간행물
해양환경안전학회지 KCI 등재 Journal of the Korean Society of Marine Environment and Safety
- 발행기관 해양환경안전학회
- 자료유형 학술지
- 간기 연7회
- ISSN 1229-3431 (Print)2287-3341 (Online)
- 수록기간 1995 ~ 2024
- 주제분류 농수해양 > 해상운송학 농수해양 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 559DDC 629
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Vol.26 No.5 (2020년 8월) 16건
Research Paper
1.
2020.08
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본 논문에서는 불규칙 선수파랑 조건에서 선박계류시스템의 전후동요를 억제하는 연구를 수행하였다. 두점식 계류시스템은 비선형복원력의 특성으로 인하여 규칙파 조건에서도 강한 비선형 응답 특성을 보인다. 종방향 불규칙 장파가 외란으로 선박계류시스템에 작용하게 되면 규칙파 외력이 입사하는 경우보다 변위와 속도에서 더욱 복잡한 비선형 거동이 발생한다. 계의 종동요 변위와 속도를 동시에 억제하기 위하여 슬라이딩모드 제어법(SMC)을 적용하였다. SMC는 매개변수의 불확실성 및 외란에 대한 강인성을 갖는 폐루프 시스템을 제공하지만, 채터링은 이 제어법을 사용할 때 큰 단점이 된다. 본 연구에서는 준 슬라이딩모드의 시그모이드 함수를 이용하여 불규칙 해양파의 외란 조건에서 채터링을 줄이고. 수렴의 정확성에 도달하는 목표를 달성하였다. 제어법의 유효성은 수치시뮬레이션을 통해 증명하였다.
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2.
2020.08
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선박의 안전한 접·이안을 담당하는 예선은 항만의 안전하고 효율적인 운영을 위한 여러 요소들 중 무엇보다 중요한 사항이라 고 할 수 있다. 그러나 항만의 특징에 따라 보유해야 하는 적정 예선 척수 및 규모에 대한 연구가 부족한 상황이고, 이로 인하여 관계자 간 분쟁이 자주 발생하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 울산항을 중심으로 시뮬레이션 기법을 사용하여 예선의 적정 척수 및 예선 마력 비율을 제시하였다. 먼저, 시뮬레이션 구축을 위한 첫 번째 과정으로 항만 입·출항 및 예선 운영 시스템을 설계하였다. 다음으로, 모델링 시 정의한 입력 변수는 울산항의 2019년 선박 입·출항 데이터를 조사하여 도출하였으며, ARENA 소프트웨어에 입력 가능한 형태로 표준화하였다. 그리고 선박의 입·출항 프로세스를 설계하고, 이를 ARENA 모델로 구현하였다. 마지막으로 6가지의 시나리오에 대한 시뮬 레이션 수행 결과, 울산항의 예선 척수를 42척으로 조정할 경우 효과적인 예선 운영이 가능한 것으로 도출되었다.
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3.
2020.08
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소형선박 기관실 내 화재 시 개구부 유동 및 온도에 대해 FDS(Fire Dynamics Simulator)를 이용하여 화재시뮬레이션을 수행하였다. 열방출률이 10 kW 급인 경유(Diesel) 화재를 대상으로 하였고, 천장 통풍통의 위치, 측면 개구부 유·무 및 크기에 대한 영향을 파악하였다. 측면 개구부의 유·무 및 크기는 연기 거동 뿐 아니라 개구부를 통한 질량 유량 및 온도에 지대한 영향을 미쳤다. 측면 개구부가 미설치되거나 크기가 작은 경우 연기층이 기관실 내 바닥까지 도달하였고, 측면 개구부의 크기가 증가함에 따라 개구부를 통한 질량 유량이 증가하고 온도는 감소하는 경향이 나타났다. 반면, 천장 통풍통의 위치가 연기 거동, 개구부를 통한 질량 유량 및 온도에 미치는 영향은 측면 개구부 크기에 비해 상대적으로 미미한 것으로 관찰되었다. 따라서 소형선박의 기관실 내 화재 시 안전성 향상을 위해서는 천장 통풍통 위치보다 측면 개구부의 크기가 더 중요한 설계 인자인 것으로 판단된다.
