트조선소
  9.1 스마트조선소의 개념
  9.1.1 스마트조선소의 정의
  9.1.2 한국형 스마트조선소의 기술 범위
  9.1.3 우리나라 스마트공장 개요
  9.1.4 스마트공장의 이해
  9.1.5 스마트공장의 단계별 수준
  9.2 선박 건조시스템
  9.2.1 선박 건조시스템과 생산 세부 공정
  9.2.2 생산 세부 공정과 그룹테크놀로지(Group Technology)
  9.2.3 선박 건조 프로세스
  9.2.4 선박 생산계획과 설계
  9.2.5 선박 생산계획과 자재조달
  9.3 스마트조선소의 전사적통합관리시스템 개발과 적용
  9.3.1 조선소 정보시스템의 개발과 적용
  9.3.2 스마트조선소의 전사적통합관리시스템
  9.3.3 전사적자원관리(ERP)시스템
  9.3.4 제품수명주기관리(PLM)시스템
  9.3.5 생산실행시스템(MES)
  9.4 스마트조선소와 VRㆍARㆍXRㆍ메타버스 활용
  9.4.1 가상 현실(VR) 활용 사례
  9.4.2 증강 현실(AR)과 확장 현실(XR) 활용 사례
  9.4.3 메타버스 활용 사례
  9.5 선박과 스마트조선소의 디지털 트윈 적용 방향
  9.5.1 선박의 디지털 트윈
  9.5.2 스마트조선소의 디지털 트윈
  9.5.3 디지털 트윈과 선박 운항
  9.6 스마트조선소의 인공지능(AI) 적용 방향
  9.6.1 스마트조선소의 인공지능(AI) 개발 방향
  9.6.2 국내 대형 조선소의 AI 개발 방향
  9.6.3 스마트조선소의 미래 운영 개념도
  연습문제
  참고문헌
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출판사 서평

우리나라 조선업은 2002년 세계 선박 건조량 시장 점유율 33%를 달성한 이래 세계 최고의 조선업국가로 성장하였다. 그러나 최근 불황기에도 중국 조선업은 정부의 강력한 대규모 지원에 힘입어 우리나라를 위협하면서 시장 점유율 50~60%를 달성하고 있다. 이러한 상황에서 세계 조선업은 불황기를 지나서 노후 선박 교체 시기 도래에 따른 새로운 성장기를 맞이하고 있다. 동시에 탄소배출감축 목표 달성을 위해 기존 디젤 연료를 사용하던 선박에서 벗어나 LNG, 메탄올, 암모니아 및 수소 등의 친환경연료추진선박에 관한 개발과 발주가 증대하고 있다. 그리고 디지털과 통신 및 인공지능(AI) 발전의 가속화로 조선업에도 새로운 기술 혁신의 바람이 휘몰아치고 있다.
현재는 과거의 선박 기술 발전 속도나 패턴과는 전혀 다른 새로운 시장의 흐름이 만들어지고 있다. 이러한 시대적 상황을 인식하고 합당한 조치를 실행하는 새로운 리더십이 필요하다. 중국보다 기술력으로 앞서고 있을 때 사전에 잘 대비해서 더 멀리 나아가야 할 것이다.
본 책은 이러한 시대적 흐름에서 요구하는 친환경연료추진선박, 스마트자율운항선박, 스마트조선소 등 미래의 유망 기술에 관한 핵심 내용을 개요 중심으로 설명한다. 우리나라에 선박 관련 많은 기술 서적이 있지만 미래형 선박과 조선소에 필요한 기술 흐름과 핵심 기술 내용을 소개하는 서적은 흔치 않다. 미래의 조선인이라면 알아야 할 미래 기술들을 종합적으로 정리하여 제공한다.
1장은 본 책의 전체 내용 전개에 대한 중요 사항을 정리하여 설명한다. 친환경연료추진선박과 스마트자율운항선박에 관한 개념과 정의, 구체적인 성능과 미래 방향에 관해 기술함으로써 이 책에 대한 개괄적인 지식을 제공하고, 이러한 선박의 기술 개발 로드맵도 인용하여 제시한다. 또한, 스마트조선소의 개념과 목표 및 미래 방향에 관해서도 제시한다.

