로터 선박(Rotor ship) - 로터 세일(Rotor Sail)

로터 선박

매그너스 효과 이용한 로터 세일

로터 선박은 추진을 위해 매그너스 효과를 사용하도록 설계된 선박이다.
이 배는 부분적으로 로터 세일이라고 하는 대형 동력 수직 로터에 의해 추진된다.

독일의 엔지니어 안톤 플렛트너는 이 힘을 이용해 추진력을 얻는 선박을 최초로 만들었고 그 로터를 사용하는 선박을 플렛트너 선박이라고 부르기도 한다.(역시 최초가 중요하다.)

매그너스(마그누스) 효과

움직이는 기류에서 회전하는 물체에 작용하는 힘으로, 기류의 방향과 로터의 축에 모두 수직인 힘을 생성한다.

매그너스(마그누스) 효과 - Magnus effect (tistory.com)

매그너스(마그누스) 효과 - Magnus effect

로터 세일을 이용한 로터 선박은 추진을 위해 매그너스 효과를 사용하도록 설계되었다.
로터 세일이 움직이는 기류에서 회전을 하고 회전을 하며 생기는 표면 마찰을 이용해서 공기는 물체의 한쪽으로 끌여당겨 생긴 양쪽의 기압차이를 만들면서 매그너스 효과가 발생된다. 
이 매그너스 효과를 이용해 로터는 저항이 낮은 기압 낮은 쪽으로 이동을 하려는 저항이 선체에 적용되고 그 저항을 이용하여 추친력을 얻는 구조이다.

 

출처 - Rotor Sail technology - Wartsila (wartsila.com)

 

자체 동력 필요

바람이 없고 배가 멈춰있다면 그 선박은 로터 세일만으로는 움직일 수 없기 때문에 자체 동력이 있어야 한다.
일단 자체동력으로 선박이 움직이기 시작하면 로터 세일은 자연스럽게 동력을 얻게 된다.

최대 추진력

로터 세일의 추진력은 바람의 각도와 풍속에 따라 달라지며 최대 추진력은 풍향이 뒤에 있을 때 최대 추진력이 생성된다.

로터 세일 기술의 이점

오늘날의 해양 산업에서는 운영 비용을 낮추고 온실가스(GHG)배출을 줄이는 솔루션이 그 어느 때보다 중요하다.
현재까지의 기술에서의 이점

• 연료 소비 및 관련 배기가스 최대 30% 감소
• EEDI, EEXI 및 CII에 대한 규제 준수
• 설치에 제약이 없어 다양한 선박에 설치가능(고정식, 레일 시스템 및 폴딩 시스템)
• 다양한 기상 조건에 맞게 설계 가능.
• 각 선박 간에 재배치 용이

로터 선박의 역사

독일 엔지니어 안톤 플렛트너 추진을 위해 매그너스 효과를 사용하려는 배를 처음으로 만들었다.

최초 로터 선박 부카우(Buckau) - Rotor ship - Wikipedia

 

1924 년 10 월 Germaniawerft 대형 로터  두개를 장착한 부카우(Buckau)

이 선박은 약 15 미터 (50 피트) 높이와 3 미터 (10 피트) 직경의 두 개의 로터 세일을 사용했으며 50 마력 (37kW)의 전기 추진 시스템으로 구동되었다.

 

이후에 바바라(Barbara)라는 로터 3개가 들어간 선박이 만들어지고 그 이후에 6척의 로터 세일을 이용한 선박이 더 만들어졌으나, 세계 경제 공황으로 인해 소비자 구매 신뢰가 감소하며 선박용 디젤유(MDO)와 이를 활용하는 데 필요한 관련 엔진 기술을 쉽고 저렴하게 구할 수 있게 되었다. 당시 연료 가격은 로터로 인한 비용 절감 효과가 너무 적을 만큼 저렴하다 보니 투자 회수 기간이 길어 해운 회사들이 투자를 고려할 수 없었다.

 

로터 세일을 적용한 현대의 선박

로터 돛에 대한 관심은 1980년대에 기존 동력 선박의 연료 효율을 높이기 위한 방법으로 부활했고 2022년 온실가스 문제와 규제로 인해 해양 시장에 재조명되고 있다.

 

Rotor ship - Wikipedia

Rotor ship - Wikipedia

Rotor Sail technology - Wärtsilä (wartsila.com)

Rotor Sail technology - Wärtsilä