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4.
2020.08
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Evaluation of Korea Coast Guard Districts Using F-AHP & ARAS Method for Deployment Marine Air Drones
해양항공드론은 해양사고의 예방과 대응에 이용할 수 있는 새로운 장비이다. 이러한 해양항공드론을 배치하기 위한 관할구역을 결정하는 것은 정부 의사결정자가 효과적인 정책을 마련하도록 도움을 줄 수 있다. 이 연구의 목적은 F-AHP법과 ARAS법을 이용하여 해양항공드론을 배치하기 위한 적절한 구역을 평가하는 모델을 개발하기 위한 것이다. 그리고 이 제안된 모델의 적용가능성을 확인하기 위해 우리나라 해양경찰청의 관할구역에 적용하였다. 해양항공드론의 배치는 평가요소 사이에 중복이 높은 특징이 있기 때문에 식별된 평가항목의 중요도를 결정하기 위해서 F-AHP법을 이용하였다. 그 결과 해양드론의 배치에 있어서 연안에서의 실종자 항목이 가장 중요 한 평가항목으로 나타났다. 또한 이 연구에서 지역 해양경찰서의 우선순위는 하나의 목표(해양사고 50 % 저감)를 고려할 수 있는 ARAS법을 이용하였다. 그 결과로서 목포 해양경찰서 관할구역의 우선순위가 가장 높게 나타났고, 인천, 서귀포, 태안, 완도, 여수, 포항, 통영, 군산, 보령, 제주, 부안, 동해, 속초, 울산, 울진, 부산, 창원, 평택 해양경찰서 관할구역 순으로 나타났다.
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5.
2020.08
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안전한 해양플랜트 운용을 위해 장비 성능평가를 실시하고 그 결과를 모니터링 할 수 있는 시스템이 필요하다. 현재는 육상으로부터 멀리 떨어진 해양플랜트의 특성상 장비 성능평가를 위해 정기적으로 계측 데이터를 저장매체에 저장한 후 육상으로 운반해야한다. 이로인해 성능평가 주기가 길어지고, 다음 성능평가가 시행되기 전까지의 장비의 성능 저하 정도를 알 수 없어 장비의 고장을 방지하기 어렵다. 따라서 육상이 아닌 해양플랜트 내에 온보드(on-board) 형태의 장비 성능 모니터링 시스템을 구축할 필요가 있다. 본 논문에서는 해양플랜트 내에서 장비 성능을 평가하고 그 결과를 가시화하는 장비 성능 모니터링 시스템을 개발하기 위한 초기 단계로, 장비 성능 모니터링 시스템의 데이터베이스를 설계 및 구축하고자 한다. 이를 위해 주요 장비의 태그 데이터를 선정하여 분석을 진행하였다. 최종적으로 장비 상태를 실시간으로 계측한 데이터를 해양플랜트 내에서 저장 및 관리하기 위해 온보드 형태의 장비 성능 모니터링 시스템을 위한 데이터베이스를 설계 및 구축 하였다.
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6.