2장은 탄소 배출 감축을 왜 해야 하는지, 이에 관한 국제 협약 및 목표에 관해 설명한다. 현재 세계 탄소 배출 현황과 유엔을 중심으로 탄소 배출을 줄이기 위해 각 국가가 협력하여 수립, 실행하고 있는 탄소 배출 제로 목표에 대해 기술한다. 또한, 유럽연합의 탄소국경조정세 도입에 대해서도 설명한다.
3장은 IMO의 환경 규제 및 2050년 탄소 배출 제로 추진에 관한 내용이다. IMO의 역할, 조직 구조와 IMO 규제가 미치는 영향에 관해 기술하고, IMO의 질소산화물 및 황산화물 배출 규제 내용과 그것을 해결하는 연료의 변경과 배기가스재순환장치, 선택적환원촉매장치 및 스크러버(Scrubber) 등 감축 장치들에 대해 자세히 설명한다. 또한, IMO 탄소 배출 제로 목표와 선박 에너지효율지수(EEDIㆍEEXI), 탄소집약도지수(CII), 선박 에너지효율관리계획(SEEMP) 및 수명주기평가(LCA) 등 탄소 배출 감축 지표들에 관한 개념을 설명하고 관련 필요 지식을 제공한다. IMO 규제와 맞추어 유럽연합의 탄소 배출 감축 규제와 2050년 탄소 배출 제로 달성 점검 및 전략에 대해 살펴본다.
4장은 친환경연료에 관한 내용이다. IMO의 탄소 배출 제로 목표 달성이 가능한 친환경연료인 LNG, 메탄올, 암모니아, 바이오(FAMEㆍHVOㆍFT 디젤) 및 수소 등에 관한 친환경연료와 연소 특성 및 장단점에 대해 종합적으로 정리한다. 이러한 친환경연료의 생산 방식 개념과 생산 원가(비용)를 비교 설명한다. 또한, 친환경연료별로 바이오ㆍ블루ㆍ그린 연료 등의 생산 방식에 따라 탄소 배출 감축 비율과 생산 원가가 다르다는 것을 보여준다. 친환경연료의 경제성 및 미래 종합 경쟁력을 정리하고 2050년까지 IMO의 단계별 탄소 배출 감축 목표 달성에 필요한 친환경연료별로 적용 경로와 연료별 미래 시장 점유율도 제시한다.
5장은 친환경연료추진선박에 관한 내용이다. LNG연료추진선박, 메탄올연료추진선박 및 암모니아연료 추진선박은 LNG, 메탄올 및 암모니아 연료를 각각의 이중연료엔진에 공급하여 추진하는 선박이다. 이러한 연료를 선박 엔진에서 사용하거나 화물로 운송할 때 발생하는 위험을 억제하기 위해 만들어진 IMO의 안전 규정인 IGC 코드와 IGF 코드에 관해 설명한다. 친환경연료추진선박에 관한 최근 발주 동향을 살펴보고, 친환경연료추진선박별로 각각의 이중연료엔진, 연료탱크, 연료공급시스템, 벙커링시스템, 안전시스템 및 선박을 설계할 때에 고려해야 할 사항들과 펌프, 압축기, 기화기, 밸브, 통풍시스템 및 질소 불활성화 시스템 등 각종 핵심 구성 장치들에 관해서도 설명한다.


