해운 산업은 탄소 배출 저감을 위한 다양한 기술적 해결책을 모색하고 있으며, 그중 암모니아(NH3)는 차세대 무탄소 연료로 각 광받고 있다. 암모니아는 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않으며, 기존 인프라를 활용해 대규모 운송 및 저장이 가능하다는 장점이 있다. 본 연구는 암모니아를 수소(H2)로 개질하여 연료전지에 공급하고, 이를 통해 전력을 생산하는 하이브리드 전기 추진 시스템의 성능을 평가하 였다. 암모니아-수소 개질기, 수소 연료전지, 배터리로 구성된 이 시스템은 친환경적인 추진 방식이다. 경사 시험(Heel test)은 선박이 실제 항해 중에 겪을 수 있는 10도 경사 상황에서 시스템이 안정적으로 작동하는 평가하기 위해 수행되었다. 시험 결과, 암모니아 개질기는 경사 조건에서도 안정적으로 수소를 생산하였다. 연료전지와 배터리가 결합된 하이브리드 시스템은 부하 변동 상황에서도 효율적으로 전력을 관리하고 안정적인 전력 공급을 유지했다. 특히 경사 상태에서도 시스템 성능 저하 없이 연료전지와 배터리 전력, 전류, 전압의 상호작용이 원활하게 이루어졌음을 확인할 수 있다. 본 연구는 향후 친환경 선박의 핵심 기술로 자리 잡을 수 있는 암모니아 기반 추진 시스템의 안정 성과 성능을 실험적으로 검증하였다는 점에서 그 의미가 있으며, 따라서 본 연구 결과는 해운 산업에서 암모니아 기반 추진 시스템의 사용 화 가능성을 높이는 중요한 기초 자료를 제공할 것으로 기대된다.

In Korea, five major ports have been designated as sulfur oxide emission control areas to reduce air pollutant emissions, in accordance with Article 10 of the “Special Act on Port Air Quality” and Article 32 of the “Ship Pollution Prevention Regulations”. As regulations against vesseloriginated air pollutants (such as PM, CO2, NOx, and SOx) have been strengthened, the Ministry of Oceans and Fisheries(MOF) enacted rules that newly built public ships should adopt eco-friendly propulsion systems. However, particularly in diesel–electric hybrid propulsion systems,the demand for precise control schemes continues to grow as the fuel saving rate significantly varies depending on the control strategy applied. The conventional Power Take In–Power Take Off(PTI–PTO) mode control adopts a rule-based strategy, but this strategy is applied only in the low-load range and PTI mode; thus, an additional method is required to determine the optimal fuel consumption point. The proposed control method is designed to optimize fuel consumption by applying the equivalent consumption minimization strategy(ECMS) to the PTI–PTO mode by considering the characteristics of the specific fuel oil consumption(SFOC) of the engine in a diesel–electric hybrid propulsion system. To apply this method, a specific fishing vessel model operating on the Korean coast was selected to simulate the load operation environment of the ship. In this study, a 10.2% reduction was achieved in the MATLAB/SimDrive and SimElectric simulation by comparing the fuel consumption and CO2 emissions of the ship to which the conventional rule-based strategy was applied and that to which the ECMS was applied.

본 논문은 하이브리드 전기 추진 시스템의 전력 제어에 관한 연구를 수행하였다. 하이브리드 전기 추진 시스템은 기본적으로 발전기와 축전지 전원을 이용하여 선박을 추진하는 시스템이다. 하이브리드 추진 시스템은 공급되는 전력을 최소화하기 위한 제어 알고리즘으로 동작한다. 본 논문에서는 하이브리드 전기 추진 시스템의 효율을 증가시키기 위한 축전지 충전 알고리즘을 제안한다. 실험을 통하여 제어 알고리즘이 하이브리드 전기 추진 시스템에서 정상적으로 동작하는 것을 알 수 있었다.