The Conceptual Design of a Ballast Free Ship

Abstract

20 세기 후반에 환경 문제는 두드러지게 나타난다. 이러한 이유로 최근 환경 친화적인 선박에 대한 연구가 연구들에게 관심이 된다. 해운의 환경 적 영향으로는 기름 오염, 온실 가스 배출, 음향 오염 및 생물 침입 오염이 있다. 생물 침입 오염은 지난 수년간 지구의 생물 다양성에 커다란 위협이 되었다. 왜냐하면 그것은 한 지역의 전체 종의 풍부성과 다양성을 감소시킬 수 있기 때문이다. 침입 종의 다른 효과는 다른 종과 인체 건강에 해를 끼칠 수 있다. 이제 문제는 모든 선박의 기존 선체 형상에 load하지 않을 때 안전하게 항해 할 수 있는 밸러스트 수가 필요하다는 것이다. 이 밸러스트 수는 비생산적인 해양 생물 종 도입의 주요 원인 중 하나이다. 왜냐하면 많은 양의 화물을 운반하는 선박에는 적재되지 않을 때 안전하게 항해 할 수 있도록 많은 양의 물이 필요하기 때문이다. 이 엄청난 양의 물에서는 세계 곳곳에서 다양한 종류의 생물이 옮겨지고 새로운 위협에 대비해 출생지 종의 준비가 되지 않은 새로운 서식지가 도입되기 때문에 출생지 종은 침입 종과 경쟁 할 수 없다. 밸러스트 수의 생태학적 및 경제적 피해의 가능성 때문에이 문제에 대한 해결책이 중요한다. 지난 몇 년 동안 밸러스트 워터가 가져 오는 문제를 해결하기 위해 여러 가지 노력이 있었지만 슬프게도 이러한 노력으로 문제를 해결할 수 없었다. 문제의 근본 원인에 따라, 기존의 선체 설계는 unload 상태에서 안전하게 항해 할 수 없으므로 이 문제에 대한 솔루션은 선체 설계 내에 있다는 것을 알 수 있다. 이것이 석사 논문에서 새로운 선체 형태를 설계하여 이 문제에 대한 해결책을 찾은 이유이다. 여러 가지 측면을 동시에 고려해야하기 때문에 이 문제를 해결하는 선박을 설계하는 것은 복잡한 작업이다. 이 논문에서는 실현 가능한 선박에서 중요한 개념 설계 측면만 다룰 수 있다. 이 논문의 주요 목적은 항해에 밸러스트 수를 필요로 하지 않는 선체 형태를 설계하는 것부터 시작하여 환경 친화적인 선박을 개발하는 것이다. 개념적 선박의 설계를 위해 기존 솔루션을 조사한 다음 설계의 타당성을 토대로 이 솔루션을 선택한다. 이 솔루션을 분석하여 해결할 수 있는 문제점을 찾아내어 이러한 문제점에 대한 해결책을 얻을 수 있는지 검증한다. 그런 다음 모선의 선형을 추출하고 수정하여 Rhino 3D를 사용하여 새로운 디자인을 만든다. Rhino 3D를 사용하여 기존 솔루션과 새로운 디자인 모두에 대해 3D 모델이 만들어 지므로 이를 비교할 수 있다. 새 디자인이 밸러스트수없이 항해 할 수 있는지 확인하려면 Maxsurf를 사용하여 손상되지 않은 안정성을 계산한다. 여기서 모선 안정성에 대한 안정성 향상에 도달했는지 확인할 수 있다. 비손상 복원성을 확인한 후, 새로운 선박의 무부하 상태에서 화물 용량 및 드래프트를 찾기 위해 lightship 중량 및 재화중량 계산이 수행된다. 새로운 선체가 모든 선박 시스템과 화물에 충분한 공간을 가지고 있는지 알아보기 위해 공간 계산이 이루어진다. 디자인의 타당성을 알기 위해 모선과 새로운 디자인의 저항은 OpenFOAM의 interfoam solver를 사용하여 계산된다. 계산은 선박의 축척 모델 (1:50)을 사용하여 수행 된 다음 두 모델을 비교한다. 양 선박의 저항을 찾은 후 ITTC'78 방법과 Marintek 방법을 사용하여 형삼계수를 계산하여 본격적인 저항 예측이 이루어진다. 저항 예측을 사용하여 두 선박의 엔진파위 요구 사항을 파악하여 연료 소비량 계산을 수행 할 수 있으며 동일한 중량 및 기존 VLCC를 갖춘 유조선과 비교할 수 있다. 연료 소비량 계산은 OPEX (운영 비용) 분석을 수행하고 모선, 동일한 heavy tanker 및 기존의 VLCC에 대한 설계의 타당성을 검증하는 데 사용된다. 그런 다음 lightship 중량을 사용하여 CAPEX (자본 지출) 계산을 수행하여 새 디자인의 건조 비용을 모선, 동일한 중량의 유조선 및 기존 VLCC와 비교한다. 새로운 설계의 실현 가능성을 알기 위해 CAPEX 및 OPEX 데이터를 사용하여 수명주기 비용을 계산한다. 그런 다음 비용 효율성 비교를 수행하여 새로운 설계의 수익성을 검증한다. 마지막으로 환경 영향 분석을 통해 새로운 디자인과 모선에서 배출되는 CO2를 확인한다. 그런 다음 결과를 두 개의 선박과 비교한다. 이 연구의 목적은 선박을 설계하고 수익성을 증명하는 쉽고 빠른 방법론을 제공하는 것이 었다. 이 방법론은 밸러스트 수 문제를 해결하는 새로운 설계를 만드는 데 유용하며 기존 선박에서 더 많은 수익을 창출 할 수있는 설계를 만들었다. 모선에 대한 새로운 개념의 주요 이점은 언로드 상태에서 상대적으로 낮은 저항을 유지하면서 더 큰화물 용량과 로드 및 언로드 상태에서 더 나은 안정성이며 새로운 디자인이 VLCC와 경쟁 할 수 있음을 증명한다. 비용 효율성은 새로운 개념이 동일한 재화중량을 가진 VLCC와 유조선보다 유리함을 분명히 보여주었다. 따라서 새로운 컨셉 디자인은 유익한 디자인이며, 연료 가격이 올라가면 더 많은 수익을 올릴 수 있다. 새로운 개념 설계의 또 다른 이점은 CO2 배출량을 현저하게 줄이는 것인데, 이산화탄소 배출량이 높은 경우 세금이 부과 될 수 있는 미래 경제적 이점을 줄 수 있다.