2020.08
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본 연구는 IMO 선박평형수관리협약과 관련하여 선박평형수처리시스템(BWMS) 산업에 대한 한국의 산업경쟁력 현황과 향후 발전방향을 제언하기 위하여, BWMS 관련 무역데이터를 기반으로 현시비교우위지수와 무역특화지수로 비교·분석하였다. 친환경선박에 대한 국제적 관심이 확대됨에 따라 IMO는 선박기인 오염물질 해양배출과 관련된 논의 및 협정 체결이 지속적으로 증가하고 있다. 동 협약의 이행국가들은 BWMS 산업이 높은 시장진입 장벽과 선도 시장진입자의 시장점유율 확대를 위해 경쟁하고 있으며 BWMS는 친환경선박 분야의 주요산업으로서 각 국가는 기술개발 및 산업경쟁력확보를 위해 노력하고 있다. 한국은 2019년 10월 기준(BWM.2/Circ.34/Rev.8) 최종 승인 받은 BWMS 전체 45개 중 17개(약 38 %)를 차지하고 있다. 동 산업의 시장점유 현황을 파악하기 위하여 상품코드 HS842219, HS84212, HS89가 부여된 무역데이터를 기반으로 현시비교우위지수와 무역특화지수를 산출 및 비교한 결과, 한국은 전 세계 대상으로 BWMS 시장 점유가 비교우위이나 독일, 덴마크 등의 국가에 비해서는 상대적 열위인 것으로 분석되었다. 그럼에도 불구하고 다수의 IMO 승인기술 건 수, 국내 승인기관 보유 등의 산업생태계가 조성되어 있어 향후 BWMS 시장 경쟁력이 강화될 가능성이 높은 것으로 분석되었다.
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7.
2020.08
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본 연구는 2019년 8월 한반도 주변해역(동해, 서해, 남해, 동중국해)에서 탄소 및 질소 안정동위원소 기법을 활용하여 하위영양 단계에서의 먹이망 구조를 파악하였다. 입자성 유기물(POM)의 δ13C 범위는 -26.18 ~ 20.61 ‰, δ15N 범위는 5.36 ~ 15.20 ‰의 넓은 범위를 보였다. POM과 각 생물별 개체군 사이의 δ13C 분별작용의 결과는 대부분 micro-POM을 섭식하는 것으로 확인하였으나 해역 간 차이를 보였 다. 각 생물별 영양단계는 chaetognaths (3.40±0.61)가 가장 높은 영양단계에 있음을 확인하였다. 동위원소 혼합모델을 적용한 결과에서 chaetognaths의 먹이원으로 copepods (13 ~ 48 %)와 euphausiids (20 ~ 51 %)가 가장 높은 기여도를 나타냈다. 본 연구결과 각 해역별 먹이원의 제한적 공급 및 다양성의 차이가 먹이망 구조 및 각 생물별 동위원소 비에 영향을 미친 것으로 판단된다.
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8.
2020.08
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기후변화로 인해 해수면상승, 태풍, 집중강우 등 두 가지 이상의 복합적인 원인으로 발생하는 복합재난 위험이 증가하고 있는 실정이다. 본 연구의 대상지역인 부산 마린시티는 과거 수영만 매립지에 조성된 주거지 중심의 신도시로서, 최근 태풍과 해일 및 월파의 복합 원인으로 대규모 침수피해가 발생한 바 있다. 이와 같은 복합재난에 대비하기 위해서는 위험성 평가를 통해 재난 대비에 대한 우선 순위를 정하고 이에 따른 대비책을 세울 필요가 있다. 본 연구에서는 위험성 평가를 위해 평가프레임을 수립하고, 침수예측 자료와 국가공인 사회경제적 위험요소 자료를 수집하였다. 사회경제적 위험요소는 인구, 지하시설, 건물, 인도, 도로의 5가지로서, 최대 침수심에 대한 각 요소의 절대기준을 마련하여 평가하였다. 그리고 요소별 가중치 설정을 위하여 전문가 설문을 적용하였다. 평가결과는 관심, 주의, 경계, 위험 4단계로써, 2100년의 해수면상승과 재현주기 100년 빈도의 폭풍해일 및 확률강우를 가지는 시나리오에서 관심등급 43 %, 주의등급 24 %, 경계등급 21 %, 위험등급 11 %로 각각 나타났다. 각 등급은 색상별로 구분하여 복합재난 위험지도를 작성하였다.
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9.