6장은 연료전지추진선박 및 하이브리드전기추진선박에 관한 내용이다. 연료전지추진선박에서 연료전지추진시스템의 종류, 연료전지추진선박의 특성 및 제약 조건을 정리하여 기술한다. 연료전지(Fuel Cell)의 작동 원리 및 특성, 선박에 적용이 가능한 SOFC 및 PEMFC 연료전지와 생산한 전기 에너지를 효율적으로 통합하여 관리하고 제어하는 연료전지ㆍ배터리 하이브리드시스템에 대해서도 설명한다. 친환경연료 전지추진선박 중 LNG, 메탄올, 암모니아 등을 연료로 사용하는 SOFC시스템의 BOP 운전시스템에 관해 설명한다. 수소연료추진선박은 고압수소 또는 액화수소를 연료로 사용하는 선박이다. 700 bar 고압수소 연료탱크, 액화수소연료탱크, PEMFC시스템의 BOP 운전시스템, 수소 벙커링(충전)시스템, 수소연료전지 추진선박, 액화수소운반선 건조 사례 및 수소연료전지추진선박 개념 설계 사례를 기술한다. 하이브리드전기추진선박에 관해서는 하이브리드전기추진시스템의 종류, 발전기의 작동 원리와 종류, 하이브리드전기추진시스템의 통합 제어와 운항 모드 개념, 전력계통의 종류와 사례에 관해 기술한다. 마지막으로 수소연료전지추진선박과 디젤엔진추진선박의 건조비와 운항비를 비교하여 설명한다.
7장은 선박 에너지 효율 향상에 관한 내용이다. 선박의 전체 에너지 효율 향상과 탄소 배출 감축에 대해 연료 절감뿐만 아니라 선체 효율 향상, 프로펠러 효율 향상 및 에너지 절감 고정 장치를 통한 향상, 기계 및 전기시스템 효율 향상, 풍력 및 태양광 에너지 활용 및 선박 운항 최적화 등 선박 관련 기술의 모든 분야에서 효과적인 기술들을 개발하고 적용하는 것에 관해 설명한다. 이러한 기술 적용에는 많은 비용이 들어가므로 선박 종류와 운항 경로별로 원가와 수익 계산을 통한 투자 타당성을 세밀하게 검토한 후에 적용해야 할 것이다.
8장은 스마트자율운항선박에 관한 내용이다. 디지털 기술, 스마트 성능, 자율운항 및 인공지능 기술을 선박 운항에 적용하여 해운 회사들의 탄소 배출 감축, 경제 운항, 안전 운항 및 운항 이익 극대화를 실현시킬 수 있는 미래형 최첨단 선박이다. 고장 진단 사전 예측, 원격 유지 보수 관리 및 선단 관리 등 스마트 성능에 대해 설명한다. 항로 추적ㆍ자동 충돌 회피ㆍ자동 운항, 자동 접안과 이안, 육상관제시스템 등 자율운항 성능에 대해 설명한다. 해상 GMDSS, 인공위성 및 원ㆍ근거리 등 선박과 자율운항선박에 필수적인 통신망과 선박 내부 네트워크 통합을 위한 표준 프로토콜과 통신 표준에 관해 설명한다. 선박 사이버 보안 사고 사례, 사이버 복원력 및 네트워크 방화벽 설치에 관해서도 설명한다. 빅데이터와 인공지능(AI)을 자율운항선박에 어떻게 적용할 지에 대해서도 사례를 들어 설명한다. 해외 및 국내 기술 개발 동향에 대해서도 기술한다.
9장은 스마트조선소에 관한 내용이다. 조선소에서의 설계, 자재조달 및 생산 업무를 정리하고 조선소에서의 전사적자원관리(ERP)시스템, 제품수명주기관리(PLM)시스템 및 생산실행시스템(MES) 등 조선소의 모든 정보시스템을 연결하여 효율적으로 통합ㆍ운영하는 전사적통합관리시스템 기술들을 살펴본다. 최신의 가상 현실(VR), 증강 현실(AR), 메타버스(Metaverse) 및 디지털 트윈 기술, 빅데이터 및 인공지능(AI) 기술들을 어떻게 어떤 수준까지 조선소에 적용할 것인지에 대해 기술한다. 영업에서 수주와 계약 사양과 납기가 결정되면 사람 개입 없이 설계부터 자재조달 및 생산을 통한 선박 인도까지의 업무를 스스로 알아서 계획을 수립하여 실행하는 시스템을 구축할 수 있다. 사람은 시스템이 돌아가는 상황을 모니터링하고 의사결정에 필수적인 부분과 병목 공정과 발생 문제 해결에 집중할 수 있다. 조선소 모든 업무를 스스로 알아서 조치하는 미래 지능형ㆍ자율형스마트조선소 구축에 관한 내용들을 개념적으로 설명한다.
본 책은 지자체-대학 협력기반 지역혁신(RIS) 사업 부산지역혁신플랫폼의 친환경스마트선박사업단에서 스마트해양모빌리티 융합전공 교육과정에 교재로 활용하기 위해 대학교육혁신과제의 일환으로 만들어졌다.
수십 번의 회의와 토론을 통하여 현재와 미래 선박에 필요한 다양한 기술과 지식을 정리하고, 집필하신 공저자 교수님들께 진심으로 감사드린다.
그리고, 출판을 담당하신 GS인터비전 송기수 대표와 편집해 주신 공예서 님과 책의 교정에 동참해주신 여러분들에게 감사드린다.

기본정보

ISBN	9791155765043
발행(출시)일자	2025년 01월 31일
쪽수	587쪽
크기	191 * 241 * 25 mm / 1243 g
총권수	1권

Klover 리뷰 (1)

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현재 관심이 증대되고 있는 분야로 항해사 현직자인 저어게 도움이 될 것이라 생각했습니다.