This study presents an integrated design methodology for the energy system, the boil-off hydrogen re-liquefaction system, and the cargo handling system for a liquefied hydrogen tanker for long-range bulk liquefied hydrogen transport. First, this study proposes an optimal energy system for a liquid hydrogen tanker using LNG as fuel which is the most realistic alternative fuel in terms of technology and economy. The three main propulsion systems (high pressure ME-GI engine, low pressure X-DF engine, combined cycle gas turbine) and two power generation engines (dual fuel generation engine and fuel cell) are combined to form candidate machinery configurations. The study predicts the amount of electricity used from ship operations, quantifies the annual CO2 emissions and the amount of evaporative hydrogen emissions from an economic perspective, and proposes an optimal energy system through cost-benefit analysis. Second, the study develops a re-liquefaction system cycle for boil-off hydrogen treatment based on the proposed energy system, and proposes it by optimizing in terms of efficiency and operation cost. Third, for economical hydrogen import or supply, we present a cargo handling system and cargo tank operation plan for optimizing the processing of evaporative hydrogen gas generated during loading operation and unloading operation.
본 연구는 원거리 대용량 액화수소 수송을 위한 액화수소운반선(Liquid Hydrogen Tanker) 개발을 위해 에너지, 증발수소 재액화 및 화물관리 시스템의 통합 설계 방법론을 제시한다. 첫째, 액체수소운반선의 최적 에너지 시스템을 제안한다. 적합한 대체 연료(LNG와 Hydrogen)로 즉시 사용가능한 3 종류 주추진시스템(고압MEGI엔진, 저압XDF엔진, 가스터빈)과 2 종류 발전용 엔진(이중연료발전엔진, 연료전지)을 조합하여 후보 시스템들을 구성한다. 선박운항으로부터 전력사용양을 예측하며, 연간 CO2 배출량 및 증발수소 가스양을 경제적 관점에서 정량화하고, 비용-편익분석을 통해 최적 에너지 시스템을 제안한다. 둘째, 제안된 에너지 시스템을 기준으로 증발가스처리를 위한 재액화 시스템 사이클을 개발하고, 효율 및 운전 비용 측면에서 최적화하여 제안하다. 셋째, 저렴한 수소 수입 또는 공급을 위해, 운항 및 양·하역 시 발생하는 증발수소가스 처리 최적화를 위한 화물관리 시스템(Cargo Handling System) 및 화물창 운전 방안을 제시한다.