2020.08
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해양생태독성시험의 국제표준시험종 중 생산자에 속하는 대표적인 Skeletonema sp.와 Dunaliella tertiolecta의 생태독성학적 차이점을 알아보기 위해 각 표준시험법(규격)을 비교하였고 환경에 대한 종 적합성과 다양한 시험물질에 대한 민감도를 비교 분석하였다. 그 결과, 시험법의 경우 대부분 동일하였으나 시험 유효성의 기준에서 pH 변화 제한과 초기접종밀도에서 차이가 나타났으며 이는 D. tertiolecta 의 낮은 성장률에 기인된 것으로 추정된다. 적합성에서는 두 종 모두 규격에서 요구하는 유효성의 기준을 연속 만족하여 시험수행의 일관성을 보였고 시험한계 염분범위는 Skeletonema sp.와 D. tertiolecta 각각 20 및 10 psu로 나타났다. 마지막으로 민감도의 경우, 시험규격에서 제시하는 참조물질, 실제 오염 배출수(선박평형수) 및 기타 다양한 화학물질에서 모두 Skeletonema sp.가 D. tertiolecta에 비해 독성 민감도가 상대적으로 높음을 확인하였으며 이는 해양생태독성시험 수행에 있어 생산자를 이용한 시험의 경우 최소 2종 이상의 다른 분류군의 미세 조류를 이용하는 것이 시험결과의 신뢰성과 객관성을 높일 수 있는 방법임을 시사한다.
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10.
2020.08
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국립수산과학원과 지역자치단체의 적조모니터링 결과를 바탕으로 해양환경 변동이 적조발생에 미치는 영향을 규명하였다. 1972년 적조 모니터링이 시작된 이후, 1980년대에서 1990년대까지 적조 발생은 지속적으로 증가를 하였으며, 1998년 109건의 최다 적조발생 이후 2010년대까지 감소 추세를 보이고 있다. 1970년대는 대부분 규조 적조가 발생하였으며, 1980년대에는 연안성 와편모조류가 주로 적조를 일으켰으며, 1993년 이후 Cochlodinium polykrikoides 적조가 지속적으로 발생하고 있다. 우리나라에서 수산피해를 일으킨 유해 적조 생물은 3종이다. 1981년 진해만에서 Karenia mikimotoi에 의한 고밀도 적조가 발생하여 패류가 대량 폐사하였다. 1992년 통영해역에서 Karenina sp.에 의한 적조가 발생하여 양식어류를 폐사시켰으며, 1995년 C. polykrikoides 적조로 765억 원의 최대 규모의 수산피해가 발생한 이후 지속적으로 발생하고 있다. 연안해역의 영양염 농도는 1980년대에 가장 높았으며, 1990년 중반 이후 매우 감소하고 있다. 이러한 영 양염 감소는 적조발생 감소를 잘 설명해 준다. 2016년 이후 30℃이상의 여름 고수온이 나타나며 C. polykrikoides의 적조 발생 범위와 규모 는 매우 감소하였다. 2016년 K. mikimotoi 적조가 전남 장흥∼고흥 해역에 발생하였으며, C. polykrikoides 적조는 여수해역에만 발생하였다. 2017년은 C. polykrikoides 적조 발생이 없었으며, Alexandrium affine 적조가 전남 여수∼경남 통영해역까지 발생하였다. 2018년은 평년에 비해 소규모 C. polykrikoides 적조가 발생하였다. 본 연구결과 우리나라 연안의 영양염 감소와 기후변화로 인한 고수온은 적조 발생에 영향을 주는 것으로 판단된다.
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11.
2020.08
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우리나라 서남해 연안역에서 해수유동을 재현하기 위해 모든 분조를 포함하고 절점변조진폭, 위상보정인자 및 천문인수를 적용한 완전한 형태의 실조석(Real Tide)을 도입하였다. 실조석으로 해수유동을 재현한 결과, 조석의 관측치와 계산치의 상관계수는 1.0으로 진폭 및 위상의 정확도가 매우 우수하였고, U성분 및 V성분으로 구분하여 나타낸 조류는 각각 평균 0.883과 0.936의 높은 상관도를 보여 실조석으로 재현하는 것이 타당한 것으로 보였다. 그리고 잔차류의 관측치와 계산치의 차는 평균 0.006 m/s로 유의미하지 않았고, 그 진 행방향은 서로 매우 유사하였다. 그리고 본 연구의 계산결과에서 관측치와 계산치 간에 나타난 유속성분 오차는 주로 고파랑이나 폭풍을 비롯한 남풍계열의 강한 바람과 같은 기상적 요인에 의한 것이 원인으로 분석되었다. 향후 해수유동 수치모형 실험에서 하나의 변수로 작용하는 기상적 요인을 고려하고 본 연구의 실조석을 재현한다면 계산결과는 더욱 향상될 것으로 기대된다.
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12.
2020.08
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선박 및 해양구조물에서 사용하고 있는 고강도 알루미늄 합금들은 스틸과 비교해서 많은 이점을 가지고 있다. 최근 고강도 알루미늄 합금들은 육상 및 해양에 폭넓게 사용되고 있으며, 특히, 특수목적 선박의 선체 외판구조에 많이 이용되고 있고, 교량 구조물에 사용되는 상자 구조물, 그리고 고정식 해양플랫폼의 상부구조에서 소비율이 증가하고 있다. 알루미늄 재료는 스틸보다 1/3의 중량 구성비를 통하여, 구성 중량을 줄이게 하여 연비 절감을 가능하게 한다. 일반적인 강구조물의 응력-변형률 관계와 비교하면, 용접가공에 따라 발생하는 열영향부의 존재로 인하여 상당히 다르게 나타난다. 왜냐하면, 강구조물과 비교하면 열전도율이 높아서, 열영향부(heat affected zone, HAZ)가 남아 있어 구조 강도 저하를 가져온다. 본 논문에서는 MIG(Metal inert gas) 용접 때문에 발생하는 열영향부를 고려하고, 종방향 압축 하중에 대한 알루미늄 보강판의 좌굴 및 최종강도 특성을 분석하였다. MIG 용접에 따른 열영향부를 고려한 경우, 좌굴 및 최종강도 모두 감소하며, 열영향부의 범위가 15 mm부터 항복 이후 에너지 소실률이 크게 나타나며, 25 mm 이상부터는 그 차이가 크지 않다. 따라서, 알루미늄 합금재료를 적용한 보강판의 구조 거동을 파악하기 위해서는 열영향부 영향에 대한 검토 및 분석이 중요하다.
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13.
2020.08
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최근 해상풍력발전기 시장은 에너지 수요 증가, 화석 연료 기반 발전에 대한 의존도 감소와 환경 규제로 인해 향후 5년 내에 빠른 성장이 예상된다. 이러한 상황에 따라서 전 세계적으로 풍력 발전을 가속화하고 있으며, 해상풍력으로 진입하려는 시도가 많아지고 있다. 노르웨이 해상 안전 관리처(PSA: Petroleum Safety Authority)는 운영하는 동안 충돌사고에 대한 충돌에너지가 35 MJ을 견딜 수 있는 안전설계 기준을 요구하고 있다. 따라서 본 연구에서는 북해 해상풍력발전기 설치 단지에 투입되는 해상풍력발전기 설치 선박(WTIV)의 레그 (Leg)와 선박충돌 사고에 대하여 발생 가능한 충돌시나리오에 대해서 비선형 소성붕괴 거동 결과를 바탕으로 레그의 충돌강도평가법을 분석하였다. 분석된 결과로 현재 설계된 기존 선박을 기준으로 요구치인 35 MJ을 만족을 위해서는 200 % 이상의 단면계수 증가가 필 요하고, 이는 현실적인 레그 설계에서는 불가능한 조건으로 판단됐다. 또한, 합리적인 충돌시나리오를 기반으로 한 충돌에너지 기준의 제정이 필요하다.
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14.
2020.08
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본 논문에서는 상용코드인 ANSYS CFX를 통한 해양레저 스포츠 및 야외 활동 시 사용 가능한 휴대용 수평축 수차의 유입유속(U) 및 주속비(TSR, Tip Speed Ratio) 변화에 따른 성능해석을 수행하였으며, 해석결과 및 유동장 분석을 통해 설계에 대한 검토 및 장치의 성능을 확인하였다. 또한, 추가적으로 블레이드의 피치각도(αpitch) 변화에 따른 성능해석을 통해 수차의 성능개선에 필요한 데이터를 획득하고자 하였다. 본 논문의 연구 결과 수치해석 케이스 중 주속비 4인 경우, 모든 유입속도 및 블레이드 피치 각도에서 가장 높은 성능을 보였으며, 설계 유속 이하의 일부 조건에서도 설계 출력인 30 W 이상의 출력을 보였다. 그리고 수치해석 케이스 중 가장 높은 출력과 출력계수는 유입유속 1.5 m/s, 블레이드 피치 각도 3°, 주속비 4에서 보였으며, 출력 약 85 W, 출력계수 약 0.30이었다.
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15.
2020.08
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본 연구에서는 선박 전원용 연료전지 시스템 모델을 개발하여 순수한 산소를 공급하여 진행한 실험 결과의 비교를 통하여 연료전지 시스템 모델을 검증하였다. 검증된 모델을 활용하여 공기 압축기를 사용하여 공기를 공급할 경우에 대하여 산소를 공급한 경우와의 연료전지 출력 특성을 비교 검토하였다. 또한, 연료전지 시스템의 열물성치 변화가 스택의 출력에 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 검토하였다. 그 결과 본 연구의 실험 범위에서 캐소드 공급 가스로 순수한 산소를 공급한 경우의 모델링을 통한 계산 결과와 실험 결과는 전 부하 영역에서 거의 동일한 전압 및 출력을 얻을 수 있었다. 560 A의 일정한 부하에서 캐소드 공급용 산소를 대신하여 공기를 공급한 경우 각각의 스택 전압은 약 14 V, 스택 출력은 약 8 kW, 스택 효율은 약 3 % 및 전체 시스템 효율은 8 % 정도 낮아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 검토한 열물성치 중에서 스택에 대한 냉각수의 열전달 계수가 스택의 출력에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
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16.
2020.08
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Kil-Cheon Seo, Kyoung-Woo Lee, Beom-Seok Rho, Ik-Soon Cho, Won-Ju Lee, Pham Van Chien, Jae-Hyuk Choi
본 연구는 기존 선박에 자외선 (UV) 평형수처리장치(BWMS)를 설치 한 경우, 수치 계산을 통해 평형수 처리시간의 증가를 정량적으로 조사하였다. 계산 결과 배수량 55,000톤 가스 운반선의 평형수 처리시간은 UV BWMS 미설치 및 유량 제어 기능 없이 2.152 시간이었다. 평형수 처리시간은 UV BWMS 설치 후 14.2 % 증가했으며, 유량 제어 기능까지 고려 시 20.4 % 증가했습니다. 실제 조건들을 고려하면 UV BWMS 설치 후 평형수 처리시간은 기존 평형수처리시간 대비 최소 30 % 정도 증가할 것으로 예상됩니다. 따라서 업계 관계자는 평형수 처리시간 증가로 인한 선박 운영 손실을 최소화하기 위하여 UV BWMS 선정시 본선의 실제 평형수펌프 용량과 UV BWMS의 유동 에너지 손실을 충분히 고려하는 것이 좋습니다. 또한 BWMS 설치 후 평형수 처리시간 증가를 최소화하기 위해서는 더 큰 용량의 BWMS, 더 큰 파이프 및 내부 코팅이 있는 파이프 등의 사용을 고려할 수 있습니다.
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